一种手持式电子磁罗盘航向误差校正方法

针对传统的磁罗盘补偿方法计算量大、需要标定设备的问题,提出了一种利用陀螺仪相对航向辅助校准的方法。在分析磁罗盘误差的基础上建立了误差模型,采用梯度下降法解出姿态信息对磁场数据进行倾斜补偿,在陀螺仪相对航向角的辅助下,采用最小二乘法拟合经过倾斜补偿后的磁场数据求解出误差模型的系数。实验数据表明,该算法能够有效的对磁罗盘误差进行补偿,可以将磁罗盘的航向角测量误差控制在1°之内。     

基于BP神经网络的磁罗盘误差补偿研究

研制了一款基于磁阻传感器HMC1052/1051Z和MEMS加速度计ADXL203的磁罗盘,介绍了三轴磁阻罗盘的测量原理并分析了磁罗盘工作过程中可能存在的误差及其来源。针对样机的水平状态,利用前馈神经网络算法,建立了以测量航向角为输入、补偿后的航向角为输出的三层BP神经网络模型,并用样机的航向角采样数据进行仿真验证。实验数据表明,采用该BP神经网络补偿算法,可将航向角的精度从±35.73°提高至±0.5°以内,研制的样机可应用于普通导航领域。     

无人机中磁航向自修正应用

以无人机组合导航系统为研究背景,针对磁传感器的误差校准方法,以及校准后磁航向误差进行研究。通过分析磁传感器误差来源,给出水平面内椭圆直接拟合模型。考虑磁传感器修正后的磁航向与GPS航迹角之间存在一定误差,建立航向误差角与磁航向之间的学习函数,从而辅助在GPS丢失情况下,采用学习后的磁航向来辅助无人机导航。飞行实验结果表明,利用该文采用的椭圆模型以及自学习函数,能够提高磁航向精度,从而可以辅助无人机在GPS丢失情况下航向解算。     

航向约束的行人导航算法研究

针对MEMS惯性器件随时间累积零漂误差大及航向误差可观测性差,导致行人导航航向发散的问题,提出一种基于主方向的航向修正算法。基于行人沿直线行走航向角保持在常值范围内的事实,当航向发生变化时,将行人当前的航向与主航向的偏差作为观测值,利用EKF进行误差估计从而修正航向,最后将导航模块固定在鞋面上进行约200 m的行走实验。实验结果表明,该方法能有效地抑制航向发散,定位误差约为总行走路程的1%。     

基于二阶插值滤波的室内航向估计算法研究

在室内行人导航中,为获取精确的航向角,提出了一种基于二阶插值滤波的航向估计算法。该算法通过建立四元数姿态运动测量模型,采用二阶插值滤波对陀螺仪、加速计和磁强计的测量数据进行数据融合,实现航向角解算,以过程噪声和测量噪声为设计参数,构造自适应噪声协方差矩阵,实现协方差误差估计最小化。通过对行走长方形参考路径得到的数据进行处理,加速计和磁强计组合与陀螺仪航向估计算法动态误差分别为13.6°和6.9°,采用二阶插值滤波航向估计算法后动态误差为2.3°。实验结果表明,该算法有效提高了航向估计的精度,减小了陀螺仪漂移、载体的线性加速度和周围局部磁场干扰对航向估计的影响。     

航姿系统三轴磁强计动态校正研究

航姿系统中的三轴磁强计通过测量地磁场推算方位角或航向角,三轴磁强计常用校正方法仅对静态误差进行建模和补偿,未考虑磁强计的动态响应特性。然而,磁强计输出的滞后特性将使航向角在动态下出现较大误差,且无法通过常用校正算法进行补偿,针对该问题提出了直接动态校正和间接动态校正两种方法,前者借助外部基准提供磁场真值进行磁强 计动态特性补偿,后者则在双内积法的基础上利用重力矢量辅助进行动态特性补偿。实验表明两种方法均可使航向角动态 均方根误差减小到1.5°以内。     

无位置输入的姿态航向算法研究

针对姿态航向参考系统中出现的无法装订初始位置信息,不能实时计算飞行器位置信息,引起的地球自转角分量误差无法补偿问题,提出了将速度和姿态误差方程中有关位置项进行简化的方法.简化后的姿态误差方程所造成的误差等效为陀螺漂移的思想,从理论上分析了简化算法因无法补偿位置项和地球自转角分量而造成的误差,设计了基于姿态角的内阻尼卡尔曼滤波器,估计陀螺漂移,修正姿态误差.实验结果表明,对于漂移为10 (°)/h的光纤陀螺构建的系统,修正后姿态精度优于0.3°,航向精度优于1°.     

磁场测量误差补偿技术综述

磁场测量误差补偿技术是地磁导航的关键技术之一。磁场测量误差补偿问题本质是磁力仪的标定与载体干扰磁场补偿的综合问题。对磁测误差补偿问题及其方法的研究进展进行了综述,介绍了磁测误差补偿技术的国内外研究现状,分析了磁测误差补偿模型及补偿方法,指出了制约该领域发展的关键技术和存在的问题,提出了磁测误差补偿技术的发展方向。     

基于最小二乘的水下机器人磁力计标定

为了在缆控水下机器人(ROV)运行时获得准确的航向信息,提出了一种基于最小二乘的椭球拟合方法对ROV的MEMS磁力计进行标定。通过分析磁力计的主要误差构成,建立误差模型,并基于最小二乘椭球拟合方法对ROV磁力计进行标定实验。实验结果表明：经过标定后,得到磁力计误差模型中各参数的最优值。同时,磁感应强度得到修正,与球心落在原点,半径为20.98 58μT的三维球体较为吻合,修正后磁感应强度接近理论磁场强度,残差在-3μT～2μT范围内波动,且残差均值为-0.165 0μT。说明了磁力计标定结果较为理想。     

一种基于多冗余的电子罗盘新型校准方法

本文提出了一种基于12位置的多冗余电子罗盘校准算法,并分析了电子罗盘的误差来源,如安装误差、硬磁误差、软磁误差、比例因子误差和非正交误差。本文简化了误差模型,首先,根据误差模型和12位置校准方法计算出12个综合误差参数;然后我们可以计算出校准后的磁力计输出矩阵;最后,罗盘的航向可以通过多冗余方法呈现出来。这种方法可以通过Labview和Matlab的仿真来校准模型的所有参数,校准过程中它只需要使用到一个由铝制成的立方体,经实验结果证明该算法有效且易于实现。本实验测得航向角精度为1°,比没有校准前高出近10倍。     

航姿系统矢量场传感器的完全校正

三轴磁强计与三轴加速度计是航姿系统中必不可少的矢量场传感器,其误差校正常采用基于椭球拟合的方法。该方法不能补偿传感器坐标系与载体坐标系间的非对准误差。传感器绕固定转轴旋转时,地磁矢量及重力矢量在转轴上的投影均为常数,利用该性质可克服椭球拟合法的上述缺点,从而实现磁强计与加速度计的完全校正。实验表明,改进的校正方法可使校正后航姿误差减小到1°以内,且操作简单,便于实现航姿系统的现场校正。     

一种图像校正的偏振光罗盘系统的研究

导航传感器在探险、应急、精确制导武器、船舶、航空器导航和定位系统中起着关键作用。针对偏振光罗盘在倾斜状态下误差较大的问题,提出了一种利用加速度计和陀螺仪对偏振光罗盘进行图像校正的方法,设计了一种基于陀螺仪校正的偏振光罗盘系统。首先利用加速度计和陀螺仪计算得到载体姿态角,对偏振光图像数据进行图像校正,采用Stokes矢量法解算大气偏振模式分布,进而提取导航特征点,最后对特征点进行拟合解算出航向角信息。并且进行了静态和动态测试实验,实验结果表明,该算法能够有效的对偏振光罗盘姿态变化引起的误差进行补偿,可以将偏振光罗盘的航向角测量误差控制在1.86°之内,平均误差为0.09°。     

基于L BFGS的自适应模糊互补滤波

针对惯性测量单元噪声大及常规姿态解算算法精度不高的问题,提出了一种基于拟牛顿法（L-BFGS）的自适应模糊互补滤波（AFCF）算法。该方法利用L-BFGS对加速度计、磁力计进行寻优估计,并通过监测系统的运动等级、加速度计、磁力计的误差,运用模糊逻辑理论调控加权因子及增益权重,动态地调整互补滤波参数,实现姿态误差的动态补偿,优化姿态解算结果。经实验验证,系统静态误差在0.4°内;动态误差在1.3°内,且该系统能减少噪声的干扰及陀螺仪的漂移。     

车载低精度INS/GPS大方位失准角线性对准研究

在应用低精度微机电系统-惯性测量单元(MEMS-IMU)和全球定位系统(GPS)的车载组合导航中,由于IMU的精度问题,无法通过传统的解析方法实现方位失准角的粗对准,造成了大方位失准角问题。该文通过变换状态量,用方位失准角的两个三角函数代替方位失准角作为状态量,建立了新的线性系统方程,统一了精对准和粗对准的过程,避免了粗对准切换到精对准时状态间的协方差信息损失。完成了车载导航试验。结果表明,本初始对准方案在低精度的组合导航中能将对准精度控制在1°以内。     

三分量磁通门传感器非正交性误差校正

静态磁场测量中,由于三分量磁通门传感器的非正交性,使得高分辨率测量要求不能得到满足,必须校正其测量误差。通过分析三分量磁通门传感器非正交性误差,给出其数学模型描述,提出了一种基于实数编码遗传算法的校正方法。应用于三分量磁通门传感器非正交性误差的校正,提高了传感器磁场测量的准确度。实验表明,该算法提高了三分量磁通门传感器非正交误差的校正效果。     

加速度计/磁强计无陀螺捷联惯导姿态解算研究

针对无陀螺捷联惯导系统姿态解算随时间不断积累的问题,提出一种磁强计辅助无陀螺捷联惯导的组合方案,利用磁强计测量的地磁信息来修正无陀螺惯导系统的姿态角误差,提高了姿态角的解算精度。推导了磁强计输出和姿态角之间的关系,在此基础上提出了一种姿态优化算法,介绍了算法的基本原理;建立了误差四元数的姿态组合模型,并采用反馈校正完成动态条件下姿态的确定;最后对姿态误差角进行了仿真研究,仿真结果表明该方法有效地抑制了误差的发散。