[發明專利]一種三維電子羅盤的標定方法

有效

• 申請號: 201210273633.0
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102818564A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 陳池來;劉建強;程珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01C17/38
• 分類號: G01C17/38
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

1.一種三維電子羅盤的標定方法，該方法的實現裝置包括一個三維無磁旋轉平臺（1）和一個內部置有三個磁傳感器（3）和一個傾角傳感器（4）的三維電子羅盤（2），所述三維電子羅盤（2）放置于所述三維無磁旋轉平臺（1）的中央位置，其特征在于：通過所述三維無磁旋轉平臺（1）使所述三維電子羅盤（2）在繞電子羅盤基準坐標系、大地坐標系的坐標軸各軸旋轉過程中，磁傳感器（3）以及傾角傳感器（4）在地磁場及重力場作用下輸出變化，確定磁傳感器（3）和傾角傳感器（4）敏感方向矢量、三維電子羅盤（2）基準坐標系之間的空間位置關系，獲得磁傳感器（3）和傾角傳感器（4）的輸出特性，獲得任意地磁場下三維電子羅盤（2）輸出與三維電子羅盤（2）基準坐標系與大地坐標系之間的關系，確定方位角度，實現對三維電子羅盤（2）高精度標定。

2.根據權利要求1所述的三維電子羅盤的標定方法，其特征在于：所述三維無磁旋轉平臺（1），其三個選擇軸組成標準的右手三維直角坐標系ζ:(ζ₁?ζ₂?ζ₃)，ζ₃軸沿重力方向向下，ζ₁軸和ζ₂軸為相互正交的兩軸；

所述三維電子羅盤（2）外殼具有三維基準直角坐標系e:(e₁?e₂?e₃)，e₁軸為三維電子羅盤（2）的指示方向，e₂軸在水平面上與e₁軸正交；

所述三維電子羅盤（2）內置的三個磁傳感器（3），其敏感方向構成磁傳感器（3）坐標系ε:(ε₁?ε₂?ε₃)；

所述三維電子羅盤（2）內置的二維傾角傳感器（4），其二個敏感方向以及由右手關系決定的第三個軸組成傾角傳感器（4）的坐標系ξ:(ξ₁?ξ₂?ξ₃)，ξ₁軸和ξ₂軸分別為測量傾斜角和測量翻滾角的兩個敏感方向；

所述地磁場和重力場構成大地坐標系ζ:(ζ₁?ζ₂?ζ₃)，其三軸分別指向磁北方向、磁東方向和重力方向；

規定當逆向面對坐標軸時，逆時針方向為正向，所有的角度保持在區間[0,2π)；

將三維無磁旋轉平臺（1）坐標系的ζ₁ζ₂面調節為水平狀態，將三維電子羅盤（2）外殼的e₁軸和e₂軸分別緊靠三維無磁旋轉平臺的ζ₁軸和ζ₂軸上并固定，以ζ₃軸為旋轉軸，在三維無磁旋轉平臺沿順時針方向轉動一周的過程中，當磁傳感器（3）ε₁軸輸出最大值時，將此位置的三維無磁旋轉平臺轉動角度記為θ₀₁；然后，以e₁為旋轉軸將其正方向翻轉180°，再次使三維無磁旋轉平臺繞其ζ₃軸旋轉一周，獲得使磁傳感器（3）ε₁軸獲得最大值時的轉動角度，記為θ₀₁'；

三維無磁旋轉平臺（1）坐標系的ζ₁軸在初始位置時與大地坐標系的ζ₁軸的夾角記為∠ζ₁ζ₁，使三維無磁旋轉平臺（1）從上述的初始位置繞ζ₃軸順時針旋轉角度∠ζ₁ζ₁，得到新的基準位置，在該基準位置下使三維無磁旋轉平臺（1）繞其ζ₂軸帶動三維電子羅盤（2）逆時針轉動，當磁傳感器（3）ε₁軸取得極大值時，得到當前三維無磁旋轉平臺（1）轉動的角度θ₀₂；在新的基準位置下，將三維電子羅盤（2）沿其外殼的e₁軸將其翻轉180°，再次使三維無磁旋轉平臺（1）繞其ζ₂軸旋轉一周，再次獲得使磁傳感器（3）的ε₁軸獲得最大值時的轉動角度，記為θ₀₂'；

在新的基準位置下，將三維無磁旋轉平臺（1）繞其ζ₂軸帶動三維電子羅盤（2）順時針轉動一個角度，此角度為磁傾角∠ζ₃B的余角β，然后，使三維無磁旋轉平臺（1）繞其ζ₃軸帶動三維電子羅盤（2）旋轉一周，轉角為θ時，磁傳感器（3）ε₁軸輸出量V₁的函數表達式為：V₁＝f₁(B_||)＝f₁(B₀cosθ)；

通過翻轉三維電子羅盤（2），將其三維電子羅盤（2）外殼坐標系的不同面放置在三維無磁旋轉平臺（1）上，使磁傳感器（3）的ε₂軸和ε₃軸分別代替ε₁軸進行上述的操作；

將三維無磁旋轉平臺（1）坐標系的ζ₁ζ₂面調節為水平狀態，獲得傾角傳感器（4）的兩個輸出量再將三維電子羅盤（2）沿e₁軸逆時針翻轉90度，則得到傾角傳感器（4）的另外兩個輸出量

進行實際測量時，假設新磁場大小為B₁，獲得磁傳感器（3）三個軸的原始輸出大小，記為：V11V12V13.]]>