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磁力计校准方法研究

磁力计校准方法研究

作者：马博文天津科技大学

学位级别：硕士

随着科学技术的飞速发展,导航技术作为国家经济与科研实力的一个表现形式,受到国家的重视,导航技术已经在包括飞机、车辆、舰船在内的许多领域得到了非常广泛的应用。但是由于惯导系统的定位精度会随着时间的延长而降低,因而很难长时间... 详细信息

随着科学技术的飞速发展,导航技术作为国家经济与科研实力的一个表现形式,受到国家的重视,导航技术已经在包括飞机、车辆、舰船在内的许多领域得到了非常广泛的应用。但是由于惯导系统的定位精度会随着时间的延长而降低,因而很难长时间的独立工作,所以常常需要引入磁力计来对航向角进行修正。磁力计在实际测量中会不可避免的存在误差问题,这将对磁力计的测量精度产生影响,从而进一步影响导航系统的准确性。为了提高磁力计的测量精度,需要先对磁力计受到的误差干扰进行校准补偿。本论文从传感器制造误差、系统安装误差以及载体干扰误差三个方面入手,详细分析了磁力计的误差产生机理,分析了已有的误差校准方法的不足之处,在此基础上将磁力计的灵敏度误差、零偏误差、不正交误差、安装误差以及载体干扰误差等按照一定的共性,将其分为硬铁干扰误差和软铁干扰误差两大类,建立了综合误差数学模型,通过分析提出了改进的椭球拟合校准算法来对磁力计的误差干扰进行补偿。本论文中将所采集的磁力计原始数据依次按照硬铁干扰误差和软铁干扰误差进行补偿,然后通过MATLAB对磁力计校准前后的数据分布情况进行仿真,分析了硬铁和软铁干扰对磁力计的影响,最终通过仿真验证了校准方法的有效性。为了验证校准方法的补偿精度,磁力计校准前后航向角的输出值进行了对比实验,测试结果表明经过校准后的磁力计使航向角的测量精度得到提高。本论文中所提出的磁力计校准方法较传统方法而言,所建立的误差模型更加完善,方程简便,降低了计算复杂度。

关键词：磁力计误差补偿椭球拟合航向角

基于DSP的磁力计/惯性组合测姿系统设计及算法研究

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基于DSP的磁力计/惯性组合测姿系统设计及算法研究

作者：舒南樟东南大学

学位级别：硕士

传统的利用陀螺仪和加速度计进行姿态测量的方法存在惯性器件误差随时间积累的缺点。地磁场是地球的固有资源,利用地磁场的特性可以将地磁场作为载体姿态测量的参照依据。磁力计可有效地测量地磁场矢量,且磁力计具有无累计误差、响应速... 详细信息

传统的利用陀螺仪和加速度计进行姿态测量的方法存在惯性器件误差随时间积累的缺点。地磁场是地球的固有资源,利用地磁场的特性可以将地磁场作为载体姿态测量的参照依据。磁力计可有效地测量地磁场矢量,且磁力计具有无累计误差、响应速度快等特点。因此结合磁力计、陀螺仪和加速度计进行姿态测量可以克服惯性器件累积误差问题,从而提高姿态测量精度。本文在此背景下设计磁力计/惯性组合测姿系统,并就其算法进行研究。主要内容包括:(1)设计测姿系统硬件模块。主要包括对DSP以及传感器测量单元等主要器件进行选型分析,完成硬件电路设计和调试。同时为系统编制上位机软件,实现数据的显示和保存。(2)研究磁力计校正算法。对磁力计误差进行分析,建立了磁力计误差模型。在分析基于最小二乘法的椭球拟合算法的基础上,从椭球拟合残差入手,借助正态分布数学工具,迭代优化处理数据,减少粗差点,改进椭球拟合算法,并完成仿真实验。开展了算法改进前后的对比实验,结果表明,所提出的改进算法补偿磁力计误差效果更好。(3)采用互补滤波姿态解算算法实现了系统测姿功能。开展与传统基于毕卡求解法的四元数姿态解算算法的对比实验,实验结果得出互补滤波算法对姿态的漂移误差有较好的抑制作用,且精度高于传统基于毕卡求解法的四元数姿态解算算法。

关键词：姿态测量磁力计椭球拟合互补滤波

铁磁材料对地磁测量的干扰分析及其校正技术研究

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铁磁材料对地磁测量的干扰分析及其校正技术研究

作者：徐建南京理工大学

学位级别：硕士

由于地磁场具有长期稳定的特点,基于三维地磁场探测的弹丸姿态检测技术正成为国内外研究热点。该技术对提高简易制导弹药的精确打击能力具有重要意义。地磁传感器检测到的信息包括地磁场信息、弹丸磁化场信息以及自身误差信息。其中,弹... 详细信息

由于地磁场具有长期稳定的特点,基于三维地磁场探测的弹丸姿态检测技术正成为国内外研究热点。该技术对提高简易制导弹药的精确打击能力具有重要意义。地磁传感器检测到的信息包括地磁场信息、弹丸磁化场信息以及自身误差信息。其中,弹丸磁化场是由弹体内的铁磁材料受地磁场磁化作用而产生的干扰场,其导致的检测误差随弹丸姿态变化,很难校正,严重影响了地磁场的检测精度。因此,迫切需要对影响系统精度的铁磁材料进行研究,建立数学误差模型,获得一种适用于弹丸姿态检测技术的铁磁误差校正方法。首先,分析了弹丸硬磁材料和软磁材料的磁化特性,利用ANSYS EMG软件,建立弹丸壳体模型,获得了铁磁材料在弱磁场中的磁化场矢量图,得到了弹丸在不同姿态下的磁场变化规律。其次,根据仿真结果,建立了软磁误差和硬磁误差的数学模型,在分析了三维地磁检测系统的各种误差源的基础上,建立了地磁测量误差的椭球模型,利用最小二乘法求解10个椭球系数,利用MATLAB验证了误差校正算法的正确性。最后,根据系统原理和项目要求,完成了误差校正系统的软硬件设计,通过分析校正后的弹丸姿态角误差得到了校正后的地磁场检测精度。实验结果表明,在弹丸轴线与地磁矢量夹角大于5°区域内,弹丸俯仰角和滚转角误差小于3。,能够满足相关需求。课题的研究为弹丸磁误差校正技术提供了理论依据,具有工程应用价值,同时促进了基于地磁场的弹丸姿态角检测技术的发展。

关键词：地磁场姿态检测磁传感器误差模型椭球拟合误差校正

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电子罗盘的纠偏算法研究

电子罗盘的纠偏算法研究

作者：朱晓淼北京理工大学

学位级别：硕士

本文针对电子罗盘传感器在实际测量中存在误差,需要纠偏的问题,在详细分析误差产生机理的基础上,根据各误差对电子罗盘传感器测量结果的影响,参照泊松方程构建了误差的数学模型并将模型进行了参数化。之后在基于最小二乘的思想下,对椭... 详细信息

本文针对电子罗盘传感器在实际测量中存在误差,需要纠偏的问题,在详细分析误差产生机理的基础上,根据各误差对电子罗盘传感器测量结果的影响,参照泊松方程构建了误差的数学模型并将模型进行了参数化。之后在基于最小二乘的思想下,对椭圆拟合及椭球拟合等纠偏算法进行了详细的推导,并设计了基于MATLAB的试验,通过试验结果的对比分析,验证了纠偏算法的正确性和有效性,同时对比了不同算法之间的差异。

关键词：电子罗盘罗差椭圆拟合椭球拟合最小二乘

基于RANSAC算法的三轴磁通门传感器误差校正

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导航与控制 2023年第1期22卷 75-82页

作者：罗建刚罗骋李海兵刘静晓李海虎青岛海洋科技中心青岛266237 北京航天控制仪器研究所北京100039

针对三轴磁通门传感器存在转向误差影响其测量精度而传统误差校正算法在非理想条件下应用效果不佳的问题,在椭球拟合算法的基础上提出了基于随机抽样一致性(Random Sampling Consensus,RANSAC)算法的三轴磁通门传感器误差校正方法,该方... 详细信息

针对三轴磁通门传感器存在转向误差影响其测量精度而传统误差校正算法在非理想条件下应用效果不佳的问题,在椭球拟合算法的基础上提出了基于随机抽样一致性(Random Sampling Consensus,RANSAC)算法的三轴磁通门传感器误差校正方法,该方法可以有效剔除样本数据中的噪声和畸变数据点,最终估算出更加准确的误差参数。仿真分析和外场实验表明,即使在样本数据中含有噪声或畸变数据点时,该方法仍然可以估算出更加准确的误差参数。相比传统椭球拟合算法,仿真分析中传感器误差参数的估算精度提升了1~2个数量级,外场实验中实测数据磁总场的峰峰值和均方根误差的改善率分别提高了10.2%和32.1%。

关键词：三轴磁通门传感器椭球拟合随机抽样一致性算法误差校正

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基于倾斜补偿和磁补偿的三维电子罗盘研究

传感器世界 2015年第8期21卷 14-17页

作者：孙倩付虹长春工业大学电气与电子工程学院吉林长春130012

将传统的水平电子罗盘通过倾斜补偿算法延伸至空间电子罗盘,再经过椭球拟合校准法对罗盘的硬磁、软磁、比例系数及未对准误差进行补偿,形成完整的电子罗盘使田规范,最后,实物对比实验给出基于HMC5883磁阻传感器与ADXL345捷联的三维电子... 详细信息

将传统的水平电子罗盘通过倾斜补偿算法延伸至空间电子罗盘,再经过椭球拟合校准法对罗盘的硬磁、软磁、比例系数及未对准误差进行补偿,形成完整的电子罗盘使田规范,最后,实物对比实验给出基于HMC5883磁阻传感器与ADXL345捷联的三维电子罗盘精度为1°。

关键词：电子罗盘倾斜补偿磁补偿椭球拟合

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基于椭球补偿的三维载体磁场误差补偿方法

电子测量技术 2018年第2期41卷 37-40页

作者：秦赓管雪元李文胜南京理工大学瞬态物理实验室

地磁场矢量的快速准确获得对地磁导航精度的提高十分关键,现有的标定补偿方式普遍有运算量大、场地要求大、结构复杂等缺点,提出了基于椭球补偿的三维载体磁场误差补偿方法。对三轴磁传感器的误差进行分析并建立了误差模型,推导出电磁... 详细信息

地磁场矢量的快速准确获得对地磁导航精度的提高十分关键,现有的标定补偿方式普遍有运算量大、场地要求大、结构复杂等缺点,提出了基于椭球补偿的三维载体磁场误差补偿方法。对三轴磁传感器的误差进行分析并建立了误差模型,推导出电磁场矢量的椭球二次曲面方程,利用椭球拟合对测得的电磁场矢量进行标定补偿。实验结果表明,该方法能够有效对电磁场矢量进行标定补偿,将误差控制在1%以内,提高了系统的测量精度。

关键词：三轴磁传感器误差补偿椭球拟合

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一种基于椭球假设的地磁传感器误差补偿方法

现代电子技术 2010年第24期33卷 176-179页

作者：许杨石志勇杨云涛李茂林军械工程学院火炮工程系河北石家庄050003

为了提高地磁总场的测量精度,在现阶段关于磁罗盘普遍采用椭圆假设补偿方法的基础上,分析地磁干扰特性,采用一种基于椭球模型假设理论的误差补偿模型补偿磁干扰环境下的地磁总场。根据此理论,用FM300地磁测量仪,并结合无磁转台进行了补... 详细信息

为了提高地磁总场的测量精度,在现阶段关于磁罗盘普遍采用椭圆假设补偿方法的基础上,分析地磁干扰特性,采用一种基于椭球模型假设理论的误差补偿模型补偿磁干扰环境下的地磁总场。根据此理论,用FM300地磁测量仪,并结合无磁转台进行了补偿实验。实验结果表明,该方法能有效提高地磁总场的测量精度,解决了地磁传感器不同姿态测量某点误差较大的缺陷,利用此方法能够有效简化操作,缩短测算时间。

关键词：椭球拟合磁传感器误差补偿地磁干扰

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一种地图构建方法研究

计算机与数字工程 2023年第6期51卷 1266-1269,1290页

作者：符秀辉朱林楠刘然沈阳化工大学信息工程学院沈阳110142

机器人采用激光雷达测距和惯性导航求出姿态进行地图构建。为实现精确实时建图,针对惯性导航存在偏差,磁力计受到地磁场强度和周围磁场强度影响的问题,采用加速度计、陀螺仪传感器数据融合和卡尔曼滤波进行误差修正,利用基于最小二乘法... 详细信息

机器人采用激光雷达测距和惯性导航求出姿态进行地图构建。为实现精确实时建图,针对惯性导航存在偏差,磁力计受到地磁场强度和周围磁场强度影响的问题,采用加速度计、陀螺仪传感器数据融合和卡尔曼滤波进行误差修正,利用基于最小二乘法的椭球拟合对磁力计进行数据校准,达到姿态角准确测量并不断更新完成地图构建的目的。实验结果表明,修正后惯性导航用于地图创建时,可以有效消除姿态角测量累积误差并显著改善姿态角测量的动态特性,使数据误差更小,完成精准地图构建。

关键词：卡尔曼滤波数据融合最小二乘法椭球拟合地图构建