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2005年第4期声学与电子工程总第80期

电子罗盘的方位测量误差及其补偿校正

汪雪莲
（第七一五研究所，杭州310012）
摘要:本文介绍了电子罗盘的工作原理，分析了引起磁方位误差的因素和校正补偿的方法并结合实例给
出了校正、补偿电路图和分析结果。
关键词:地磁场矢量；电子罗盘；磁方位；误差
1引言方位角α
磁北与x轴之间的夹角
磁罗盘是导航系统和需要精确测向定位系统
Hey
中不可缺少的重要组成部分。按传感器形式的不α=arctan（1）
Hex
同，磁罗盘分为磁通门罗盘和电子罗盘。电子罗盘
倾角δ
中使用的传感器可以是霍尔元件也可以是磁阻或
地磁场与水平面之间的夹角。磁倾角与地球上所
磁导。电子罗盘克服了传统机械罗盘的结构复杂，
在的具体位置有关，如在赤道位置磁倾角0°，在杭
体积大，价格高的缺点，也克服了磁通门罗盘易饱
州磁倾角为45°，在大连磁倾角为58°。当罗盘倾
和的不足，具有体积小、重量轻、精度高、可靠性
斜工作时，方位角精度必须考虑倾角的影响。
高、价格低廉等优点，得到了广泛的应用。本文首
磁偏角λ
先介绍电子罗盘的工作原理，分析了引起磁方位误
地理北极与磁场北极之间的偏离角，也叫磁
差的因素和校正补偿的方法，并结合实例给出了校
差，是与地理位置有关的参量。磁偏角在杭州地区
正、补偿电路图和分析结果。
为偏西4.4°在大连为偏西7.5°。利用磁罗盘在计
2工作原理算真方位角（即相对地理北极）时，必须对磁差进
行补偿。
2.1地磁场2.2系统组成
电子罗盘是利用磁传感器感应地球磁场来实电子罗盘由相互正交的两组磁感元件构成，假
现测向定位的，因此要了解它的工作原理就必须分设两组磁感元件按图1中x、y轴方向放置，则一路
析地磁场矢量。众所周知地球相当于一个巨大的磁磁传感器感应x方向的地磁分量，另一路感应y分
体，磁力线由南极到达北极，但磁轴和真正的地轴量。对某一固定地点来说，当罗盘z轴在水平面转
并不重合，而是存在有一定的夹角，地球上某点的动时，因为地磁场分量的大小和方向都不会变化。
磁场矢量分析如图1。但随着夹角α的变化Heh在x、y轴上的分量会有
规律的变化，放置在x、y轴上的磁感元件感应出来
的电压（或电流）值的也随着变化，根据公式（1）
就可计算出方位角α的具体值。电子罗盘的组成框
图如图2示。

x通道
磁传感器单元放大电路
补偿,校正电路计算处理单元
磁感元件1Vx
x方向磁方位
计算,显示
z磁感元件2y通道Vy
图1地球某点电磁场矢量分析图y方向放大电路
补偿,校正电路
x轴和y轴在水平面上且x轴与y轴相互垂直，
z轴是垂直方向（重力方向）。磁北的方向就是地磁
图2电子罗盘的原理框图
场He在水平面上的分量Heh的方向。对照图1对
三个角度进行以下说明。
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汪雪莲:电子罗盘的方位测量误差及其补偿校正

磁传感器可以是利用霍尔效应制成的霍尔2.4补偿、校正电路设计
元件也可以是磁阻或磁导元件。两路输出的电压从以上分析可以看出，要保证罗盘的精度就必
（或电流）信号，一般都比较微弱，需要对其进须对其内部产生的误差进行校正（主要从零点偏
行放大和校正补偿处理，由于两路磁感应元件输移、灵敏度偏差和正交误差三方面）。零点偏移、
出Vx、Vy比例于磁场强度，根据公式（1）可得灵敏度偏差通过电路的正确设计可以实现校正，对
Vy于不正交的误差需要计算单元在软件上进行补偿。
α=arctan（2）
Vx2.4.1不正交的误差可以按下面的算法补偿
2.3误差分析设两路输出信号为：
根据电子罗盘的组成框图，两路磁传感器的幅
Vy=+Vmaxsinαβ（7）
度和相位响应必须尽量一致，并且正交布置。但由()

于材料、加工工艺、安装等因素的影响，要做到完Vx=Vmaxcosα（8）
全一致是很困难的。这些因素是罗盘的主要误差在完全正交的情况下正确输出应是：
源，因此为保证罗盘测向精度，就必须在电路上对
Vy=Vmaxsinα，
这些因素产生的误差进行补偿。罗盘内部误差有三正确
类：磁传感器的灵敏度S的不一致ΔS引起的误差；根据三角函数公式
磁传感器和放大电路零点漂移引起的误差，记零点
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
偏移电压为Vox、Voy；两路磁传感器正交误差β角
引起的误差[1]。可得Vy补偿后的正确输出是
考虑上述误差，方位角可表示为：
Vy
VyVVyx正确=−tanβ（9）
α==arctancosβ
Vx
（3）
Heh(SS+++∆αβ)sin()Voy转动罗盘一周分别测出一组Vx、Vy，再按式
arctan
HehSVoxcosα+（7）、（8）可以求出不正交角β，因此不正交误差

零点偏移引起的误差为可以根据公式（9）通过软件来进行修正。

VVoymaxsinα+2.