一种高精度三维电子罗盘校准装置及校准方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高精度三维电子罗盘校准装置及校准方法，本发明专利技术的装置包括一个三轴无磁转台、无磁壳体、三维电子罗盘，三维电子罗盘装在无磁壳体内，无磁壳体放置在三轴无磁转台上，且无磁壳体的Ax、Ay、Az轴与三轴无磁转台的X、Y、Z轴重合；所述的三维电子罗盘由一个三轴磁传感器和一个三轴加速度计组成。首先将电子罗盘封装到长方体外壳中，外壳的Ax、Ay、Az轴与转台的X、Y、Z轴重合，按照对应方式旋转四圈，记录加速度传感器与磁传感器的输出，利用相关算法得到安装误差校正矩阵。该方法同时考虑非正交误差、对齐误差、软磁效应、硬磁效应等误差因素，能够简单、快速地实现高精度三维电子罗盘安装误差的校准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维电子罗盘的标定，特别涉及利用三轴转台对小型三维电子罗盘进行误差标定校准装置及校准方法。
技术介绍
水下导航中对载体姿态的精确测量与控制是提高导航系统精度的关键。三维电子罗盘由三轴磁传感器和三轴加速度计组成，因其体积小、功耗低且温度特性良好、工作稳定、误差不随时间累积等优点，在水下导航领域的应用越来越广泛。三维电子罗盘中的非正交误差、对齐误差、软磁效应等会使传感器的输出偏离真实值，进而对当前姿态的解算造成较大影响。为了让解算的姿态更加准确，必须对其进行标定和补偿。现有的方法大都无法准确的求取电子罗盘中磁传感器和加速度计的非正交误差，也很少考虑这两种传感器之间坐标轴的对齐误差，同时有些信息是将转台测得的角度做差得到，所以对转台的精度要求很高。在专利CN200910117170.7中，专利技术者在周围磁场存在的情况下进行标定，通过在一维旋转平台水平方向旋转一圈以及将电子罗盘进行90度的整数倍翻转使得敏感轴的空间位置发生变化导致传感器输出变化，确定弱磁方向传感器敏感方向在大地坐标系和三维电子罗盘外壳坐标系中的空间位置，方法比较简单。但是其在确定倾斜角的时候存在一定的偏差，使得最后对非正交误差的计算造成了一定的影响。在专利CN102818564A中，专利技术者同样在周围存在磁场的情况下进行标定，通过一个三维无磁转台使得三维电子罗盘在进行空间旋转时磁传感器和倾角传感器的输出发生变化，从而确定传感器敏感方向与三维电子罗盘外壳坐标系、大地坐标系之间的空间位置关系，确定其输出特性，进而实现对其的校准。但是该方法的测算过程比较复杂，进行一共6次的旋转，只能标定出空间方位的关系，且只考虑了单一传感器内部的非正交误差，没有考虑电子罗盘中两类传感器坐标轴的对齐误差。且该标定方法是建立在对角度信息的精确测量与计算上的，对三维转台的精度要求很高。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有的方法无法对电子罗盘的整体安装误差进行标定校正的问题，提出了一种新且简单的高精度三维电子罗盘校准装置及校准方法。该方法只需一个三轴无磁转台，利用三维电子罗盘内的磁传感器和加速度计在不同空间位置上的输出变化，对三维电子罗盘进行标定，本专利技术同时考虑三维电子罗盘内部非正交误差、对齐误差、软磁效应等因素，将他们都当成一个整体与外壳体之间的安装误差，对其进行精确标定与校正。本专利技术为实现其目的所采取的技术方案：高精度三维电子罗盘校准装置，包括一个三轴无磁转台、无磁壳体、三维电子罗盘，其特征在于：三维电子罗盘装在无磁壳体内，无磁壳体放置在三轴无磁转台上，且无磁壳体的Ax、Ay、Az轴与三轴无磁转台的X、Y、Z轴重合；所述的三维电子罗盘由一个三轴磁传感器和一个三轴加速度计组成，三轴磁传感器的输出由地磁场矢量在三轴磁传感器三个轴敏感方向的投影决定，输出为电学量，三轴磁传感器的三个敏感轴方向分别记为Bx、By、Bz；三轴加速度计的输出是由重力矢量在三轴加速度计三个轴敏感方向的投影决定，输出为电学量，三轴加速度计的三个敏感轴方向分别记为Gx、Gy、Gz。一种利用高精度三维电子罗盘装置的校准方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)首先让三轴无磁转台分别绕X、Y、Z轴各旋转一圈，加上将三轴无磁转台的X轴调至90度，绕Y轴再旋转一圈，一共旋转四圈，每隔30度记录磁传感器和加速度计输出；分别记为和(2)αBxy、αBxz分别为三轴磁传感器的Bx轴与无磁壳体Ay、Az轴的倾角；βByx、βByz分别为By轴与无磁壳体Ax、Az轴的倾角；γBzx、γBzy分别为Bz轴与无磁壳体Ax、Ay、轴的倾角；αGxy、αGxz分别为Gx轴与无磁壳体Ay、Az轴的倾角；βGyx、βGyz分别为Gy轴与无磁壳体Ax、Az轴的倾角；γGzx、γGzy分别为Gz轴与无磁壳体Ax、Ay、轴的倾角；所述的磁传感器安装误差αBxy、αBxz、βByx、βByz、γBzx、γBzy求取方法如下：当对Bz轴的倾角γBzx、γBzy进行补偿时：B′x3B′y3B′z3=100010γ^′Bzxγ^′Bzy1B~x3B~y3B~z3=100010γ^′Bzxγ^′Bzy11αBxyαBxzβByx1βByzγBzxγBzy1*Bx3By3Bz3]]>其中B'x3、B'y3、B'z3分别为校正Bz轴倾角后的磁传感器输出，Bx3、By3、Bz3分别为理想的磁传感器输出，分别为Bz轴倾角的补偿值，遍历所有角度，当满足函数(γ'Bzx,γ'Bzy)opt＝argmin{max(B'z3)-min(B'z3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
高精度三维电子罗盘校准装置，包括一个三轴无磁转台(1)、无磁壳体(2)、三维电子罗盘(3)，其特征在于：三维电子罗盘(3)装在无磁壳体(2)内，无磁壳体(2)放置在三轴无磁转台(1)上，无磁壳体(2)三轴记为的Ax、Ay、Az，且无磁壳体(2)的Ax、Ay、Az三轴与三轴无磁转台(1)的X、Y、Z三轴重合；所述的三维电子罗盘(3)由一个三轴磁传感器(4)和一个三轴加速度计(5)组成，三轴磁传感器(4)的输出由地磁场矢量在三轴磁传感器(4)三个轴敏感方向的投影决定，输出为电学量，三轴磁传感器(4)的三个敏感轴方向分别记为Bx、By、Bz；三轴加速度计(5)的输出是由重力矢量在三轴加速度计(5)三个轴敏感方向的投影决定，输出为电学量，三轴加速度计(5)的三个敏感轴方向分别记为Gx、Gy、Gz。

【技术特征摘要】
1.高精度三维电子罗盘校准装置，包括一个三轴无磁转台(1)、无磁壳体(2)、三维电子罗盘(3)，其特征在于：三维电子罗盘(3)装在无磁壳体(2)内，无磁壳体(2)放置在三轴无磁转台(1)上，无磁壳体(2)三轴记为的Ax、Ay、Az，且无磁壳体(2)的Ax、Ay、Az三轴与三轴无磁转台(1)的X、Y、Z三轴重合；所述的三维电子罗盘(3)由一个三轴磁传感器(4)和一个三轴加速度计(5)组成，三轴磁传感器(4)的输出由地磁场矢量在三轴磁传感器(4)三个轴敏感方向的投影决定，输出为电学量，三轴磁传感器(4)的三个敏感轴方向分别记为Bx、By、Bz；三轴加速度计(5)的输出是由重力矢量在三轴加速度计(5)三个轴敏感方向的投影决定，输出为电学量，三轴加速度计(5)的三个敏感轴方向分别记为Gx、Gy、Gz。2.利用权利要求1所述的高精度三维电子罗盘校准装置的校准方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)首先让三轴无磁转台(1)分别绕X、Y、Z轴各旋转一圈，加上将三轴无磁转台(1)的X轴调至90度，绕Y轴再旋转一圈，一共旋转四圈，每隔30度记录磁传感器(4)和加速度计(5)输出；分别记为和(2)αBxy、αBxz分别为三轴磁传感器(4)的Bx轴与无磁壳体(2)Ay、Az轴的倾角；βByx、βByz分别为By轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：申和平，张海兵，靳湧涛，张西建，
申请(专利权)人：武汉普惠海洋光电技术有限公司，北京神州普惠科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42