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.

数字磁罗盘的全姿态罗差补偿

针对现有磁罗盘罗差补偿方法成本高、效率低和全姿态补偿能力不足的问题,提出了一种基于几何变换的全姿态罗差补偿方法。首先,根据外磁干扰对磁传感器采样值的影响,建立了几何变换罗差补偿模型,将罗差补偿参数由12个减少到9个。其次,将牛顿法算子引入到粒子群算法中建立了混合粒子群优化算法,采用粒子群算法选取优化参数初始值,以牛顿法算子快速逼近最优值。最后,使用提出的混合粒子群优化算法对几何变换参数进行优化求解,并利用几何变换补偿模型对磁罗盘磁航向测量误差进行补偿。实验结果表明,采用该补偿方法无需外部辅助航向姿态信息,可在3min内实现全姿态罗差补偿,并将磁航向测量误差降低为补偿前的1/8~1/10,在罗差补偿精度和速度上优于传统补偿方法,满足了航姿系统的需求。

无人机磁航向测量的自动罗差补偿研究

利用地球磁场测量无人机的航向时,需要对机上铁磁材料引起的罗差进行补偿。为了降低补偿费用,减小补偿试验时周围环境的影响,提出一种利用飞机左右盘旋飞行时采样数据实现罗差自动补偿的方法。采用椭圆假设算法,可利用飞机平飞时在多于5个不同方向的采样数据来自动补偿平飞时的罗差。在任意姿态飞行时,把飞机左右盘旋时采样的数据分解为4个椭圆,并求出它们相对于椭圆假设的24个系数。再利用这24个系数和飞机的俯仰角、倾斜角以及地磁场垂直分量求出任意姿态下罗差补偿所需的12个系数。实验结果表明,该方法效果良好,方便可行。某无人机补偿前最大误差为21.5°;用传统方法补偿后最大误差为2.3°;用本文方法几乎不需要额外的费用,补偿后最大误差为1.6°。

椭圆拟合在某新型磁定向系统罗差补偿中的应用研究

为了提高基于地磁检测定向的精度,设计了一种新型的平面磁定向系统,该系统仅需要一个传感器的数据就可以确定磁方位。进行载体磁场补偿是磁定向系统实际应用的必要条件。结合新型磁定向系统的结构特点,基于椭圆拟合方法提出了一种新型智能误差补偿方法,推导出误差补偿公式。该方法不需要外界设备提供参考,仅通过定向系统本身的测试数据之间的相互关系就可以完成罗差补偿系数的求解。工程试验表明,该方法有着与传统给定基准法相当的补偿精度,却大大简化了操作,缩短了校准时间。

微型磁阻式电子罗盘的设计及罗差补偿方法的研究

阐述了磁阻式电子罗盘的工作原理及航向测量方法,并介绍了以霍尼韦尔公司的三轴磁阻传感器HMC1043、美国飞思卡尔半导体公司的三轴加速度计MMA7260及C8051F121单片机为核心设计的三轴磁阻式电子罗盘硬件电路;同时对电子罗盘误差形成原因进行分析,采用基于椭圆拟合的两种不同误差补偿方法对罗差进行补偿;详细分析了每种算法的工作原理,根据现场试验数据对实验结果进行分析验证并得出结论;实验结果表明,补偿后的三轴磁阻式电子罗盘的航向角、俯仰角及滚转角的误差在1°以内,基本达到预期目标,误差补偿效果较好。

一种基于抗差M估计的电子罗盘航向误差补偿算法

针对磁场异常值影响电子罗盘航向误差补偿精度的问题,提出了一种基于抗差M估计的电子罗盘航向误差补偿算法。通过分析载体磁场影响下电子罗盘的输出特点,构建了电子罗盘测量误差模型;在带椭圆约束的最小二乘算法的基础上引入了抗差M估计,有效降低了磁场异常值对电子罗盘航向误差补偿效果的影响。利用MCL601型电子罗盘与图像全站仪固联构建的组合系统,在天文观测墩上进行实验。实验结果表明:抗差M估计补偿算法能够有效降低磁航向角误差,与带椭圆约束的最小二乘算法相比,可将磁航向角最大误差由0.16°降至0.08°,中误差由±0.09°降至±0.04°。

平面电子罗盘的误差分析及补偿方法

介绍平面电子罗盘的工作原理,分析平面电子罗盘在安装和工作中可能存在的误差及其来源。分析罗差的产生和构成,在此基础上构造罗差方程并应用最小二乘法进行罗差补偿。通过这种补偿,电子罗盘的最大误差降到1°以内。实践证明,这种罗差补偿方法具有一定的普遍应用价值。

三维捷联磁传感器误差分析及补偿

磁传感器在导航系统中的应用日益广泛.在车载导航系统工作环境中,外界干扰磁场复杂,严重影响了磁航向测量的精度.因此对磁航向进行适当的罗差补偿是提高磁航向测量精度的有效途径.文中介绍了用磁传感器进行磁航向测量的原理,分析了由于磁场矢量叠加产生的罗差,提出了基于傅立叶级数的罗差模型和补偿方法.工程实践表明,上述方法的使用收到了较好的效果.

低空摄影测量中航向测量误差补偿技术研究

针对数字罗盘在无人机超低空遥感测绘系统中的应用,介绍了数字罗盘的航向测量原理,分析了误差性质,系统研究了航向测量中的罗差补偿方法。采用误差分解的原理分粗校准和精校准两步完成了航向误差的补偿,先根据磁阻传感器的映射原理进行椭圆拟合实现粗校准,然后通过实验建模法建立最小二乘方程,实现残余的硬磁干扰和软磁干扰的精校准,实验结果显示航向误差由补偿前最大的4.19°降至0.5°以内,满足系统应用要求。

数字磁罗盘的研制

剖析了磁阻式罗盘的工作机理,并给出了磁航向角的计算方法。基于霍尼韦尔磁阻传感器,提出了一种低成本的组合式三维捷联数字磁罗盘,该数字磁罗盘具有高分辨力、高精度、低成本的优点。通过分析由磁场矢量叠加产生的罗差,提出了基于罗差傅立叶级数的罗差模型和补偿方法。最后,对该数字磁罗盘进行了实际测试,并对测试结果进行了分析,当采用八位置法标定时,误差能限制在-0.5～+0.5之间。测试结果显示:该数字磁罗盘能够达到较高的精度,满足实际应用的要求。

多旋翼无人机磁罗盘校准方法

为提高多旋翼无人机航向角解算精度,研究磁罗盘校准和罗差补偿方法;通过详细分析罗差产生原因,并结合多旋翼应用,将磁罗盘干扰划分为机体坐标系静态干扰、机体坐标系动态干扰、导航坐标系静态干扰、导航坐标系动态干扰四大类;针对机体坐标系动态干扰,结合多旋翼应用背景,研究干扰的离线测量与在线补偿方法;针对机体坐标系静态干扰,提出一种飞行过程中实时校准方法;针对导航坐标系静态干扰,创新性采用GNSS模块的速度方向信息修正罗差;导航坐标系动态干扰为原理性误差,这里暂不讨论;结果表明:研究内容可有效补偿机体坐标系动态与静态干扰,以及导航坐标系静态干扰对磁罗盘和航向角解算精度的影响,有助于改善无人机的飞行性能。

基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计

针对现有电子罗盘在地磁场检测时易受到外界磁场干扰而导致测量精度不高的问题,设计了基于隧道磁阻传感器(TMR)的三维电子罗盘并完成样机制作。研究了实际环境中电子罗盘的误差特性,经椭球拟合校正后,采用基于椭圆假设的椭圆拟合方法对误差进行补偿,补偿后其方位角精度可达0.85°,有效降低94.81%的方位角误差。实验结果验证了TMR传感器在电子罗盘应用的可行性。