[发明专利]三轴磁传感器标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种三轴磁传感器标定方法。

背景技术

现有技术中，磁传感器又名磁力仪、磁强计，经常用于姿态确定或科学测量领域。由于外界干扰和制造工艺的不完善，三轴磁传感器存在误差，因而，在使用三轴磁传感器之前，必须对其进行标校。发明人经研究发现，目前三轴磁传感器主要基于模恒定原理进行标定，是建立在非最优——次优估计基础之上的，因此标定结果是次优的，精度有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种三轴磁传感器标定方法，以改善现有技术中三轴磁传感器的标定精度有待提高的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种三轴磁传感器标定方法，所述方法包括：

获得三轴磁传感器的测量模型，所述测量模型中包括标定参数；

采用基于所述标定参数的二次函数的极大似然估计得到所述标定参数确定值。

其中，所述测量模型为：

k＝1,2,...N，其中，N为所述三轴磁传感器获得的数据采样点个数；为所述三轴磁传感器在坐标系下的磁场向量，T为上三角矩阵；h为磁偏置向量，e_k为独立同分布的高斯白噪声。

其中，所述T为上三角矩阵，所述极大似然估计为：

其中，U(3)为上三角矩阵T的集合；λ_k为约束条件的拉格朗日系数；θ为标定参数，

其中，设所述极大似然估计中，需要确定的标定参数为x，其中，vec(T)表示将T按照列的顺序拼接起来、剔除下三角元素之后得到的向量，所述获得所述标定参数的极大似然估计，得到所述标定参数确定值，包括：

根据约束条件得到约束方程：

其中，为克罗内克积；A为三维对称矩阵；vec(A)为将A按列的顺序拼接起来、剔除下三角元素之后得到的向量；上标T表示矩阵或向量的转置；

将Y中与A下三角元素对应的列分别合并到与A上三角元素对应的列中；

设Y^TY的特征向量为z_e，特征向量z_e具有最小特征值，有

从z中提取出对应的A、b和c，有h⁽⁰⁾＝-A^-1b/2，T⁽⁰⁾＝(chol(_A))^-1，其中，chol(·)为矩阵的乔莱斯基分解；初始拉格朗日系数初始磁场向量

迭代计算直至满足收敛条件：

i＝0,1,…，其中，J为雅可比矩阵导数向量，H为海森矩阵。

其中，所述雅可比矩阵导数向量J和所述海森矩阵H为：

其中，

本发明实施例中，摒弃了现有技术中三轴磁传感器在次优估计基础上进行标定的方式，创新性地基于“最优”极大似然估计得到标定参数确定值，与现有技术中的次优估计方案相比，显著提高了标定精度。

进一步地，本发明实施例中，根据“最优”极大似然估计得到标定参数确定值，采用这种方式获得的优化目标函数为待标定参数的二次函数，与现有技术中的四次函数相比，具有更宽的收敛阈。

本发明实施例中的三轴磁传感器标定方法设计简单、实施方便、能显著提高标定精度、具有更宽的收敛阈，适用范围较广，特别适用于姿态激励不够充分的情形，符合实际需求，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

磁传感器容易受到外界磁场的干扰，磁干扰可分为硬磁干扰和软磁干扰两种，硬磁干扰和软磁干扰的作用机理互不相同。其中，永磁铁或电流的干扰属于硬磁干扰，硬磁干扰会使磁传感器产生加性偏置误差；软磁干扰因铁磁材料受背景磁场的激励而产生，反过来会造成背景磁场的扭曲。除此之外，因制造工艺的不完善，三轴磁传感器还存在标度因数、敏感轴交叉耦合和偏置等误差，因此，在使用三轴磁传感器之前，必须对以上误差进行标校。