[发明专利]由磁罗盘指示的稳定方向的方法

说明书

本发明涉及一种由磁罗盘指示稳定方向的方法。

在US 5,235,514A中公开了一种为运行工具设计的导航系统。该系统组件包括一个可用来控制运行方向和某个运动体旋转角速度的传感器和一个可用来测量地磁场的磁场传感器。由对地磁场的测量得值可以确定一个运动体自身的确切方向。当运动体被磁化时，地磁场会叠加上去，磁场传感器就会出现输出错误。要避免这种错误，就需对磁场传感器进行测前校准。但当运动体经过含磁干扰区时，如经过铁道交叉口，底下有列车通过，地下埋有强电流电缆、钢筋混凝土城墙等等区域时，运动体就会受到强磁干扰，其磁化特性也因之而改变。

另一方面，为使传感器适用于自运动体旋转角速度方向之确定，同样也存在着有关准确度方面的困难，如刚才在US 5,235,514A中介绍的那样。

为了克服这一困难，上述US 5,235,514A专利建议了一种导向控制装置，该装置可以确切地估算自运动体的即时航向，分析各自的误差因素并予确认，含有当时磁传感器的方向数据和角速度传感器的角速度数据。进一步将确定当前角速度传感器和磁传感器测量数据对已有测量数据的贡献大小。在计算范围内对自运动体的大概方向可应用卡尔曼过滤器算出期望值或估计值。

1984年德国定位和航海协会在德国明斯特市举行了“国家航海工具”学术交流会，会议报告中探讨了强干扰如铁路桥等对地磁场的影响问题，在Rogge的文章中(18.23和18.24页)。提出了一种可能的方法来抑制这类干扰，即在磁流闸门上装一个简单的，短期稳定的传感器，当磁流闸门和附加传感器之间测量结果差值大时，可以相信附加传感器的测量结果。

在这一会议报告中另一种抑制干扰的可能方法是在一个工具盒中安装两个彼此隔开的磁流闸门。这样，干扰源会对这两个磁流闸门产生不同的影响，干扰矢量之差基本上就可以抵消了。

再有一种抑制干扰的可能方法是基于这样的事实，即未受干扰的地磁场，其水平分量在大范围内是个常数，若这个分量突然发生变化就可得出结论，地磁场受到了干扰。只要干扰存在，角度值就不能用来确定方向。在干扰结束之后可以在干扰前后的方向角之间作内插。这种方法是不确切的，在市区间行进时前后方向角应该一直保持同样大小。

在DE 40 03 563 C2专利中公开过一种用一个地磁传感器来确定运行工具行驶方向的方法。这个感传器具有两个线圈绕组，它们彼此垂直相交，处于水平状态，绕在一个环形磁芯上。当运行工具在均匀的地磁场中转一圈并由传感器的线圈绕组将收集到的测量数据点在一个水平座标系中绘出时，由汇总的测量数据点就可作出一个测量数值圈回路。一般情况下，在运行工具行驶期间，运行方向在数值圈零点到实际的测绘点之间给出。然而，由于地磁场的干扰，运行工具构件会磁化，此时测值圈中间的点会改变或挪动而造成方向测定失误。为校正这一误差，运行工具必须重新转一整圈并确定新的中间点。若要在不利的磁化环绕场所作出准确的校准，就须对在受到干扰和未受到干扰的环绕场所中收集到的测量数据进行可信度评估，而对中间点的重新确认，须权衡以前的中点和由新数据定义的当前的中点，并满足于数据的可信度。

在EP 0 226 653A1专利中公开了一种将三轴磁力仪固定在飞机上来确定方向角的方法。用含铁芯的交变贯穿磁流线圈作传感器，通过自动校准可以补偿飞机上磁场干扰导致的方向精确度误差。对此，在未受干扰的环形场中须作一次确定初始参考方向的校准飞行，这次飞行包含预先确认的飞行状况。由此才能掌握当前的磁场分量与参考分量的偏离度并输入一台计算机中。这种由一定的校准函数确定的修正系数还依赖于飞机飞行的姿势角。这些计算公式建立在各个卡尔曼过滤器公式上，特别适合于重复计算情况。通过对各个新偏差的观测可在以往的系数中算出新的系数。

专利EP0 145 950A1中公开过一种为电车运行而设计的众所知晓的推算航行法。其中地磁场矢量利用在运行器上安装着的两个空间上相互隔开的磁场探针进行测量，利用与各个探针分开的干扰场矢量作校正。由一个比较器对地磁场矢量的这两个值作对比。若这两个值不一致，就必须利用最后算出的地磁场矢量重新计算干扰场矢量。

本发明的目的是提出一种方法，可抵消非持续的外界干扰，由磁罗盘指示而稳定方向的方法。

这一目的通过下述相继的权利要求1至3的特征来实现。

本发明方法的主导思想与地磁场有关。作为补充使用了简单的实例以之说明。

第一步