[发明专利]一种三维电子指南针的校准方法

权利要求书

1.一种三维电子指南针的校准方法，其特征在于，将电子指南针在空间中做8字运动，采集磁传感器的三个轴读出的数据；然后将采集到的数据进行椭球拟合，得到椭球方程和球心坐标；之后再将拟合得到的椭球方程分别投影至三个坐标轴平面，分别求出三个平面上的椭圆的参数：α、b、长轴转角；最后根据所得的参数对新得到的数据进行校准；该方法具体实现步骤如下：

步骤S1：将电子指南针在空间中做8字运动，使得电子指南针采集到上、下、东、南、西、北八个方位即与空间直角坐标系的八个象限相对应的数据；

步骤S2：进行椭球拟合，采用最小二乘法拟合法求出椭球的10个最佳参数A、B、C、D、E、F、G、I、J和椭球球心坐标(X0,Y0,Z0)；椭球方程的一般表达式为：

Ax²+By²+Cz²+Dxy+Exz+Fyz+Gx+Hy+Iz+J＝0

分别令上式中的z＝0、x＝0、y＝0，则可分别得椭球在XOY、XOZ、YOZ面上的投影方程：

Ax²+By²+Dxy+Gx+Hy+J＝0

Ax²+Cz²+Exz+Gx+Iz+J＝0

By²+Cz²+Fyz+Hy+Iz+J＝0

步骤S3：根据椭球在XOY面上的投影方程：Ax²+By²+Dxy+Gx+Hy+J＝0，求出XOY面上的椭圆的参数：长轴转角θx,y、αx,y和bx,y，计算公式如下：

其中，

G'＝G·cos(θx,y)-H·sin(θx,y)

H'＝G·sin(θx,y)+H·cos(θx,y)

A'＝A·cos²(θx,y)-D·cos(θx,y)·sin(θx,y)+B·sin²(θx,y)

B'＝A·sin²(θx,y)+D·cos(θx,y)·sin(θx,y)+B·cos²(θx,y)

同理可以分别求得椭球方程在XOZ面和在YOZ面上的投影椭圆的参数θx,z，αx,z，bx,z和θy,z，αy,z，by,z；

步骤S4：根据椭球球心坐标(X0,Y0,Z0)、以及步骤S3所求参数即可对磁传感器获取的数据进行软硬磁补偿校准。

2.根据权利要求1所述的一种三维电子指南针的校准方法，其特征在于，所述步骤S4的具体实现过程如下：

步骤S41、消除硬磁干扰：硬磁的干扰使得磁传感器三轴输出的数据偏移固定量，该偏移固定量就是椭球球心(X0,Y0,Z0)到原点的偏离距离；对磁传感器的三轴受到的硬磁干扰进行硬磁补偿校准，就是将磁传感器的三轴读到的数据分别减去上述的偏移固定量，即为：

xe＝xreading-X0

ye＝yreading-Y0

ze＝zreading-Z0

其中，xreading、yreading、zreading分别是磁传感器X轴、Y轴和Z轴新读取的数据，xe,ye,ze是磁传感器三轴消除了硬磁干扰后的数据；

步骤S41、消除软磁干扰：分别对X轴-Y轴，X轴-Z轴，Y轴-Z轴进行软磁补偿校准；以X轴-Y轴的软磁补偿为例，根据所求得的XOY面上的椭圆的长轴转角θx,y，可得旋转矩阵R：

然后将消除硬磁干扰后的数据旋转至标准椭圆上，具体为：

然后将上述的数据拉伸至正圆上：具体为：

若αx,ybx,y，有：

xc＝xe0

若bx,yαx,y，有：

yc＝ye0

最后再将得到的数据xc，yc旋转回去，有：

其中，xc0，yc0即为软硬磁补偿校准后的数据；对X轴-Z轴，Y轴-Z轴的软磁补偿也是同样的道理，如此重复计算后可以得到六个数据，分别是：

为了结果的精确性，对六个数据进行加权平均，得

其中，xvalue，yvalue，zvalue为磁传感器三轴经过软硬磁校准的最终数据。