三轴磁罗盘的设计与误差校正.doc

三轴磁罗盘的设计与误差校正 ＤｅｓｉｇｎａｎｄＥｒｒｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆＴｈｒｅｅ—ａｘｉｓＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｓｓ 纠缴膨邪玉冰幸雪挺 ３１００１８） （杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州 摘要：介绍了三轴磁罗盘的工作原理，设计了一种利用磁阻传感器和加速度计测定航向角、俯仰角、侧滚角的测量系统。分析了影响磁罗盘测量精度的误差来源，并在此基础＿【＝提出ｒ相应的校正方法。实验结果表明，利用这些算法，可使磁罗盘的航向角误差由±９。降到４－０．６０，有效地降低丁由于制造和安装等引起的误差。这种校正算法不仪适用于磁罗盘，也适用于其它三轴传感器系统。关键词：磁罗盘磁阻传感器航向角误差校正迭代法 中图分类号：ＴＰ２１２．１３ 文献标志码：Ａ ｅｏｕｒｇｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｒｅｅ—ａｘｉｓｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆａｎｇｌｅ－ｐｉｔｃｈａｎｇｌｅ，ａｎｄｒｏｌｌ ａｎｇｌｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｏ—ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ￥ｅｎｓｏｒａｎｄａｃｃｅｌｅｒｏｍｃｔｅｒ．Ｔｈｅ ｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓ ａｒｅ ｓｏｕｒｃｅｓ ｃａｕｓｉｎｇ ｅｒｒｏｒ８ ｔｈａｔａｆｆｅｃｔｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｍａｇ－ ａｎａｌｙｚｅｄ－ａｎｄ ｅｒｒｏｒ ｏｎ ｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｒｅｌａｔｅｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ ｃａｎ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｂｙａｄｏｐｔｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｏｆ ＣＯＩＥＰＳｅ ａｎｇｌｅ ｃａｎ ｂｅｒｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍ±９０ｔｏ士０．６。；ｔｈｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃａｕｓｅｄｂｙｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔａｌ— ｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄ ｏｆｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｂｅｕｓｅｄｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｃｏｍｐａｓｓ－ａｎｄ Ｃｏｕｒｓｅ ｏｔｈｅｒ ｔｈｒｅｅ－ａｘｉｓｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ． Ｉｔｅｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓ Ｍａｇｎｅｔｏ—ｒｅｓｉｓｔｉｖｅａｎｇｌｅ Ｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｏ 引言 目前，导航系统在汽车、航海、航空等领域已经得 投影分量（Ｈｘ、Ｈ，、Ｈｚ），在地平坐标系中，磁阻传感器 到广泛的应用。磁罗盘是导航系统不可缺少的重要组成部分，主要分为磁通门和磁阻式。虽然磁通门传感器能够提供低成本的磁场探测方法，但它们体积偏大、易碎、响应时间慢。而使用磁阻传感器的磁罗盘克服了磁通门罗盘的不足，具有体积小、重量轻、精度高、可靠性强、响应速度快等优点，是未来磁罗盘的发展方向…。因此，本文提出了一种利用磁阻传感器和加速度计测定航向角、俯仰角、侧滚角的磁罗盘测量系统，在分析磁罗盘误差来源的基础上，主要针对磁阻传感器的制造误差和安装误差，提出了一种简单而快速的校正方法，能有效地提高磁罗盘航向角的测量精度。 的三轴输出为（以一Ｈ。一ＨＲ一。）。令： ‰州０≥＝０卜ｒⅦｃｏ邶ｓｆｌＥ］ 可得：【以一，ＨＲ一，巩一：】７＝Ｒｐ＝；ｌｏ。Ｒ／ｏ“Ｈ，Ｈ，Ｈ：】７ （２） 设三轴加速计测得的重力加速度为（Ｇ。、Ｇ¨Ｇ。）， …ｒｃｔａｎ（鲁） ｎ＝ａｒｃｔａｎ（以ＨＲ－ｙ，－Ｘ ２ Ｉ １磁罗盘的基本原理 地球的磁场强度为０．５－０．６ｇａｕｓｓ，无论何地，磁场的水平分量永远指向磁北，这是所有磁罗盘的制作基 系统设计 ２．１系统结构框图 磁罗盘的框图如图１所示，可分为传感器模块、数据采集模块和ＭＣＵ模块３大模块。系统首先采集三轴加速度计和三轴磁阻传感器的信号，由于磁阻传感器的输出均为ｍＶ级的电压信号，所以必须经过信号调理后，才可以送到Ａ／Ｄ转换器进行模数转换。转换后的数字信号送入微处理器，进行实时的姿态矩阵计算，同时进行系统误差校正，最终得到稳定的姿态参 Ｖ０１．２９Ｎｏ．９ 础【２１。传统的导航定位，通过３个角