[发明专利]一种抗干扰磁航向角优化系统

说明书

一种抗干扰磁航向角优化系统，包括姿态角生成模块、磁场信号生成模块、原始磁航向角计算模块和综合信息滤波处理模块，姿态角生成模块用于生成姿态角数据，磁场信号生成模块用于生成磁场信号和磁场信号的统计特性实时分析数据，原始磁航向角计算模块用于根据磁力计采集的磁场信号计算生成原始磁航向角，根据姿态角生成模块中的MEMS惯性测量单元生成的角速度信号、原始磁航向角数据和统计特性实时分析数据调整综合信息滤波处理模块中的卡尔曼滤波器模型参数，采用参数调整后的卡尔曼滤波器模型对输入的航向角速度积分数据和原始磁航向角之间的差进行处理以获得优化后的磁航向角数据。

技术领域

本申请涉及一种惯性导航IMU系统技术，尤其涉及一种基于多传感器的抗干扰磁航向角优化技术。

背景技术

磁力计用于测量地磁场在载体三个方向的分量，结合载体姿态角计算地磁场的水平分量，进而计算出磁航向角，实现定向功能，具有抗冲击性、抗振动性等优点，但地磁场测量信号极易受到干扰。硬铁干扰和软铁干扰对磁航向角的计算影响可以通过磁力计磁场标定的方法基本消除，但是当磁力计附近存在随机干扰源时，干扰磁场的幅度、方向具有不确定性，无法给出估计值进行消除，导致磁航向角误差很大，甚至失效。本发明中采用低成本、低精度的MEMS惯性测量单元，辅助磁航向角的计算。

发明内容

本申请涉及一种抗干扰磁航向角优化系统，包括姿态角生成模块(1)、磁场信号生成模块(2)、原始磁航向角计算模块(3)和综合信息滤波处理模块(4)，其中姿态角生成模块包括MEMS惯性测量单元和互补滤波模块，磁场信号生成模块包括三轴磁力计和统计特性实时分析模块，原始磁航向角计算模块包括地磁场水平分量计算模块和原始磁航向角计算模块，其中磁场信号生成模块优选包括硬铁和软铁补偿模块，三轴磁力计输出的磁场信号经过硬铁和软铁补偿模块的补偿后送入地磁场水平分量计算模块；MEMS惯性测量单元优选包括三个MEMS陀螺仪和三个MEMS加速度计。综合信息滤波处理模块包括卡尔曼滤波器。MEMS惯性测量单元用于采集三路角速度信号和三路加速度信号，将三路角速度信号和三路加速度信号输出到互补滤波模块，互补滤波模块对角速度信号和加速度信号进行互补滤波处理，经过互补滤波处理后生成姿态角数据，姿态角数据被输出到地磁场水平分量计算模块；三轴磁力计用于采集输出磁场信号，输出的磁场信号一路输出到地磁场水平分量计算模块，另一路输出到统计特性实时分析模块，地磁场水平分量计算模块用于根据互补滤波模块输出的姿态角数据和三轴磁力计输出的磁场信号计算地磁场水平分量，原始磁航向角计算模块根据地磁场水平分量计算模块输出的地磁场水平分量计算原始磁航向角，统计特性实时分析模块接收三轴磁力计输出的磁场信号，统计计算其特性并输出统计特性数据，综合信息滤波处理模块接收MEMS惯性测量单元输出的角速度、原始磁航向角计算模块输出的原始磁航向角和统计特性实时分析模块输出的统计特性数据，根据输入的数据对综合信息滤波处理模块中的卡尔曼滤波器的参数进行调整，采用调整后的卡尔曼滤波器模型对输入的航向角速度积分数据和原始磁航向角之间的差进行处理，得到航向角增量△Ψ，修正后的磁航向角Ψ＝Ψ_G-△Ψ作为优化的磁航向角输出信号。

进一步互补滤波模块对角速度信号和加速度信号进行互补滤波处理具体包括：由俯仰角速度ω_x积分得到姿态角中的俯仰角θ₀，由滚动角速度ω_y积分得到姿态角中的滚动角γ₀，根据三路加速度信号a_x、a_y、a_z分解计算得到θ_a和γ_a，根据互补滤波公式计算得到姿态角中的俯仰角和滚动角：

θ＝αθ₀+(1-α)·θ_α

γ＝αγ₀+(1-α)·γ_α，