基于MEMS传感器的电子罗盘设计

电子罗盘是一种通过测量地球磁场获得载体航向角的设备。利用MEMS三轴磁阻传感器和Atmega128单片机设计了一种高集成度、低功耗、小型化的电子罗盘。介绍了电子罗盘的设计原理及其具体实现,分析了系统测量精度的误差来源,并通过最小二乘法对其进行误差补偿。实验结果表明,在对硬磁材料引起的半圆罗差和软磁材料引起的圆周罗差及象限罗差的误差补偿后,系统航向角误差可从±24.5°提高到±2.5°。     

三轴磁阻传感器误差补偿方法研究

为了获得高精度且稳定的地磁信号,设计了基于磁阻传感器的地磁信号采集与存储系统,并建立三轴磁阻传感器灵敏度误差、非正交误差和零点漂移误差参数模型。根据工程优化设计思想建立误差参数的目标优化函数,应用坐标轮换法获得最优误差补偿参数。利用最优误差补偿参数,通过仿真,使磁测数据标准差从0.03 Gs降低到0.01 Gs。仿真结果表明,通过对实际磁测数据进行误差补偿,可以有效提高磁测数据精度和稳定性。     

一种高速旋转弹弹体磁场干扰的在线修正方法

滚转角的准确测量是受控高速旋转弹进行精确制导与控制的前提。然而,基于磁传感器的弹载地磁测姿方法因受到弹体磁场的干扰,会影响磁传感器测量的准确性。针对该问题,提出一种弹体磁场干扰在线修正方法,根据高速旋转弹飞行过程中可能受到的磁场干扰,建立磁场误差模型,通过旋转弹飞行规律约束,对磁传感器测量得到的磁场值进行实时修正补偿。通过半物理仿真试验验证,该方法可以有效降低测量误差,提高弹体滚转角估计精度。通过三轴飞行转台测量对该方法进行了验证,地磁测姿滚转角精度可以提高6倍。该方法仅需三轴磁传感器即可完成修正,步骤简单,修正时间极短,实时性好,精度高。     

三轴磁阻式传感器标定方法研究

地磁导航系统中需要用到磁阻传感器来测量大地的磁场强度作为导航信息,精确的测量地磁场信息是地磁导航的关键技术之一,由于磁阻传感器本身特性和生产安装问题,必须对其进行标定才可以得到准确有效的磁场测量值。文中分析了磁传感器标定中的误差源,并且用十二位置法与加速度信息相结合的方法对磁传感器进行标定。外场实验表明,利用文中方法,可以使磁场测量的最大误差控制在20nT以内,是一种简单有效的磁传感器标定方法。     

基于迭代算法的三轴磁传感器标定与误差补偿技术研究

针对现有地磁导航系统中磁传感器标定方法存在的计算时间过长和误差较大等问题,给出一种可以标定与补偿三轴地磁分量的迭代算法。简要分析三轴磁传感器测量过程中的误差来源,给出磁传感器标定与测量误差的参数化数学模型,分析如何应用迭代算法来确定相关的误差参数,并进行仿真实验验证。仿真与试验结果表明：该算法可以有效补偿三维空间测量误差,在存在不同铁磁性干扰物质时可以有效地消除其影响。     

基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优

针对利用磁传感器阵列构建的磁梯度张量系统存在理论结构误差,以及如何优化设计以减小结构误差,确定并搭建最优结构系统的问题,提出了基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优方法。该方法分析了完整磁梯度张量系统结构配置及结构误差,提出五种简化配置结构的张量系统设计概念并推导了张量测量矩阵及测量分辨率,对五种结构的张量系统进行相同基线尺寸下的单航线磁偶极子磁梯度张量场测量试验从而对系统结构寻优。仿真试验表明,该方法寻优效果明显,对同一测量目标,相同基线尺寸及传感器分辨率条件下,平面十字形和正方形磁梯度张量系统结构误差最小,理论张量测量精度最高。     

基于零速/航向自观测/地磁匹配的行人导航算法研究

目前行人导航技术正发挥着越来越重要的作用,而无全球导航卫星系统（GNSS）环境下的行人导航定位成为其不可或缺的环节。以自包含传感器为硬件平台,针对无GNSS环境下的行人自主导航定位展开研究,提出一种基于“2+2”分级模式的零速判别方法,并设计一种惯性导航系统的零速修正卡尔曼滤波算法,有效提高同一参数阈值下零速判别的准确性与可靠性、抑制传感器误差发散;研究行人初始静态下磁航向误差观测算法及行人运动状态下的零速航向误差自观测算法,解决了行人长时间行走航向发散问题;提出基于多层约束和K近邻算法的地磁匹配算法,并实现基于零速修正/航向误差自观测的行人导航算法与地磁匹配算法的融合,提高了行人导航定位精度与可靠性。实际数据测试验证,所提基于零速修正/航向误差自观测/地磁匹配的行人导航算法可有效提高定位精度79%以上。     

基于旋转因子的磁传感器误差补偿改进椭圆法

针对磁传感器误差补偿椭圆法未对软磁材料引起的象限误差进行补偿,因而不能有效解决椭圆在平面内旋转的问题,提出了基于旋转因子的磁传感器误差补偿改进椭圆法。该方法依据坐标旋转理论,在应用椭圆法前先对二维数据进行坐标旋转。误差补偿实验与数据分析表明:该方法的误差补偿效果较椭圆法有了明显的改善,滚转角测量系统的精度可达1°。     

抗强磁干扰滤波器及相移补偿方法

针对磁传感器测量信号滤波处理及其引入的误差,提出了抗强磁干扰滤波器及相移补偿方法。该滤波方法是针对地磁测量系统从信号的时域特性出发的处理方法,在有效保持有用的微弱的地磁信号的同时,还具有计算简单、应用方便的特点。仿真验证表明,该相移补偿方法有效地消除了原始信号与滤波后信号之间的相位误差,保证了解算精度。     

抗干扰弹载地磁测姿系统设计

实时准确的弹丸姿态测试是实现高速旋转弹丸正确修正的关键技术。受弹丸高转速、发射时高过载及全天候使用等因素的限制,地磁测量弹体姿态成为解决该关键问题的唯一途径。根据地磁场基本特性、磁阻传感器测量姿态的基本原理,建立了飞行过程中实时解算弹体姿态的简化模型。针对弹体剩磁、舵机干扰等众多影响磁传感器准确测量的问题,设计了抗干扰的弹载地磁测姿系统。为了评估地磁测量弹体转速和滚转角的精度,与基于光敏器件和太阳方位角的绝对滚转角测量系统同时进行飞行试验,通过飞行试验验证,所设计的抗干扰系统有效地减小了弹体剩磁和舵机干扰的影响,基于地磁信息解算出的滚转角速率与光敏器件测量得到的绝对滚转角速率误差在0.5 Hz,解算出的滚转角度误差为6°,符合工程应用的要求。     

一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法

载体磁场对地磁场的干扰,一直是影响导航罗差、地磁测量的技术难题。为了提高适于地磁匹配定位需要的地磁测量精度,对如何消除载体固有磁场和感应磁场对地磁测量精度的影响进行了研究。应用磁偶极子磁场分布理论,推导了安装在载体上传感器所在位置的磁场组成,建立了利用理想传感器测量值计算地磁场的地磁测量模型;在分析磁场传感器测量误差的基础上,建立了综合考虑载体磁场干扰和传感器误差影响的地磁测量模型。该模型所含参数物理意义明确,可在任意姿态下实现对载体磁场和磁传感器误差进行综合补偿。实验证明,所建立的地磁测量模型具有较高的测量精度。     

一种基于低精度光纤陀螺的组合导航系统

针对实际工程要求,设计适用于低精度光纤陀螺的组合导航系统的试飞方法.构建一种基于低精度光纤陀螺的组合导航系统,包括磁传感器、多普勒雷达和卫星导航子系统,设计Kalman滤波器,给出其状态方程和量测方程,并进行飞行试验.试验结果表明:该组合导航系统满足中等精度导航需求,设计成本较低,算法科学可行,具有较强的实用性,可广泛应用于各种民用航空导航领域.     

高速旋转弹载体干扰磁场补偿算法

为解决高速旋转弹载体磁场会严重影响捷联地磁传感器的测量精度问题,文中在对弹体的载体干扰磁场机理分析与误差建模基础上,提出了基于Kalman滤波技术的弹体载体磁场误差参数估计与补偿方法。最后以152 mm旋转弹药载体磁场为研究仿真对象,对所述载体磁场补偿方法进行了算法仿真验证,结果表明该算法可有效实现载体磁场误差参数的准确估计,且地磁传感器测量数据在经误差补偿后,其测量精度提高一个数量级。     

基于恒星地球敏感器的空间飞行器自主导航系统

空间飞行器长时间在轨飞行将引起其惯性导航系统的漂移,因此需要采用自主导航、地面测控等方法进行修正.在对现有的航天器自主导航方法研究的基础上,选用技术较成熟基于状态模型的星敏感器+地球敏感器模式的自主导航系统.并对自主导航系统的构成、模型的建立、以及滤波算法的选择等问题进行了研究.最后分析了星敏感器的采样周期、采样弧长、...     

地磁信号检测系统误差分析与补偿方法研究

高精度、高分辨率地磁信号检测是地磁匹配导航的基础,在分析地磁信号检测系统误差来源的基础上,建立了三轴磁传感器自身误差以及软硬磁干扰误差综合模型,介绍了一种基于空间点地磁矢量不变的椭球拟合校准算法.通过实验比较,结果表明:该方法能有效抑制与补偿地磁信号检测误差,包括三轴磁传感器零点漂移引起的误差、标度因数不一致引起的误差...     

惯性导航平台航向效应的标定与补偿

为了提高惯性导航系统的精度 ,结合产品的研制 ,探索和测试了惯性导航平台在不同方位的常值漂移的变化规律 ,找到了一种快速提高惯导系统精度的有效办法———航向效应的标定与补偿 .首先叙述了惯导平台航向效应的基本概念 ,列举了航向效应标定的几种方法 ,推导出了相应的数学模型和数据处理类别 .最后 ,举例说明惯导平台航向效应标定与补偿的实际效果     

一种八位置磁罗盘标校方法

基于地磁测量原理,分析了磁罗盘的系统误差,建立了磁罗盘系统误差模型,设计了一种简单实用的八位置标校方法。通过对位置及旋转顺序的设计,以及模型方程的迭代解算设计,保证了该标校方法的高效与精度。该方法无需依靠已知磁场,无需依靠无磁转台,无需提供精确磁北基准,易于工程应用,为低成本磁罗盘研制提供了一种非常有效的标校方法。实验表明:经该方法标校后的磁航向角精度提高近一个数量级。