[发明专利]一种磁传感器实时标定方法

说明书

本发明公开了一种磁传感器实时标定方法，包括以下步骤：建立磁传感器测量全误差模型并进行整合，得到简化后的测量模型；旋转磁传感器，获取旋转过程中磁传感器的多组三轴数据；根据所述多组三轴数据与所述简化后的测量模型获得椭球轨迹模型，并基于迭代最小二乘法拟合得到磁标定参数的估计；在迭代估计的基础上，采用二次无偏最大似然估计来完成磁传感器参数的估计。其无需大型设备辅助，成本低，计算量小，标定方法操作简单方便。

技术领域

本发明涉及传感器标定领域，具体涉及一种磁传感器实时标定方法。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)技术的快速发展，在没有外界信号的情况下基于MEMS惯性设备发展精确的长时定位系统成为研究热点。大多数基于MEMS技术的微惯性测量单元(MIMU)集成了三轴陀螺仪、三轴加速度计以及三轴磁力计。由于传统的惯性导航系统中存在航向观测弱的缺点，因此基于地磁指北原理的磁传感器被广泛用来进行航向估计。然而，由于外界环境中磁场分布复杂，磁传感器信息通常面临着磁场干扰的影响，其主要包括软、硬铁干扰。此外，磁传感器本身还有标度因子误差、非正交性误差以及零偏等误差。因此，为了得到较为精度的航向信息，磁传感器的标定是非常有必要的。

传统的磁标定方法需要外部参考来提供精确的航向信息，价格较为昂贵，典型的有磁传感器的摇摆方法。目前，不需要外部设备来完成磁标定大致可分为两类：一类是结合了磁传感器与陀螺仪/加速度计来实现标定，另一类则是只通过磁力计来完成标定。其中，结合了磁传感器与陀螺仪/加速度计来实现标定的方法有：①用加速度计信息辅助磁传感器完成标定，基于静止时地磁与加速度计点积不变的原理并将其用到电子罗盘中。②用陀螺仪信息辅助磁传感器完成。③同时用陀螺仪和加速度计辅助磁传感器完成标定。后两种方法通常都是将标定算法推导为最大似然估计问题求解。这类方法由于结合了其它惯性传感器，复杂度较高且误差源较多。所以多采用只通过磁传感器来完成标定的方法。

只通过磁传感器来完成标定的方法主要有：①基于使磁传感器测得的磁场大小与当地磁场大小的差最小的理念，即标量标定。②将磁标定问题转换成椭球体匹配问题，即将椭球体数据映射到球体上的问题。③在用批量最小二乘求解先行估计的基础上，用最大似然估计来进行参数迭代优化。但其也存在计算量大、占用内存空间大等缺点。

中国发明专利CN104765013A公开了一种最优极大似然估计的方法来标定参数，显著提高了三轴传感器的标定精度。该方法实施方便，但批处理计算量大，实际应用的占据存储空间大。中国发明专利CN102735268A公开了一种基于姿态优化激励的捷联三轴磁力仪标定方法，该方法根据D-优化实验设计准则建立优化目标函数，采用粒子群优化算法优化目标函数，进而用最小二乘法来进行参数估计。但粒子群优化算法存在早熟收敛的问题。中国发明专利CN102818564A公开了一种三维电子罗盘的标定方法，该方法通过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。该方法标定精度高，但依赖外部设备。中国发明专利CN106468563A公开了一种机载磁传感器在线标定方法，该方法通过一种基于加速度计和陀螺仪融合姿态的八卦限采样方法，尽可能真实地反应磁场分布情况，减少陀螺仪漂移、加速度计振动以及磁传感器干扰对磁传感器拟合结果精度的影响。但其通过其它惯性传感器来辅助，增加了系统的复杂度。

从已公开的技术看，现有技术分别从大型设备辅助、椭球拟合以及惯性器件辅助等方面实现磁传感器的标定。这些技术要么成本过高、复杂度高，要么批处理数据计算量大、占用内存空间大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁传感器实时标定方法，其无需大型设备辅助，成本低，计算量小，标定方法操作简单方便。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁传感器实时标定方法，包括以下步骤：

建立磁传感器测量全误差模型并进行整合，得到简化后的测量模型；