基于多磁力计融合的电子罗盘研究

为了提高电子罗盘的航向角测量精度和可靠性,提出了一种多磁力计的电子罗盘架构,并利用地磁场和磁力计空间约束关系对基于递推最小二乘(RLS)法联合卡尔曼滤波(KF)的误差补偿与融合算法进行设计。首先,根据地磁场测量误差特性构建多磁力计误差模型,并利用RLS进行椭球拟合,得到误差补偿参数。然后,根据噪声协方差矩阵对同构多传感器数据进行KF迭代融合。最后,仿真和实测实验验证了多磁力计模型与补偿融合算法的有效性,最终航向角测量精度在±0.5°以内,标准差小于0.2°,与单磁力计相比精度提升3倍左右。

电子罗盘测量误差的分步式自主校正算法

针对电子罗盘椭球拟合校正算法的误差残留问题,提出了一种基于遗传算法GA(Genetic Algorithm)的分步式自主校正算法,实现了对电子罗盘剩余误差的校正。从电子罗盘定向原理及误差模型出发,分析了椭球拟合校正算法的原理及局限性,针对剩余误差的非线性引入遗传算法并对剩余误差进行了估计。实验结果表明:分步式自主校正算法能够有效地估计误差模型全部参数,消除椭球拟合校正算法的剩余误差。在俯仰角为30°、滚动角为30°的姿态下,分步式自主校正算法可在椭球拟合算法的基础上将航向角最大误差由1.9°降至0.49°,中误差由±1.19°降至±0.19°。

电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究

介绍了基于磁阻传感器和MEMS加速度计的电子罗盘的倾斜补偿原理.分析了电子罗盘工作过程中可能存在的误差及其来源,对A/D采样的数据进行有效的算法预处理;对测量精度影响最大的罗差构造数学模型并做相应的算法处理.分析实验数据可知:最大误差达35.5°的电子罗盘原型样机系统经过补偿后,误差降至3°以内.对罗盘系统精度没有达到1°以内的原因做了说明,并提出了相应的补偿方案,实验证明,该系统可用于普通导航领域.

高精度磁电子罗盘的研制

介绍了磁电子罗盘的设计.利用自己生产的磁电阻传感器研制了新型的磁电子罗盘.信号调理电路采用交流放大技术,有效解决了磁阻传感器失调及漂移的影响.针对干扰因素的特点,采用八位置标定法进行自动标定.对所研制的罗盘进行了室外试验,最大罗差小于0.1°.试验结果表明,该磁电子罗盘具有较高的精度.

电子罗盘在全自动智能陀螺寻北仪中的应用

提出了一种电子罗盘取代人工实现粗寻北的方法。根据电子罗盘原理,用DSP从电子罗盘串口实时采集系统与北方向的夹角值,并根据所得角度值驱动系统指向粗北方向,从而代替跟踪逆转点法实现陀螺仪粗寻北自动化。实验结果表明,电子罗盘粗寻北系统提高了机械陀螺仪的粗寻北速度,粗寻北时间由原来的10 min左右减少到1.5 min以内;粗寻北精度可以达到30′以内,满足了中天法精寻北要求。

无航向基准条件下电子罗盘的误差补偿方法研究

针对HMR3300电子罗盘在实际使用时,航向角测量精度低问题,探讨有效的磁差补偿方法。在分析电子罗盘航向角测量误差产生机理的基础上,建立了无航向基准条件下电子罗盘的误差校正模型,推导了自差补偿系数的计算公式,实验结果表明该补偿方法是正确有效的,可将HMR3300的航向角测量误差控制在0.5°之内。

基于神经网络代数算法的电子罗盘的标定

为了标定KVH-C100型电子罗盘,分析了电子罗盘产生误差的原因,设计了电子罗盘信号采集的软硬件系统;为了减少随机因素的干扰,对采样数据进行了中值滤波;在此基础上,采用神经网络代数算法建立了电子罗盘的误差补偿模型,该模型能实现在样本空间的精确映射,具有较高的非线性逼近精度。通过实验证明该补偿模型比中值正弦误差补偿精度高,使得误差范围由标定前的-5.468 15°～1.457 96°减小到-0.492 8°～0.517 8°,重复性实验也证明该补偿模型一致性好,满足控制要求。

三维磁感式电子罗盘的研制与标定

为了实现精确的地磁导航,使用PNI磁感传感器和VTI倾角传感器研制了三维磁感式电子罗盘。同时运用最小二乘法研究了三维电子罗盘的标定算法,并通过试验证明:经过标定的电子罗盘性能良好。

基于磁通门的三轴电子罗盘自动误差补偿方法

该方法以自制的小型三轴磁通门航向系统为基础,加入MEMS三轴加速度计,形成了三轴电子罗盘的硬件结构。针对电子罗盘的罗差容易受到环境影响的特点,研究了自动误差补偿方法。首先对加速度计进行校准,其次采用基于椭球拟合的算法进行磁通门罗差的自动补偿,在剩余误差分析的基础上,利用加速度计的输出用递推最小二乘的方法对剩余误差进行了自动补偿。室温下实验结果表明该方法不仅方便有效,而且电子罗盘的误差从15°降低至2°内,在大倾角(60°)情况下也能保持较好精度。

基于GMR传感器的三轴电子罗盘

针对现有大多数罗盘精度不高的问题,设计了一款基于新型巨磁阻(GMR)传感器芯片的三轴电子罗盘测量系统。该系统采用3个巨磁阻传感器芯片来测量地磁场矢量,采用三轴加速度传感器来测量载体的横滚角和俯仰角,在MSP430单片机中实现姿态转换、航向解算,最终通过RS232接口把航向角数据传输到电脑上。通过对影响罗盘测量精度误差来源的分析,提出了相应的自动校正和磁场补偿算法;在有外界磁场干扰的情况下,采用三维旋转校准,以保证罗盘能够达到较高的精度。研究结果表明,无论是否有外磁场干扰,罗盘经过校准补偿后精度都能够达到1.5°,从而验证了所设计的罗盘能够有效的对磁场干扰进行补偿。

电子罗盘安装误差标定与补偿方法研究

针对地磁导航系统在实际应用中由于电子罗盘安装误差而影响导航系统测量精度的问题,提出了一种有效的标定补偿安装误差角的方法。在分析电子罗盘安装误差角产生机理的基础上,建立了安装误差模型,推导了安装误差角的补偿公式,提出了安装误差角标定方案。通过计算机仿真验证了安装误差角求解算法的正确性。在不同倾角平面上进行了安装误差角标定试验,提出实际操作中对标定平面的要求并验证了补偿结果。

电子罗盘倾角补偿和干扰补偿的理论分析及实验验证

电子罗盘由三轴磁阻传感器、两个倾角传感器和MCU构成。在实际中,复杂环境的磁场干扰和不可避免的倾斜会影响电子罗盘,为了提高测量精度,必须对其进行环境干扰补偿和倾角补偿。本文详细阐述了倾角补偿和干扰补偿的原理,设计了简单的电子罗盘测试样机进行验证,并由实验数据,分析总结出了测量误差图表和结论。

三轴电子罗盘的磁航向角误差补偿研究

针对某水下运载器中罗盘的工作状态,提出了适合于水下工作的电子罗盘的误差补偿方法。通过分析误差产生的原因,结合实际情况,提出将补偿区间分段的方法,在各个区间分别进行最小二乘误差补偿。实验结果表明:采用分段补偿的方法可以有效补偿小区间误差,能够将最大误差降低到0.3°之内,提高其磁航角的精度,满足高精度导航系统要求。

基于磁阻和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计及应用

在简单介绍了姿态角和地磁场的基础上,分析了电子罗盘工作原理,设计了基于磁阻传感器、MEMS加速度传感器及SoC(System on Chip)MCU的电子罗盘。根据其构成的主要器件,分析、补偿和计算了系统误差。该电子罗盘具有体积小、重量轻、功耗低、价格低和精度高等优点。试验结果表明其能够很好地用于微型和超小型飞行器的姿态控制与导航。

基于椭圆假设的电子罗盘误差补偿方法

研究了一种智能电子罗盘的误差补偿问题。把误差的形成过程假设为从圆到椭圆的变化过程(椭圆假设 ) ,其逆过程就是误差补偿的过程。研究了基于椭圆假设求解误差系数算法和误差补偿方法。该方法使智能电子罗盘容易地实现了自动误差补偿和自动校准 ,大幅度降低了成本。试验结果表明 :椭圆假设符合实际情况 ,补偿效果显著。按此方法对最大误差高达± 2 3.7°的电子罗盘法进行自动补偿后 ,最大剩余误差降至± 0 .4°。根据该方法研制的电子罗盘具有成本低、可靠性高和使用方便的特点。

基于椭球假设的三轴电子罗盘罗差补偿研究

为实现三轴电子罗盘的自动罗差校正,对基于椭球假设的罗差补偿算法进行了研究。从描述载体干扰磁场的泊松模型出发,分析了椭球假设的合理性与局限性,给出了利用椭球拟合实现罗差补偿的算法,并进行了数值仿真及实验验证。实验结果表明,基于椭球拟合的罗差校正方法的剩余误差主要表现为常值误差与半圆罗差的结合,该方法可在无外部航向基准条件下实现三轴电子罗盘的自动罗差校正。

基于电子罗盘的快速粗定向方法研究

为满足机械陀螺仪快速定向要求,采用一种基于电子罗盘的快速粗定向方法;根据电子罗盘的地磁场测量原理,分析了其测量的干扰和误差因素;通过对电子罗盘干扰抑制及误差补偿处理方法的研究,综合采用软件滤波与基于椭圆拟合的罗差补偿法对采样数据进行处理及仿真;实验表明,该方法误差校正效果明显,设计精度可达1°,精度可满足机械陀螺仪粗寻北要求,寻北周期50″左右,满足设计要求。

基于HMC1022磁阻传感器的数字电子罗盘的设计与实现

基于地磁测量原理设计的数字式电子罗盘由微控制器实现角度换算与输出,具有体积小、启动快、功耗低、成本低等优点。磁阻传感器两轴输出的差分信号转换均由16位A/D直接完成,省去电路中复杂的运算放大器部分。利用磁阻芯片独特的置位复位功能,有效地消除因温度漂移和电路参数漂移等共模信号造成的误差,精度可以精确到1°。

一种提高电子罗盘航向和姿态测量精度的新方法

针对电子罗盘在甚小口径终端(Very Small Aperture Terminal,VSAT)应用中出现的航向和姿态测量精度问题进行了研究.讨论了电子罗盘航向和姿态测量的基本原理,推导了姿态测量误差和航向测量误差的数学模型,分析了滚转角和航向角测量误差随俯仰角增大而增大的原因,提出了一种提高航向和姿态测量精度的新方法.仿真和实测结果表明:新方法能基本消除俯仰角对滚转角测量精度的影响,同时能有效提高航向角测量精度.在转台俯仰角30°情况下,采用新方法修正后的滚转角精度约为0.2°,航向角精度约为0.5°.

三维磁阻式电子罗盘的研制

利用三轴磁阻传感器和两轴倾角传感器研制三维磁阻式电子罗盘。三轴磁阻传感器HMC1043测量地磁场的3个分量,倾角传感器SCA100T测量罗盘的翻滚角和俯仰角,2只传感器的信号经过电路处理后传入单片机中,再通过RS—232接口输入到计算机进行计算处理,计算机终端采用VC编制的界面来显示罗盘的方位角和翻滚、俯仰角。系统采用了低功耗的置位/复位电路来保证磁阻传感器的灵敏度。最终电子罗盘的方位角精度达到0.5°,方位角分辨率达到0.1°。