[發(fā)明專利]一種對三軸磁傳感器的旋轉(zhuǎn)體誤差補償及實驗方法

在審

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• 申請日: 2021-07-24
• 公開（公告）號: CN113624253A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 管雪元;尹上;劉雨順;馬訓(xùn)窮
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種對三軸磁傳感器的旋轉(zhuǎn)體誤差補償及實驗方法，根據(jù)旋轉(zhuǎn)體實際所處環(huán)境分析誤差來源以及建立包含溫度與環(huán)境影響的誤差模型；采用橢球擬合對旋轉(zhuǎn)體環(huán)境誤差進行補償；采用無磁轉(zhuǎn)臺以及平面旋轉(zhuǎn)采點的方法對實際地磁傳感器進行補償驗證。本發(fā)明有效的解決了環(huán)境磁場以及安裝位置對傳感器輸出的影響，可以實現(xiàn)在磁環(huán)境干擾下對三軸磁傳感器的旋轉(zhuǎn)體誤差標(biāo)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對含誤差數(shù)據(jù)進行處理的方法，具體涉及一種對三軸磁傳感器的旋轉(zhuǎn)體誤差補償及實驗方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)在的智能導(dǎo)航、飛行體的制導(dǎo)控制等項目越來越多利用地磁來實現(xiàn)姿態(tài)測量、獲取旋轉(zhuǎn)體姿態(tài)信息。地磁場屬于弱磁場，磁傳感器極易受到外部磁場的干擾，且磁傳感器本身也存在著工藝、安裝等誤差。為了得到可靠的，高精度的導(dǎo)航信息，必須對磁傳感器進行有效的誤差標(biāo)定與補償。橢球擬合標(biāo)定方法和最小二乘法因其簡單、易實現(xiàn)的特點可在實際工程中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種對三軸磁傳感器的旋轉(zhuǎn)體誤差補償及實驗方法，基于工程應(yīng)用的角度，能夠?qū)崿F(xiàn)消除安裝環(huán)境及制造工藝對磁傳感器的干擾，降低測量誤差。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種對三軸磁傳感器的旋轉(zhuǎn)體誤差補償及實驗方法，根據(jù)旋轉(zhuǎn)體實際所處環(huán)境分析誤差來源以及建立包含溫度與環(huán)境影響的誤差模型；采用橢球擬合對旋轉(zhuǎn)體環(huán)境誤差進行補償；采用無磁轉(zhuǎn)臺以及平面旋轉(zhuǎn)采點的方法對實際地磁傳感器進行補償驗證。

進一步的，采用兩個兩軸的傳感器正交放置來采集三軸地磁數(shù)據(jù)，磁傳感器的誤差主要來源自四個方面：旋轉(zhuǎn)體環(huán)境誤差、不正交誤差、靈敏度誤差、零漂誤差。

進一步的，誤差模型表現(xiàn)為：

[H_x(T) H_y(T) H_z(T)]^T是三軸地磁理論輸出值，是有環(huán)境干擾下并受傳感器自身影響的地磁輸出值；旋轉(zhuǎn)體系數(shù)矩陣，考慮了傳感器的靈敏度誤差與安裝誤差，G＝[g_x0,g_y0，g_z0]^T為旋轉(zhuǎn)體偏置矩陣，體現(xiàn)的是零位誤差。

進一步的，在考慮溫度情況下的誤差模型為：是在溫度T下的三軸地磁實際輸出值，C和B矩陣分別是溫度誤差的溫漂比例系數(shù)矩陣和傳感器的溫度零偏系數(shù)矩陣。

進一步的，采用二次多項式擬合對溫度影響進行補償，采用基于最小二乘法的橢球擬合對旋轉(zhuǎn)體環(huán)境和傳感器自身誤差進行補償。

進一步的，將三軸磁傳感器的理論輸出值由于制造誤差的存在，原本構(gòu)成的球面畸變成原點平移的橢球面。而地球磁場在短時間內(nèi)可視為一個恒定磁場，因此地磁場強度H可視為一常量，從而有H^TH＝(H′-G)^TM(H′-G)，其中M＝A^TA，H^TH為常數(shù)，A為旋轉(zhuǎn)體系數(shù)矩陣，G是旋轉(zhuǎn)體偏置矩陣，

進一步的，采集數(shù)據(jù)時，將三腳架中心點對準(zhǔn)初始設(shè)定的地磁測量原點，無磁轉(zhuǎn)臺水平放置在三腳架上，調(diào)整三腳架每個腳的伸縮程度保證旋轉(zhuǎn)體支撐平面平行于水平面，三腳架和轉(zhuǎn)動平臺均由無磁材料制成。用四個滾珠軸承支撐旋轉(zhuǎn)體，將裝有三軸磁強計的組件安裝在頭部，外接數(shù)據(jù)線與采集設(shè)備連接。轉(zhuǎn)臺和旋轉(zhuǎn)裝置可以分別模擬組件的俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)方向的角度變化。

進一步的，采集地磁數(shù)據(jù)時，無磁轉(zhuǎn)臺在水平面內(nèi)從磁北方向開始順時針均勻轉(zhuǎn)動8個45°度，在每個角度上分別順、逆時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)體一分鐘。驗證標(biāo)定方法時，上位機將計算得出的旋轉(zhuǎn)體補償系數(shù)發(fā)送給旋轉(zhuǎn)體，旋轉(zhuǎn)體經(jīng)過嵌入式計算機解算后輸出實時采集的補償后的三軸地磁值，上位機進行采集后驗證補償后地磁值的正確性。