三轴磁强计的空间立体校正.pdf
《三轴磁强计的空间立体校正.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《三轴磁强计的空间立体校正.pdf(4页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023 年 2 月第 19 卷 第 1 期系统仿真技术System Simulation TechnologyFeb.,2023Vol.19,No.1三轴磁强计的空间立体校正赵育良1,黄婧丽1*,毛日升2(1.海军航空大学青岛校区,山东 青岛 266041;2.91911 部队,海南 三亚 572000)摘要:针对大噪声环境下三轴磁强计校正问题,提出一种基于立体空间约束的校正方法。在对固有误差和干扰磁场充分分析的基础上,合理构建载体坐标系下三轴磁强计误差校正模型,便于磁强计能够适应载体周围复杂的电磁环境。同时,利用最小二乘法对校正模型的各个参数做最优估计,并加入椭球约束,使得到的结果更符合实
2、际物理意义。仿真结果表明,噪声补偿后较补偿前,模型参数估计精度有了较大提高。关键词:矢量磁力仪;立体校正;几何约束Calibration of Three-Axis Magnetometer in Three Dimensional SpaceZHAO Yuliang1,HUANG Jingli1*,MAO Risheng2(1.Qingdao Branch,Naval Aeronautical and Astronautical University,Qingdao266041,China;2.91911 Unit,Sanya 572000,China)Abstract:Aiming at
3、the problem of TAM(Three-Axis Magnetometer)calibration in strong noise environment,a calibration method based on three dimensional constraint is proposed.On the basis of fully analyzed inherent errors and interference magnetic fields,a TAM error calibration model is constructed reasonably in the veh
4、icle coordinate system so that it can adapt to the complex electromagnetic environment of the vehicles.Meanwhile,the parameters of calibration model are estimated optimally by the least square method,and ellipsoid constraint is added in estimation to make the result more in line with practice.The si
5、mulation result shows that the accuracy of the parameter estimation after compensation is improved greatly.Key words:vector magnetometer;stereo calibration;geometric constraint三轴磁强计1(Three Axis Magnetometer,TAM)是测量磁场强度的传感器,可以提供精确和可靠的近地磁场向量信息,并且不会随时间产生漂移,还可以和陀螺仪等其他传感器一起提供位置信息。因此,广泛应用于导航系统等领域。然而,由于受制造
6、工艺的限制,TAM的输出有着固有误差(如非正交误差、尺度因素误差、零位偏差)2,并且经常受各种干扰磁场3(如软磁、硬磁、测量噪声)影响。因此,在应用之前进行校正具有重要意义,校正是当前三轴磁强计研究的重点、难点以及亟需解决的关键问题。磁 强 计 校 正 经 典 方 法 为 摇 摆 算 法(swing algorithm)4。在已知航向角的情况下,水平仪绕着唯一垂直方向的轴旋转。这种方法虽然简单易操作,但需要外部独立航向测量信息。与此同时,该方法是航向校正方法,不适合除航向确定以外的其他校正。针对这一情况,文献 5-6 提出了一种旋转校正方法,该基金项目:山东省自然科学基金(ZR2020QF07
7、1);山东省高等学校青年创新团队(2021KJ061)通信作者:黄婧丽,E-mail:huangjingli_中图分类号:TH762.3;V241.61 文献标识码:A DOI:10.16812/31-1945.2023.01.013系统仿真技术第 19 卷 第 1 期方法不需要外部独立航向信息,并且能提供多种误差源的校正。球形校正都是基于一个事实,即在补偿地点,无论传感器处于什么方向,地磁场幅值应相同。在这种情况下,通过旋转设备的3个轴得到的测量值应该在一个球面上,其中球面半径为地磁场强度。然而由于固有误差和干扰磁场的存在,测量值生成的是椭球而不是标准的球7。因此,通过经典的最小二乘法以代数
8、拟合的方式极小化测量值与椭球体之间的误差,计算简便,不需要迭代,是应用最广泛的方法之一8。但是直接拟合有可能得到任意二次曲面,并不符合实际的物理意义9。针对以上这些情况,本文在建立了较完整的误差校正模型基础上,提出采用最小二乘法对校正模型参数进行最优估计,并加入了更符合实际物理意义的椭球约束,使得结果不是任意二次曲面,通过这种方式更完整地校正了误差源。1 TAM误差校正模型 磁强计的测量误差包括:传感器零位偏差、尺度因素误差、非正交误差、测量噪声误差、硬磁干扰误差和软磁干扰误差,下面分别加以分析。受制造工艺限制,各个传感器特性不一致,不同的TAM具有不同的零位偏差chi和不同的尺度因子。尺度因
9、素误差矩阵Dsf可以表示为Dsf=|1+sx0001+sy0001+sz(1)其中,sx、sy、sz为3个轴的尺度因子。TAM的敏感轴不能完全正交,从而导致非正交误差,误差矩阵Dno为Dno=|100sincos0sincossincoscos(2)其中,为实际ys轴与理想ys轴的夹角;为实际zs轴与理想zs轴的夹角在xsOszs平面的投影;为实际zs轴和理想zs轴的夹角在ysOszs平面的投影。受热特性和电路测量因素的影响,磁强计输出不可避免地具有测量噪声,可建模为高斯白噪声为、服从均值为0、方差为2的正态分布。由于飞行器的结构件或电子设备中包含磁铁性材料,所以TAM的测量值会受到除地球磁场
10、外的其他磁场干扰。如果干扰磁场为永久的不变磁场,则称为硬磁干扰。硬磁干扰在磁强计的输出中表现为固定零位偏移c0。如果干扰磁场是随载体姿态变化的,则为软磁干扰。软磁干扰在TAM的输出中表现为变化的零位偏差,软磁干扰误差矩阵Dsi为Dsi=|1+xxxyxzyx1+yyyzzxzy1+zz(3)式(3)中,ij(i,j=x,y,z)为由j轴外部磁场诱导产生的磁场在i轴上的投影。软磁干扰误差可等效为尺度因素误差、非正交误差和非对准误差的综合效应。综合这几种误差,TAM校正数学模型可以表示为Bm=DsfDnoDsi(Bb+chi)+c0+(4)其中,Bm和Bb为载体坐标系下TAM的实际输出值与无误差源
11、干扰的理论真实值,它们都包含xs、ys、zs3个轴的分量,即Bm=bxmbymbzm T(5)Bb=bxbybzT(6)令DE=DsfDnoDsi,c=DEchi+c0,则 TAM 误差校正数学模型可表示为Bm=DEBb+c+(7)接下来的任务即为通过一系列已知实际的测量点求解校正模型中的未知参数DE和c,以便能够补偿磁强计输出受误差源干扰的部分。2 空间旋转立体校正 忽略,设Bm=DEBb+c(8)令x为实际测量值Bm;x 为理想测量值Bm,则x=x +(9)其中,x=x y z。磁强计静止并且只改变方向时,磁场向量的幅值B0为常数。给定一系列磁强计理想测量点x lnl=1,此时可以发现x
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 磁强计 空间 立体 校正
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。