实时磁场匹配的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种实时磁场匹配的系统和方法，该系统包括传感器采集模块(1)、磁场信号和航向角存储序列更新模块(2)、磁场匹配模块(3)、航向角纠正输出模块(4)和误差更新模块(5)。其中传感器采集模块(1)用于进行传感器的数据采集，磁场信号和航向角存储序列更新模块(2)用于进行磁场信号存储序列和航向角存储序列更新，磁场匹配模块(3)用于进行磁场匹配，航向角纠正输出模块(4)用于进行航向角纠正后输出数据，误差更新模块(5)用于根据角度误差更新航向角存储序列。新航向角存储序列。新航向角存储序列。

【技术实现步骤摘要】
实时磁场匹配的系统和方法


[0001]本专利技术涉及多传感器信息融合
，主要是涉及磁场匹配和校准技术。

技术介绍

[0002]MEMS航姿系统输出俯仰角、滚动角和航向角信号，由于其低成本、低功耗、小体积等特点，广泛应用于工业控制领域。MEMS航姿系统的俯仰角和滚动角可以由加速度计信号校正后处于稳定状态，但是其航向角随时间漂移，会产生很大的累积误差。
[0003]三轴磁力计测量载体三个方向上的磁场分量，具有抗冲击振动的优点。磁力计实时采集磁场信号，形成测量序列，根据磁场信号的磁场强度、水平分量、垂直分量、磁场角、磁场梯度等匹配特征量可以完成对MEMS航姿系统的误差纠正。

技术实现思路

[0004]本专利技术采取多传感器的信息融合技术，利用三轴磁力计的磁场信号存储序列进行特征点匹配，利用MEMS航姿系统的角速度信号作为约束条件，提供了一种实时磁场匹配的方法，完成对MEMS航姿系统的航向角更新，消除其累积误差。
[0005]本专利技术提供一种实时磁场匹配的系统和方法，该系统包括传感器采集模块(1)、磁场信号和航向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时磁场匹配系统,该系统包括传感器采集模块(1)、磁场信号和航向角存储序列更新模块(2)、磁场匹配模块(3)、航向角纠正输出模块(4)和误差更新模块(5),其中传感器采集模块用于进行传感器的数据采集，磁场信号和航向角存储序列更新模块用于进行磁场信号存储序列和航向角存储序列更新，磁场匹配模块用于进行磁场匹配，航向角纠正输出模块用于进行航向角纠正后输出数据，误差更新模块用于根据角度误差更新航向角存储序列。2.如权利要求1所述的实时磁场匹配系统，其中传感器采集模块执行传感器的数据采集，具体包括：每隔一个采样周期T采集MEMS航姿系统的航向角D和角速度向量W，其中角速度向量W的三个分量分别为Wx、Wy、Wz，以及三轴磁力计的磁场向量M，磁场向量M的三个分量分别为Mx、My、Mz，磁场信号存储序列和航向角存储序列的更新周期为T0＝N0*T，N0优选为100。3.如权利要求2所述的实时磁场匹配系统，其中磁场信号和航向角存储序列更新模块用于进行磁场信号存储序列和航向角存储序列更新，具体包括：磁场信号存储序列为M[i](i＝0,1
…
N
‑
1)共N个存储点，航向角存储序列D[j](j＝0,1
…
N
‑
1)也是N个存储点，设存储序列计数器变量FC(0≤FC≤N
‑
1)从零开始计数，磁场信号存储序列和航向角存储序列更新的周期为T0，处理步骤如下：步骤1：上电之初存储序列计数器变量FC＝0，将连续采集得到的四个磁场向量采样点赋值给M[0]、M[1]、M[2]、M[3]；将连续采集得到的四个航向角采样点赋值给D[0]、D[1]、D[2]、D[3]；计数器变量FC数值增加1。每个存储点M[i]是三维的数组；步骤2：当前存储序列计数器变量FC，当前时刻采集得到磁场向量M、航向角D和角速度向量W，将当前磁场向量采样点的归一化向量与磁场信号存储序列中的最近非零存储点M[4*FC
‑
1]归一化向量进行点积运算：式中‖M‖表示模值运算即也就是利用了磁场强度的信息；步骤3：如果Γ<0.9，则将当前时刻以及之前连续的三个磁场向量采样点赋值给M[4*FC]、M[4*FC+1]、M[4*FC+2]、M[4*FC+3]，将当前时刻以及之前连续的三个航向角采样点赋值给D[4*FC]、D[4*FC+1]、D[4*FC+2]、D[4*FC+3]，并转到步骤4；步骤4：存储序列计数器变量FC数值增加1，继续执行步骤2，当FC＝100时，令FC＝1，即从1开始重新计数，执行下一次数据更新。4.如权利要求3所述的实时磁场匹配系统，其中磁场匹配模块用于进行磁场匹配，具体包括：在进行特征点的磁场匹配时，MEMS航姿系统的角速度、航向角和三轴磁力计的数据采样周期为T，即每隔时间T会采集一次数据，设定磁场强度误差门限E0，归一化向量点积判断门限E1，航向角误差门限E2，角速度判断门限E3，实时采集数据，当前时刻采集得到磁场向量M、航向角D和角速度向量W，进行特征点磁场匹配的具体步骤如下：步骤1：将当前磁场向量M与磁场信号存储序列中的存储点逐一进行比较和分别归一化
后的点积运算，将当前航向角D与航向角存储序列中的存储点进行对比计算：εm[i]＝ABS(‖M‖
‑
‖M[i]‖)εd[i]＝ABS(D
‑
D[i])式中i＝0,1
…
N
‑
1，ABS表示绝对值运算。如果当前搜索的存储点满足以下六个条件：条件1：εm[i]<E0；条件2：Γ[i]>E1；条件3：εd[i]<E2；条件4：Wx<E3；条件5：Wy<E3；条件6：Wz<E3；认为当前搜索的存储点初步匹配合格，转到步骤2，如果与磁场信号存储序列中的所有存储点初步匹配都不合格，结束本次磁场匹配。步骤2：当前搜索到存储序列里第i个点初步匹配合格，则将当前时刻之前连续的三个磁场向量采样点、三个航向角采样点与磁场信号存储序列、航向角存储序列中第i个点之前的三个存储点，按照步骤1中的方法进行对比和点积运算，如果都满足步骤1中的条件1、条件2、条件3，则认为磁场匹配成功，转到步骤3；否则转到步骤1继续进行搜索，直至搜索完毕整个存储序列。步骤3：当前搜索到第i个点磁场匹配成功，将航向角存储序列中对应的数值D[i]作为最优值Dop，角度误差ε＝Dop
‑
D。5.如权利要求4所述的实时磁场匹配系统，其中航向角纠正输出模块用于进行航向角纠正后输出数据，具体包括：实时磁场匹配成功后，认为搜索到的最优值Dop更接近系统真实的航向角角度，令D＝Dop作为MEMS航姿系统当前时刻的航向角输出信号。6.如权利要求5所述的实时磁场...

【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
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