[發明專利]一種地磁航向誤差修正方法

有效

• 申請號: 202110555338.3
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113375693B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 徐超;張東明;孟現春;張界林;于華男;吳衍記
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種地磁航向誤差修正方法，在基于橢球假設地磁傳感器標定算法的基礎上，利用慣性導航姿態輸出輔助進行地磁傳感器和載體坐標系間的安裝角標定補償。本發明降低了傳統標定算法中由地磁傳感器與載體坐標系不重合導致的航向計算誤差。

技術領域

本發明涉及地磁航向誤差修正方法，屬于地磁傳感器領域。

背景技術

通過在微機電慣性系統中集成地磁傳感器，可以通過測量三軸磁場分量大小與加速度計輸出結合得到載體的航向、姿態等信息。然而，考慮到IMU出廠前后地磁傳感器周圍磁場環境的變化，通常將地磁傳感器用于航向計算前需要首先對其進行標定。目前對于三軸地磁傳感器標定的方法包括十二位置不對北標定法、基于橢球曲面擬合的標定法、基于無磁轉臺的誤差標定方法，其中又以基于橢球曲面擬合的標定法最為常用。然而，由于地磁傳感器進行航向計算時通常會利用加速度計信息，而上述方法僅考慮了地磁傳感器誤差標定問題，而未考慮地磁傳感器與載體坐標系不重合導致地磁傳感器航向計算過程中所使用的加速度計輸出與地磁傳感器所定義的姿態角存在偏差的因素，影響了磁航向的計算精度。

發明內容

本發明需解決的技術問題是提供一種地磁航向誤差修正方法。

為解決上述技術問題，本發明采取技術方案如下：

在基于橢球假設地磁傳感器標定算法的基礎上，利用慣性導航姿態輸出輔助進行地磁傳感器和載體坐標系間的安裝角標定補償。

進一步地，設IMU與載體坐標系重合，其坐標系三個敏感軸間存在正交關系，定義為b系；地磁傳感器坐標系定義為m'系，由于坐標軸之間的非正交性，m'系下地磁傳感器輸出通過轉換矩陣得到正交的地磁傳感器坐標系m系，所述m系與b系間通過轉換矩陣進行轉換，

標定過程中，設M₀為當地地磁場矢量，則有為當地地磁場在載體坐標系下的分量，通過多次測量求均值消除測量噪聲情況下有：

其中，C_k為三維矩陣，與地磁傳感器刻度系數和敏感軸之間的交叉耦合系數有關；為地磁傳感器輸出；為地磁傳感器的零位殘差；為地磁傳感器的測量噪聲，

基于橢球假設的地磁傳感器標定算法對地磁傳感器坐標系m'下的傳感器刻度系數和敏感軸之間的交叉耦合系數C、地磁傳感器零位殘差B^m′進行標定；

基于慣性導航姿態輸出輔助的地磁傳感器誤差標定算法對地磁傳感器與載體坐標系的轉換矩陣地磁傳感器零位殘差B^m進行標定。

進一步地，采用最小二乘和迭代算法獲得地磁傳感器與載體坐標系的轉換矩陣地磁傳感器零位殘差B^m。

進一步地，基于慣性導航姿態輸出輔助的地磁傳感器和載體坐標系間的安裝角標定補償方法，具體如下：

通過標定地磁模型對變量B^m進行標定，則有：

其中，根據慣性導航得到，h^m為地磁傳感器輸出經過標定后的結果，M₀由當地地磁場模型或者根據標定地磁偏角D和磁傾角I計算得到：

M₀＝[cos(I)cos(D) -cos(D)sin(I) sin(D)]^T (8)

因此，上式左端可以記為從而將上式展開，有：