电子罗盘设计-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.课题背景地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。根据磁体同级相斥，异级相吸的普便现象，无论处于何地磁体的南极会指向地球的北极附近；而磁体的北极会指向地球的南极附近。所以磁体这种指向性可以用来确定方向。随着人们对指南针原理认识的不断深入，指南针也由先前笨重的司南发展到现在的便携式指南针。但其基本构造是没有改变，都属于机械指针式，指示的机械结构也基本没有改变。由于机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及寿命上都有一定的限制。2.国内外研究现状随着人们对指南针原理认识的不断深入，指南针也由先前笨重的“司南”发展到现在的便携式的指南针。但其基本构造是没有改变的，都是属于机械的指针式，其指示的机械结构基本上没有改变，都是利用某种支撑使得磁针能够受到地磁场的影响而自由的旋转。由于机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及使用寿命上都有一定的限制。由于国内外电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片（ASIC）上的发展使能指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。国内外现阶段研究电子指南针的主要应用是提供地磁导航功能，相对于其他导航手段而言,地磁导航起步得比较晚。在20世纪60年代中期,美国的E2systems公司提出了基于地磁异常场等值线匹配的MAGCOM系统,70年代获得测量数据后,系统进行了离线实验。20世纪80年代初,瑞典的Lund学院对船只的地磁导航进行了实验验证,实验中将地磁强度的测量数据与地磁图进行人工比对,确定船只的位置,同时根据距离已知的两个磁传感器的输出时差,确定船只的速度。美国目前已开发出地面和空中定位精度优于30m、水下定位精度优于500m的地磁导航系统,并计划用于提高飞航导弹和巡航鱼雷的命中率。另外,美国在导弹试验方面已开始应用地磁信息,并利用E22飞机进行高空地磁数据测量。NASAGod2dard空间中心和有第2页关大学对水下地磁导航进行了研究,并进行了大量的地面试验。国内有关地磁导航的研究还主要集中在仿真和预研阶段,航天科工集团三院的李素敏等人运用平均绝对差法对地面所测量的地磁强度数据进行了匹配运算,分辨率能达到50m；西北工业大学的晏登洋等人利用地磁导航校正惯性导航的仿真实验取得了较高的精度。地磁场模型与地磁图是研究电子式指南针制导技术的基础,地磁场建模和地磁图的精确程度是决定地磁导航技术是否可行的关键因素。3.测量原理简介如图3-1是地球某一点的地球磁场向量He的三维图（其中，x和y轴与地球表面平行，z轴垂直指向下）。指南针的基本任务就是测量磁场北极（图中的Heh，即地球磁场的水平分量）与前进方向的夹角（方位角），上图可知：是从磁场的北极顺时针计算的；磁倾角是地球磁场向量与水平面的夹角；磁偏角是地理北极与磁场北极间的夹角，它与地球的实际位置有关。在具体测量时，测量得到的初始角度是磁场北极与前进方向的夹角，而我们知道地理北极与地磁北极是不重合的，他们之间存在被称为磁偏角的角度差，所以真正地地理北极应该是在我们所测得的初始角度的基础是进行磁偏角的补偿所得到的角度。此外，由于地球是球体，指南针受磁场的影响会指向地面而不是指向水平方向，此时水平方向与磁针的真实指向也会存在一个被称为磁倾角的误差角度，因此，对所测量的结果再进行磁倾角的补偿，所得到的结果才会更加的准确。图3-1测量原理图第3页4.系统总图框图电子指南针的系统主要由磁阻传感器、单片机控制器、液晶显示、蜂鸣器报警电路、按键操作、时钟电路以及系统电源几个部分组成，系统结构图4-1所示。电源CPU液晶显示按键操作晶振电路磁阻传感器报警电路时钟电路图4-1系统总框图4.1.主监控程序整个监控程序主要由指南针模块驱动、液晶驱动、实时时钟驱动和串口驱动组成。当系统上电后，最先执行的就是对系统初始化的代码，其中主要包括对系统内部定时器、实时时钟、LCD驱动、指南针模块的初始化。系统初始化完成时对指南针模块进行读取，此时指南针模块将读取命令进行方向测量，其后将得到的数据发送至微单片机，单片机根据得到的数据驱动LCD进行相应的显示，随后单片机将对系统键盘端口进行扫描，并根据扫描得到的键值进行相应的处理。整个系统监控程序流程如图4-2所示。初始各模块获取传感器数据数据处理转换为液晶显示数据判断、显示方位开始显示角度信息图4-2主监控程序流程图第4页5.工作进度安排(1).调查、资料收集，了解相关背景知识。2013.11.62013.11.18(2).撰写文献综述、完成外文翻译。2013.11.192013.11.28(3).进行课题的设计工作并进行论文编写。2013.11.292014.2.19(4).论文定稿、提交打印。2014.2.202014.2.24(5).准备答辩。2014.2.252014.3.15参考文献1.邵婷婷,马建仓,胡士峰,王超.电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究J.传感技术学报,2007,(06).2.邱丹,黄圣国.电子罗盘在航向系统的应用J.江苏航空,2006,(02).3.周航慈,吴光文.基于嵌入式实时操作系统的程序设计技术M.北京:北京航空航天大学出版社,2006.4.任哲.嵌入式实时操作系统uC/OS-II原理及应用M.北京:北京航空航天大学出版社，2006.5.黄志伟编著.全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2006.6.姜立中.电子罗盘J.电子世界,1999,(06).7.蒋贤志.数字电子罗盘误差分析及校正技术研究J.现代雷达,2005,(06).8.汪雪莲.电子罗盘的方位测