一种用于三轴磁传感器简易校正的两步校正方法

摘要

本发明公开了一种用于三轴磁传感器简易校正的两步校正方法，将方型工装载体做任意角度的旋转，得到一系列地磁场强度三轴分量的测量值。利用基于椭球拟合的三轴磁传感器误差补偿方法，对上述的地磁场强度三轴分量的测量值进行校正，求得误差校正系数矩阵和综合零偏误差。然后将方型工装载体置于水平大理石平台上，令方型工装载体坐标系的X、Y、Z轴分别朝上，让方型工装载体绕朝上的坐标轴缓慢旋转至少一周得到测量数据，利用最小二乘的原理求得正交坐标系转换矩阵。本发明对三轴磁传感器自身坐标系与载体坐标系不重合导致的安装误差进行了有效的校正，同时整个校正过程简捷、省时、精度高，不依赖于精密仪器提供准确的方向基准、水平基准等。

主权项

一种用于三轴磁传感器简易校正的两步校正方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、基于椭球拟合对三轴磁传感器进行标定：步骤1‑1、将方型工装载体做任意角度的旋转，从而得到一系列做任意角度旋转时的地磁场强度三轴分量的测量值；步骤1‑2、利用基于椭球拟合的三轴磁传感器误差补偿方法，对上述的地磁场强度三轴分量的测量值进行校正，求得误差校正系数矩阵C₁和综合零偏误差步骤2、基于水平面内三轴旋转对三轴磁传感器的安装误差进行校正：步骤2‑1、将方型工装载体置于水平大理石平台上，并将方型工装载体坐标系的X轴朝上，让方型工装载体绕X轴缓慢旋转至少1周，求得向量[c₁₁ c₁₂ c₁₃]^Τ：步骤2‑1‑1、将方型工装载体置于水平大理石平台上，并将方型工装载体坐标系的X轴朝上，让方型工装载体绕X轴缓慢旋转至少1周，得到一系列绕X轴旋转时的地磁场强度三轴分量的测量值；步骤2‑1‑2、规定方型工装载体坐标系与三轴磁传感器自身坐标系并不完全重合，即存在安装误差，因此，存在一个正交的坐标系转换矩阵C₂，使得以下式成立：在式(1)中，表示地磁场在方型工装载体坐标系中的真实值，分别是沿方型工装载体坐标系X、Y、Z轴方向的分量值，表示经过步骤1校正后地磁场在磁传感器自身坐标系中的真实值，角度ψ、θ、是三个欧拉误差角，c_ij是正交坐标系转换矩阵C₂中的第i行、第j列元素，i＝1,2,3，j＝1,2,3；步骤2‑1‑3、利用步骤1‑2中得到的误差校正系数矩阵C₁和综合零偏误差对步骤2‑1‑1中得到的绕X轴旋转时的地磁场强度三轴分量的测量值进行校正，得到则有以下关系式成立：$\left[\begin{array}{ccc}{c}_{11}& c_{12}& c_{13}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{B}_x^{xs}\\ B_y^{xs}\\ B_z^{xs}\end{array}\right]=B_x^b=-1---\left(2\right)$式(2)中表示将绕X轴旋转时得到的测量值进过步骤1校正后，地磁场在磁传感器自身坐标系中的真实值，分别表示沿磁传感器自身坐标系X、Y、Z轴方向上的分量值；步骤2‑1‑4、根据式(2)，将步骤2‑1‑3中得到的N_x个展开为方程组如下：$\left[\begin{array}{ccc}{B}_{x1}^{xs}& B_{y1}^{xs}& B_{z1}^{xs}\\ B_{x2}^{xs}& B_{y2}^{xs}& B_{z2}^{xs}\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ B_{{\mathrm{xN}}_x}^{xs}& B_{{\mathrm{yN}}_x}^{xs}& B_{{\mathrm{zN}}_x}^{xs}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{c}_{11}\\ c_{12}\\ c_{13}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-1\\ -1\\ .\\ .\\ .\\ -1\end{array}\right]---\left(3\right)$步骤2‑1‑5、由式(3)利用最小二乘拟合，求得向量[c₁₁ c₁₂ c₁₃]^Τ：$\left[\begin{array}{c}{c}_{11}\\ c_{12}\\ c_{13}\end{array}\right]={\left(B^{xT}{B}^x\right)}^{-1}{B}^{xT}\left[\begin{array}{c}-1\\ -1\\ .\\ .\\ .\\ -1\end{array}\right]---\left(4\right)$其中矩阵步骤2‑2、将方型工装载体置于水平大理石平台上，并将方型工装载体坐标系的Y轴朝上，让方型工装载体绕Y轴缓慢旋转至少1周，求得向量[c₂₁ c₂₂ c₂₃]^Τ；步骤2‑3、将方型工装载体置于水平大理石平台上，并将方型工装载体坐标系的Z轴朝上，让方型工装载体绕Z轴缓慢旋转至少1周，求得向量[c₃₁ c₃₂ c₃₃]^Τ；步骤3、磁传感器测量结果的综合校正模型为：${\overrightarrow{B}}^b=C_2{C}_1({\hat{\overrightarrow{B}}}^s-{\overrightarrow{B}}_{z^{\prime }})---\left(11\right)$式(11)中是地磁场矢量在磁传感器自身坐标系下的实际测量结果。