[發明專利]基于磁航向角和最小二乘法的三軸磁傳感器標定方法

有效

• 申請號: 202110109296.0
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112833917B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 張海;范錦蓉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01R35/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種基于磁航向角和最小二乘法的三軸磁傳感器標定方法，磁傳感器安裝在載體內，磁傳感器的安裝點位于載體的質心，磁傳感器的敏感方向與載體坐標系的三軸指向相同；其特征在于，所述的標定方法對磁傳感器的零偏進行標定，包括如下步驟：

步驟一、構建磁傳感器誤差模型：其中，為磁傳感器測量的磁場強度，為磁傳感器的零偏向量，為標定后的磁場強度；

步驟二、測量載體的姿態角，包括俯仰角θ、橫滾角γ和航向角

步驟三、對磁傳感器測量的磁場強度進行零偏標定，將標定值轉換至水平坐標系下；

將標定的磁場強度轉換至水平坐標系下，得到為載體坐標系轉換為水平坐標系的坐標轉換矩陣；

步驟四、確定磁傳感器測量地點的磁偏角，根據航向角是磁航向角與磁偏角的代數和來計算磁航向角，將磁航向角的非線性計算公式線性化，并進行變換，獲得磁傳感器X軸測量的磁場強度關于零偏的標定公式；其中，將磁航向角的非線性計算公式線性化，如下：

其中，φ為磁航向角，φ_m為磁偏角；

磁傳感器的測量值磁傳感器的零偏向量由步驟三得到水平坐標系下的磁場強度對

做變換得到：

進一步做變換，得到：

中間參量

步驟五、檢測磁傳感器的測量數據，根據磁傳感器在前后兩采樣時刻的航向角和磁航向角的變化值基本相同的原理，計算磁傳感器在前后兩采樣時刻的航向角和磁航向角的變化值的差值，與設置的閾值C比較，剔除磁傳感器的測量的磁異常數據；

步驟六：從磁傳感器測量的正常數據中選取N組數據，利用最小二乘法對磁傳感器的零偏進行標定；N為正整數；

利用最小二乘法對磁傳感器的零偏進行標定時，由每組數據獲得磁傳感器在三軸磁場強度的測量值，由步驟四的標定公式獲得磁傳感器在X軸磁場強度的計算值，計算N組數據的X軸磁場強度的測量值與計算值的殘差平方和Q；迭代零偏，代入步驟四的標定公式，更新X軸磁場強度的計算值，求使得Q最小零偏，為最終標定的磁傳感器的零偏。

2.根據權利要求1所述的標定方法，其特征在于，所述的步驟二中，若載體上安裝有慣性導航系統，通過慣性導航系統測量載體的姿態角；若無法直接獲得載體的俯仰角，則對航向角不變的行駛區域，通過GNSS測量得到載體的高程和UTM位置坐標，由載體的高度變化和行駛距離計算載體的俯仰角；GNSS表示全球導航衛星系統，UTM表示通用橫墨卡托格網系統。

3.根據權利要求1或2所述的標定方法，其特征在于，所述的步驟二中，計算載體的俯仰角θ如下：

其中，Δhigh為載體在第i時刻和第i+1時刻之間的高度變化值，h_i,h_i+1分別為第i時刻和第i+1時刻的高程；Δd為載體在第i時刻和第i+1時刻之間行駛的距離；l_i,l_i+1分別為第i時刻和第i+1時刻的載體里程；(x_i,y_i)和(x_i+1,y_i+1)分別為載體在第i時刻和第i+1時刻的UTM坐標。

4.根據權利要求1所述的標定方法，其特征在于，所述的步驟五中，設在第i時刻和第i+1時刻，獲得載體的航向角分別為計算得出的磁航向角分別為φ_i,φ_i+1，則求取兩時刻的航向角和磁航向角的變化差值若Δα＜C，說明不存在磁異常，若Δα≥C，說明存在磁異常，舍棄磁傳感器在兩時刻測量的數據。