CN101566474A - 低成本高精度高集成度的定位定向数字地质罗盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本高精度高集成度的定位定向数字地质罗盘，该罗盘包括倾斜角测量单元，方位角测量单元，温度测量单元，控制及运算单元，提示单元，存储单元，各单元均与控制及运算单元连接。该罗盘还包括位置测量单元，与控制及运算单元连接，用于获取经纬度、卫星时间和海拔的位置数据并提供给控制及运算单元。该控制及运算单元包括51单片机、接口仿真模块、后台定时中断服务模块和前台处理模块。本发明的数字地质罗盘测试时可以不再需要手持，只要把本发明装置放到被测物体上，就可以把俯仰角、横滚角、方位角和位置等一次测出，即将地质罗盘(定向测量)和定位测量(如GPS)集成到一个装置中，但保持精度高、低成本和低功耗。

Description

低成本高精度高集成度的定位定向数字地质罗盘

技术领域

本发明涉及地质调查装置领域，尤其涉及在地质调查中用于测量位置、方位、产状、坡度和坡向的数字罗盘。

背景技术

区域地质调查是一项基础性、公益性、综合性的地质调查研究工作，是一切地质工作的先行步骤，其工作内容几乎涉及地学的各个领域。区域地质调查成果，是国民经济建设和社会发展的重要基础性工作之一，是矿产地质、水文地质、工程地质、灾害地质、环境地质和地学研究等各项地质工作的依据和基础。

传统的区域地质调查，是通过地质人员连续的野外地质路线(目识地形图)观测和利用锤子、罗盘、放大镜等工具辅助对地质现象的观察；利用罗盘测量地质路线的方位、地质体的产状(包括走向、倾向和倾斜角等要素)、剖面(包括走向和坡度等要素)的测量数据；利用地形图和手持GPS来进行定位；其后把获得的第一手基础资料记录在纸介质的记录簿上，并把相应的地质观测点位置、产状及界线标绘在地形图上。因此，锤子、罗盘、放大镜、相机、地形图和野外记录簿就成为了传统区域地质调查野外路线观测的工作方式的6大件。

传统地质罗盘式样很多，但结构基本是一致的，我们常用的是圆盆式地质罗盘仪。由磁针、刻度盘、测斜仪、瞄准觇板、水准器等几部分安装在一铜、铝或木制的圆盆内组成。

磁针，一般为中间宽两边尖的菱形钢针，安装在底盘中央的顶针上，可自由转动，不用时应旋紧制动螺丝，将磁针抬起压在盖玻璃上避免磁针帽与项针尖的碰撞，以保护顶针尖，延长罗盘使用时间。在进行测量时放松固动螺丝，使磁针自由摆动，最后静止时磁针的指向就是磁针子午线方向。由于我国位于北半球磁针两端所受磁力不等，使磁针失去平衡。为了使磁针保持平衡常在磁针南端绕上几圈铜丝，用此也便于区分磁针的南北两端。

水平刻度盘，水平刻度盘的刻度是采用这样的标示方式：从零度开始按逆时针方向每10度一记，连续刻至360度，0度和180度分别为N和S，90度和270度分别为W和E，利用它可以直接测得地面两点间直线的磁方位角。

竖直刻度盘，专用来读倾角和坡角读数，以E或W位置为0度，以S或N为90度，每隔10度标记相应数字。

悬锥，是测斜器的重要组成部分，悬挂在磁针的轴下方，通过底盘处的觇板手可使悬锥转动，悬锥中央的尖端所指刻度即为倾角或坡角的度数。

水准器，通常有两个，分别装在圆形玻璃管中，圆形水准器固定在底盘上，长形水准器固定在测斜仪上。

瞄准器，包括接物和接目觇板，反光镜中间有细线，下部有透明小孔，使眼睛，细线，目的物三者成一线，作瞄准之用。

传统地质罗盘测量测量产状时，需要测量走向、倾向、倾角和当前位置的地理(高斯)坐标(X、Y、高程)，共4步才能做到，如下所述：

1.岩层走向的测定

岩层走向，是岩层层面与水平面交线的方向也就是岩层任一高度上水平线的延伸方向。

测量时将罗盘长边与层面紧贴，然后转动罗盘，使底盘水准器的水泡居中，读出指针所指刻度即为岩层之走向。因为走向是代表一条直线的方向，它可以两边延伸，指南针或指北针所读数正是该直线之两端延伸方向，如NE30度与SW210度均可代表该岩层之走向。

2.岩层倾向的测定

岩层倾向，是指岩层向下最大倾斜方向线在水平面上的投影，恒与岩层走向垂直。

测量时，将罗盘北端或接物觇板指向倾斜方向，罗盘南端紧靠着层面并转动罗盘，使底盘水准器水泡居中，读指北针所指刻度即为岩层的倾向。

假若在岩层顶面上进行测量有因难，也可以在岩层底面上测量仍用对物觇板指向岩层倾斜方向，罗盘北端紧靠底面，读指北针即可，假若测量底面时读指北针受障碍时，则用罗盘南端紧靠岩层底面，读指南针亦可。

3.岩层倾角的测定

岩层倾角，是岩层层面与假想水平面间的最大夹角，即真倾角，它是沿着岩层的真倾斜方向测量得到的，沿其它方向所测得的倾角是视倾角。视倾角恒小于真倾角，也就是说岩层层面上的真倾斜线与水平面的夹角为真倾角，层面上视倾斜线与水平面之夹角为视倾角。野外分辨层面之真倾斜方向甚为重要它恒与走向垂直，此外可用小石于使之在层面上滚动或滴水使之在层面上流动，此滚动或流动之方向即为层面之真倾斜方向。

测量时将罗盘直立，并以长边靠着岩层的真倾斜线，沿着层面左右移动罗盘，并用中指搬动罗盘底部之活动扳手，使测斜水准器水泡居中，读出悬锥中尖所指最大读数，即为岩层之真倾角。

4.坐标位置测试

用GPS测量获得当前位置的地理坐标值X，Y，Z(高程)。

传统地质罗盘测量剖面时，如图2所示，至少需要2个步骤，且劳动强度过大，不易掌握：

1.测定方向

先扭松制动器，用手托住罗盘，将罗盘的反光镜紧贴自己的腹部，长测望标竖起朝向前方，见入所示。使被测目标、长测望标尖、反光镜平分线在同一直线上，放平罗盘，圆水准气泡居中，读出磁北针所指的度数，即为被测目标的方位角(当指针一时静止不了，可读磁针摆动时最小读数的二分之一处。测量其他要素读数时亦同样)。

假若，被测目标位于观察者较低位置(俯角大于15°)，这时将罗盘举到胸前，长测望标靠近自己，面对反光镜，使被测目标通过反光镜上透视孔中的平分线，经长侧望标尖小孔和眼构成一直线，放平罗盘，读出磁针南极所指的度数(因用罗盘瞄准测物时之南北两端与前者正好颠倒了)，即为被测目标的方位角。

为了避免时而读指北针，时而读指南针，产生混淆，故应记住长测望标指着所求方向恒读指北针。

2.测定坡度角的测量

坡角有两种：一种是向上测的仰角，记录时用“+”表示在度数前(如+15°)；另一种是向下的俯角，记录时在度数前加“-”号(如-25°)。仰角和俯角的测量方法相同，先将罗盘横竖，用左手握紧，使反光镜面对自己，长测望标拉直，并将短照准合页与长测望标相垂直，被测目标(被测目标离地面的距离要与罗盘仪离地面的距离相一致)通过反光镜透视孔中心线，与长测望标尖小孔成一直线后，用右手调正测斜仪的长水准气泡居中，在测斜仪上读出度数，即为被测目标的坡度角。

如上所述，目前地质队员进行野外测量时，使用的是传统的机械式罗盘和手持GPS分别和多步骤地进行数据的测量，每次只能测量一个参数。

因此，传统的机械式罗盘的使用方法存在以下问题：

①机械指针的抖动及目测结果均造成比较大的误差；

②由于野外的通视条件限制，在测量剖面导线的方向时，由于传统罗盘的使用方法(在镜子中，寻找一定距离的目标，三点一线比较困难)，劳动强度过大，需要花费较多的时间；

③测量产状时受于地形和位置的限制，部分产状很难直接读取。

使用手持GPS来进行定位，也还有一些问题：

①在定位的同时，通常还需要测量产状等数据，由于目前这些测量仪器都是分离式的，需要多步骤的测量，其效率也比较低下；

②在图上标位置，需要先读数，然后再标图，效率低，误差也较大。

另外，目前市面上有能测量俯仰角和横滚角的相关装置。设XY轴平行于测量面，Z轴垂直于测量面，该装置可以感知测量面左右摇摆时(即围绕X轴旋转)角度，即横滚角(翻滚角)θ；该装置还可以感知测量面前后摇摆时(即围绕Y轴旋转)角度，即俯仰角Φ。但该装置的主要问题是价格昂贵，价格高达万元以上，该装置的传感器组件采用了专用高速处理计算机，性能和精度较高，同时有效数据的输出率较高，但在探矿需求时不需要那么高的输出率，功耗也较大；按业务功能设计还要增加控制CPU成本进一步增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有地质罗盘未实现定向和定位测量的集成，测量的精度低，测量的步骤繁琐，测量的数据未实现数字化，并且现有的定向和定位测量装置成本和功耗都很高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低成本高精度高集成度的定位定向数字地质罗盘，该数字地质罗盘包括：

倾斜角测量单元，由倾斜角传感器和驱动电路组成，用于测量罗盘任意放置时的俯仰角和横滚角的姿态数据；

方位角测量单元，由地磁传感器和驱动电路组成，用于测量罗盘任意放置时的方位角的姿态数据；

温度测量单元，用于测量罗盘内的温度，获取温度系数；

控制及运算单元，与倾斜角测量单元、方位角测量单元和温度测量单元连接，用于对俯仰角、横滚角和方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿，计算出俯仰角、横滚角和方位角；

提示单元，与控制及运算单元连接，用于将俯仰角、横滚角和方位角提示给用户；

存储单元，与控制及运算单元连接，用于存储俯仰角、横滚角和方位角。

上述数字地质罗盘一种优选的技术方案是：还包括位置测量单元，与控制及运算单元连接，用于获取经纬度、卫星时间和海拔的位置数据并提供给控制及运算单元。进一步优选的，上述位置测量单元采用GPS或北斗星位置定位方式。进一步优选的，控制及运算单元包括51单片机、接口仿真模块、后台定时中断服务模块和前台处理模块；接口仿真模块，用程序实现仿真数字接口，用于实现倾斜角测量单元、方位角测量单元和位置测量单元与51单片机的连接；后台定时中断服务模块，采用分配时间片的定时中断后台处理结构，定时控制倾斜角测量单元和方位角测量单元的数据采样测量工作；前台处理模块，完成对俯仰角、横滚角和方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿，然后计算出俯仰角、横滚角和方位角的工作，并完成数据的显示功能。进一步优选的，上述数字地质罗盘，还包括通讯单元，通讯单元包括蓝牙无线通讯模块和天线，通过51单片机的物理串口使用蓝牙无线传输方式完成传送数据到外部接收设备的工作。

上述数字地质罗盘另一种优选的技术方案是：还包括通讯单元，与控制及运算单元连接，用于将各单元获得的原始数据或控制及运算单元根据原始数据计算得到的数据输出到外部接收设备。进一步优选的，通讯单元使用蓝牙、红外或者zigbee的无线传输方式，或者使用通用串口的有线传输方式。

上述数字地质罗盘另一种优选的技术方案是：控制及运算单元通过以下方式对俯仰角和横滚角姿态数据进行修正和温度系数补偿：

接收倾斜角测量单元测得的原始的一组六个方向的俯仰角和横滚角姿态数据：Xq、-Xq Yq、-Yq、Zq和-Zq；

计算俯仰角和横滚角姿态数据中的最大值：

QFmax＝max(|Xq|，|-Xq|，|Yq|，|-Yq|，|Zq|，|-Zq|)；

将得到的六个方向的俯仰角和横滚角姿态数据最大值定为单位球圆半径，其它五个方向的俯仰角和横滚角姿态数据与该单位半径的比值即为各方向对应的放大系数；

工作时测得的俯仰角和横滚角姿态数据除以对应方向的放大系数就得到非线性修正的测量值，再通过温度补偿系数的再修正，即得到一组在单位球圆上的采样修正值；

控制及运算单元通过以下方式对方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿：

接收方位角测量单元测得的原始的一组六个方向的方位角姿态数据：Xm、-Xm、Ym、-Ym、Zm和-Zm；

计算方位角姿态数据的最大值：

MAGmax＝max(|Xm|，|-Xm|，|Ym|，|-Ym|，|Zm|，|-Zm|)；

将得到的六个方向的方位角姿态数据最大值定为单位球圆半径，其他五个方向的方位角姿态数据与该单位半径的比值即为各方向对应的放大系数；

工作时测得的方位角姿态数据除以对应方向的放大系数就得到非线性修正的测量值，再通过温度补偿系数的再修正，即得到一组在单位球圆上的采样修正值。

上述数字地质罗盘另一种优选的技术方案是：还包括电源监控单元，与控制及运算单元连接，用于对数字地质罗盘的电池充电管理、监控剩余电量和进行A\D采样控制。进一步优选的，控制及运算单元包括51单片机，电源监控单元采用51单片机的A\D转换器实现。

根据上述技术方案，本发明的技术效果是：对地质调查时数据测量的简单化、自动化和数字化，测试时可以不再需要手持，只要把本发明装置放到被测物体上，就可以把俯仰角、横滚角、方位角和位置等一次测出，并把结果显示到屏幕上或者通过有线或无线通讯方式传送到接收终端；并且本发明装置集成度高，将地质罗盘(定向测量)和定位测量(如GPS)集成到一个装置中，但保持精度高；由于功能的高度集成，降低了本发明装置地成本和功耗。

附图说明

图1是本发明一实施例的组成示意图。

图2是本发明一实施例的倾斜角测量单元和方位角测量单元的传感器安装示意图。

图3是本发明一实施例的运算及控制单元工作流程图。

图4是本发明倾斜角测量单元芯片的温度特性图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

与机械式地质罗盘比较，在测量产状时，只需将本发明数字地质罗盘放置在测量面上，一次测量可得到：走向，倾向，倾角和当前地理坐标(高斯)X、Y、高程，而机械地质罗盘需要4步才能做到；测量剖面时，直接用眼将本发明数字地质罗盘瞄准器的两端(中间线)与被测目标成一直线后，一次测量可得到：当前地理坐标(高斯)X、Y、高程，剖面导线两端大方向(即走向)和坡度(即俯仰角)，而机械式地质罗盘至少需要2步才能做到。

如图1所示，本发明一实施例的组成如下：

倾斜角测量单元2，该单元包括一个三轴倾斜角传感器和驱动电路，测量装置任意放置时的俯仰角和横滚角姿态数据；

方位角测量单元3，该单元包括三个单轴的地磁传感器和驱动电路，测量装置任意放置时的方位角姿态数据；

位置测量单元5，该单元采用高精度GPS模块，接收天线采用内置式，用来通过GPS测量目前所处的经纬度、卫星时间、海拔等位置数据，也可以采用北斗星接收或其它位置定位接收方式；

通讯单元6，包括蓝牙无线通讯模块和天线，用以把上述姿态数据和位置数据传送到接收设备，也可以采用红外或zigbee(一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术)等任意无线传输方式或者通用串口等有线传输方式；

提示单元7，采用LCD(液晶显示屏)显示，当然也可以采用LED(发光二极管)屏幕等其他显示方式或音频的提示方式，可显示和报告俯仰角、横滚角、方位角、经纬度和剩余电量等数据；

存储单元4，用来存储测量结果和校准参数等数据；

电源监控单元8，用于电池充电管理、监控工作时剩余电量和进行A\D采样控制等；

温度测量单元9，测量该装置当前环境温度；

控制及运算单元1，可采用51系列单片机，对由上述各测量单元2、3、5、8、9的数据进行加工处理，然后存储在存储单元4中，并将处理加工后的结果显示在提示单元7。

控制及运算单元1还包含有：接口仿真模块、后台定时中断服务模块和前台处理模块。

接口仿真模块，用程序实现仿真数字接口，用于连接倾斜角测量单元2和方位角测量单元3，以及GPS模块；

后台定时中断服务模块，采用分配时间片的定时中断后台处理结构，用程序定时控制倾斜角测量单元2和方位角测量单元3的数据测量工作，以及蓝牙无线通讯模块的数据传送工作；

前台处理模块，用程序完成对俯仰角、横滚角和方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿，然后计算出俯仰角、横滚角和方位角的工作，并完成数据的显示功能。

上述采用后台定时中断的方法完成采样统计、蓝牙发送等工作，使得CPU没有查询等待时间，完全由分配合理的时间片完成各自的功能，实现了多任务协调工作，极大的提高了CPU的效率，降低了成本。

51单片机，即MCS-51系列所谓单片机，包括闪存(FLASH)，电可擦除可编程只读内存(EEPROM)和模拟数字(A\D)转换器等；51单片机的成本和功耗都都比较低。

串口通信可采用软件仿真的方式模拟三种串行总线协议：SPI(SerialPeripheral Interface：串行外设接口)、I2C(INTER IC BUS)和UART(UniversalAsynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器)。

如图2所示，本发明装置的倾斜角测量单元采用一个三轴倾斜角传感器，则其三轴要分别相互垂直，XY轴平行于测量面，Z轴垂直于测量面；该传感器可以感知测量面左右摇摆时(即围绕X轴旋转)0～360度的角度，即横滚角θ；该传感器还可以感知测量面前后摇摆时(即围绕Y轴旋转)0～360度的角度，即俯仰角Φ。上述倾斜角测量单元还可以使用三个单轴或者两个双轴的倾斜角传感器。

如图2所示，本发明装置的方位角测量单元采用三个单轴地磁传感器，则分别按X、Y、Z的方向放置，并相互垂直；三个传感器采集所得的三个现场数据，先进行归一化线性修正和温度漂移修正，然后代入下列公式计算方位角：

X_h＝X*cos(Φ)+Y*sin(θ)*sin(Φ)-Z*cos(θ)*sin(Φ)

Y_h＝Y*cos(θ)+Z*sin(θ)

方位角＝arcTan(Y_h/X_h)

上述公式中Φ为俯仰角，θ为横滚角，X，Y，Z为传感器三轴的磁场输出值，X_h、Y_h为X、Y、Z轴磁场在水平面上的分量。上述方位角测量单元还可以使用两个双轴或者一个三轴的地磁传感器。

如图3所示，本发明一实施例的运算及控制单元工作流程图。其具体步骤是：

步骤101，运算及控制单元开始启动；

步骤102，初始化输入输出接口(IO)；

步骤103，启动蓝牙(通讯单元)建立通讯连接；

步骤104，打开倾斜角测量单元，方位角测量单元和温度测量单元的电源及以及GPS模块(位置测量单元)电源；

步骤105，启动倾斜角测量单元，方位角测量单元和温度测量单元，测量数据；

步骤106，对俯仰角、横滚角和方位角数据修正及运算并存储到存储单元；

步骤107，启动GPS模块，读取位置数据并存储到存储单元；；

步骤108，通过LCD(提示单元)显示，姿态数据：俯仰角、横滚角和方位角；位置数据：经纬度、高度；温度、时间、电量等其他数据；

步骤109，通过蓝牙发送姿态数据和位置数据。

上述控制及运算单元进行对俯仰角和横滚角姿态数据进行修正和温度系数补偿的步骤是：

步骤一、初始化，通过实际采样，接收所述倾斜角测量单元测得的原始的一组六个方向的俯仰角和横滚角姿态数据：Xq、-Xq、Yq、-Yq、Zq和-Zq；

步骤二、计算俯仰角和横滚角姿态数据的最大值：

QFmax＝max(|Xq|，|-Xq|，|Yq|，|-Yq|，|Zq|，|-Zq|)；

步骤三、将得到的六个方向的俯仰角和横滚角姿态数据最大值定为单位球圆半径，其他五个方向的俯仰角和横滚角姿态数据与该单位半径的比值即为各方向对应的放大系数；

步骤四、工作时测得的俯仰角和横滚角姿态数据除以对应方向的放大系数就得到非线性修正的测量值，再通过温度补偿系数的再修正，即得到一组在单位球圆上的采样修正值。上述温度补偿系数可以通过由图4得到，图4是本发明倾斜角测量单元芯片的温度特性图，根据对该芯片的实验测得。

上述控制及运算单元进行对方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿的步骤是：

步骤一、初始化，通过实际采样，接收所述方位角测量单元测得的原始的一组六个方向的方位角姿态数据：Xm、-Xm、Ym、-Ym、Zm和-Zm；

步骤二、计算方位角姿态数据的最大值：

MAGmax＝max(|Xm|，|-Xm|，|Ym|，|-Ym|，|Zm|，|-Zm|)；

步骤三、将得到的六个方向的方位角姿态数据最大值定为单位球圆半径，其他五个方向的方位角姿态数据与该单位半径的比值即为各方向对应的放大系数；

步骤四、工作时测得的方位角姿态数据除以对应方向的放大系数就得到非线性修正的测量值，再通过温度补偿系数的再修正，即得到一组在单位球圆上的采样修正值。上述温度补偿系数可以通过方位角测量单元芯片的温度特性图得到。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种低成本高精度高集成度的定位定向数字地质罗盘，其特征在于，包括：

倾斜角测量单元，由倾斜角传感器和驱动电路组成，用于测量所述罗盘任意放置时的俯仰角和横滚角的姿态数据；

方位角测量单元，由地磁传感器和驱动电路组成，用于测量所述罗盘任意放置时的方位角的姿态数据；

温度测量单元，用于测量所述罗盘内的温度，获取温度系数；

控制及运算单元，与所述倾斜角测量单元、方位角测量单元和温度测量单元连接，用于对所述俯仰角、横滚角和方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿，计算出俯仰角、横滚角和方位角；

提示单元，与所述控制及运算单元连接，用于将所述俯仰角、横滚角和方位角提示给用户；

存储单元，与所述控制及运算单元连接，用于存储所述俯仰角、横滚角和方位角。

2.如权利要求1所述的数字地质罗盘，其特征在于，还包括位置测量单元，与所述控制及运算单元连接，用于获取经纬度、卫星时间和海拔的位置数据并提供给所述控制及运算单元。

3.如权利要求2所述的数字地质罗盘，其特征在于，所述位置测量单元采用GPS或北斗星位置定位方式。

4.如权利要求3所述的数字地质罗盘，其特征在于，所述控制及运算单元包括51单片机、接口仿真模块、后台定时中断服务模块和前台处理模块；

所述接口仿真模块，用程序实现仿真数字接口，用于实现所述倾斜角测量单元、方位角测量单元和位置测量单元与51单片机的连接；

所述后台定时中断服务模块，采用分配时间片的定时中断后台处理结构，定时控制所述倾斜角测量单元和方位角测量单元的数据采样测量工作；

所述前台处理模块，完成所述对俯仰角、横滚角和方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿，然后计算出俯仰角、横滚角和方位角的工作，并完成数据的显示功能。

5.如权利要求4所述的数字地质罗盘，其特征在于，还包括通讯单元，所述通讯单元包括蓝牙无线通讯模块和天线，通过所述51单片机的物理串口使用蓝牙无线传输方式完成所述传送数据到外部接收设备的工作。

6.如权利要求1所述的数字地质罗盘，其特征在于，还包括通讯单元，与所述控制及运算单元连接，用于将各单元获得的原始数据或所述控制及运算单元根据原始数据计算得到的数据输出到外部接收设备。

7.如权利要求6所述的数字地质罗盘，其特征在于，所述通讯单元使用蓝牙、红外或者zigbee的无线传输方式，或者使用通用串口的有线传输方式。

8.如权利要求1所述的数字地质罗盘，其特征在于，

所述控制及运算单元通过以下方式对所述俯仰角和横滚角姿态数据进行修正和温度系数补偿：

接收所述倾斜角测量单元测得的原始的一组六个方向的俯仰角和横滚角姿态数据：Xq、-Xq  Yq、-Yq、Zq和-Zq；

计算俯仰角和横滚角姿态数据中的最大值：

QFmax＝max(|Xq|，|-Xq|，|Yq|，|-Yq|，|Zq|，|-Zq|)；

将得到的六个方向的俯仰角和横滚角姿态数据最大值定为单位球圆半径，其它五个方向的俯仰角和横滚角姿态数据与该单位半径的比值即为各方向对应的放大系数；

工作时测得的俯仰角和横滚角姿态数据除以对应方向的放大系数就得到非线性修正的测量值，再通过温度补偿系数的再修正，即得到一组在单位球圆上的采样修正值；

所述控制及运算单元通过以下方式对所述方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿：

接收所述方位角测量单元测得的原始的一组六个方向的方位角姿态数据：Xm、-Xm、Ym、-Ym、Zm和-Zm；

计算方位角姿态数据的最大值：

MAGmax＝max(|Xm|，|-Xm|，|Ym|，|-Ym|，|Zm|，|-Zm|)；

将得到的六个方向的方位角姿态数据最大值定为单位球圆半径，其他五个方向的方位角姿态数据与该单位半径的比值即为各方向对应的放大系数；

工作时测得的方位角姿态数据除以对应方向的放大系数就得到非线性修正的测量值，再通过温度补偿系数的再修正，即得到一组在单位球圆上的采样修正值。

9.如权利要求1所述的数字地质罗盘，其特征在于，还包括电源监控单元，与所述控制及运算单元连接，用于对数字地质罗盘的电池充电管理、监控剩余电量和进行A\D采样控制。

10.如权利要求9所述的数字地质罗盘，其特征在于，所述控制及运算单元包括51单片机，所述电源监控单元采用所述51单片机的A\D转换器实现。

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