高精度磁罗经设计与实现

作     者：王秉阳 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白涛;柳贵福

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：磁罗经 误差补偿 椭球拟合法 航海实验 

摘      要：船只在海上航行时,需要磁罗经这样一款精度适中,抗干扰能力强的备用导航设备。磁罗经在实际使用时会遇到非常复杂的应用环境,运载体的振动和磁环境的变化都会给磁罗经导航带来很大的误差。本文对这些误差进行了详细的分析,并提出了解决的办法。最终设计了一款船用的高精度的磁罗经。首先,对磁航向的计算原理进行分析,得到了航向的数学模型。然后为了提高航向的测量精度,对测量误差进行了分析。根据误差产生机理的不同,将误差分为传感器误差、安装误差、载体误差、环境误差以及磁偏角。通过对这些误差的分析,建立了磁罗经误差的数学模型,为解决误差做了铺垫。然后,对这些不同的误差,本文重点在于解决载体误差和环境误差。载体误差会使磁场测量由圆畸变成椭圆,本文采用椭球拟合法进行补偿;环境误差主要指船体消磁带来的误差,本文采用分时段的方法解决这个问题。而在动态时,载体的倾角测量会出现比较大的误差,针对这个情况,同时使用陀螺和加速度计来进行测量,提高倾角测量的动态精度。综合以上结论并结合磁罗经的测量原理,得出了补偿后磁罗经的计算公式,并通过仿真实验验证了它的正确性。之后,在此基础之上,以stm32f407vet6芯片为核心,搭建了磁罗经的硬件平台并设计了内部的软件程序,实现了数据采集功能,航向显示功能,数据发送功能,磁场补偿功能以及人机交互功能。最终得到了能够在船上使用的高精度的磁罗经。最后,在实验中对磁罗经进行了验证。首先在转台上对磁罗经的静态精度进行了测试,精度在1°以内;接着在推车上进行了动态试验,精度达到了3°;最后,在船上对磁罗经进行了航行测试,取得了理想的效果,直航精度和机动精度均达到了预期要求。