磁罗盘姿态解算及误差补偿 (2).pdf

计算机测量与控制.2011.19(7)
#1771#
设计与应用ComputerMeasurement&Control

文章编号:1671-4598(2011)07-1771-03中图分类号:TP21219文献标识码:A
磁罗盘姿态解算及误差补偿
李凤英,高田,羊彦
(西北工业大学电子信息学院,陕西西安710129)

摘要:详细介绍了磁罗盘的姿态解算原理,并分析了造成磁罗盘解算误差的主要因素,提出了基于最小二乘的36位置法,重点对其
中的罗差以及制造误差中的零位误差和灵敏度误差进行了补偿修正;并用项目试验验证得出:当只进行零位误差和灵敏度误差修正时,
磁罗盘的偏航角解算误差最大可达3b;而经过罗差补偿后,磁罗盘的偏航角解算误差可控制在015b以内;实验结果表明,经过补偿后,
磁罗盘的解算精度明显提高,且成本低,使用简便,适用范围广。
关键词:磁罗盘;姿态解算;误差补偿;罗差;最小二乘
AttitudeSolutionandErrorCompensationofMagneticCompass
LiFengying,GaoTian,YangYan
(CollegeofElectronicInformation,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710129,China)
Abstract:Itintroducesattitudesolutiontheoryofmagneticcompassindetail,analyzesthemajorfactorsthatcausedtheerrorofmag-
neticcompass,proposes36positionmethodbasedonleastsquareandemphasizesoncompensationandcorrectioninmagneticdeviationand
thezeropositionerrorandsensitivityerrorinmanufacturingerrors.Thisexperimentalverificationobtainedbytheproject:whenonlycorrect
thezeroerrorandsensitivityerror,theyawanglesolutionerrorofmagneticcompasscanbeupto3b;buttheyawanglesolutionerrorof
magneticcompasscanbecontrolledin015borlessafterthecompensationofmagneticdeviation.Theresultsshowthat,themagneticcompass
solutionaccuracyisimprovedsignificantlyaftercompensation.Inaddition,thismethodcostlowlyandisalsowidelyused.
Keywords:magneticcompass;attitudesolution;errorcompensation;magneticdeviation;leastsquares

0引言
磁罗盘[1]通常由三轴磁阻传感器、三轴加速度计以及信号
调理电路和复位消磁电路组成。磁罗盘通过磁阻传感器,利用
磁阻效应测量地球磁场,以确定载体的磁航向信息;通过加速
度计传感器测量载体与水平面的倾角,从而确定载体的俯仰角
和横滚角。它省去了硬件平台及会带来积累误差的惯性元件陀
螺仪,因此具有体积和功耗小、成本低、启动快、可靠性高、
图磁罗盘姿态角的定义
便于维护和无长期漂移等优点。本文将详细介绍磁罗盘的姿态1
解算原理,并分析引起磁罗盘测量误差的主要因素和补偿方
112磁罗盘姿态角求解过程
法,最后结合项目试验给出了补偿前后的效果图,以满足磁罗
磁阻传感器利用地磁场敏感航向寻找磁北,安装磁阻传感
盘的基础应用。
器时,令其3个敏感轴与载体坐标系重合,测量值为
1磁罗盘姿态解算bbb
HxHyHz。当载体坐标系与导航坐标系重合时,传感
nnn
111磁罗盘姿态角定义器的测量值记为HxHyHz。由于偏航角是载体坐标系
磁罗盘姿态角的定义[2]如下图1所示,磁阻传感器测量的与导航坐标系的夹角,因此要将磁阻传感器在载体坐标系下的
bbb测量值变换到导航坐标系中。假设开始时载体坐标系与导航
3个轴向的磁场强度Hx、Hy、Hz是在载体坐标系OXbYbZb,
nn坐标系绕水平轴旋转角至然后绕横滚
下测得的,其在导航坐标系(地理系)下的投影为Hx、Hy、YbHOXcbYcbZcb,XcbC
n角度得到载体坐标系。则两次旋转的坐标变换可
Hz。N-S表示地球南