电子罗盘制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电子罗盘，包括壳身、盖板和位于壳身内的电路单元，所述电路单元包括数据采集电路、微处理器、串口通信电路和电源电路，所述数据采集电路包括三轴磁传感器和倾角传感器，所述三轴磁传感器用于获取当前环境的地球三轴地磁场值，并经信号调理电路、A/D转换电路后送入微处理器中，所述倾角传感器用于获取当前环境的地球重力加速度值，并转换成倾角值，送入微处理器，所述微处理器的串口与串口通信电路连接，所述壳体一侧设有通信接口插件。本实用新型专利技术解决了传统电子罗盘仅具备提供姿态位置信息输出功能问题，利用自身提供的姿态信息，在不改变原有硬件系统架构的同时，研究姿态位置补偿。

【技术实现步骤摘要】
电子罗盘
本技术涉及一种罗盘的测试方法，尤其涉及一种电子罗盘的校正方法。
技术介绍
电子罗盘作为一种地磁导航模块，是一种利用地球磁场和重力加速度来测量方向的重要导航工具，输出方位角、姿态角、磁场值等测量值，能实时提供航向和姿态信息，具有体积小、结构简单、功耗小、成本低等优点，广泛应用于航空、航海、车载定位、地质勘探等领域。传统电子罗盘硬件系统主要包括磁传感器、倾角传感器、信号调理电路、A/D转换电路、微处理器、电源电路、串口通信电路，软件系统主要包括数据采集，方位角求解，误差参数计算，误差补偿。软件部分主要功能包括：控制完成磁传感器和倾角传感器的数据采集，对采集到的数据进行补偿校正及方位角解算，最后串口输出方位角、姿态角信息。传统的电子罗盘技术问题及缺陷主要体现在以下两个方面：第一、仅具备对地球磁场和重力加速度信号的处理、显示、存储或传输功能，不具备对外部信号的误差修正功能。第二、不具备通过通讯接口实现对微处理器内部嵌入的误差补偿参数再修正功能，安装于整机系统中校准较为繁琐，不适用于长期无人值守且不便移动的整机系统中。而且，电子罗盘在使用是一般都会经过内部自动校正的方式获取校正参数，以进行误差补偿，其方法大致为：需要保持产品姿态角小于15°缓慢转动，转动范围超过360°来实现产品校正。若产品的安装环境处于可移动、可旋转状态时，此时能进行内部自动校正。若产品安装在无法发生旋转、转动等位置时，则无法完成校正，此处必须将电子罗盘拆卸下来，非常不方便。即使拆卸下来产品，单独对该电子罗盘采用旋转方式校正也行，这样并不能补偿载体平台存在对电子罗盘所产生的软磁干扰和硬磁干扰。
技术实现思路
本技术的目的就在于提供一种解决上述问题，适用于多种载体，且不受安装位置、安装方式限定，均能完成校正的电子罗盘的校正方法。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是这样的：一种电子罗盘的校正方法，包括电子罗盘，所述电子罗盘包括壳身、盖板和位于壳身内的电路单元，所述电路单元包括数据采集电路、微处理器、串口通信电路和电源电路，所述数据采集电路包括三轴磁传感器和倾角传感器，所述三轴磁传感器用于获取当前环境的地球三轴地磁场值，并经信号调理电路、A/D转换电路后送入微处理器中，所述倾角传感器用于获取当前环境的地球重力加速度值，并转换成倾角值，送入微处理器，所述微处理器的串口与串口通信电路连接，所述串口通信电路用于与上位机通信，所述壳身一侧设有通信接口插件，所述通信接口插件用于连接串口通信电路和电源电路；所述电子罗盘的校正方法包括以下步骤：(1)系统初始化，获取电子罗盘的零位误差参数、灵敏度误差参数、正交误差参数、安装误差参数、温度误差参数，作为基础误差参数预存至微处理器中，通过磁传感器和倾角传感器分别获取当前环境的地球磁场数据和倾角数据，送入微处理器中；(2)所述微处理器利用倾角数据对磁场数据进行倾角补偿，再将倾角数据和补偿后的磁场数据进行数据预处理；(3)根据步骤(2)获得的数据进行方位角求解；输出未经过校正参数补偿的方位角数据；(4)获取安装现场的硬磁干扰误差参数、软磁干扰误差参数，与基础误差参数构成误差参数；(5)利用误差参数，对步骤(3)的数据进行误差补偿，获得姿态角数据；(6)根据步骤(5)获得的姿态角数据，结合姿态位置补偿方法，将实际坐标系坐标原点平移到测量坐标系原点。作为优选：所述步骤(2)倾角补偿的具体方法为：(21)利用三轴磁传感器测出载体坐标系X、Y、Z三个轴的磁场强度分量X、Y、Z；(22)通过倾角传感器测出载体X、Y、Z三个轴的重力加速度分量Ax、Ay、Az，结合空间几何计算横滚角θ和俯仰角δ，公式如下：(23)倾斜补偿通过测得的横滚角和俯仰角，结合测得的磁场强度分量X、Y、Z，根据矢量三角形，将其转化到地球坐标系下的水平磁场强度XH和YH；XH＝X·cos(δ)+Y·sin(θ)·sin(δ)-Z·cos(θ)·sin(δ)(3)YH＝Y·cos(θ)+Z·sin(θ)(4)作为优选：所述步骤(3)中方位角求解的具体方法为：将公式(3)和(4)求出的XH和YH，带入下式求出方位角α：作为优选：所述步骤(6)中，结合姿态位置补偿方法具体为：测量坐标系为(x,y,z)，步骤(5)获得的姿态角数据为二者间的位移数据为平移后的新坐标为平移后坐标系(x2,y2,z2)与测量坐标系(x,y,z)的关系为：1)坐标系XYZ绕Z轴逆时针旋转α角，变换为坐标系X1Y1Z；2)坐标系X1Y1Z绕Y1轴逆时针旋转β角，变换为坐标系X2Y1Z1；3)坐标系X2Y1Z1绕X2轴逆时针旋转γ角，变换为坐标系X2Y2Z2；上述旋转过程中的旋转角α、β、γ称为“欧拉旋转角”，由电子罗盘给出，测量坐标系(x,y,z)通过三次绕坐标轴旋转变换到平移后的坐标系(x2,y2,z2)中，上述旋转过程用矩阵相乘的形式表示为令测量坐标系中的坐标为作为优选：所述壳身采用铝制成，盖板与壳身间设有密封圈。与现有技术相比，本技术的优点在于：本技术解决了传统电子罗盘仅具备提供姿态位置信息输出功能问题，利用自身提供的姿态信息，在不改变原有硬件系统架构的同时，研究姿态位置补偿方法和环境干扰磁场补偿方法。另外，采用铝材料来制造壳身，能避免壳身干扰地磁场，采用密封圈能防水。附图说明图1为本技术结构示意图；图2为本技术电路原理图；图3为本技术实施例1的流程图；图4为实施例1中测量坐标系和实际坐标系关系图；图5为实施例1中平移后坐标系与测量坐标系关系；图6为步骤(6)补偿前后的仿真对比图；图7为本技术实施例3的流程图。图中：1、盖板；2、电路单元；3、壳身；4、通信接口插件。具体实施方式下面将结合附图对本技术作进一步说明。实施例1：参见图1到图6，一种电子罗盘的校正方法，包括电子罗盘，所述电子罗盘包括壳身、盖板和位于壳身内的电路单元，所述电路单元包括数据采集电路、微处理器、串口通信电路和电源电路，所述数据采集电路包括三轴磁传感器和倾角传感器，所述三轴磁传感器用于获取当前环境的地球三轴地磁场值，并经信号调理电路、A/D转换电路后送入微处理器中，所述倾角传感器用于获取当前环境的地球重力加速度值，并转换成倾角值，送入微处理器，所述微处理器的串口与串口通信电路连接，所述串口通信电路用于与上位机通信，所述壳身一侧设有通信接口插件，所述通信接口插件用于连接串口通信电路和电源电路；所述壳身采用铝制成，盖板与壳身间设有密封圈。所述电子罗盘的校正方法包括以下步骤：(1)系统初始化，获取电子罗盘的零位误差参数、灵敏度误差参数、正交误差参数、安装误差参数、温度误差参数，作为基础误差参数预存至微处理器中，通过磁传感器和倾角传感器分别获取当前环境的地球磁场数据和倾角数据，送入微处理器中；(2)所述微处理器利用倾角数据对磁场数据进行倾角补偿，再将倾角数据和补偿后的磁场数据进行数据预处理；(3)根据步骤(2)获得的数据进行方位角求解；输出未经过校正参数补偿的方位角数据；(4)获取安装现场的硬磁干扰误差参数、软磁干扰误差参数，与基础误差参数构成误差参数；(5)利用误差参数，对步骤(3)的数据进行误差补偿，获得姿态角数据；(6)根据步骤(5)获得的姿态角数据，结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子罗盘，包括电子罗盘，所述电子罗盘包括壳身、盖板和位于壳身内的电路单元，其特征在于：所述电路单元包括数据采集电路、微处理器、串口通信电路和电源电路，所述数据采集电路包括三轴磁传感器和倾角传感器，所述三轴磁传感器用于获取当前环境的地球三轴地磁场值，并经信号调理电路、A/D转换电路后送入微处理器中，所述倾角传感器用于获取当前环境的地球重力加速度值，并转换成倾角值，送入微处理器，所述微处理器的串口与串口通信电路连接，所述串口通信电路用于与上位机通信，所述壳身一侧设有通信接口插件，所述通信接口插件用于连接串口通信电路和电源电路。

【技术特征摘要】
1.一种电子罗盘，包括电子罗盘，所述电子罗盘包括壳身、盖板和位于壳身内的电路单元，其特征在于：所述电路单元包括数据采集电路、微处理器、串口通信电路和电源电路，所述数据采集电路包括三轴磁传感器和倾角传感器，所述三轴磁传感器用于获取当前环境的地球三轴地磁场值，并经信号调理电路、A/D转换电路后送入微处理器中，所述倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭根斋，白雪，王福均，闫欢，尹久红，
申请(专利权)人：西南应用磁学研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51