电子罗盘标定方法.doc

2. 获取磁敏感方向水平分量与夹角，磁偏角转盘调水平，方块轴线（任意边）与转盘零度线对准，此时，转盘基准坐标系定为，分别指向于北方（近似），东方（近似），垂直向下。磁场大小及方向在大地坐标系内的矢量记为：这个软件,是我在软件城下载的，其中，转盘基准坐标系与大地坐标系z轴相同，xy轴相差角度，则两个坐标系之间的转换矩阵为:，即或同理，令方块坐标系与磁敏感元件坐标系、倾角传感器坐标系关系为：则磁场在转台基准坐标系内表示为：磁敏感元件极大值出现于磁敏感方向与地磁场夹角最小的时候，零值出现于垂直之时。以矢量为例，以方块z轴为旋转轴，逆时针为正方向，旋转方块，传感器输出最大最小值和零值。最大值时对应于矢量处于大地坐标系面内，此角度记为；沿轴翻转方块，再次旋转，获得最大值角度为。向量在方块坐标系内表达为，其中角度变化范围在0到180之间，角度在0到360之间，其中是在上的投影。该向量在面上投影为：，初始时，从转台基准坐标系以z为旋转轴旋转，即投影矢量变为：又，则也可以写为：此时：该式对任何向量都是用。将方块沿x轴逆时针旋转180度，得新的矢量为：即：从而如此，得到了磁偏角以及磁敏感矢量在面投影角度。1. 设定坐标系共涉及几个坐标系，方块坐标系（电子罗盘），大地坐标系，倾角传感器坐标系，磁敏感元件坐标系，转台坐标系，分别记为：方块坐标系；大地坐标系；倾角传感器坐标系；磁敏感元件坐标系；转台基准坐标系其中大地坐标系由重力方向和磁北方向决定，竖直朝下方向为z方向，磁北方向为x方向，朝东方向为y方向。方块坐标系、倾角传感器坐标系、磁敏感元件坐标系在安装时尽量保持一致。逆时针方向为正向（转盘从上往下看顺时针转动为逆向转动！）所有的角度保持在区间3. 获取磁敏感方向水平分量与夹角、磁倾角第一种方法：垂直旋转法将转台沿逆时针旋转，获得新的基准位置，该基准位置三个坐标系重合，以为旋转轴，逆时针旋转方块，得到极大值角度，此时：如此，得到了磁偏角以及磁敏感矢量在面投影角度。利用和，可以获得磁敏感矢量在方块坐标系内的矢量表达式，具体算法如下：令：矢量在方块坐标系内坐标为：，则,，当和比较小的时候，则：该方法需要标定平台具有连续旋转、快速读数功能。第二种方法：翻转水平旋转法hhnhmnhkp将方块沿逆时针旋转90度，则磁敏感方向在水平面投影与夹角为，重复水平夹角的做法，同样可获得，但是无法获得磁倾角。此时磁倾角计算可使用零值方法：当从基准位置旋转至零值点时，得到角度为，此时磁敏感矢量与磁场垂直，即其中，如此得到磁倾角大小。第三种方法：倾斜水平旋转法该方法与第二种方法并无明显区别，但是可适用于单一水平转台的标定。在获取磁敏感方向水平分量夹角以及以后，将方块沿（其他轴也可）旋转一个角度，比如说30度。此时磁敏感矢量变为：（为了方便，将方块沿逆时针旋转（不旋转亦可，只是为了标定方便），获得新的基准位置，该基准位置三个坐标系重合。）以为旋转轴，逆时针旋转方块，此时：当矢量方向与地磁场垂直时，输出为零，此时：不同的对应了多个方程，从而可以对未知量进行求解。4. 获取传感器变化特性首先获取三个敏感方向在方块坐标系内的坐标表达式，即：将基准坐标系与大地坐标系重合；将方块沿或者旋转磁倾角角度（为了获得最大标定范围），旋转某个角度时，磁场在磁敏感方向分量为：从而获得函数表达式。三个磁传感器输出函数：5. 倾角传感器标定二维倾角传感器，分别用表示令在方块坐标系中的坐标为：，该矢量为单位矢量。水平放置方块，获得倾角传感器与方块坐标系水平倾角，即，沿x轴翻转90度得其与方块坐标系垂直面夹角，与面夹角令为，其中：从而可以获得三个角度的大小，进而：，同样可以构建倾角传感器坐标系，其中，即可获得倾角传感器坐标系与方块坐标系之间的换算关系：6. 求解一般情况下的传感器偏转角、倾斜角和翻滚角外界磁场强度随时间地点变化，包括方向变化和大小变化，因没有确定的磁场大小，因此必须采用内部参照对比的方法：令新磁场大小为，则并不能简单利用角度关系进行确认。首先获得三个传感器单独输出大小：，从而由获得三个磁敏感方向上的磁场分量大小，记为此时总磁场大小为： 偏转角判断：偏转角即方块x轴在大地坐标系上投影与大地坐标系中指北方向的夹角。在大地坐标系中，磁场表达为：令偏转角、倾斜角以及翻滚角分别为，方块基失与大地坐标基失的关系比较复杂（实际上有多种可能）对于电子罗盘而言，重要的角度包括磁场偏角，即水平面分量与之间的旋转角，倾角，即与水平面分量之间的夹角，翻滚角，即方块以为旋转轴的翻滚角度。顺序选为：首先轴旋转，然后沿轴旋转，最后沿轴旋转。偏转角旋转矩阵（轴旋转）： 倾斜角旋转矩阵（轴旋转）：翻滚角旋转矩阵（轴旋转）：在xyz顺规的旋转下，得到：第一次旋转：（轴旋转）： ，其中第二次旋转：（轴旋转）第三次旋转：（轴旋转）：即zyx归顺：其中即对于倾角坐标系而言，最终变为：倾