[发明专利]一种磁罗盘全罗差实时校准与补偿方法

说明书

提供一种磁罗盘全罗差实时校准与补偿方法，属于导航技术领域，分阶段进行，第一阶段使用载体不同姿态下的磁罗盘三轴磁场数据，基于地磁场的模不变，由不同姿态下的磁罗盘三轴磁场数据对三轴磁传感器的全罗差进行自适应Kalman滤波估计，估计磁罗盘全罗差中的9个罗差参数；第二阶段基于水平坐标系中地磁场分量不变的约束条件，仅利用磁罗盘自身输出的信息进一步估计出剩余缺失的3个罗差参数，实现全罗差补偿。本发明解决现有技术无法实现对磁罗盘中全罗差12个参数进行校正和补偿的问题，不需要附加的姿态测量设备就能够提供准确的外部姿态信息，精度高、成本低及操作简便等特点，实现了全罗差实时校正，扩展了校正与补偿方法的自主性。

技术领域

本发明属于导航技术领域，具体涉及一种磁罗盘全罗差实时校准与补偿方法。

背景技术

磁罗盘是一种利用地球磁场与重力加速度实现航向测量的工具，由于其具有体积小、功耗低、可靠性高、精度高等方面的优势，磁罗盘作为导航仪器、姿态传感器或动作捕捉设备已被广泛应用于矿山探测、煤田开采、航空、航天、机器人、航海、导航等领域。在实际应用中，由于大多数载体上均存在类似电缆、电机、钢铁结构等铁磁性物体，磁罗盘极易受到载体周边杂散磁场地干扰，造成较大的磁航向测量误差(罗差)。为实现高精度、高可靠性的导航与定位，必须对磁罗盘罗差进行有效的校正与补偿。目前的做法是通过对误差产生机理分析，建立误差模型，再通过不同方法对误差参数进行估计，例如：椭圆假设法、分步校准法、椭球假设法、幅值约束法、位置翻转法等，再尝试不同方法对模型参数进行离线估计。目前磁罗盘罗差校正主要存在以下局限性：(1)只校正罗差中的9个参数，不能对磁罗盘中全罗差12个参数进行校正；(2)即使能够校正磁罗盘全罗差参数，也必须配备外部辅助测量设备，如测姿设备等，这就增加了校正系统的使用成本，失去了校正与补偿方法的经济性；(3)上述方法都需要对磁罗盘输出进行批处理，无法实现实时校正。因此有必要提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种磁罗盘全罗差实时校准与补偿方法，本发明是一种具有精度高、成本低及操作简便等特点的磁罗盘全罗差实时校正与补偿方法，对磁罗盘全罗差实时校正与补偿方法分阶段进行，提升了磁航向精度，解决在没有附加测试设备的情况下不能对磁罗盘中全罗差进行校正与补偿的问题，解决现有技术无法实现对磁罗盘中全罗差12个参数进行校正和补偿的问题，实现了全罗差实时校正，扩展了校正与补偿方法的自主性。

本发明采用的技术方案：一种磁罗盘全罗差实时校准与补偿方法，该方法分阶段进行，第一阶段使用载体不同姿态下的磁罗盘三轴磁场数据，基于地磁场的模不变性，由不同姿态下的磁罗盘三轴磁场测量数据对三轴磁传感器的全罗差进行自适应Kalman滤波估计，估计磁罗盘全罗差中的9个罗差参数；第二阶段基于水平坐标系中地磁场分量不变的约束条件，仅利用磁罗盘自身输出的信息进一步估计出剩余缺失的3个罗差参数，实现全罗差补偿；

具体包括如下步骤：

步骤1：在无磁场干扰的区域，用磁传感器测量该区域的总场值||H^b||，采集载体不同姿态下的磁罗盘三轴磁场数据；

步骤2：建立全罗差模型和校正模型

定义为地磁场矢量的真实值在载体坐标系中的投影，为磁罗盘三轴磁场的测量值；

地磁场的真实值H^b与磁罗盘三轴磁场的测量值H^m之间可用下列矩阵方程表示：

H^m＝CH^b+b+n

其中，矩阵C＝I+K，为软磁干扰系数矩阵，b＝[b_x b_y b_z]^T为硬磁干扰系数向量，向量n表示磁传感器噪声，可以用测量值的平均值来估计；相对于系统误差，测量噪声误差的数量级较小，为此，在建立标定与补偿模型时可先不予考虑n的影响；