本发明专利技术公开了一种三维电子罗盘的标定方法，该方法实现装置包括一个三维无磁旋转平台和一个内部置有三维磁传感器和倾角传感器的三维电子罗盘。通过三维电子罗盘在空间旋转时地磁场和重力场导致的三维磁传感器和倾角传感器的输出变化，确定传感器敏感方向矢量、三维电子罗盘外壳坐标系、大地坐标系之间的空间位置关系，确定磁传感器和倾角传感器的输出特性，获得三维电子罗盘输出值与空间方位的一一对应关系，从而实现对其校准标定。本发明专利技术提供的标定方法不需要现有磁传感器标定使用的磁屏蔽房和亥姆霍兹线圈，不需要对三维电子罗盘内部磁传感器和倾角传感器位置进行调节，在有精密的三维无磁旋转平台的情况下实现对三维电子罗盘的高精度标定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及对三维电子罗盘的标定，特别涉及内置有磁传感器的利用地磁场进行定位的装置。
技术介绍
三维电子罗盘利用内置的磁传感器通过感应地球磁场来确定航向，三维电子罗盘同时内置有倾角传感器，通过倾角补偿，使三维电子罗盘在倾斜情况下仍能准确判别方向。三维电子罗盘体积小，指示方向准确，输出电信号，可以通过各种接ロ集成到其他电子系统中，使用方便，现已广泛应用于海陆空航行、惯性导航、自主机器人和地质勘测等领域。由于三维电子罗盘内置的磁传感器三轴并非完全正交，倾角传感器的測量轴也存在非正交问题，并且由于安装等问题，磁传感器坐标系和倾角传感器坐标系对应的各个轴并不严格平行，使得倾角补偿不准确，磁传感器和三维电子罗盘外壳坐标系也并非完全重合，致使测量的航向角存在误差。所以解决这几个问题是提高三维电子罗盘精度的关键。现有的校准三维电子罗盘的方法有归ー归零法、最小二乗法和拟椭圆法等，但是这些方法均没有从最基本的结构入手，而只是用线性拟合的方法校准結果，而三维电子罗盘存在正交问题和坐标系不重合问题时，输出结果是非线性的，用以上方法均不准确。还存在使用无磁的方法校准磁传感器的，在磁屏蔽房中进行实验，或者使用三维线圈将环境磁场抵消，在人为产生ー个大小及角度已知的磁场来对传感器进行标定，但是这种方法对仪器条件要求苛刻，需要昂贵且体积大的磁屏蔽房和三维亥姆霍兹线圏。在专利CN 101393022A中，专利技术者在环境磁场存在的情况下利用磁传感器在特定位置的输出值对其本身进行标定，不需要昂贵的磁屏蔽仪器和磁产生仪器。然而，这种标定方法需要对磁传感器的22个方位角输出值进行测量，过于复杂，且这22个位置中，有45度、135度、225度和315度的空间位置出现，对于外形为三维电子罗盘外壳的磁传感器而言，空间位置容易实现的是90度整数倍的位置，而对其它位置的实现比较困难，并且带入误差较大，因而这种标定方法所能达到的精度只能是3 5度，而对于现在测量精度已经达到0. 5度的磁传感器而言，显然是不合适的。另外，这种标定方法基于磁传感器输出特性为线性的假定，因而不能对存在正交误差的三维电子罗盘进行高精度标定。在专利CN200910117170. 7中，专利技术者同样在周围磁场存在的情况下进行标定，并通过在ー维旋转平台水平方向360度旋转以及三维电子罗盘90度整数倍翻转的弱磁方向传感器空间位置变化所对应的传感器输出变化，确定弱磁方向传感器敏感方向大地坐标系和三维电子罗盘外壳坐标系中的空间位置，同样不需要苛刻的实验条件，并且方法简单易行。但是该专利所用的旋转平台只能在水平面内旋转，因而在确定磁倾角时存在较大误差，且并未对磁传感器和倾角传感器联合使用确定标定方法，因此难以做到高精度标定。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有的校准三维电子罗盘的线性的标定方法不准确的缺点，提出ー种利用地磁场对三维电子罗盘进行标定的方法，该方法使用ー个三维无磁旋转平台，利用三维电子罗盘内置的磁传感器和倾角传感器在不同空间方向的输出值变化对三维电子罗盘进行标定。本专利技术为实现其目的所采取的技术方案ー种三维电子罗盘的标定方法，该方法的实现装置包括一个三维无磁旋转平台和ー个内部置有三个磁传感器和一个倾角传感器的三维电子罗盘，所述三维电子罗盘放置于所述三维无磁旋转平台的中央位置，通过所述三维无磁旋转平台使所述三维电子罗盘在绕电子罗盘基准坐标系、大地坐标系的坐标轴各轴旋转过程中，磁传感器以及倾角传感器在地磁场及重力场作用下输出变化，确定磁传感器和倾角传感器敏感方向矢量、三维电子罗盘基准坐标系之间的空间位置关系，获得磁传感器和倾角传感器的输出特性，获得任意地磁场下三维电子罗盘输出与三维电子罗盘基准坐标系与大地坐标系之间的关系，确定方位角度，实现对三维电子罗盘高精度标定。绕空间轴精密旋转由一个三维无磁旋转平台提供，其三个选择轴组成标准的右手三维直角坐标系G G)，ft轴沿重力方向向下，&轴和&轴为相互正交的两轴，并且由Q轴和G轴组成的平面可以调节至水平状态；三维电子罗盘外壳具有三维基准直角坐标系e:(ei e2 e3)，ei轴为三维电子罗盘的指示方向，e2轴在水平面上与ei轴正交；三维电子罗盘内置有三个磁传感器，其敏感方向构成磁传感器坐标系e : ( e i e2￡ 3)；三维电子罗盘内置有ニ维倾角传感器，其ニ个敏感方向以及由右手关系決定的第三个轴组成倾角传感器坐标系い-(I1 I2 13)，し轴和し轴分别为测量倾斜角和測量翻滚角的两个敏感方向；地磁场和重力场构成大地坐标系4 :( 4 I ^3),其三轴分别指向磁北方向、磁东方向和重力方向；规定当逆向面对坐标轴时，逆时针方向为正向，所有的角度保持在区间 2 + cos 缉 31~ = 权利要求1.，该方法的实现装置包括一个三维无磁旋转平台(I)和一个内部置有三个磁传感器(3)和一个倾角传感器(4)的三维电子罗盘(2)，所述三维电子罗盘(2)放置于所述三维无磁旋转平台(I)的中央位置，其特征在于通过所述三维无磁旋转平台(I)使所述三维电子罗盘(2)在绕电子罗盘基准坐标系、大地坐标系的坐标轴各轴旋转过程中，磁传感器(3)以及倾角传感器(4)在地磁场及重力场作用下输出变化，确定磁传感器(3)和倾角传感器(4)敏感方向矢量、三维电子罗盘(2)基准坐标系之间的空间位置关系，获得磁传感器(3)和倾角传感器(4)的输出特性，获得任意地磁场下三维电子罗盘(2)输出与三维电子罗盘(2)基准坐标系与大地坐标系之间的关系，确定方位角度，实现对三维电子罗盘(2)高精度标定。2.根据权利要求I所述的三维电子罗盘的标定方法，其特征在于所述三维无磁旋转平台(I )，其三个选择轴组成标准的右手三维直角坐标系ζ :(h ζ2 ξ3)，ξ3轴沿重力方向向下，ξ i轴和ξ 2轴为相互正交的两轴； 所述三维电子罗盘(2)外壳具有三维基准直角坐标系e:(ei e2为三维电子罗盘(2)的指示方向，e2轴在水平面上与θι轴正交； 所述三维电子罗盘(2)内置的三个磁传感器(3)，其敏感方向构成磁传感器(3)坐标系ε ( ε I ε 2 ε 3); 所述三维电子罗盘(2)内置的二维倾角传感器(4)，其二个敏感方向以及由右手关系决定的第三个轴组成倾角传感器(4)的坐标系IJi1 ξ2 ξ 3)，ξ i轴和ξ 2轴分别为测量倾斜角和测量翻滚角的两个敏感方向； 所述地磁场和重力场构成大地坐标系ζ :( ζ i ζ2 ζ3)，其三轴分别指向磁北方向、磁东方向和重力方向； 规定当逆向面对坐标轴时，逆时针方向为正向，所有的角度保持在区间[0，2π); 将三维无磁旋转平台(I)坐标系的面调节为水平状态，将三维电子罗盘(2)外壳的ei轴和e2轴分别紧靠三维无磁旋转平台的C1轴和ζ2轴上并固定，以43轴为旋转轴，在三维无磁旋转平台沿顺时针方向转动一周的过程中，当磁传感器(3) ε i轴输出最大值时，将此位置的三维无磁旋转平台转动角度记为Θ 01 ;然后，以ei为旋转轴将其正方向翻转180°，再次使三维无磁旋转平台绕其ζ 3轴旋转一周，获得使磁传感器(3) ε I轴获得最大值时的转动角度，记为θοι’ ; 三维无磁旋转平台(I)坐标系的C1轴在初始位置时与大地坐标系的C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维电子罗盘的标定方法，该方法的实现装置包括一个三维无磁旋转平台（1）和一个内部置有三个磁传感器（3）和一个倾角传感器（4）的三维电子罗盘（2），所述三维电子罗盘（2）放置于所述三维无磁旋转平台（1）的中央位置，其特征在于：通过所述三维无磁旋转平台（1）使所述三维电子罗盘（2）在绕电子罗盘基准坐标系、大地坐标系的坐标轴各轴旋转过程中，磁传感器（3）以及倾角传感器（4）在地磁场及重力场作用下输出变化，确定磁传感器（3）和倾角传感器（4）敏感方向矢量、三维电子罗盘（2）基准坐标系之间的空间位置关系，获得磁传感器（3）和倾角传感器（4）的输出特性，获得任意地磁场下三维电子罗盘（2）输出与三维电子罗盘（2）基准坐标系与大地坐标系之间的关系，确定方位角度，实现对三维电子罗盘（2）高精度标定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈池来，刘建强，程珍，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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