專利名稱：一種磁電子羅盤誤差補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及利用地磁場實現(xiàn)定向功能的磁電子羅盤，給出了 一種磁電子羅盤的測量誤差補償方法。
技術(shù)背景當磁電子羅盤固定在載體上以后，地磁方位角測量結(jié)果會受到周 圍鐵磁物質(zhì)的影響。干擾磁場由硬鐵磁場和軟鐵磁場兩部分組成。當 周圍存在干擾磁場時，磁場強度水平投影分量的分布不再是正圓形， 其形狀發(fā)生了畸變(軟鐵^磁場的影響)，并且其中心位置相對坐標原 點也發(fā)生了偏移(硬鐵磁場的影響)。以上因素的存在導(dǎo)致磁電子羅 盤在地磁方位角測量過程中出現(xiàn)測量誤差。國內(nèi)外比較流行的補償算 法是基于環(huán)境干擾磁場的影響導(dǎo)致磁場強度水平投影分量的分布由正 圓形變?yōu)闄E圓形的假設(shè)的。即按照橢圓形來擬和磁場強度水平投影分 量分布，求取有關(guān)系數(shù)，在使用過程中根據(jù)有關(guān)系數(shù)進行磁場測量值 的補償。以上補償算法假定磁場強度水平投影分量的分布為規(guī)則的橢 圓形，而實際上由于具體情況的復(fù)雜性很難保證這一條件的嚴格成立， 因而限制了測量精度的提高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了基于變形圓分布和周期性假設(shè)的誤差補償算法，以 補償周圍鐵磁物質(zhì)等因素所引起的測量誤差的一種可用于磁電子羅盤 誤差補償?shù)姆椒ā１景l(fā)明是一種可用于磁電子羅盤誤差補償?shù)姆椒?，當磁電子羅盤在周圍環(huán)境中勻速轉(zhuǎn)動多圈，那么方位角"、測得的未經(jīng)補償?shù)姆轿唤?m、方位角測量誤差A(yù)"都將發(fā)生周期性變化，都可以表示為磁電子羅盤轉(zhuǎn)角"的周期函數(shù)的形式，在[O, 2TT]范圍內(nèi)，經(jīng)周期延拓后的函數(shù)展成收斂級數(shù)的形式，可以用有限項的代數(shù)和來近似該函數(shù)，即△a = a。 + Z(a"cos "or + 6"sin其中，7為有限值正整數(shù)，a0、 an、 bn、 (n-l,2，3,…)為系數(shù)， 標定過程包括以下各步(1 )旋轉(zhuǎn)裝有磁電子羅盤和標定裝置的無磁轉(zhuǎn)臺，使其指向正北， 確定此時方位角為0度；(2 )根據(jù)實測磁場數(shù)據(jù)及當?shù)卮牌菙?shù)據(jù)計算方位角近似值"m;(3 )根據(jù)標定裝置輸出的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)"計算方位角誤差(4) 轉(zhuǎn)動無磁轉(zhuǎn)臺使方位角增加某一角度，重復(fù)第二步和第三步, 得到相應(yīng)方位角時的磁電子羅盤方位角誤差。直至方位角達到360度(與0度相同)；(5) 根據(jù)方位角誤差計算補償公式△a = a。十Z(""cos wa + 6"sin wa) 中的補償系數(shù)a0、 an、 bn (n=l，2,3, )。使用時，將根據(jù)標定得到的補償公式系數(shù)計算更正值，其步驟如下(1) 根據(jù)實測磁場數(shù)據(jù)及當?shù)卮牌菙?shù)據(jù)計算方位角近似值"m;(2) 根據(jù)補償公式 S 計算更正值-計算時首先用方位角近似值"m代替方位角真實值"，如需較高精度則進行多次迭代；(3)計算補償后方位角測量值"'-"m+(-A")。本發(fā)明的優(yōu)點"提出了基于變形圓分布和周期性假設(shè)的誤差補償算法，以補償周 圍鐵磁物質(zhì)等因素所引起的測量誤差，實現(xiàn)地磁方位角的高精度測量。
具體實施方式
下面給出一個采用本發(fā)明專利實現(xiàn)磁電子羅盤誤差補償?shù)木唧w實例。在本實例中，以高性能的三軸石茲電阻傳感器為地-茲方位角傳感器，測出地;茲場分別在載體x軸、y軸、z軸上的分量^x、 ^y、 ^z。以雙 軸加速度傳感器為俯仰角(^ )和橫滾角(^ )測量傳感器。綜合以上 多個傳感器的信息，實現(xiàn)地磁方位角的高精度測量。本發(fā)明專利提出的磁電子羅盤誤差補償方法的實現(xiàn)分為兩個階 段，即標定過程的系數(shù)計算階段和使用過程的誤差補償階段。在標定 過程中，根據(jù)測量誤差值計算補償公式系數(shù)；在使用過程中，利用補 償公式及相關(guān)的系數(shù)計算更正值，實現(xiàn)誤差補償。當磁電子羅盤在周圍環(huán)境中勻速轉(zhuǎn)動多圏，那么測得的未經(jīng)補償 的方位角 、方位角測量誤差A(yù)"都將發(fā)生周期性變化，都可以表示為 方位角"的周期函數(shù)的形式，在[O, 2tt]范園內(nèi)，經(jīng)周期延拓后的函數(shù) 展成收斂級數(shù)的形式，可以用有限項的代數(shù)和來近似該函數(shù)，即其中，)為有卩艮值正整數(shù)，a0、 an、 bn、(『1,2,3,…)為系數(shù)， 標定時將磁電子羅盤安裝在無磁轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角通過高精度的 光電編碼器測量。標定過程由以下步驟組成。第一步，轉(zhuǎn)動無磁轉(zhuǎn)臺，使其前向指北，復(fù)位光電編碼器的輸出，確定方位角為0度。第二步，根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算方位角近似值。首先，根據(jù)下面的公 式計算磁場強度水平投影A、 A<formula>formula see original document page 6</formula>式中，A、 A、 A為磁傳感器在^0, Z^0狀態(tài)下測得的3個 i也》茲場分量。然后，根據(jù)&、 A計算地磁方位角近似值5^<formula>formula see original document page 6</formula>最后，根據(jù)當?shù)氐拇牌侵?計算方位角近似值S,第三步，才艮據(jù)光電編碼器輸出的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)"計算方位角誤差。△a = orm — a第四步，轉(zhuǎn)動無磁轉(zhuǎn)臺使方位角增加15度，重復(fù)第二步和第三步， 得到相應(yīng)方位角時的磁電子羅盤方位角誤差。直至方位角達到360度 (與0度相同)。第五步，根據(jù)方位角誤差計算補償公式<formula>formula see original document page 6</formula>中的補償系數(shù)aO、 an、 bn (n=l,2，3,.")。以上標定過程中，我們只需轉(zhuǎn)動無磁轉(zhuǎn)臺到相應(yīng)角度即可。使用時，將根據(jù)標定得到的補償公式系數(shù)計算更正值，其步驟如下。第一步，根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算方位角近似值。首先，根據(jù)下面的公式計算磁場強度水平投影<formula>formula see original document page 7</formula>式中，艮、#、 ^為磁傳感器在^0, ^0狀態(tài)下測得的3個 地磁場分量。然后，根據(jù)A、 ^y計算地磁方位角近似值《"m = arctan ^~最后，根據(jù)當?shù)氐拇牌侵礑計算方位角近似值5，△or = a。 + K""cos w" + 6"sin 第二步，根據(jù)補償公式 S 計算更正值-A"，計算時首先用方位角近似值"m代替方位角真實值"，如需較高 精度則進行多次迭。第三步，計算補償后方位角測量值"'=+ (— 。
權(quán)利要求
1.一種可用于磁電子羅盤誤差補償?shù)姆椒?，其特征是當磁電子羅盤在周圍環(huán)境中勻速轉(zhuǎn)動多圈，那么測得的未經(jīng)補償?shù)姆轿唤铅羗、方位角測量誤差Δα都將發(fā)生周期性變化，都可以表示為方位角α的周期函數(shù)的形式，在
范圍內(nèi)，經(jīng)周期延拓后的函數(shù)展成收斂級數(shù)的形式，可以用有限項的代數(shù)和來近似該函數(shù)，即<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mtext>&Delta;&alpha;=</mtext><msub> <mi>a</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>j</mi></munderover><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>a</mi><mi>n</mi> </msub> <mi>cos</mi> <mi>n&alpha;</mi> <mo>+</mo> <msub><mi>b</mi><mi>n</mi> </msub> <mi>sin</mi> <mi>n&alpha;</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2007103045358C00011.gif" wi="260" he="43" img-content="drawing" img-format="tif"/-->其中，j為有限值正整數(shù)，a0、an、bn、(n＝1，2，3，...)為系數(shù)，標定過程包括以下各步(1)旋轉(zhuǎn)裝有磁電子羅盤和標定裝置的無磁轉(zhuǎn)臺，使其指向正北，確定此時方位角為0度；(2)根據(jù)實測磁場數(shù)據(jù)及當?shù)卮牌菙?shù)據(jù)計算方位角近似值αm；(3)根據(jù)標定裝置輸出的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)α計算方位角誤差Δα＝αm-α；(4)轉(zhuǎn)動無磁轉(zhuǎn)臺使方位角增加某一角度，重復(fù)第二步和第三步，得到相應(yīng)方位角時的磁電子羅盤方位角誤差。直至方位角達到360度(與0度相同)；(5)根據(jù)方位角誤差計算補償公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mtext>&Delta;&alpha;=</mtext><msub> <mi>a</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>j</mi></munderover><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>a</mi><mi>n</mi> </msub> <mi>cos</mi> <mi>n&alpha;</mi> <mo>+</mo> <msub><mi>b</mi><mi>n</mi> </msub> <mi>sin</mi> <mi>n&alpha;</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S2007103045358C00012.gif" wi="259" he="42" img-content="drawing" img-format="tif"/-->中的補償系數(shù)a0、an、bn(n＝1，2，3，...)。使用時，將根據(jù)標定得到的補償公式系數(shù)計算更正值，其步驟如下(1)根據(jù)實測磁場數(shù)據(jù)及當?shù)卮牌菙?shù)據(jù)計算方位角近似值αm；(2)根據(jù)補償公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mtext>&Delta;&alpha;=</mtext><msub> <mi>a</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>j</mi></munderover><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>a</mi><mi>n</mi> </msub> <mi>cos</mi> <mi>n&alpha;</mi> <mo>+</mo> <msub><mi>b</mi><mi>n</mi> </msub> <mi>sin</mi> <mi>n&alpha;</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0003" file="S2007103045358C00013.gif" wi="260" he="43" img-content="drawing" img-format="tif"/-->計算更正值-Δα，計算時首先用方位角近似值αm代替方位角真實值α，如需較高精度則進行多次迭代；(3)計算補償后方位角測量值α′＝αm+(-Δα)。
2 .根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可用于磁電子羅盤誤差補償?shù)姆椒ǎ?其特征是所述的磁電子羅盤可以是基于磁通門技術(shù)、各向異性磁電阻 技術(shù)、巨磁電阻技術(shù)、巨磁阻抗技術(shù)等磁測技術(shù)的測量元件。
全文摘要
本發(fā)明提出了基于變形圓分布及周期性假設(shè)的磁電子羅盤誤差補償方法。要提高磁電子羅盤的測量精度，必須補償周圍鐵磁物質(zhì)等因素所引起的測量誤差。目前，國內(nèi)外流行的補償方法是基于環(huán)境干擾磁場的影響導(dǎo)致磁場強度的水平投影分量的分布由正圓形變?yōu)闄E圓形的假設(shè)的。但因為影響因素較多，情況復(fù)雜，實際上無法保證磁場強度的水平投影分量的分布為嚴格的橢圓形。針對這一情況，本發(fā)明提出了基于變形圓分布和周期性假設(shè)的誤差補償算法，以補償周圍鐵磁物質(zhì)等因素所引起的測量誤差，實現(xiàn)地磁方位角的高精度測量。
文檔編號G01C17/30GK101241009SQ20071030453
公開日2008年8月13日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者李希勝, 磊 王, 王立錦, 舒雄鷹 申請人:北京科技大學(xué)