数字式磁罗盘的误差补偿方法研究.pdf

獬ELECTR()NIC电M子EAS测URE量MEN技T术TECHN()L(XY第23007卷年第11l月1期

数字式磁罗盘的误差补偿方法研究

马文曾连荪金志华
(上海交通大学电院仪器系导航与控制研究所上海200240)

摘要：随着磁航向测量系统应用领域的拓宽，必须提高数字磁罗盘的航向精度，本文首先介绍了磁航向测量的基本
原理，通过对航向误差的分析以及环境磁场对磁罗盘的影响，研究了一种误差修正方法，采取了粗校和精校两步走的
策略，首先采用最佳椭圆拟合的方法进行粗校，再把自差作为小量，采用最小二乘法进行精校。在HMR3300上应用
该方法进行实验，使得HMR3300的精度提高到0．4度以内，验证了该方法的有效性和可行性。
关键词：数字磁罗盘；罗差；最佳椭圆拟合；最小二乘法
中图分类号：TP212．9文献标识码：A

Algorithmofdeviationcalibratingfordigitalmagneticcompass

MaWenZengLiansunJinZhihua
(DepartmentofInstrumentationEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240)

Abstract．Withthedevelopmentofextensiveapplicationinmagneticheadingmeasurementfield，improvingtheaccuracy

ofdigitalmagneticcompassisaindispensablefactor．Thispaperintroducesthebasicprincipleofmagneticheading
measurement．Afteranalyzingheadingerrorandtheinfluencefordigitalmagneticcompasscausedbyenvironment

magneticfield，westudiedamethodofdeviationcalibratingforthecompass．Thisalgorithmincludestwostep
strategies．FirstlythetheoryofbestfitellipsehypothesisisusedtOcalibratethecompasscoarsely，andthenthe
remainingdeviationisconsideredassmallorder,Theleastsquareestimationatmulti—positiontestisrespectivelyapplied

tOacquiretheremainingerror．TheexperimentperformedonHMR3300showthatthisstrategyimprovetheheading
accuracywithin0．4degree，anditvalidateitsfeasibilityandvalidity．

Keywords：digitalmagneticcompass；magneticdeviatiombestfitellipsehypothesis；leastsquareestimation

O引言1航向测量原理及误差分析

数字磁罗盘由于成本低、体积小、具有数字化接口，并1．1磁罗盘航向测量原理
且它的姿态输出不随时间漂移，因此在现代导航系统中得地球的磁场强度约为0．5Gs，其水平分量H。指
到广泛的应用，在无人机航向系统口】。空中平台航姿系向磁北。在北半球，地磁场向下指向北方，与当地水平面
统、车辆导航、隧道测量等应用中提供导航姿态信息。磁的夹角为磁倾角a，如图1所示。确定地磁场水平分量在
罗盘是通过对地磁进行测量得到航向的，外界磁环境将对水平坐标系X和y轴的值就可以求解出磁航向角。
测量精度产生严重影响。某空中平台航姿系统使用数字
磁罗盘作为辅助的姿态传感器，提供平台的姿态信息，同
时进行备份。需要磁罗盘能够输出高精度的姿态信息(航

向误差<O．5。)。因此，如何降低和消除外界磁环境对罗盘．，／’
输出精度的影响是应用中必须要解决的问题。y
本文从数字磁罗盘的测量原理出发，研究了一种实用
的补偿算法用来对数字式磁罗盘进行误差补偿，并利用转
，

，
，，地磁场

台对数字磁罗盘HMR3300进行了试验，验证了所研究算，
，，

，，
法的有效性。，-

图1由的懈录毽图

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马文等：数字式磁罗盘的误差补偿方法研究一箜塑

数字磁罗盘一般由3个正交安放的磁传感器，1个倾误差类，即制造误差在数学上与罗差的作用是相同的，因
斜传感器组