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1、计算机测量与控制.2011.19(7)设计与应用ComputerMeasurement&Control#1771#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
2、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AttitudeSolutionandErrorCompensationofMagneticCompassLiFengying,GaoTian,YangYan(CollegeofElectronicInformation,NorthwesternPolytechnicalUniversity,X
3、i'an710129,China)Abstract:Itintroducesattitudesolutiontheoryofmagneticcompassindetail,analyzesthemajorfactorsthatcausedtheerrorofmag-neticcompass,proposes36positionmethodbasedonleastsquareandemphasizesoncompensationandcorrectioninmagneticdeviationandthezeropositioner
4、rorandsensitivityerrorinmanufacturingerrors.Thisexperimentalverificationobtainedbytheproject:whenonlycorrectthezeroerrorandsensitivityerror,theyawanglesolutionerrorofmagneticcompasscanbeupto3b;buttheyawanglesolutionerrorofmagneticcompasscanbecontrolledin015borlessaft
5、erthecompensationofmagneticdeviation.Theresultsshowthat,themagneticcompasssolutionaccuracyisimprovedsignificantlyaftercompensation.Inaddition,thismethodcostlowlyandisalsowidelyused.Keywords:magneticcompass;attitudesolution;errorcompensation;magneticdeviation;leastsqu
6、ares0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1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
7、,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bbbHxHyHz。当载体坐标系与导航坐标系重合时,传感111磁罗盘姿态角定义器的测量值记为HnnnxHyHz。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3个轴向的磁场强度Hbbb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x、Hy、Hz是在载体坐标系OXbYbZb下测得的,其在导航坐标系(地理系
8、)下的投影为Hnn坐标系绕水平Yb轴旋转H角至OXcbYcbZcb,然后绕Xcb横滚Cx、Hy、Hn角度,得到载体坐标系OXbYbZb。则两次旋转的坐标变换可z。N-S表示地球南北极轴线,Nc-Sc表示地磁南北极轴线,其夹角B称为磁偏角。U为前进方向在地理坐标系
