[發明專利]基于巨磁阻傳感器的地磁方位角測量系統、測量方法及正交補償方法

有效

• 申請號: 201110192080.1
• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN102313543A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 付敬奇;鄭學理
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01C17/30
• 分類號: G01C17/30;G01C17/38
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種基于巨磁阻傳感器的地磁方位角測量系統，由電源模塊（1）、地磁測量模塊（2）、姿態測量模塊（3）、溫度測量模塊（4）、微處理器（5）和上位機（6）組成，其特征在于，所述電源模塊（1）為系統提供3.3V穩定電源；所述地磁測量模塊（2）包括X軸、Y軸和Z軸巨磁阻傳感器及對應每軸上的信號處理電路；所述姿態測量模塊（3）包括相互正交的X、Y、Z三軸加速度傳感器；所述地磁測量模塊（2）連接至微處理器（5）A/D采樣口；所述姿態測量模塊（3）和溫度測量模塊（4）分別連接至微處理器（5）的數字IO口；所述微處理器（5）經RS232口連接至上位機（6）。

2.根據權利要求1所述的基于巨磁阻傳感器的地磁方位角測量系統，其特征在于所述電源模塊（1）采用電壓轉換芯片1117；所述地磁測量模塊（2）采用三軸巨磁阻傳感器AAH002-02連接RC低通濾波電路及儀用運放INA118；所述姿態測量模塊（3）采用三軸加速度傳感器ADXL345；所述溫度測量模塊（4）采用溫度傳感器DSB18B20；所述微處理器（5）采用微處理器MSP430F149，對地磁信息、俯仰信息和溫度信息進行預處理后，通過上位機（6）處理后得到地磁方位角。

3.一種基于巨磁阻傳感器的地磁方位角測量方法，采用權利要求1所述的地磁方位角全方位測量系統進行測量，其特征在于具體操作步驟如下：

（1）系統初始化；

（2）數據采集，采集地磁測量模塊中地磁場在X、Y、Z三軸上的磁場分量????????????????????????????????????????????????，姿態測量模塊中X、Y、Z三軸上的加速度分量Ax?、Ay、Az及溫度測量模塊中的溫度數據；

（3）利用姿態數據運算出單值唯一的俯仰角和橫滾角，并結合地磁數據，通過式進行地磁方位角的全方位計算；

（4）輸出地磁方位角。

4.根據權利要求3所述的基于巨磁阻傳感器的地磁方位角測量方法，其特征在于所述步驟（3）中，方位角需要進行全方位判定，具體步驟如下：

微處理器（5）將三軸加速度傳感器測得的加速度分量Ax?、Ay帶入等式計算俯仰角和橫滾角；

微處理器（5）通過對Ax、Ay、Az大于0、小于0、等于0、等于g、等于-g這5種情況進行組合判別，最終實現對俯仰角和橫滾角全方位判定；

定義水平地磁分量為，根據姿態矩陣及步驟中得出的俯仰角和橫滾角，解出；令通過下面的判別實現方位角的全方位判定。

5.一種基于巨磁阻傳感器的方位角測量正交補償方法，針對權利要求1中所述地磁測量模塊（1）中巨磁阻傳感器三軸非正交及存在零位偏差的問題，提出一種基于微處理器的三軸正交及零位補償方法，其特征在于：

定義巨磁阻傳感器三個軸向上實際坐標ox3y3z3及理想坐標OX3Y3Z3輸出的磁場量分別為和；oy3與其在面OY3Z3上投影的夾角為，其投影與OY3的夾角為；oz3與其在面OX3Z3上投影的夾角為，其投影與OZ3的夾角為；令巨磁阻傳感器三軸上的零位誤差分別為；定義可分別為實際及理想輸出的磁場值及零偏值的向量形式，可得:

?其中，令

則有，所以可以計算出三軸正交及零位補償模型，

其具體步驟如下：?

（1）在標定臺上經多次標定后，計算出補償矩陣；

（2）將模型計算寫入微處理器中；

（3）每次測量數據，在微處理器中經模型?處理后輸出理想地磁數據。