[发明专利]复杂磁扰动场景MEMS电子罗盘的动态方位角解算方法

说明书

本发明公开了复杂磁扰动场景MEMS电子罗盘的动态方位角解算方法，包括：获取多冗余传感器中加速度计、磁力计和陀螺仪的输出值；判断是否需要进行滤波；若需要进行滤波，构建扩展卡尔曼滤波器，输出加速度计、磁力计和陀螺仪的输出值的最优估值；若不需要进行滤波，直接输出多冗余传感器中加速度计、磁力计和陀螺仪的输出值；分别用倾角补偿算法、磁场比例角补偿算法和陀螺仪Z轴积分算法解算方位角；根据载体当前运动姿态进行数据融合，得到最优方位角。本发明提供的复杂磁扰动场景MEMS电子罗盘的动态方位角解算方法，使MEMS电子罗盘在磁扰动和动态条件下，自适应完成准确的方位角解算，提高定向精度；算法结构简单，收敛速度快。

技术领域

本申请涉及电子罗盘技术领域，尤其涉及复杂磁扰动场景MEMS电子罗盘的动态方位角解算方法。

背景技术

近年来微米纳米技术快速发展，由MEMS器件所组成的管道系统在探测、机械、交通、军事等各个领域都被广泛应用，特别在交通领域中使用MEMS电子罗盘和MEMS陀螺仪等器件进行定姿定向已成为发展趋势。在载体运动时，MEMS电子罗盘中的磁力计容易受到外接磁扰动的影响，将导致MEMS电子罗盘计算的方位角完全失真；MEMS电子罗盘中的加速度计在遇到突发的加减速时，并会产生大量的额外加速度，从而计算载体姿态的精度下降，进而影响方位角的精度；MEMS电子罗盘中的陀螺仪误差会随时间累计；并且，在动态方位角的计算中，无法使用由起始位置校准的误差模型推算出来的椭圆拟合算法和12位置校准算法进行解算。

发明内容

本发明的目的是要提供一种复杂磁扰动场景MEMS电子罗盘的动态方位角解算方法，可以解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

根据本发明的一个方面，提供一种复杂磁扰动场景MEMS电子罗盘的动态方位角解算方法，包括以下步骤：

获取多冗余传感器中加速度计、磁力计和陀螺仪的输出值；

判断是否需要进行滤波；

若需要进行滤波，构建扩展卡尔曼滤波器，输出加速度计、磁力计和陀螺仪的输出值的最优估值；

若不需要进行滤波，则直接输出多冗余传感器中加速度计、磁力计和陀螺仪的输出值；

分别使用倾角补偿算法、磁场比例角补偿算法和陀螺仪Z轴积分算法解算方位角；

根据载体当前运动姿态进行数据融合，得到最优方位角。

在一些实施方式中，多冗余传感器由两组MEMS传感器正向贴合构成，分别为第一传感器与第二传感器，第一传感器包括第一陀螺仪、第一磁力计和第一加速度计，第二传感器包括第二陀螺仪、第二磁力计和第二加速度计，且第一传感器与第二传感器关系如下所示：

式中，其中G1_xyz和G2_xyz分别为第一陀螺仪和第二陀螺仪三轴输出值，A1_xyz和A2_xyz分别为第一加速度计和第二加速度计三轴输出值，M1_xyz和M2_xyz分别为第一磁力计和第二磁力计三轴输出值。

在一些实施方式中，判断是否需要进行滤波，包括以下步骤：

获取磁力计的输出值计算所有时刻的磁场总量，划分时间区间，并以每个时间区间的前n个时刻的磁场总量的平均值作为基准，基准的磁场总量表达式如下：

式中，MF_n是第n时刻的磁场总量，MF_std代表基准的磁场总量；

计算每一个时间区间中磁场总量的最大值MF_{reg_max}和最小值MF_{reg_min}，并计算下列公式：