[发明专利]一种自校正电子罗盘及其校正方法

说明书

本发明公开了一种自校正电子罗盘及其校正方法，涉及惯性导航领域，所述方法包括以下步骤：步骤1：采集磁场数据；步骤2：对采集的磁场数据进行Levenberg‑Marquardt优化得到软硬磁校正矩阵；步骤3：根据软硬磁校正矩阵计算结果完成航向角计算，本发明还公开了一种自校正电子罗盘，包括数据采集模块和计算模块，所述采集模块用于采集磁场数据，所述计算模块用于对采集的磁场数据进行Levenberg‑Marquardt优化得到软硬磁校正矩阵，并根据软硬磁校正矩阵计算结果完成航向角计算，本发明基于L‑M优化理论的磁罗盘校正算法对磁力计组的读值直接进行补偿校正，收敛速度快，提高磁场传感器的航向计算精度。

技术领域

本发明涉及惯性导航领域，尤其涉及一种自校正电子罗盘及其校正方法。

背景技术

磁力计是在导航领域常用的传感器。地球磁场随着经纬度、高度的不同而不同。磁力计作为一种常用的磁场测量仪器，通过测量周围磁场在三轴磁力计轴向上的分量来计算磁场强度以及航向角。如图1所示，如果已知地球磁场的水平分量h_x和h_y，以及当地的磁偏角D，那么航向能够用下式表示：

由于地球磁场强度在50-60μT之间，十分微弱，尽管磁力计在磁场干扰较少的环境工作效果良好，但在实际使用中，磁力计很容易受到干扰。因此在使用前有必要对磁力计进行补偿，提高其测量精度。

一般来说，考虑二维的情况下，磁场传感器的X轴Y轴所测到的磁场理论上会分布在以圆点为中心的圆上。实际上，由于其受到其他磁场的影响，圆形变形且偏离原心，造成磁场会形成椭圆形分布，通常将干扰区分为软磁和硬磁干扰。

磁场传感器仅受到地磁场的作用而未受到软、硬磁干扰时，磁场传感器的分量M_x与M_y分布在以坐标原点为圆心、半径为M_h的圆上，如图2(a)所示。

受到硬磁干扰时，由于磁场传感器上硬磁干扰比较稳定的特点，所以在磁场传感器使用过程中硬磁干扰量以及为固定值。M_x与M_y分布在以为圆心，M_h为半径的圆上，如图2(b)所示。

当受到软磁干扰时，磁场传感器测得的数据是地磁场矢量，硬磁干扰和软磁干扰量的矢量和，M_x与M_y分布在以为圆心的椭圆上，如图2(c)所示。

综上，硬磁干扰使得原本以原点为球心的正球变为一个以硬磁干扰量为球心的正球，而软磁干扰使得原本为以硬磁干扰量为球心的正球畸变成一个以硬磁干扰量为球心的椭球。

现有技术CN102589536A，公开日2014年7月18日，公开了一种具有自校正功能的电子罗盘设计，该发明公开了一种具有自校正功能的电子罗盘。其虽然不需要转动电子罗盘来采集磁场信息，但缺乏一整套基于硬件结构的标定的算法。这种电子罗盘的标定速度较快，但是牺牲了标定精度。

中国专利文献号CN104101337A，公开日2014年10月15日，公开了一种用于电子罗盘的校正方法，该发明公开了一种用于一电子罗盘的校正方法，该校正方法包含有利用该多个磁力计分别于不同时间点侦测出多个第一时间点坐标与多个第二时间点坐标。但这种方法仍需要转动电子罗盘以便补偿干扰磁场获得准确的航向信息，且标定的精度不高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种方法将软磁干扰与硬磁干扰剔除掉，以实现快速补偿校正，形成标定简单，磁场传感器的航向计算精度高的电子罗盘，将软磁干扰与硬磁干扰剔除的过程可以等效为拟合椭圆或者椭球的过程。将椭圆或者椭球的参数计算出来的就能够消除干扰，实现数据的校正。

发明内容