[发明专利]一种基于椭球拟合的无人机磁传感器校准方法、无人机

说明书

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种基于椭球拟合的无人机磁传感器校准方法、无人机。

背景技术

磁传感器通过测量地球磁场来确定无人机航向角，它能够为飞行控制系统提供无人机的航向，再通过磁传感器的测量数据便可得无人机的姿态信息，从而使得无人机能够进行导航制导与控制。但是磁传感器在生产和安装过程中难免会产生一定的误差，此外，由于地球磁场强度较弱，磁传感器很容易受到外界环境的影响，所以为了获得高精度的测量信息，在使用之前需要对磁传感器进行校准。现有的磁传感器校准方法主要有数据融合法和给定基准法，数据融合法是指利用GPS测量信息与惯性测量单元进行数据融合，然后对磁传感器的测量数据进行滤波校准；需要无人机能够提供GPS信息，对于在室内飞行的无人机来说，由于GPS传感器接收不到GPS信号，不能用于室内无人机的磁传感器校准。给定基准法是指利用转台等设备测定磁罗盘在各个方向上的姿态，在磁场环境变化不大时，能够准确校准磁传感器。但是该方法需要借助于外部大型设备，仅适用于有转台的场合。对于没有转台的场合则不能使用该方法校准无人机的磁传感器。

综上所述，现有技术存在的问题是：室内飞行的无人机的GPS传感器接收不到GPS信号，不能用于室内无人机的磁传感器校准；给定基准法需要使用转台，只能在有转台的场合使用，适用性有很大限制，不能用于无转台的无人机的磁传感器校准。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于椭球拟合的无人机磁传感器校准方法、无人机。

本发明是这样实现的，一种基于椭球拟合的无人机磁传感器校准方法，所述基于椭球拟合的无人机磁传感器校准方法包括以下步骤：

步骤一，将无人机分为六个姿态，分别是X轴竖直向上和竖直向下、Y轴竖直向上和竖直向下、Z轴竖直向上和竖直向下；

步骤二，在每一个姿态位置上旋转无人机，采集得到一系列不同姿态下磁传感器的输出值；

步骤三，由于磁传感器输出值为整数，所以需要对输出值进行数据转换，转换成实际的磁传感器测量值，然后根据最小二乘法拟合椭球曲面，拟合出的椭球曲面包括椭球的球心位置以及每个轴的刻度系数；

步骤四，由拟合出的椭球的球心位置和每个轴的刻度系数以及校准模型求出校准系数，包括三个零点漂移和三个刻度系数；

步骤五，利用六个校准系数和校准模型对无人机加速度计的每个坐标轴的输出进行补偿，得到加速度计的真实的测量值。

进一步，所述基于椭球拟合的无人机磁传感器校准方法磁传感器的校准模型为：

H_r＝K(H_m-H₀)；

展开得：

其中H_mx、H_my、H_mz为磁传感器三个轴的测量值，H_rx、H_ry、H_rz为磁传感器三个轴的真实值，H_0x、H_oy、H_0z为磁传感器三个轴的零点漂移误差，k_x、k_y、k_z为磁传感器三个轴的刻度系数。

进一步，当无人机静止放置时，矫正后的磁传感器的三个输出值之间关系：

其中，const表示当地地球磁场强度，再由校准模型得：

进一步，椭球二次曲面的一般方程为：

F(ξ,z)＝ξ^Tz＝ax²+by²+cz²+2dxy+2exz+2fyz+2px+2qy+2rz+t＝0；

其中ξ＝[a,b,c,d,e,f,p,q,r,t]^T为待求二次曲面参数向量，v＝[x²,y²,z²,2xy,2xz,2yz,2x,2y,2z,1]^T为测量数据的运算组合向量；F(ξ,v)为测量数据(x,y,z)到二次曲面F(ξ,z)的代数距离；二次曲面拟合时，选取测量数据到二次曲面代数距离的平方和最小为判断准则：

其中：

基于最小二乘法的椭球拟合算法获得椭球曲面的约束条件为：