[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

技術領域

本發明涉及對三維電子羅盤的標定，特別涉及內置有磁傳感器的利用地磁場進行定位的裝置。?

背景技術

三維電子羅盤利用內置的磁傳感器通過感應地球磁場來確定航向，三維電子羅盤同時內置有傾角傳感器，通過傾角補償，使三維電子羅盤在傾斜情況下仍能準確判別方向。三維電子羅盤體積小，指示方向準確，輸出電信號，可以通過各種接口集成到其他電子系統中，使用方便，現已廣泛應用于海陸空航行、慣性導航、自主機器人和地質勘測等領域。?

由于三維電子羅盤內置的磁傳感器三軸并非完全正交，傾角傳感器的測量軸也存在非正交問題，并且由于安裝等問題，磁傳感器坐標系和傾角傳感器坐標系對應的各個軸并不嚴格平行，使得傾角補償不準確，磁傳感器和三維電子羅盤外殼坐標系也并非完全重合，致使測量的航向角存在誤差。所以解決這幾個問題是提高三維電子羅盤精度的關鍵。?

現有的校準三維電子羅盤的方法有歸一歸零法、最小二乘法和擬橢圓法等，但是這些方法均沒有從最基本的結構入手，而只是用線性擬合的方法校準結果，而三維電子羅盤存在正交問題和坐標系不重合問題時，輸出結果是非線性的，用以上方法均不準確。還存在使用無磁的方法校準磁傳感器的，在磁屏蔽房中進行實驗，或者使用三維線圈將環境磁場抵消，在人為產生一個大小及角度已知的磁場來對傳感器進行標定，但是這種方法對儀器條件要求苛刻，需要昂貴且體積大的磁屏蔽房和三維亥姆霍茲線圈。?

在專利CN?101393022A中，發明者在環境磁場存在的情況下利用磁傳感器在特定位置的輸出值對其本身進行標定，不需要昂貴的磁屏蔽儀器和磁產生儀器。然而，這種標定方法需要對磁傳感器的22個方位角輸出值進行測量，過于復雜，且這22個位置中，有45度、135度、225度和315度的空間位置出現，對于外形為三維電子羅盤外殼的磁傳感器而言，空間位置容易實現的是90度整數倍的?位置，而對其它位置的實現比較困難，并且帶入誤差較大，因而這種標定方法所能達到的精度只能是3～5度，而對于現在測量精度已經達到0.5度的磁傳感器而言，顯然是不合適的。另外，這種標定方法基于磁傳感器輸出特性為線性的假定，因而不能對存在正交誤差的三維電子羅盤進行高精度標定。?

在專利CN200910117170.7中，發明者同樣在周圍磁場存在的情況下進行標定，并通過在一維旋轉平臺水平方向360度旋轉以及三維電子羅盤90度整數倍翻轉的弱磁方向傳感器空間位置變化所對應的傳感器輸出變化，確定弱磁方向傳感器敏感方向大地坐標系和三維電子羅盤外殼坐標系中的空間位置，同樣不需要苛刻的實驗條件，并且方法簡單易行。但是該專利所用的旋轉平臺只能在水平面內旋轉，因而在確定磁傾角時存在較大誤差，且并未對磁傳感器和傾角傳感器聯合使用確定標定方法，因此難以做到高精度標定。?

發明內容

本發明目的是針對現有的校準三維電子羅盤的線性的標定方法不準確的缺點，提出一種利用地磁場對三維電子羅盤進行標定的方法，該方法使用一個三維無磁旋轉平臺，利用三維電子羅盤內置的磁傳感器和傾角傳感器在不同空間方向的輸出值變化對三維電子羅盤進行標定。?

本發明為實現其目的所采取的技術方案：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和一個內部置有三個磁傳感器和一個傾角傳感器的三維電子羅盤，所述三維電子羅盤放置于所述三維無磁旋轉平臺的中央位置，通過所述三維無磁旋轉平臺使所述三維電子羅盤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，磁傳感器以及傾角傳感器在地磁場及重力場作用下輸出變化，確定磁傳感器和傾角傳感器敏感方向矢量、三維電子羅盤基準坐標系之間的空間位置關系，獲得磁傳感器和傾角傳感器的輸出特性，獲得任意地磁場下三維電子羅盤輸出與三維電子羅盤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高精度標定。?

繞空間軸精密旋轉由一個三維無磁旋轉平臺提供，其三個選擇軸組成標準的右手三維直角坐標系?軸沿重力方向向下，?軸和?軸為相互正交的兩軸，并且由?軸和?軸組成的平面可以調節至水平狀態；?

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

三維電子羅盤內置有三個磁傳感器，其敏感方向構成磁傳感器坐標系ε:(ε₁?ε₂?ε₃)；?