一种磁航向角测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及惯性测量技术领域，公开了一种磁航向角测量装置及方法，包括三轴磁力计、单轴光纤陀螺仪、处理器；所述三轴磁力计用于采集三个敏感轴上的磁场数据；所述单轴光纤陀螺仪用于采集转动轴实时转动角速率数据；所述处理器用于对三个敏感轴上的磁场数据、转动轴实时转动角速率数据进行处理，并通过实时磁航向角公式计算得到实时磁航向角；将初始磁航向角代入实时磁航向角公式中，通过计算得到实时的磁航向角；本发明专利技术提出了一种基于三轴磁力计和单轴光纤陀螺的磁航向角测量装置，并基于所发明专利技术的装置提出了一种磁航向角实时测量方法，有效解决了磁航向角测量的精度和测量装置成本、体积之间的矛盾。体积之间的矛盾。体积之间的矛盾。

【技术实现步骤摘要】
一种磁航向角测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及惯性测量
，更具体地说，它涉及一种磁航向角测量装置及方法。

技术介绍

[0002]姿态测量系统能够提供载体的姿态信息，是飞机、车辆、智能机器人等移动载体不可或缺的一部分。目前的姿态测量系统是磁力计、加速度计和陀螺仪的不同组合。基于光纤惯导的姿态测量系统能够提供高精度的姿态测量结果，但成本高、体积大，不利于大规模应用。公开号为CN112230192A的专利文件公开了一种基于磁传感与定位系统的雷达航向角测量方法及装置，方法包括：采用电子磁罗盘测量雷达的磁力计数据、加速度数据和陀螺仪数据，并进行互补滤波计算，得到雷达的第一航向角；采用雷达定位系统测量雷达的第二航向角；确定第一航向角的权重和第二航向角的权重，第一航向角的权重和第二航向角的权重之和为1；根据第一航向角和第二航向角以及各自的权重，计算得到雷达的最终航向角。在外界存在不同干扰的环境下，电子磁罗盘无法正常工作或者雷达定位系统无法正常工作，根据电子磁罗盘测量的雷达航向角和雷达定位系统测量的航向角，综合进行计算，准确得到雷达的航向角，可准确测量在不同的外界环境下雷达的航向角。
[0003]但是在实际应用过程中，基于微机械惯导的姿态测量系统具有成本低、体积小等优势，但精度低，长时间工作不能提供较好的姿态测量结果。在微机械惯导的基础上外加磁力计，是改善磁航向角测量精度的一种改进方法，但仍然存在长时间工作精度差的问题。
[0004]针对以上问题，本专利技术提出了一种基于三轴磁力计和单轴光纤陀螺的磁航向角测量装置，并基于所专利技术的装置提出了一种磁航向角实时测量方法，有效解决了磁航向角测量的精度和测量装置成本、体积之间的矛盾。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种磁航向角测量装置及方法，本专利技术提出了一种基于三轴磁力计和单轴光纤陀螺的磁航向角测量装置，并基于所专利技术的装置提出了一种磁航向角实时测量方法，有效解决了磁航向角测量的精度和测量装置成本、体积之间的矛盾。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种磁航向角测量装置，包括：
[0008]三轴磁力计、单轴光纤陀螺仪、处理器；
[0009]所述三轴磁力计用于采集三个敏感轴上的磁场数据；
[0010]所述单轴光纤陀螺仪用于采集转动轴实时转动角速率数据；
[0011]所述处理器用于对三个敏感轴上的磁场数据、转动轴实时转动角速率数据进行处理，并通过实时磁航向角公式计算得到实时磁航向角。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：一种磁航向角测量方法，包括以下步骤：
[0013]步骤一、定义当地地理坐标系为导航系，记为n系，其x，y，z轴分别指向朝东、北、以及沿着重力反方向朝天；
[0014]步骤二、定义磁力计坐标系为本体系，记作b系；
[0015]步骤三、对三个敏感轴上的磁场数据、转动轴实时转动角速率数据进行处理，并对三轴磁力计进行零偏校准；
[0016]步骤四、将步骤三的处理结果代入实时磁航向角公式，通过计算得到实时磁航向角。
[0017]作为本专利技术进一步的方案：单轴光纤陀螺仪和z轴磁力计指向相同。
[0018]作为本专利技术进一步的方案：步骤三中对三个敏感轴上的磁场数据、转动轴实时转动角速率数据进行处理，并对三轴磁力计进行零偏校准的具体操作如下；
[0019]S1、将绕Zb轴旋转时的初始磁航向角设定为θ，当地磁场在OX
b
Y
b
平面的分量为B
xy
；
[0020]S2、将x轴磁力计和y轴磁力计的输出代入以下计算公式：
[0021][0022]S3、对H
xb
(t)进行余弦拟合，选取自变量为磁航向角，可以得到余弦函数图像；
[0023]S4、步骤S3拟合所得到的余弦函数的初始相位即为所需要求的初始磁航向角θ，在波峰值、波谷值之和的二分之一处画一条直线，该直线到到X轴的距离即为磁力计的零偏。
[0024]H
xb
(t)和H
yb
(t)分别为x轴磁力计和y轴磁力计的输出，b
x
和b
y
分别为x轴磁力计和y轴磁力计的零偏。
[0025]作为本专利技术进一步的方案：步骤四中将步骤三的处理结果代入实时磁航向角公式，通过计算得到实时磁航向角具体操作如下：将初始磁航向角θ代入实时磁航向角公式θ
t
＝θ+∫w(t)dt，通过计算得到实时的磁航向角θ
t
。
[0026]作为本专利技术进一步的方案：w(t)为旋转速率，通过光纤陀螺实时测量得到。
[0027]作为本专利技术进一步的方案：b系的x,y,z轴构成右手坐标系。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0029]本专利技术提出了一种基于三轴磁力计和单轴光纤陀螺的磁航向角测量装置，并基于所专利技术的装置提出了一种磁航向角实时测量方法，有效解决了磁航向角测量的精度和测量装置成本、体积之间的矛盾。
附图说明
[0030]图1为本专利技术一种磁航向角测量装置的整体结构图；
[0031]图2为本专利技术一种磁航向角测量方法的方法框图；
[0032]图3为本专利技术中实施例3中的x轴磁力计输出拟合示意图；
[0033]图4为本专利技术中导航系、本体系的关联示意图；
[0034]图5为本专利技术中实施例5中的实时磁航向角计算结果示意图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]参照图1－图5得到以下实施例：
[0037]实施例1
[0038]一种磁航向角测量装置，包括：
[0039]三轴磁力计、单轴光纤陀螺仪、处理器；
[0040]所述三轴磁力计用于采集三个敏感轴上的磁场数据；
[0041]所述单轴光纤陀螺仪用于采集转动轴实时转动角速率数据；
[0042]所述处理器用于对三个敏感轴上的磁场数据、转动轴实时转动角速率数据进行处理，并通过实时磁航向角公式计算得到实时磁航向角。
[0043]处理器的工作原理如下：定义当地地理坐标系为导航系，记为n系，其x， y，z轴分别指向朝东、北、以及沿着重力反方向朝天；定义磁力计坐标系为本体系，记作b系；b系的x,y,z轴构成右手坐标系，然后将绕Zb轴旋转时的初始磁航向角设定为θ，当地磁场在OX
b
Y
b
平面的分量为B
xy
；
[0044]将x轴磁力计和y轴磁力计的输出代入以下计算公式：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁航向角测量装置，其特征在于，包括：三轴磁力计、单轴光纤陀螺仪、处理器；所述三轴磁力计用于采集三个敏感轴上的磁场数据；所述单轴光纤陀螺仪用于采集转动轴实时转动角速率数据；所述处理器用于对三个敏感轴上的磁场数据、转动轴实时转动角速率数据进行处理，并通过实时磁航向角公式计算得到实时磁航向角。2.一种磁航向角测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、定义当地地理坐标系为导航系，记为n系，其x，y，z轴分别指向朝东、北、以及沿着重力反方向朝天；步骤二、定义磁力计坐标系为本体系，记作b系；步骤三、对三个敏感轴上的磁场数据、转动轴实时转动角速率数据进行处理，并对三轴磁力计进行零偏校准；步骤四、将步骤三的处理结果代入实时磁航向角公式，通过计算得到实时磁航向角。3.根据权利要求2所述的一种磁航向角测量方法，其特征在于，单轴光纤陀螺仪和z轴磁力计指向相同。4.根据权利要求2所述的一种磁航向角测量方法，其特征在于，步骤三中对三个敏感轴上的磁场数据、转动轴实时转动角速率数据进行处理，并对三轴磁力计进行零偏校准的具体操作如下；S1、将绕Zb轴旋转时的初始磁航向角设定为θ，当地磁场在OX
b
Y
b
平面的分量为B
xy
；...

【专利技术属性】
技术研发人员：于振华，李坤，丁国良，赵渊，孟利平，曹中心，
申请(专利权)人：无锡恺韵来机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：