MEMS电子罗盘动态校准方法技术

MEMS电子罗盘动态校准方法，其特征在于，在复杂动态干扰情况下，解算出载体精确姿态角信息并实现电子罗盘动态校准，包括以下步骤：步骤一、获取三轴MEMS电子罗盘的陀螺仪和磁力计数据，通过噪声模型进行预处理；步骤二、通过椭球拟合算法对磁力计进行初校准；步骤三、再采集电子罗盘加速度计、陀螺仪和磁力计的数据进行载体姿态解算；得到磁力计和陀螺仪的方位角数据；步骤四、通过插值算法对解算磁力计和陀螺仪的方位角数据进行去野值及数据补偿；得到陀螺仪数据最优曲线；步骤五、利用陀螺仪数据最优曲线拟合来补偿磁力计数据实现电子罗盘动态校准。本发明专利技术在MEMS电子罗盘工作中随时校准，大大提高了MEMS电子罗盘的测量精度，并且在实际工作中节省了大量时间。且在实际工作中节省了大量时间。且在实际工作中节省了大量时间。

【技术实现步骤摘要】
MEMS电子罗盘动态校准方法


[0001]本专利技术是MEMS电子罗盘动态校准方法，涉及惯性导航领域，具体涉及在精确测量姿态信息的同时，进行mems电子罗盘动态校准。

技术介绍

[0002]影响电子罗盘精度的误差源有很多，主要包括制造误差、安装误差和对磁场造成直接影响的磁场罗差。现在应用非常广泛的是磁阻传感器，全球磁阻电子罗盘制造有两大厂商分别是美国的霍尼韦尔和PNI公司，他们在该传感器
处于领先位置。国内电子罗盘起步较晚，产品一直处于落后状态，因此，国内的研究学者主要将研究方向放在对传感器误差的校准算法上，通过对电子罗盘的误差分析，利用数学方法拟合误差模型，提高电子罗盘的精度。
[0003]在校准算法方面，静态校准算法比较成熟，主要有十二位置校准算法和基于最小二乘的椭球拟合算法，但静态校准有很大的局限性，一方面需要基准转台等辅助校准工具，并且辅助校准工具价格昂贵、操作复杂，在实际应用中需要定期返厂校准，极大影响生产效率；另一方面静态校准受运动状态限制，无法在动态时进行自校准，极为不便。在动态情况下抗干扰磁场的研究基本处于空白状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MEMS电子罗盘动态校准方法，其特征在于，在复杂动态干扰情况下，解算出载体精确姿态角信息并实现电子罗盘动态校准，具体包括以下步骤：步骤一、获取三轴MEMS电子罗盘的陀螺仪和磁力计数据，通过噪声模型进行预处理；步骤二、通过椭球拟合算法对磁力计进行初校准；步骤三、再采集电子罗盘加速度计、陀螺仪和磁力计的数据进行载体姿态解算；得到磁力计和陀螺仪的方位角数据；步骤四、通过插值算法对解算磁力计和陀螺仪的方位角数据进行去野值及数据补偿；得到陀螺仪数据最优曲线；步骤五、利用陀螺仪数据最优曲线拟合来补偿磁力计数据实现电子罗盘动态校准。2.如权利要求1所述的MEMS电子罗盘动态校准方法，其特征在于，其获取陀螺仪数据并通过噪声模型进行预处理，对陀螺仪数据进行建立噪声模型并进行预处理，具体步骤如下，对外界随机振动源设置一个判定的阈值，该阈值根据外界环境的振动变化而自适应变化，当陀螺仪检测到的角速度在该阈值内时，这是由于外界随机抖动产生的干扰角速度，为了避免该干扰角速度信息累积影响角度信息，设置此时陀螺仪的角速度输出为零，阈值公式为：G
max
＝max(G(n))G
min
＝min(G(n))G
min
≤G(k)≤G
max
，G(k)＝0G(k)≤G
mmin
orG(k)≥G
max
，G(k)＝G(k)其中G
max
和G
min
为针对外界环境随机振动设置的自适应变化的阈值，G(n)代表需重新采样的角速度值，n代表陀螺仪每间隔一段时间后需要重新采样的样本数目，在本实验n设定为500，G(k)代表在k时刻陀螺仪输出的角速度信息；取陀螺仪静止时采样数据的最大和最小值为阈值，当检测角速度在该阈值内时视为外界干扰振动，陀螺仪输出角速度为零值；当测量值大于G
max
或者小于G
min
时，输出该测量值，这样就解决了干扰陀螺仪的外界随机振动；关于陀螺仪另一大影响因素自身的漂移问题，是通过计算陀螺仪采样数据的均值，得出其在该静止状态下的漂移均值，从检测的旋转角速度中除去该漂移均值即可消去漂移情况，去漂移公式为：G
mean
＝mean(G(n))G(k)＝G(k)
‑
G
mean
其中G
mean
为采样点数据均值，将经过阈值判断为旋转的角速度值减去漂移均值，消去陀螺仪的自身漂移问题，就完成了对陀螺仪的预处理。3.如权利要求1所述的MEMS电子罗盘动态校准方法，其特征在于，获取磁力计数据并通过噪声模型进行预处理，具体步骤为，建立磁场误差模型：H
m
＝D
×
H
b
+BH
b
是无外部磁干扰的三轴磁力计的输出，B是硬磁干扰误差，D是软磁干扰引起的误差矩阵，H
m
是三轴磁力计的实际输出；在复杂强磁干扰情况下，测量地点处的磁场模型为一个球心不在原点的椭球。4.如权利要求1所述的MEMS电子罗盘动态校准方法，其特征在于，采集电子罗盘加速度
计、陀螺仪和磁力计的数据进行载体姿态解算，具体的步骤为，对电子罗盘测量模型进行方位角姿态解算，假设电子罗盘的制造误差与安装误差十分微小，由此确定三轴加速度计和三轴磁力计，其三个轴向都是相互正交的；利用三轴加速度计解算出载体的姿态角，换言之就是俯仰角和横滚角，然后使用这两个姿态角计算大地磁场的三个轴向在水平面上的投影；其公式可表示为：为：其中α是俯仰角，β是横滚角，A
x
，A
y
，A
z
分别是在载体坐标系X，Y，Z轴向的加速度计所测量数值；透过加速度传感器解算出载体相应的倾斜姿态之后，便能够将磁力计所测量的三个轴向的磁场强度投影到大地坐标系X和Y轴向，换言之我们可以认为载体根据倾斜姿态先后做了两次转动轴向，即是先X轴向后Y轴向，其转换关系可表示为：化简展开后，可得在水平面下所感应到的磁场强度：H
nx
＝H
bx
cosα+H
by
sinαsinβ
‑
H
bz
sinαcosβH
ny
＝H
by
cosβ与H
bz
cosβ然后再代入下式便能够解算出方位角：其中H
nx
是载体在水平面上X轴向的投影，H
ny
是...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贤清，黄贤龙，时广轶，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：