[发明专利]一种地磁航向误差修正方法

说明书

本发明提供了一种地磁航向误差修正方法，在基于椭球假设地磁传感器标定算法的基础上，利用惯性导航姿态输出辅助进行地磁传感器和载体坐标系间的安装角标定补偿。本发明降低了传统标定算法中由地磁传感器与载体坐标系不重合导致的航向计算误差。

技术领域

本发明涉及地磁航向误差修正方法，属于地磁传感器领域。

背景技术

通过在微机电惯性系统中集成地磁传感器，可以通过测量三轴磁场分量大小与加速度计输出结合得到载体的航向、姿态等信息。然而，考虑到IMU出厂前后地磁传感器周围磁场环境的变化，通常将地磁传感器用于航向计算前需要首先对其进行标定。目前对于三轴地磁传感器标定的方法包括十二位置不对北标定法、基于椭球曲面拟合的标定法、基于无磁转台的误差标定方法，其中又以基于椭球曲面拟合的标定法最为常用。然而，由于地磁传感器进行航向计算时通常会利用加速度计信息，而上述方法仅考虑了地磁传感器误差标定问题，而未考虑地磁传感器与载体坐标系不重合导致地磁传感器航向计算过程中所使用的加速度计输出与地磁传感器所定义的姿态角存在偏差的因素，影响了磁航向的计算精度。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种地磁航向误差修正方法。

为解决上述技术问题，本发明采取技术方案如下：

在基于椭球假设地磁传感器标定算法的基础上，利用惯性导航姿态输出辅助进行地磁传感器和载体坐标系间的安装角标定补偿。

进一步地，设IMU与载体坐标系重合，其坐标系三个敏感轴间存在正交关系，定义为b系；地磁传感器坐标系定义为m'系，由于坐标轴之间的非正交性，m'系下地磁传感器输出通过转换矩阵得到正交的地磁传感器坐标系m系，所述m系与b系间通过转换矩阵进行转换，

标定过程中，设M₀为当地地磁场矢量，则有为当地地磁场在载体坐标系下的分量，通过多次测量求均值消除测量噪声情况下有：

其中，C_k为三维矩阵，与地磁传感器刻度系数和敏感轴之间的交叉耦合系数有关；为地磁传感器输出；为地磁传感器的零位残差；为地磁传感器的测量噪声，

基于椭球假设的地磁传感器标定算法对地磁传感器坐标系m'下的传感器刻度系数和敏感轴之间的交叉耦合系数C、地磁传感器零位残差B^m′进行标定；

基于惯性导航姿态输出辅助的地磁传感器误差标定算法对地磁传感器与载体坐标系的转换矩阵地磁传感器零位残差B^m进行标定。

进一步地，采用最小二乘和迭代算法获得地磁传感器与载体坐标系的转换矩阵地磁传感器零位残差B^m。

进一步地，基于惯性导航姿态输出辅助的地磁传感器和载体坐标系间的安装角标定补偿方法，具体如下：

通过标定地磁模型对变量B^m进行标定，则有：

其中，根据惯性导航得到，h^m为地磁传感器输出经过标定后的结果，M₀由当地地磁场模型或者根据标定地磁偏角D和磁倾角I计算得到：

M₀＝[cos(I)cos(D) -cos(D)sin(I) sin(D)]^T (8)

因此，上式左端可以记为从而将上式展开，有：