一种抗磁干扰的方法技术

本发明专利技术涉及抗磁干扰领域，尤其涉及一种抗磁干扰方法。本发明专利技术公开设计的一种抗磁干扰方法，通过同时使用了磁场强度变化、磁倾角变化及地理系的磁场分量变化这几个量的变化来判断是否有磁场干扰，能够更为准确的判断是否有磁场干扰；当磁场存在磁场干扰并且磁场干扰持续时间较长时，避免了长期单纯使用陀螺仪积分计算航向角，导致航向角发散的问题，在此种情况下，记录利用磁强计数据对航向角进行修正，从而避免了航向角发散，且当有磁场干扰并且磁场干扰持续时间较长时，提出的航向角修正过程不仅能够有效的削弱和控制磁场干扰对航向角测量精度的干扰，同时保证了航向角的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及抗磁干扰领域，尤其涉及一种抗磁干扰的方法。
技术介绍
在MEMS姿态测量系统中，仅使用MEMS加速度计和MEMS陀螺仪组成的惯性测量单元，由于陀螺仪的角速度漂移以及缺乏航向角的观测和修正信息，航向角的输出精度无法满足姿态测量系统的长时间精度要求。因此，近几年将磁强计与惯性测量单元集成后组成的MEMS航姿参考系统得到了广泛的研究和应用，特别是应用在微小型无人机中。MEMS航姿参考系统是一种由相互正交的三轴陀螺仪、三轴加速度计以及三轴磁强计组成，通过数据融合算法精确测量空间姿态的传感系统。MEMS航姿系统中集成的MEMS磁强计主要是用于修正姿态测量系统的航向角误差，提高航向角测量精度和长期稳定性。当MEMS航姿系统应用于微小型无人机时，其工作环境主要为低空区域，系统中集成的MEMS磁强计极易受地面局部磁场干扰以及机载电机磁场等的干扰而导致航向角测量不准确。一般的磁强计校准方法包括硬件校准及软件校准方法，如通过最小二乘拟合或最佳椭圆拟合补偿等软件校准方法，都是在地球磁场固定不变或未受干扰时对磁强计进行的校准，当磁强计受到磁场干扰时，常规的校准补偿方法将无法消除干扰引起的航向角测量误差。因此针对磁强计受磁场干扰导致航向角测量不准的问题，需要研究一种用于MEMS磁强计的抗磁场干扰方法，从而削弱或有效控制磁场干扰对MEMS航姿系统的航向角测量精度的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种抗磁干扰的方法，鉴于上述问题，它弥补了上述的缺陷并提供以下优点：一种抗磁干扰的方法，其中，所述方法包括：于无磁场干扰环境中对无人飞行器中的MEMS磁强计进行校准；根据预先设定的磁场变化阈值判断当前环境是否有磁场干扰，并根据预先设定的磁场干扰持续时间阈值判断磁场干扰时间；若无磁场干扰，则使用所述MEMS磁强计对无人飞行器进行航向角修正，若有磁场干扰，且磁场干扰时间小于所述磁场干扰持续时间阈值，则通过所述无人飞行器内置陀螺仪积分计算得出所述无人飞行器的航向角，若磁场干扰时间大于等于所述磁场干扰持续时间阈值，利用机体系航向误差修正角速率与所述陀螺仪输出的差值对所述无人飞行器的航向角进行修正。上述的方法，其中，所述方法还包括：记录当前时刻所述MEMS磁强计的输出值、所述陀螺仪的输出值和加速度计的输出值；根据所述陀螺仪的输出值和所述加速度计的输出值计算出当前时刻所述无人飞行器的姿态转移矩阵。上述的方法，其中，所述方法还包括：根据磁强计输出以及当前时刻所述无人飞行器的姿态转移矩阵计算地理系磁场分量，同时根据磁强计输出计算磁场强度、磁倾角。上述的方法，其中，所述方法还包括：将当前环境中的所述磁场强度、所述磁倾角和所述地理系磁场分量与所述磁场变化阈值进行对比，根据对比结果判断所述无人飞行器是否受磁场干扰。上述的方法，其中，所述磁场变化阈值包括磁场强度变化阈值、磁倾角变化阈值和地理系磁场分量变化阈值。上述的方法，其中，所述方法还包括：若磁场干扰时间大于等于所述磁场干扰持续时间阈值，则通过磁强计与陀螺仪积分得到的航向角的差值确定所述无人飞行器航向角修正幅值；根据所述航向角修正幅值计算地理系航向误差修正角速率；以所述地理系航向误差修正角速率和所述姿态转移矩阵的转置为基础计算机体系航向误差修正角速率；根据所述机体系航向误差修正角速率和所述陀螺仪输出的差值对所述无人飞行器航向角进行修正。上述的方法，其中，当所述磁场干扰时间大于等于所述磁场干扰持续时间阈值，对所述无人飞行器进行航向角修正后，更新航向角修正持续时间，并将更新后的航向角修正持续时间与预先设定的最大航向角修正持续时间对比，若更新后的航向角修正持续时间小于等于最大航向角修正持续时间，则持续对所述无人飞行器的航向角进行修正，若更新后的航向角修正持续时间大于最大航向角修正持续时间，则重新判断当前环境是否有磁场干扰。综上所述，本专利技术公开设计的一种抗磁干扰的方法，通过同时使用了磁场强度变化、磁倾角变化及地理系的磁场分量变化这几个量的变化来判断是否有磁场干扰，能够更为准确的判断是否有磁场干扰；当磁场存在磁场干扰并且磁场干扰持续时间较长时，避免了长期单纯使用陀螺仪积分计算航向角，导致航向角发散的问题，在此种情况下，记录利用磁强计数据对航向角进行修正，从而避免了航向角发散，且当有磁场干扰并且磁场干扰持续时间较长时，提出的航向角修正过程不仅能够有效的削弱和控制磁场干扰对航向角测量精度的干扰，同时保证了航向角的测量精度。附图说明参考所附附图，以更加充分的描述本专利技术的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本专利技术范围的限制。图1是本专利技术的流程图。图2是本专利技术利用磁强计辅助的航向角修正过程。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步的说明，但是不作为本专利技术的限定。本专利技术设计一种抗磁干扰的方法，首先是在无磁场干扰的环境中对无人飞行器中的MEMS磁强计进行校准，根据预先设定的磁场变化阈值判断当前环境是否有磁场干扰，并根据预先设定的磁场干扰持续时间阈值判断磁场干扰时间；若无磁场干扰，则使用MEMS磁强计对无人飞行器进行航向角修正，若有磁场干扰，且磁场干扰时间小于磁场干扰持续时间阈值，则通过无人飞行器内置陀螺仪积分计算得出无人飞行器的航向角，若磁场干扰时间大于等于磁场干扰持续时间阈值，利用机体系航向误差修正角速率与陀螺仪输出的差值对所述无人飞行器的航向角进行修正。具体的是先记录当前时刻的MEMS磁强计的输出值、陀螺仪的输出值和加速度计的输出值，然后根据陀螺仪的输出值和加速度计的输出值计算出当前时刻无人飞行器的姿态转移矩阵。再根据磁传感器输出值及当前时刻姿态转移矩阵计算地理系的磁场分量，计算磁场强度和磁倾角。根据当前环境中的磁场强度、磁倾角及地理系磁场分量的变化与磁场变化阈值进行对比，根据对比结果判断无人飞行器是否受磁场干扰，其中磁场变化阈值包括磁场强度变化阈值、磁倾角变化阈值和地理系磁场分量变化阈值。若磁场干扰时间大于等于磁场干扰持续时间阈值，则确定无人飞行器航向角修正幅值，根据该航向角修正幅值计算导航系航向误差修正角速率，以地理系航向误差修正角速率和姿态转移矩阵的转置矩阵为基础计算机体系航向误差修正角速率，再根据机体系航向误差修正角速率和陀螺仪输出的差值对航向角进行修正。其中，当磁场干扰时间大于等于磁场干扰持续时间阈值，对无人飞行器进行航向角修正后，更新航向角修正持续时间，并将更新后的航向角修正持续时间与预先设定的最大航向角修正持续时间对比，若更新后的航向角修正持续时间小于等于最大航向角修正持续时间，则持续对无人飞行器的航向角进行修正，若更新后的航向角修正持续时间大于最大航向角修正持续时间，则重新判断当前环境是否有磁场干扰。实施例一如图1所示，一种抗磁干扰的具体实施方法：步骤一、在MEMS航姿系统初始工作阶段，当无磁场干扰时，对MEMS磁强计进行校准，记录校准后的磁场强度B0，磁倾角δ0，以及导航系的磁场分量将磁场干扰标志符Pdis置为0。步骤二、采集某一时刻的MEMS航姿系统的磁强计输出陀螺仪输出和加速度计输出其中上标b代表机体系。步骤三、由陀螺仪输出和加速度计输出及前一时刻的姿态转移矩阵计算当前时刻姿态转移矩阵其中n代表地理系。步骤四、根据磁强计输出及当前时刻姿态转移矩阵计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗磁干扰的方法，其特征在于，所述方法包括：于无磁场干扰环境中对无人飞行器中的MEMS磁强计进行校准；根据预先设定的磁场变化阈值判断当前环境是否有磁场干扰，并根据预先设定的磁场干扰持续时间阈值判断磁场干扰时间；若无磁场干扰，则使用所述MEMS磁强计对无人飞行器进行航向角修正，若有磁场干扰，且磁场干扰时间小于所述磁场干扰持续时间阈值，则通过所述无人飞行器内置陀螺仪积分计算得出所述无人飞行器的航向角，若磁场干扰时间大于等于所述磁场干扰持续时间阈值，利用机体系航向误差修正角速率与所述陀螺仪输出的差值对所述无人飞行器的航向角进行修正。

【技术特征摘要】
1.一种抗磁干扰的方法，其特征在于，所述方法包括：于无磁场干扰环境中对无人飞行器中的MEMS磁强计进行校准；根据预先设定的磁场变化阈值判断当前环境是否有磁场干扰，并根据预先设定的磁场干扰持续时间阈值判断磁场干扰时间；若无磁场干扰，则使用所述MEMS磁强计对无人飞行器进行航向角修正，若有磁场干扰，且磁场干扰时间小于所述磁场干扰持续时间阈值，则通过所述无人飞行器内置陀螺仪积分计算得出所述无人飞行器的航向角，若磁场干扰时间大于等于所述磁场干扰持续时间阈值，利用机体系航向误差修正角速率与所述陀螺仪输出的差值对所述无人飞行器的航向角进行修正。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：记录当前时刻所述MEMS磁强计的输出值、所述陀螺仪的输出值和加速度计的输出值；根据所述陀螺仪的输出值和所述加速度计的输出值计算出当前时刻所述无人飞行器的姿态转移矩阵。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据磁强计输出以及当前时刻所述无人飞行器的姿态转移矩阵计算地理系磁场分量，同时根据磁强计输出计算磁场强度、磁倾角。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将当前环境中的所述磁场强度、所述磁倾角和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭义军，邢丽，贾文峰，吕印新，
申请(专利权)人：极翼机器人上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31