实时磁场标定系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种实时磁场标定系统和方法。实时磁场标定系统包括三轴磁力计、捷联惯导模块、信号采集模块、采样点存储模块、磁场标定逻辑控制模块、标定系数计算模块和磁场信号校准模块。三轴磁力计用于实时测量磁场信号，捷联惯导模块用于测量姿态角信息。信号采集模块用于采集磁场向量和对应的三个姿态角信息。采样点存储模块判断当前采样点为水平面内点还是水平面外点，并把水平面内点和水平面外点分别存储到水平面内点列表和水平面外点列表，实时更新水平面内点列表和水平面外点列表。磁场标定逻辑控制模块根据存储的水平面内点存储列表和水平面外点存储列表进行椭圆或者椭球方程的拟合，求解出方程系数。标定系数计算模块根据拟合出的方程系数计算更新得到磁场标定系数矩阵G和H。磁场信号校准模块根据磁场标定系数矩阵对当前采集到的磁场原始输出信号进行校准。行校准。行校准。

【技术实现步骤摘要】
实时磁场标定系统和方法


[0001]本专利技术涉及惯性导航
，尤其涉及惯性导航技术中的磁场标定和校准技术。

技术介绍

[0002]磁力计测量地磁场在载体三个方向的分量，计算出磁航向角，辅助低成本捷联惯导系统实现定向功能，具有抗冲击性、抗振动性等优点，但地磁场测量信号容易受到硬铁干扰和软铁干扰的影响。在固定地点，可以通过磁场标定的方法消除硬铁干扰和软铁干扰的影响。但是当载体在较大范围内运动时，干扰会随之变化，导致磁航向角误差很大，甚至导致定向功能失效。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种实时的磁场标定系统和方法，采集磁力计三个方向的原始输出信号，经过处理后，一方面消除磁场干扰随时间和地点的变化影响，另一方面计算出更准确的标定系数，最终用于磁场校准，得到磁力计三个方向更准确的输出信号，减小各种干扰造成的影响。
[0004]本专利技术提供一种实时磁场标定系统。实时磁场标定系统包括三轴磁力计、捷联惯导模块、信号采集模块、采样点存储模块、磁场标定逻辑控制模块、标定系数计算模块和磁场信号校准模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时磁场标定系统，包括三轴磁力计、捷联惯导模块、信号采集模块、采样点存储模块、磁场标定逻辑控制模块、标定系数计算模块和磁场信号校准模块，其中，三轴磁力计用于实时测量磁场信号，捷联惯导模块用于测量姿态角信息，信号采集模块用于采集磁场向量和对应的三个姿态角信息，采样点存储模块判断当前采样点为水平面内点还是水平面外点，并把水平面内点和水平面外点分别存储到水平面内点存储列表和水平面外点存储列表，实时更新水平面内点列表和水平面外点列表，磁场标定逻辑控制模块根据存储的水平面内点存储列表和水平面外点存储列表进行椭圆或者椭球方程的拟合，求解出方程系数，标定系数计算模块根据拟合出的方程系数计算更新得到磁场标定系数矩阵G和H，磁场信号校准模块根据磁场标定系数矩阵对当前采集到的磁场原始输出信号进行校准。2.如权利要求1所述的实时磁场标定系统，所述三轴磁力计用于实时测量磁场信号，捷联惯导模块用于测量姿态角信息包括：三轴磁力计测量地磁场在载体三个方向的分量M
x
、M
y
、M
z
，通过三轴磁力计测量得到当前的磁场向量M＝[M
x
,M
y
,M
z
]
T
，捷联惯导模块实时获取三个姿态角，包括俯仰角θ(取值范围至)、滚动角γ(取值范围-π至π)、航向角ψ(取值范围-π至π)。3.如权利要求1所述的实时磁场标定系统，所述信号采集模块用于采集磁场向量和对应的三个姿态角信息包括：信号采集模块实时采集磁力计三个方向的磁场原始输出信号M
x
、M
y
、M
z
和捷联惯导模块采集的俯仰角θ、滚动角γ、航向角ψ。4.如权利要求1所述的实时磁场标定系统，所述采样点存储模块判断当前采样点为水平面内点还是水平面外点，并把水平面内点和水平面外点分别存储到水平面内点列表和水平面外点列表，实时更新水平面内点列表和水平面外点列表具体包括：采样点存储模块首先判断当前获得的磁场向量采样点是水平面内点还是水平面外点，如果当前磁场向量M对应的俯仰角θ<θ0(为设定值)并且滚动角γ<γ0(为设定值)，认为当前采样点是水平面内点，否则认为采样点是水平面外点，设水平面内点存储列表为A
i
(i＝1,2,
…
N0)，N0为自然数，通常N0<100,初始化为零向量；水平面外点存储列表为B
j
(j＝1,2,
…
N1)，N1为自然数，通常N1<100,初始化为零向量，如果采样点是水平面内点，对应的航向角为ψ，N0最近的正整数为i，则存储点A
i
＝M＝[M
x
,M
y
,M
z
]
T
，如果采样点是水平面外点，当前计数器变量FC(从1开始计数、计数范围1～N1)，采样点归一化向量和上一个存储点归一化向量的点积小于0.9，即(当FC＝1时将B
FC-1
替换为B
N1
)，则令j＝FC,B
j
＝M，计数器变量FC数值加1。当计数器变量FC＞N1时，令FC＝1从头开始计数循环。5.如权利要求1所述的实时磁场标定系统，所述磁场标定逻辑控制模块根据存储的水平面内点存储列表和水平面外点存储列表进行椭圆或者椭球方程的拟合，求解出方程系数包括：设待拟合椭球方程的数学模型：ax2+by2+cz2+2fxy+2gxz+2hyz+2px+2qy+2rz+d＝0,式中参数a、b、c、f、g、h、p、q、r、d为待求解系数；当系数c＝g＝h＝r＝0时，椭球方程退化成特例椭圆方程，设水平面内点存储列表中非零向量有L0个(即已经存储了L0个采样点并且L0≤N0)，水平面外点存储列表中非零向量有L1个(即已经存储了L1个采样点并且L1≤N1)，
当L0≥20并且L1<15时，启动椭圆方程系数的求解并计算磁场标定系数，当L0≥20并且L1≥15时，启动椭球方程系数的求解工作并计算磁场标定系数。6.如权利要求1所述的实时磁场标定系统，所述标定系数计算模块根据拟合出的方程系数计算更新得到磁场标定系数矩阵包括：如果当前时刻能拟合得到椭圆方程或者椭球方程的系数，则标定系数计算模块进行磁场标定系数矩阵的计算和更新,具体过程如下：已知地球磁场强度为m
e
，对于拟合出来的方程：ax2+by2+cz2+2fxy+2gxz+2hyz+2px+2qy+2rz+d＝0设矩阵H
E
和H
F
如下：如下：得到矩阵得到矩阵将矩阵H
M
进行奇异值分解：H
M
＝UΣU
T
计算得到磁场标定系数矩阵G和H：计算得到磁场标定系数矩阵G和H：7.如权利要求1所述的实时磁场标定系统，所述磁场信号校准模块根据磁场标定系数矩阵对当前采集到的磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张原，戴绍忠，
申请(专利权)人：北京原子机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：