一种用于无人机的磁传感器在线校准方法技术

本发明专利技术提供了一种用于无人机的磁传感器在线校准方法，能够解决复杂磁环境下磁传感器的校准问题，产品安装之后，不需要拆卸，在使用设备上进行一次水平圆周运动，即可以实现磁航向参数的高精度校准。能够起到大大降低现有无人机、无人船等领域导航设备的操作维护成本等诸多的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人机的磁传感器在线校准方法
本专利技术涉及磁传感器校准领域，尤其涉及一种基于最小二乘法进行两次拟合，对用于无人机的磁传感器进行校准的方法。
技术介绍
目前，MEMS惯性+磁传感器的组合作为一种成本较低的导航模块，在无人机、无人船以及无人车等领域中被广泛地采用。其中的磁传感器主要通过敏感地磁矢量方向来计算磁航向，但由于地球磁场强度很弱，只有约0.5高斯，因此很容易受到外界各种软、硬磁环境的干扰。譬如，由于无人机内部安装空间的限制，磁传感器周边经常会存在各种电气设备特别是电机、舵机等各种执行机构，磁环境十分复杂，严重的磁干扰导致计算的磁航向精度低，无法满足使用需求。因此，在使用磁力计算磁航向之前，必须在使用设备环境下进行磁校准，消除各种外界磁干扰的影响。现有的磁校准技术主要分为两类，一类为平面校准方法，该方法校准过程操作简单，易于用户使用，但是在一些磁干扰比较严重的环境下，校准精度有限，有时无法满足用户使用需求；二是立体校准方法，该方法校准精度较高，但校准过程操作复杂，比如需要在空间多个位置进行校准，当在无人机、无人船等较大设备中进行应用的时候，不适合进行此类校准操作。上述现有的校准方法如果想达到较好的校准精度，均存在校准模型复杂、校准过程操作繁琐以及校准时间长等特点，非常不利于用户的使用操作。
技术实现思路
针对上述本领域中存在的技术问题，本专利技术提供了一种用于无人机的磁传感器在线校准方法，具体包括以下步骤：步骤1、水平旋转机体，在所述旋转过程中重复获取惯导系统检测的俯仰角θ与横滚角γ以及磁传感器在机体坐标系下的三轴输出Mx、My、Mz；步骤2、根据所述步骤1中获取的各参数计算多组水平面内的原始磁场强度矢量步骤3、建立水平面内的原始磁场强度矢量旋转的椭圆轨迹模型，并基于最小二乘法拟合磁标定参数；步骤4、机体水平旋转达到一周后，基于所述步骤2中得到的多组磁场强度矢量H1将其构成的椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，得到磁场强度矢量H2；步骤5、基于最小二乘法对所述步骤4中的矢量H2进行拟合，再次得到磁标定参数；步骤6、基于所述步骤5中得到的磁标定参数执行将椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，计算补偿后的磁场强度。进一步地，所述步骤1具体包括：初始纯惯性航向累加值ψsum为0，以及计数值Numψ为0，当ψsum＞5°时，Numψ累加1，同时将ψsum清零。进一步地，所述步骤2中计算多组水平面内的原始磁场强度矢量具体包括：进一步地，所述步骤3具体包括：设平面任意位置椭圆方程为：x2+Axy+By2+Cx+Dy+E＝0；建立目标函数为：令基于最小二乘法计算A、B、C、D、E的值，根据所得到的A、B、C、D、E的值计算磁标定参数：其中，A、B、C、D、E分别为平面任意椭圆方程的二次项、一次项和常数项系数；Bx、By为由硬磁干扰造成的在x、y轴的磁偏移量；φs为由软磁干扰引起的旋转角；Kx、Ky为刻度系数，使得校准后的Hx、Hy为一标准圆。由此得到H1所对应的参数A1、B1、C1、D1、E1的值以及Bx1、By1、Kx1、Ky1、φS1。进一步地，所述步骤4具体包括：当判断所述计数值Numψ等于72时，判断旋转一周完成，计算得到磁场强度矢量H2为：进一步地，所述步骤5具体包括：对得到的72组Hx2、Hy2数据，利用最小二乘法再次计算得到参数A2、B2、C2、D2、E2的值，并计算磁标定参数Bx2、By2、Kx2、Ky2、φS2。进一步地，所述步骤6中所述补偿后的磁场强度为：进一步地，在所述步骤6之后，根据所述补偿后的磁场强度计算得到磁航向角ψM：基于上述本专利技术所提供的方法，能够解决复杂磁环境下磁传感器的校准问题，产品安装之后，不需要拆卸，在使用设备上进行一次水平圆周运动，即可以实现磁航向参数的高精度校准，并且能够起到大大降低现有无人机/无人船等领域导航设备的操作维护成本等诸多的有益效果。具体实施方式本专利技术所提供的一种用于无人机的磁传感器在线校准方法，具体包括以下步骤：步骤1、水平旋转机体，在所述旋转过程中重复获取惯导系统检测的俯仰角θ与横滚角γ、磁传感器在机体坐标系下的三轴输出Mx、My、Mz；步骤2、根据所述步骤1中获取的各参数计算多组水平面内的原始磁场强度矢量步骤3、建立水平面内的原始磁场强度矢量旋转的椭圆轨迹模型，并基于最小二乘法拟合磁标定参数；步骤4、机体水平旋转达到一周后，基于所述步骤2中得到的多组磁场强度矢量H1将其构成的椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，得到磁场强度矢量H2；步骤5、基于最小二乘法对所述步骤4中的矢量H2进行拟合，再次得到磁标定参数；步骤6、基于所述步骤5中得到的磁标定参数再次执行将椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，计算补偿后的磁场强度。在本申请的一个优选实施例中，所述步骤1具体包括：初始纯惯性航向累加值ψsum为0，以及计数值Numψ为0，；当ψsum＞5°时，Numψ累加1，同时将ψsum清零。在本申请的一个优选实施例中，所述步骤2中计算多组水平面内的原始磁场强度矢量具体包括：理想情况下磁罗盘沿着航向转动一周时，Hx和Hy合成的向量顶点在平面的轨迹是一个圆，但由于硬磁和软磁的干扰作用，其轨迹变成了一个偏离零点的椭圆。因此将该椭圆补偿成一个圆形，即可以完成磁传感器参数校准。椭圆和圆的关系可以表示为：H1＝ΦS·K·H+B其中，代表单位圆形轨迹坐标；改变了椭圆的半长轴和半短轴，实际上Kx、Ky为刻度系数，使得校准后的Hx、Hy为一标准圆；该正交阵将椭圆旋转了一个角度，实际上φs为由软磁干扰引起的旋转角；改变了椭圆的中心位置，实际上Bx、By为由硬磁干扰造成的在x、y轴的磁偏移量；代表椭圆轨迹坐标。由此，在本申请的一个优选实施例中，所述步骤3具体包括：设平面任意位置椭圆方程为：x2+Axy+By2+Cx+Dy+E＝0；建立目标函数为：令基于最小二乘法计算A、B、C、D、E的值，根据所得到的A、B、C、D、E的值计算磁标定参数：由此得到H1所对应的参数A1、B1、C1、D1、E1的值以及Bx1、By1、Kx1、Ky1、φS1。在本申请的一个优选实施例中，所述步骤4具体包括：当判断所述计数值Numψ等于72时，判断旋转一周完成，计算得到磁场强度矢量H2为：在本申请的一个优选实施例中，所述步骤5具体包括：对得到的72组Hx2、Hy2数据，利用最小二乘法再次计算得到参数A2、B2、C2、D2、E2的值，并计算磁标定参数Bx2、By2、Kx2、Ky2、φS2。在本申请的一个优选实施例中，所述步骤6中所述补偿后的磁场强度为：在本申请的一个优选实施例中，在所述步骤6之后，根据所述补偿后的磁场强度计算得到磁航向角ψM：尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无人机的磁传感器在线校准方法，其特征在于：具体包括以下骤：步骤1、水平旋转机体，在所述旋转过程中重复获取惯导系统检测的俯仰角θ与横滚角γ以及磁传感器在机体坐标系下的三轴输出Mx、My、Mz；步骤2、根据所述步骤1中获取的各参数计算多组水平面内的原始磁场强度矢量

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机的磁传感器在线校准方法，其特征在于：具体包括以下骤：步骤1、水平旋转机体，在所述旋转过程中重复获取惯导系统检测的俯仰角θ与横滚角γ以及磁传感器在机体坐标系下的三轴输出Mx、My、Mz；步骤2、根据所述步骤1中获取的各参数计算多组水平面内的原始磁场强度矢量步骤3、建立水平面内的原始磁场强度矢量旋转的椭圆轨迹模型，并基于最小二乘法拟合磁标定参数；步骤4、机体水平旋转达到一周后，基于所述步骤2中得到的多组磁场强度矢量H1将其构成的椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，得到磁场强度矢量H2；步骤5、基于最小二乘法对所述步骤4中的矢量H2进行拟合，再次得到磁标定参数；步骤6、基于所述步骤5中得到的磁标定参数执行将椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，并计算补偿后的磁场强度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1具体包括：设置初始纯惯性航向累加值ψsum为0，以及计数值Numψ为0，当ψsum＞5。时，Numψ累加1，同时将ψsum清零。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2中计算多组水平面内的原始磁场强度矢量具体包括：4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤3具体包括：设平面任意位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪松，
申请(专利权)人：北京扬舟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11