[發(fā)明專利]一種仿生羅盤

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210052584.1
• 申請(qǐng)日: 2022-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN114485636A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈同圣;李子圓;于化鵬;趙德鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C21/18;G01C21/08;G01C21/06;G01S19/47
• 代理公司: 北京云科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11483
• 代理人: 張飆

1.一種仿生羅盤，其特征在于，所述仿生羅盤包括組合導(dǎo)航系統(tǒng)、三軸矢量磁傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和結(jié)果顯示模塊；其中所述組合導(dǎo)航系統(tǒng)包括衛(wèi)星信號(hào)接收器和慣性傳感器；衛(wèi)星信號(hào)接收器與慣性傳感器相連接，三軸矢量磁傳感器、慣性傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊相連接，數(shù)據(jù)處理模塊與結(jié)果顯示模塊相連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生羅盤，其特征在于，所述慣性傳感器包括陀螺儀和三軸加速度計(jì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生羅盤，其特征在于，數(shù)據(jù)采集模塊從三軸矢量磁傳感器獲取磁場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，從陀螺儀和三軸加速度計(jì)獲取導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)采集模塊使得磁場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時(shí)間戳同步對(duì)齊；

數(shù)據(jù)處理模塊用于處理數(shù)據(jù)采集模塊獲取的磁場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)，通過計(jì)算進(jìn)行航向校正；

結(jié)果顯示模塊用于將數(shù)據(jù)處理模塊得到的結(jié)果實(shí)時(shí)顯示。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生羅盤，其特征在于，三軸矢量磁傳感器、陀螺儀、三軸加速度計(jì)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式選擇RS485串口通訊；衛(wèi)星信號(hào)接收器與陀螺儀、三軸加速度計(jì)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用RS232串口通訊。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生羅盤，其特征在于，所述仿生羅盤為單磁傳感器構(gòu)成的仿生羅盤，組合導(dǎo)航系統(tǒng)與三軸矢量磁傳感器在同一水平面剛性鏈接，其中陀螺儀的三個(gè)坐標(biāo)軸分別與矢量磁傳感器的三個(gè)坐標(biāo)軸對(duì)齊。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生羅盤，其特征在于，所述仿生羅盤為多磁傳感器構(gòu)成的仿生羅盤，共包含n個(gè)三軸矢量磁傳感器，各個(gè)三軸矢量磁傳感器沿半圓周等角度分布，各三軸矢量磁傳感器之間的角度為并且各個(gè)三軸矢量磁傳感器的X軸指向圓心。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的仿生羅盤，其特征在于，所述仿生羅盤的使用方法包括以下步驟：

S1、數(shù)據(jù)處理模塊建立全方位的羅差分布模型；

S2、利用最小二乘法求解羅差擬合參數(shù)；

S3、確定臨界角；

S4、校正航向。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的仿生羅盤，其特征在于，步驟S1中包括：

將三軸矢量磁傳感器與載體剛性連接，陀螺儀提供載體姿態(tài)角與參考航向；定義載體坐標(biāo)系下三軸矢量傳感器所測(cè)磁場(chǎng)值為：

[X^b Y^b Z^b]^T

載體坐標(biāo)系下磁場(chǎng)值在水平坐標(biāo)系下的投影為：

[X^h Y^h Z^h]^T

利用下列公式將載體坐標(biāo)系下三軸矢量傳感器所測(cè)磁場(chǎng)值投影到水平面內(nèi)，兩者之間轉(zhuǎn)換關(guān)系如公式：

進(jìn)一步的，磁航向可用下列公式表示：

于是載體的航向可根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

其中X，Y，Z代表北向、東向和垂直方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度，上標(biāo)b代表載體坐標(biāo)系，上標(biāo)h代表水平坐標(biāo)系，γ和θ分別代表橫滾角和俯仰角，ξ為載體的磁航向，Υ代表當(dāng)?shù)卮牌牵砀鶕?jù)仿生羅盤估計(jì)的載體航向；

為了找到羅差為0的臨界角，需建立全方向仿生羅盤的羅差模型，用下列公式表達(dá)磁航向與羅差之間的關(guān)系：

Δψ＝Acos(ξ)+Bsin(ξ)+Ccos(2ξ)+Dsin(2ξ)+E

式中ξ代表仿生羅盤輸出的磁航向，A、B、C、D、E為羅差擬合參數(shù)，Δψ是羅差，其含義為載體真實(shí)航向與仿生羅盤估計(jì)的航向之差，可用下列公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，仿生羅盤在外部設(shè)備的輔助下，采集N個(gè)方位的磁航向與羅差數(shù)據(jù)，誤差關(guān)系式應(yīng)滿足如下等式：

步驟S2中利用最小二乘法求解羅差擬合參數(shù)A、B、C、D、E。