《导航》课件-09航姿参考系统及磁罗盘工作原理

课前回顾：1.惯导系统组成及特点；2.平台式和捷联式惯导工作原理。惯性导航系统没有磁罗盘，那么民用无人机飞控中为啥又有磁罗盘？磁罗盘的具体作用是啥？导入新课：123R1航姿参考系统及磁罗盘工作原理1．什么是航姿参考系统2.磁罗盘工作原理课时：2学时教学目标：1.了解航姿参考系统和惯导系统的区别；2.熟悉磁罗盘工作原理。知识目标：教学目标：1.会区别AHRS和IMU。能力目标：素质目标：1.具有艰苦朴素的工作作风和迎难而上的工作信念；2.有一定的创新思维。R1.1什么是航姿参考系统

在没有高可靠性加速度计和高精度陀螺仪的情况下，消费级无人机飞控普遍采用低成本的微机电系统(MEMS)器件为主构成的航姿参考系统（AttitudeandHeadingReferenceSystem，缩写为AHRS），如MEMS加速度计、磁力计、陀螺仪等。这些传感器通常成本低廉、精度较低，所以在这种低精度陀螺仪和加速度计的架构下必须综合运用地球的重力场、磁场等场向量来进行修正。AHRS能够为飞行器提供准确可靠的横滚、俯仰、航向等姿态与航行信息，一般由加速度传感器、陀螺仪以及地磁传感器等组成，内部一般采用多传感器数据融合单元进行航姿解算。R1.1什么是航姿参考系统综上，AHRS和IMU区别如下：

（1）采用的传感器精度和种类不一样。AHRS一般采用精度低的传感器，且比IMU多一个磁力计。

（2）AHRS是通过与地球参考得出自身姿态，而IMU是相较于自身的初始姿态来进行姿态测量。

（3）AHRS包含了嵌入式的姿态数据解算单元与航姿信息，IMU仅仅提供传感器数据，并不具有提供准确可靠的姿态数据的功能。由于AHRS中的陀螺仪和加速度计在前面内容有介绍，所以接下来介绍下AHRS用到的磁力计R1.2磁罗盘工作原理

电子罗盘也叫数字指南针、磁力计，是利用地磁场来确定北极的一种设备。现在一般用磁阻传感器和磁通门加工而成的电子罗盘。

电子罗盘可由地球的磁场来感测方向，为导航提供方向数据。然而，电子设备所受到的磁场干扰，比地球磁场要强，导致电子罗盘容易受到各种环境因素的干扰。因此，电子罗盘需要经过频繁的校正，才能维持方向数据的准确度。

电子罗盘是无人机重要的导航工具，能实时提供运载体的航向和姿态。要实现电子罗盘功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。随着微机械工艺的成熟，芯片厂商推出了将三轴磁力计和三轴加速度计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303D。比如在开源飞控Pixhawk中就用到了LSM303D芯片。R1.2磁罗盘工作原理

地球的磁场像一个条形磁体一样由地磁南极指向地磁北极。在磁极点处磁场和当地的水平面垂直；在赤道，磁场和当地的水平面平行，所以在北半球，磁场方向倾斜指向地面。R1.2磁罗盘工作原理

在LSM303D中，磁力计采用各向异性磁致电阻材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。R1.2磁罗盘工作原理

当有外界磁场时，AMR上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向了，那么磁场方向和电流的夹角θ也会发生变化。对于AMR材料来说，θ角的变化会引起AMR自身阻值的变化，并且呈线性关系。R1.3小组讨论1.