[发明专利]基于轴面角确定三轴磁传感器轴间角的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，特别是涉及一种基于轴面角确定三轴磁传感器轴间角的方法。

背景技术

三轴磁传感器广泛应用于航天、航空、船舶和武器装备等各个领域，用于进行三个方向的磁场强度的测量，三个测量轴向互成90度角，构成一个正交的三维测量系统。但由于加工和工艺等原因，使得三轴磁传感器的三个测量轴不可能做到绝对正交，由于三个测量轴的不正交会给磁场强度的矢量测量带来很大误差。解决的办法是，如果能得知三轴磁传感器的三个轴之间的夹角角度值，即轴间角角度值，就可以通过坐标变换对测量结果进行修正。

目前，有一些方法可以直接测量三轴磁传感器三轴之间的轴间角，但由于测量方法以及测量系统的本身准确度问题，另外还存在认为计算误差等因素，其测量结果的精确度已不能满足现代测量技术日益发展的需要。随着对测量精度的要求的不断提高，需要有更准确的确定三轴磁传感器轴间角的方法。

中国专利ZL200710110579.3提供了一种三轴磁传感器的测试方法，通过该方法可以准确测量三轴磁传感器的轴面角，所说的轴面角是指三轴磁传感器的其中的一条轴与另外两条轴所成的平面之间的夹角。中国专利ZL200710110579.3提供的测试方法，原理是采用投影的方法进行测量，即在三轴磁传感器的其中的一条轴上，加上一个已知的标准磁场，由于该轴与另外两条轴所成的平面之间存在夹角，从三轴磁传感器读出的数据小于实际加入的标准磁场，根据这两个磁场数值的比值，即能得到所说的轴面角角度值；对每条轴的方向进行同样的测量，就可得出三个轴面角角度值。

发明内容

本发明提供一种基于轴面角确定三轴磁传感器轴间角的方法，目的是提高三轴磁传感器三轴之间的夹角即轴间角的校准精度，从而提高三轴磁传感器矢量测量的准确性和可靠性。

本发明的技术方案是：

一种基于轴面角确定三轴磁传感器轴间角的方法，所述轴间角是指三轴磁传感器的三个正交测量轴中每两个轴之间形成的实际夹角，所述三轴磁传感器具有三个轴间角，其特征在于，首先分别测量每一条轴与另外两条轴所成的平面之间的夹角，即轴面角；所述轴面角采用投影的方法进行测量，即在三轴磁传感器的其中的一条轴上，加上一个已知的标准磁场，由于该轴与另外两条轴所成的平面之间存在一定的夹角，从三轴磁传感器读出的数据小于实际加入的标准磁场，根据这两个磁场数值的比值，即能得到所述轴面角角度值；对每条轴进行同样的测量，就可得出三个轴面角角度值；根据测得的轴面角，利用几何原理建立每条轴的轴面角与三个轴间角之间的关系式，得到每个轴面角分别与三个轴间角建立的关系式组成的联立方程组，由该联立方程组建立计算机程序模块，通过运行所述计算机程序模块得到三轴磁传感器三条轴之间的夹角，即轴间角角度值。

所述建立每条轴的轴面角与三个轴间角之间的关系式的方法，包括：

1)根据测得的一个轴与另外两条轴所成的平面的轴面角θ，从该轴上截取单位长度线段OA，从A点向另外两条轴所成的平面做垂线，得出OA在这两条轴所成的平面上的面投影线为OE，垂线与这两条轴所成的平面的交点为面垂足E；再从所得的面垂足E向这两条轴分别做垂线，得到该面投影线在两条轴的轴投影线为OB和OC，垂线与两条轴的交点分别为线垂足B和C；

2)根据三轴磁传感器的三轴交点O、所述面垂足E和两个线垂足B、C这四个共面的点的几何特性，引入以面投影线的长度OE为直径的外接圆，通过外接圆，建立面投影线OE与处于外接圆所在平面的这两条轴之间的夹角α的关系式；所述夹角α即为三轴磁传感器的一个轴间角；

3)再根据所述线段OA与所述两条轴投影线OB、OC的几何关系，得出轴投影线OB与OA和OB之间的夹角β的边角关系，以及轴投影线OC与OA和OC之间的夹角γ的边角关系；并通过在外接圆上建立的轴投影线OB、OC与面投影线OE的几何关系，得出面投影线OE与两个夹角β、γ的关系式；所述夹角β、γ即为三轴磁传感器的另两个轴间角；

4)将步骤2)和3)得到的两个关系式联立，再通过面投影线OE与轴面角θ的关系得出轴面角θ与三个轴间角α、β、γ的关系式；

5)同理，得到另外两个轴面角分别与三个轴间角α、β、γ的关系式。

所述每个轴面角与三个轴间角建立的关系式联立组成的方程组为非线性方程组，采用数值分析的方法进行求解。

本发明的技术效果：