一种用于磁力计校准的圆盘标定方法与流程

1.本发明涉及惯性导航领域，具体涉及一种用于磁力计校准的圆盘标定方法。


背景技术：

2.各类小型无人飞行器中所使用的mems传感器普遍精度不高，为提高测量的准确性，需重点解决传感器的初始对准问题。磁力计是利用地磁场来获取载体姿态角的一种传感器，被广泛的应用在航空、航海、车载定位、地质勘探等领域。将磁力计与陀螺、加速度计进行结合，可提高载体的导航精度。由于磁力计的测量误差较大，在系统开始对准之前，需对磁力计进行标定及误差校准。在惯性导航领域，磁力计的校准需用到无磁旋转平台并进行误差建模等，这对设备及技术均有一定的要求，考虑到磁力计标定及校正的可操作性和时间成本，在利用磁力计进行初始对准时，较快、较简便的对磁力计误差进行校正是问题的关键。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于磁力计校准的圆盘标定方法。
4.本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.一种用于磁力计校准的圆盘标定方法，包括以下步骤：
6.步骤1：建立磁力计的误差模型，并根据所述误差模型建立矩阵方程；
7.步骤2：将集成有磁力计的mems传感器放置在360
°
圆形角度盘上，再将360
°
圆形角度盘划分为若干等份角度，然后按照所述等份角度依次将mems传感器转动一周，且每转动一个所述等份角度记录一次磁力计的输出值；
8.步骤3：根据记录的磁力计的输出值以及mems传感器每次转动的角度值计算得到磁航向罗差的测量值；
9.步骤4：将所述磁航向罗差的测量值和步骤2记录的磁力计输出值输入所述矩阵方程中，利用最小二乘法求解得到罗差系数；
10.步骤5：将所述罗差系数和步骤2记录的磁力计输出值输入所述误差模型中，计算得到磁航向罗差；
11.步骤6：根据所述磁航向罗差和步骤2记录的磁力计输出值计算得到修正后的航向角，完成磁力计的标定。
12.进一步地，所述步骤3中磁航向罗差的测量值δl
′
＝ψ
c
‑
ψ
m
，其中，ψ
c
为磁力计计算磁航向，即步骤2中磁力计的输出值，ψ
m
为磁航向角，即步骤2中mems传感器转过的角度。
13.进一步地，所述矩阵方程为
14.z＝hx
15.其中，
16.z＝[δl1′
,
…
,δl
n
′
]
t
[0017]
h＝[i
n
×1,sin(ψ
c
)
n
×1,cos(ψ
c,i
)
n
×1,sin(2ψ
c,i
)
n
×1,cos(2ψ
c,i
)
n
×1]
[0018]
x＝[a,b,c,d,e]
t
[0019]
其中，δl
′
为磁航向罗差的测量值；ψ
c
为磁力计计算磁航向，即步骤2中磁力计的输出值；a、b、c、d、e为罗差系数。
[0020]
进一步地，所述误差模型为
[0021]
δl＝a bsin(ψ
c
) ccos(ψ
c
) dsin(2ψ
c
) ecos(2ψ
c
)
[0022]
其中，ψ
c
为载体磁力计计算磁航向，即磁力计的输出值；δl为磁航向罗差，ψ
m
为磁航向角，即步骤2中mems传感器每次转动的角度；a、b、c、d、e为罗差系数。
[0023]
本发明的有益效果：
[0024]
1、本发明的这种方法无需使用转台设备，可操作性强、校准效果好；
[0025]
2、该标定方法提高了磁力计输出的准确性，解决了磁力计测量误差较大的问题，对提高mems惯导系统初始对准具有重要意义。
具体实施方式
[0026]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0027]
本发明实施例公开了一种用于磁力计校准的圆盘标定方法，具体包括以下步骤：
[0028]
步骤1：建立磁力计的误差模型，并根据所述误差模型建立矩阵方程。
[0029]
本发明中所用磁力计是adi公司的mems惯性测量单元adidi6488(以下简称mems传感器)中集成的磁力计传感器，mems传感器是一款稳定的集成传感器套件，即在单封装中集成一个三轴陀螺仪、一个三轴加速度计、一个三维磁组传感器和一个压力传感器。
[0030]
mems传感器在软磁场和硬磁场综合影响下的罗差方程，即误差模型如下：
[0031]
δl＝a bsin(ψ
c
) ccos(ψ
c
) dsin(2ψ
c
) ecos(2ψ
c
)
[0032]
其中，ψ
c
为载体磁力计计算磁航向；δl为磁航向罗差，ψ
m
为磁航向角；a、b、c、d、e为罗差系数。
[0033]
为了便于求解罗差系数，将该罗差方程写成矩阵形式：
[0034]
z＝hx
[0035]
其中，
[0036]
z＝[δl1′
,...,δl
n
′
]
t
[0037]
h＝[i
n
×1,sin(ψ
c
)
n
×1,cos(ψ
c,i
)
n
×1,sin(2ψ
c,i
)
n
×1,cos(2ψ
c,i
)
n
×1]
[0038]
x＝[a,b,c,d,e]
t
[0039]
其中，δl
′
为磁航向罗差的测量值；ψ
c
为磁力计计算磁航向，即步骤2中磁力计的输出值；a、b、c、d、e为罗差系数。
[0040]
利用最小二乘法得到的最小二乘解为：
[0041]
x＝(h
t
h)
‑1h
t
z
[0042]
为了计算出罗差系数，在该矩阵方程中，利用可以直接计算得到的磁航向罗差的测量值δl
′
进行计算。
[0043]
步骤2：将集成有磁力计的mems传感器放置在360
°
圆形角度盘上，再将360
°
圆形角度盘划分为若干等份角度，然后按照所述等份角度依次将mems传感器转动一周，且每转动
一个所述等份角度记录一次磁力计的输出值。
[0044]
利用绘制的360
°
的圆形角度盘求解罗差系数，360
°
圆盘中，1
°
为1格，将圆形角度盘的0
°
与地理北向指向保持一致，将其固定在试验台上，mems传感器装在六面体工装中，水平放置在圆形角度盘上，且mems传感器距离地面约40cm；以六面体的侧面为基准面，基准面开始与圆形角度盘的0
°
重合，将360
°
圆形角度盘划分为12等份，每等份为30
°
角，将六面体工装每次旋转30
°
，依次人工转完整个圆形角度盘，且每转动30
°
记录一次磁力计的输出值，即ψ
c
值。
[0045]
该mems传感器从圆形角度盘的0
°
开始间隔30
°
旋转一周，转过的角度，即ψ
m
值分别为：
[0046]
ψ
m
＝[0,30,60,90,120,150,180,210,240,270,300,330]
t
[0047]
每次旋转到指定角度后停留30～40秒，对30～40秒内稳定的磁力计数值均值处理后在用于计算磁航向、罗差参数估计。
[0048]
步骤3：根据步骤2记录的磁力计的输出值以及mems传感器每次转动的角度值计算得到磁航向罗差的测量值。
[0049]
mems传感器每次旋转到指定角度后，磁力计会输出一个相应的ψ
c
值，通过ψ
m
和ψ
c
值可以得到δl
′
值，δl
′
为磁航向罗差的测量值；
[0050]
δl
′
＝ψ
c
‑
ψ
m
[0051]
其中，ψ
c
为磁力计计算磁航向，即步骤2中磁力计的输出值，ψ
m
为磁航向角，即步骤2中mems传感器转过的角度。
[0052]
步骤4：将所述磁航向罗差的测量值和步骤2记录的磁力计输出值输入所述矩阵方程中，利用最小二乘法求解得到罗差系数。
[0053]
将ψ
c
和δl
′
值带入矩阵方程中，利用最小二乘法可计算出罗差系数a、b、c、d、e。
[0054]
步骤5：将所述罗差系数和步骤2记录的磁力计输出值输入所述误差模型中，计算得到磁航向罗差。
[0055]
将a、b、c、d、e带入罗差方程中，得到磁航向罗差δl值。
[0056]
步骤6：根据所述磁航向罗差和步骤2记录的磁力计输出值计算得到修正后的航向角，完成磁力计的标定。
[0057]
根据δl和ψ
c
值可以得出修正后的航向角ψ
c
′
：
[0058]
ψ
c
′
＝ψ
c
‑
δl
[0059]
从表1中可以看出各项参数结果：
[0060]
表1第一次试验的各项参数结果值
[0061][0062]
然后采用上述同样的试验过程，进行第二次试验，将圆形角度盘上的360
°
分为8等份，每等份为45
°
角，将六面体工装每次转动45
°
，依次人工转完整个圆形角度盘，并记录磁力计的输出值ψ
c
，该过程用于验证第一次试验得到的罗差系数是否有效。
[0063]
该mems传感器从圆形角度盘的0
°
开始间隔45
°
旋转一周，转过的角度，即ψ
m
值分别为：
[0064]
ψ
m
＝[0,45,90,135,180,225,270,315]
t
[0065]
同样的，每次旋转到指定角度后停留30～40秒，对30～40秒内稳定的磁力计数值均值处理后在用于计算磁航向、罗差参数估计。
[0066]
mems传感器每次旋转到指定角度后，磁力计会输出一个相应的ψ
c
值，将第一次试验求得的a、b、c、d、e值和ψ
c
代入罗差方程中，得到δl值，然后根据δl和ψ
c
值可以得出修正后的航向角ψ
c
′
为：
[0067]
ψ
c
′
＝ψ
c
‑
δl
[0068]
根据ψ
m
和ψ
c
′
值可以得到修正后的差值e为：
[0069]
e＝ψ
m
‑
ψ
c
′
[0070]
从表2可以看出，修正后的差值e的绝对值最大为4.33145，可看出对应点罗差差异均小于5
°
，说明拟合出来的罗差系数有效，该标定方法可有效提高磁力计输出的准确性。
[0071]
表2第二次试验的各项参数结果值
[0072][0073]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。