[發明專利]一種用于三軸磁傳感器簡易校正的兩步校正方法

有效

• 申請號: 201610945745.4
• 申請日: 2016-11-02
• 公開（公告）號: CN106569150B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 吳志強;項建梁;姜磊;朱欣華;王宇;蘇巖
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01R33/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種用于三軸磁傳感器簡易校正的兩步校正方法，其特征在于，方法步驟如下：

步驟1、基于橢球擬合對三軸磁傳感器進行標定：

步驟1-1、將方型工裝載體做任意角度的旋轉，從而得到一系列做任意角度旋轉時的地磁場強度三軸分量的測量值；

步驟1-2、利用基于橢球擬合的三軸磁傳感器誤差補償方法，對上述的地磁場強度三軸分量的測量值進行校正，求得誤差校正系數矩陣C₁和綜合零偏誤差

步驟2、基于水平面內三軸旋轉對三軸磁傳感器的安裝誤差進行校正：

步驟2-1、將方型工裝載體置于水平大理石平臺上，并將方型工裝載體坐標系的X軸朝上，讓方型工裝載體繞X軸緩慢旋轉至少1周，求得向量[c₁₁ c₁₂ c₁₃]^T：

步驟2-1-1、將方型工裝載體置于水平大理石平臺上，并將方型工裝載體坐標系的X軸朝上，讓方型工裝載體繞X軸緩慢旋轉至少1周，得到一系列繞X軸旋轉時的地磁場強度三軸分量的測量值；

步驟2-1-2、規定方型工裝載體坐標系與三軸磁傳感器自身坐標系并不完全重合，即存在安裝誤差，因此，存在一個正交的坐標系轉換矩陣C₂，

使得以下式成立：

在式(1)中，表示地磁場在方型工裝載體坐標系中的真實值，分別是沿方型工裝載體坐標系X、Y、Z軸方向的分量值，表示經過步驟1校正后地磁場在磁傳感器自身坐標系中的真實值，角度ψ、θ、是三個歐拉誤差角，c_ij是正交坐標系轉換矩陣C₂中的第i行、第j列元素，i＝1,2,3，j＝1,2,3；

步驟2-1-3、利用步驟1-2中得到的誤差校正系數矩陣C₁和綜合零偏誤差對步驟2-1-1中得到的繞X軸旋轉時的地磁場強度三軸分量的測量值進行校正，得到則有以下關系式成立：

式(2)中表示將繞X軸旋轉時得到的測量值進過步驟1校正后，地磁場在磁傳感器自身坐標系中的真實值，分別表示沿磁傳感器自身坐標系X、Y、Z軸方向上的分量值；

步驟2-1-4、根據式(2)，將步驟2-1-3中得到的N_x個展開為方程組如下：

步驟2-1-5、由式(3)利用最小二乘擬合，求得向量[c₁₁ c₁₂ c₁₃]^T：

其中矩陣

步驟2-2、將方型工裝載體置于水平大理石平臺上，并將方型工裝載體坐標系的Y軸朝上，讓方型工裝載體繞Y軸緩慢旋轉至少1周，求得向量[c₂₁ c₂₂ c₂₃]^T，具體步驟如下：

步驟2-2-1、將方型工裝載體置于水平大理石平臺上，并將方型工裝載體坐標系的Y軸朝上，讓方型工裝載體繞Y軸緩慢旋轉至少1周，得到一系列繞Y軸旋轉時的地磁場強度三軸分量的測量值；

步驟2-2-2、利用步驟1-2中得到的誤差校正系數矩陣C₁和綜合零偏誤差對步驟2-2-1中得到的繞Y軸旋轉時的地磁場強度三軸分量的測量值進行校正，得到則有以下關系式成立：

式(5)中表示將繞Y軸旋轉時得到的測量值進過步驟1校正后，地磁場在磁傳感器自身坐標系中的真實值，分別表示沿磁傳感器自身坐標系X、Y、Z軸方向上的分量值；

步驟2-2-3、根據式(5)，將步驟2-2-2中得到的N_y個展開為方程組如下：

步驟2-2-4、由式(6)利用最小二乘擬合，求得向量[c₂₁ c₂₂ c₂₃]^T：

其中矩陣

步驟2-3、將方型工裝載體置于水平大理石平臺上，并將方型工裝載體坐標系的Z軸朝上，讓方型工裝載體繞Z軸緩慢旋轉至少1周，求得向量[c₃₁ c₃₂ c₃₃]^T；具體步驟如下：

步驟2-3-1、將方型工裝載體置于水平大理石平臺上，并將方型工裝載體坐標系的Z軸朝上，讓方型工裝載體繞Z軸緩慢旋轉至少1周，得到一系列繞Z軸旋轉時的地磁場強度三軸分量的測量值；

步驟2-3-2、利用步驟1-2中得到的誤差校正系數矩陣C₁和綜合零偏誤差對步驟2-3-1中得到的繞Z軸旋轉時的地磁場強度三軸分量的測量值進行校正，得到則有以下關系式成立：

式(8)中表示將繞Z軸旋轉時得到的測量值進過步驟1校正后，地磁場在磁傳感器自身坐標系中的真實值，分別表示沿磁傳感器自身坐標系X、Y、Z軸方向上的分量值；

步驟2-3-3、根據式(8)，將步驟2-3-2中得到的N_z個展開為方程組如下：

步驟2-3-4、由式(9)利用最小二乘擬合，求得向量[c₃₁ c₃₂ c₃₃]^T：

其中矩陣

步驟3、磁傳感器測量結果的綜合校正模型為：

式(11)中是地磁場矢量在磁傳感器自身坐標系下的實際測量結果。

2.根據權利要求1所述的用于三軸磁傳感器簡易校正的兩步校正方法，其特征在于：上述步驟2-1、步驟2-2和步驟2-3順序可調。