一種磁電子羅盤誤差補償方法
2023-05-30 04:22:46
專利名稱：一種磁電子羅盤誤差補償方法
技術領域：
本發明專利涉及利用地磁場實現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。
技術背景當磁電子羅盤固定在載體上以後，地磁方位角測量結果會受到周 圍鐵磁物質的影響。幹擾磁場由硬鐵磁場和軟鐵磁場兩部分組成。當 周圍存在幹擾磁場時，磁場強度水平投影分量的分布不再是正圓形， 其形狀發生了畸變(軟鐵^磁場的影響)，並且其中心位置相對坐標原 點也發生了偏移(硬鐵磁場的影響)。以上因素的存在導致磁電子羅 盤在地磁方位角測量過程中出現測量誤差。國內外比較流行的補償算 法是基於環境幹擾磁場的影響導致磁場強度水平投影分量的分布由正 圓形變為橢圓形的假設的。即按照橢圓形來擬和磁場強度水平投影分 量分布，求取有關係數，在使用過程中根據有關係數進行磁場測量值 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則的橢 圓形，而實際上由於具體情況的複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。發明內容本發明提出了基於變形圓分布和周期性假設的誤差補償算法，以 補償周圍鐵磁物質等因素所引起的測量誤差的一種可用於磁電子羅盤 誤差補償的方法。本發明是一種可用於磁電子羅盤誤差補償的方法，當磁電子羅盤在周圍環境中勻速轉動多圈，那麼方位角"、測得的未經補償的方位角"m、方位角測量誤差A"都將發生周期性變化，都可以表示為磁電子羅盤轉角"的周期函數的形式，在[O, 2TT]範圍內，經周期延拓後的函數展成收斂級數的形式，可以用有限項的代數和來近似該函數，即△a = a。 + Z(a"cos "or + 6"sin其中，7為有限值正整數，a0、 an、 bn、 (n-l,2，3,…)為係數， 標定過程包括以下各步(1 )旋轉裝有磁電子羅盤和標定裝置的無磁轉臺，使其指向正北， 確定此時方位角為0度；(2 )根據實測磁場數據及當地磁偏角數據計算方位角近似值"m;(3 )根據標定裝置輸出的轉角數據"計算方位角誤差(4) 轉動無磁轉臺使方位角增加某一角度，重複第二步和第三步, 得到相應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) 根據方位角誤差計算補償公式△a = a。十Z(""cos wa + 6"sin wa) 中的補償係數a0、 an、 bn (n=l，2,3, )。使用時，將根據標定得到的補償公式係數計算更正值，其步驟如下(1) 根據實測磁場數據及當地磁偏角數據計算方位角近似值"m;(2) 根據補償公式 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)計算補償後方位角測量值"'-"m+(-A")。本發明的優點"提出了基於變形圓分布和周期性假設的誤差補償算法，以補償周 圍鐵磁物質等因素所引起的測量誤差，實現地磁方位角的高精度測量。
具體實施方式
下面給出一個採用本發明專利實現磁電子羅盤誤差補償的具體實例。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，實現地磁方位角的高精度測量。本發明專利提出的磁電子羅盤誤差補償方法的實現分為兩個階 段，即標定過程的係數計算階段和使用過程的誤差補償階段。在標定 過程中，根據測量誤差值計算補償公式係數；在使用過程中，利用補 償公式及相關的係數計算更正值，實現誤差補償。當磁電子羅盤在周圍環境中勻速轉動多圏，那麼測得的未經補償 的方位角 、方位角測量誤差A"都將發生周期性變化，都可以表示為 方位角"的周期函數的形式，在[O, 2tt]範園內，經周期延拓後的函數 展成收斂級數的形式，可以用有限項的代數和來近似該函數，即其中，)為有卩艮值正整數，a0、 an、 bn、(『1,2,3,…)為係數， 標定時將磁電子羅盤安裝在無磁轉臺上，轉臺轉角通過高精度的 光電編碼器測量。標定過程由以下步驟組成。第一步，轉動無磁轉臺，使其前向指北，復位光電編碼器的輸出，確定方位角為0度。第二步，根據實測數據計算方位角近似值。首先，根據下面的公 式計算磁場強度水平投影A、 Aformula see original document page 6式中，A、 A、 A為磁傳感器在^0, Z^0狀態下測得的3個 i也》茲場分量。然後，根據&、 A計算地磁方位角近似值5^formula see original document page 6最後，根據當地的磁偏角值"計算方位角近似值S,第三步，才艮據光電編碼器輸出的轉角數據"計算方位角誤差。△a = orm — a第四步，轉動無磁轉臺使方位角增加15度，重複第二步和第三步， 得到相應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，根據方位角誤差計算補償公式formula see original document page 6中的補償係數aO、 an、 bn (n=l,2，3,.")。以上標定過程中，我們只需轉動無磁轉臺到相應角度即可。使用時，將根據標定得到的補償公式係數計算更正值，其步驟如下。第一步，根據實測數據計算方位角近似值。首先，根據下面的公式計算磁場強度水平投影formula see original document page 7式中，艮、#、 ^為磁傳感器在^0, ^0狀態下測得的3個 地磁場分量。然後，根據A、 ^y計算地磁方位角近似值《"m = arctan ^~最後，根據當地的磁偏角值D計算方位角近似值5，△or = a。 + K""cos w" + 6"sin 第二步，根據補償公式 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，計算補償後方位角測量值"'=+ (— 。
權利要求
1.一種可用於磁電子羅盤誤差補償的方法，其特徵是當磁電子羅盤在周圍環境中勻速轉動多圈，那麼測得的未經補償的方位角αm、方位角測量誤差Δα都將發生周期性變化，都可以表示為方位角α的周期函數的形式，在
範圍內，經周期延拓後的函數展成收斂級數的形式，可以用有限項的代數和來近似該函數，即<![CDATA[ = a 0+ n=1 j ( an cos n + bn sin n ) ]]>其中，j為有限值正整數，a0、an、bn、(n＝1，2，3，...)為係數，標定過程包括以下各步(1)旋轉裝有磁電子羅盤和標定裝置的無磁轉臺，使其指向正北，確定此時方位角為0度；(2)根據實測磁場數據及當地磁偏角數據計算方位角近似值αm；(3)根據標定裝置輸出的轉角數據α計算方位角誤差Δα＝αm-α；(4)轉動無磁轉臺使方位角增加某一角度，重複第二步和第三步，得到相應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)根據方位角誤差計算補償公式<![CDATA[ = a 0+ n=1 j ( an cos n + bn sin n ) ]]>中的補償係數a0、an、bn(n＝1，2，3，...)。使用時，將根據標定得到的補償公式係數計算更正值，其步驟如下(1)根據實測磁場數據及當地磁偏角數據計算方位角近似值αm；(2)根據補償公式<![CDATA[ = a 0+ n=1 j ( an cos n + bn sin n ) ]]>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)計算補償後方位角測量值α′＝αm+(-Δα)。
2 .根據權利要求l所述的一種可用於磁電子羅盤誤差補償的方法， 其特徵是所述的磁電子羅盤可以是基於磁通門技術、各向異性磁電阻 技術、巨磁電阻技術、巨磁阻抗技術等磁測技術的測量元件。
全文摘要
本發明提出了基於變形圓分布及周期性假設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等因素所引起的測量誤差。目前，國內外流行的補償方法是基於環境幹擾磁場的影響導致磁場強度的水平投影分量的分布由正圓形變為橢圓形的假設的。但因為影響因素較多，情況複雜，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，本發明提出了基於變形圓分布和周期性假設的誤差補償算法，以補償周圍鐵磁物質等因素所引起的測量誤差，實現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 優先權日2007年12月28日
發明者李希勝, 磊 王, 王立錦, 舒雄鷹 申請人:北京科技大學