[發明專利]一種三維電子指南針的校準方法

有效

• 申請號: 201810789601.3
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN109059960B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 魏榕山;曾濯渠;楊培祥
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種三維電子指南針的校準方法。將電子指南針在空間中做8字運動，采集磁傳感器的三個軸讀出的數據；然后將采集到的數據進行橢球擬合，得到橢球方程和球心坐標；之后再將擬合得到的橢球方程分別投影至三個坐標軸平面，分別求出三個平面上的橢圓的參數：α、b、長軸轉角；最后根據所得的參數對新得到的數據進行校準。本發明方法使得電子指南針的校準過程更加靈活，精確度更高，滿足野外運動的要求。

技術領域

本發明涉及一種三維電子指南針的校準方法。

背景技術

近年來，電子指南針廣泛應用于導航、人體姿態測量等場景。由于GPS的信號在森林、密集建筑等地方十分微弱，所以通常需要電子指南針來輔助定位。

電子指南針的工作原理是通過磁傳感器測量某一方向上地磁的分量強度，確定該傳感器與地磁的夾角，從而確定前進方位。然而地磁場屬于弱磁場，由于電子指南針周圍的磁性材料帶來的硬磁干擾和軟磁干擾會導致磁傳感器的測量值偏離真值。此外，因為傳感器本身制作的工藝問題，如軸不正交，也會導致磁傳感器的測量值偏離真值。

如果只有地磁的作用，磁傳感器三軸輸出的數據對應到空間直角坐標系上應該是一個球心在原點的正球。然而，硬磁干擾會使得這個正球變成一個以硬磁干擾量為球心的正球。如果同時考慮地磁、硬磁和軟磁的作用，上述正球會變成以硬磁干擾量為球心的橢球。軸不正交產生的干擾可以等效為軟、硬磁干擾。因而在使用電子指南針之前需要進行校準，補償其三軸讀出的數據，使其落在球心在原點的正圓球球面上。

現有的三維電子指南針的校準方法，或需要外部設備的幫助，或校準過程要求較高，且大都沒有進行軟磁補償。難以滿足野外行動的需要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三維電子指南針的校準方法，該方法將電子指南針在空間中做8字運動，即可對軟硬磁干擾、軸不正交引起的誤差干擾作出補償，進行電子指南針的校準；該方法使得電子指南針的校準過程更加靈活，精確度更高，滿足野外運動的要求。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種三維電子指南針的校準方法，將電子指南針在空間中做8字運動，采集磁傳感器的三個軸讀出的數據；然后將采集到的數據進行橢球擬合，得到橢球方程和球心坐標；之后再將擬合得到的橢球方程分別投影至三個坐標軸平面，分別求出三個平面上的橢圓的參數：α、b、長軸轉角；最后根據所得的參數對新得到的數據進行校準。

在本發明一實施例中，該方法具體實現步驟如下：

步驟S1：將電子指南針在空間中做8字運動，使得電子指南針采集到上、下、東、南、西、北八個方位即與空間直角坐標系的八個象限相對應的數據；

步驟S2：進行橢球擬合，采用最小二乘法擬合法求出橢球的10個最佳參數A、B、C、D、E、F、G、I、J和橢球球心坐標(X0,Y0,Z0)；橢球方程的一般表達式為：

Ax²+By²+Cz²+Dxy+Exz+Fyz+Gx+Hy+Iz+J＝0

分別令上式中的z＝0、x＝0、y＝0，則可分別得橢球在XOY、XOZ、YOZ面上的投影方程：

Ax²+By²+Dxy+Gx+Hy+J＝0

Ax²+Cz²+Exz+Gx+Iz+J＝0

By²+Cz²+Fyz+Hy+Iz+J＝0

步驟S3：根據橢球在XOY面上的投影方程：Ax²+By²+Dxy+Gx+Hy+J＝0，求出XOY面上的橢圓的參數：長軸轉角θx,y、αx,y和bx,y，計算公式如下：