CN105716594B - 一种罗盘的平面六点校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种罗盘的平面六点校准方法。本发明以转台实测角度为自变量，磁传感器的输出为因变量，构建关于转台实测角度和磁传感器X轴之间余弦曲线函数以及转台实测角度与磁传感器Y轴之间的正弦曲线函数；这样一来，公式中只有6个未知参数，只需任意采集六点数据，即可获得最终的方位角；灵活性高，应用简单，容易实现。

Description

一种罗盘的平面六点校准方法

技术领域

本发明涉及磁方位校准领域，具体涉及一种罗盘的平面六点校准方法。

背景技术

磁导航技术广泛应用于导航定位、地质勘探等领域。磁方位校准技术是磁导航技术的核心技术之一。

由于罗盘在最初使用时，需要有一个校准的过程，若不对其校准，则罗盘的输出角度将与实际角度存在偏差；

目前罗盘最常用的平面校准方法主要为圆周校准方法和八点校准方法。圆周校准方法需要载体匀速旋转一圈采集数据，存在采集数据量大、要求基本匀速、需要修正方位角零位等不足。八点校准方法需要载体采集平面上固定八个点数据(八点分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°)，存在采集点数较多、耗时较长、灵活性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种罗盘的平面六点校准方法，通过随机采集平面六点数据，即可实现罗盘的校准。

一种罗盘的平面六点校准方法，采用具体如下步骤实现：

步骤一、将罗盘固定安装于已校准的、且带有方位角刻度的转台上；控制转台转动一个任意角度后，记录罗盘中的磁传感器输出的数据(V_x,V_y)；其中，V_x为磁传感器X轴的电压幅值，V_y为磁传感器Y轴的电压幅值；将当前转台对应的刻度值作为实测角度保留；按上述方法，共转动六次转台，采集罗盘中的磁传感器输出的六组数据和转台的六个实测角度；

步骤二、以转台实测角度为自变量，磁传感器的输出为因变量，构建关于转台实测角度与磁传感器X轴的电压幅值的余弦曲线函数以及转台实测角度与磁传感器Y轴的正弦曲线函数其中， A_x为X轴磁传感器输出曲线的幅值，α_i为当前转台实测角度，为X轴磁传感器输出曲线的相位，C_x为X轴磁传感器输出曲线的偏置量；A_y为Y轴磁传感器输出曲线的幅值，为Y轴磁传感器输出曲线的相位，C_y为Y轴磁传感器输出曲线的偏置量；并通过步骤一中采集的六组数据和转台的六个实测角度，解析余弦曲线函数和正弦曲线函数中的未知参数A_x、C_x、A_y、和C_y，获得余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式；

步骤三、将步骤二中获得余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式进行归一化处理；即将余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式的幅值 A_x和A_y变为1，偏置量C_x和C_y变为0，则V_x归一化的表达式为V_y归一化的表达式为

步骤四、分别将归一化后的余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式进行去误差处理，并取正弦曲线函数的表达式与余弦曲线函数的表达式的反正切值，得到实际方位角实现校准。

有益效果：

本发明以转台实测角度为自变量，磁传感器的输出为因变量，构建关于转台实测角度和磁传感器X轴的电压幅值之间余弦曲线函数以及转台实测角度与磁传感器Y轴之间的正弦曲线函数；这样一来，公式中只有6个未知参数，只需任意采集六点数据，即可获得最终的方位角；灵活性高，应用简单，容易实现。

附图说明

图1(a)为归一化前后X轴磁传感器的输出电压随方位角度变化的曲线。

图1(b)为归一化前后Y轴磁传感器的输出电压随方位角度变化的曲线。

图2归一化之后X轴磁传感器和Y轴磁传感器的输出电压随方位角度变化的曲线。

图3为理想情况下Hx和Hy建立的坐标系。

图4为实际情况下Hx和Hy建立的坐标系。

图5为罗盘平面六点校准的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种罗盘的平面六点校准方法：如图5所示

步骤一、采用带有方位角刻度的转台，利用寻北仪找到正北方向，并通过旋转转台，将寻北仪的指向与转台的零刻度线对准，实现对转台校准。之后，将罗盘固定安装在转台上，控制转台转动一个任意角度后，转动到一个位置时，罗盘中磁传感器的都会输出一组数据(V_x,V_y)；其中，V_x为磁传感器X轴的电压幅值，V_y为磁传感器Y轴的电压幅值；将当前转台对应的刻度值作为实测角度保留；按上述方法，共转动六次转台，采集罗盘中的磁传感器输出的六组数据和转台的六个实测角度；本实施例中，如下表所示：

步骤二、以转台实测角度为自变量，磁传感器的输出为因变量，构建函数：

其中，V_x为X轴磁传感器输出，A_x为X轴磁传感器输出曲线的幅值，α_i为当前转台实测角度，为X轴磁传感器输出曲线的相位，C_x为X轴磁传感器输出曲线的偏置量；V_y为Y轴磁传感器输出，A_y为Y轴磁传感器输出曲线的幅值，为Y轴磁传感器输出曲线的相位，C_y为Y轴磁传感器输出曲线的偏置量。其中V_x、V_y、α_i为已知量，A_x、C_x、A_y、和C_y为未知量。

由于未知量A_x、C_x、A_y、和C_y均是由罗盘的误差而造成的，故该A_x、C_x、A_y、和C_y是常数；

将步骤一中获得的六组数据代入函数(1)中，解得未知量A_x、C_x、 A_y、和C_y的具体参数值。进而求解得到正弦曲线和正弦曲线

步骤三、将获得的余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式进行归一化处理；即：将余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式的幅值A_x和A_y变为1，偏置量C_x和C_y变为0；得到

其中H_x和H_y代表归一化之后的V_x和V_y。如图3所示；

如图1(a)和1(b)所示，幅值为1的曲线为归一化后的曲线，另一条为归一化前的曲线。

步骤四、若X轴磁传感器和Y轴磁传感器之间绝对正交，夹角为90°，如图3所示，则方位角计算公式为：

但由于系统误差，安装误差的存在，如图4所示，X轴磁传感器和Y轴磁传感器都存在偏移角；且正交性误差角即X轴磁传感器输出曲线的相位和Y 轴磁传感器输出曲线的相位在步骤三中未进行修正，故在计算实际方位角计算时，需要将正交性误差角所带来的影响进行修正：根据公式(3)，获得实际方位角：

实施例：

带入以下方程组运算，可求得Ax、Cx、Ay、Cy等6个参数。

结果为A_x＝24000，C_x＝1216，A_y＝16000，C_y＝2343。然后可求得不同角度下的H_x和H_y，进而根据方位角计算公式得出准确的方位角输出。以下为算出的方位角和误差。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种罗盘的平面六点校准方法，其特征在于，采用具体如下步骤实现：

步骤一、将罗盘固定安装于已校准的、且带有方位角刻度的转台上；控制转台转动一个任意角度后，记录罗盘中的磁传感器输出的数据(V_x,V_y)；其中，V_x为磁传感器X轴的电压幅值，V_y为磁传感器Y轴的电压幅值；将当前转台对应的刻度值作为实测角度保留；按上述方法，共转动六次转台，采集罗盘中的磁传感器输出的六组数据和转台的六个实测角度；

步骤二、以转台实测角度为自变量，磁传感器的输出为因变量，构建关于转台实测角度与磁传感器X轴的电压幅值的余弦曲线函数以及转台实测角度与磁传感器Y轴的电压幅值的正弦曲线函数其中，A_x为X轴磁传感器输出曲线的幅值，α_i为当前转台实测角度，为X轴磁传感器输出曲线的相位，C_x为X轴磁传感器输出曲线的偏置量；A_y为Y轴磁传感器输出曲线的幅值，为Y轴磁传感器输出曲线的相位，C_y为Y轴磁传感器输出曲线的偏置量；并通过步骤一中采集的六组数据和转台的六个实测角度，解析余弦曲线函数和正弦曲线函数中的未知参数A_x、C_x、A_y、和C_y，获得余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式；

步骤三、将步骤二中获得余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式进行归一化处理；即将余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式的幅值A_x和A_y变为1，偏置量C_x和C_y变为0，则V_x归一化的表达式为V_y归一化的表达式为

步骤四、分别将归一化后的余弦曲线函数的表达式和正弦曲线函数的表达式进行去误差处理，并取正弦曲线函数的表达式与余弦曲线函数的表达式的反正切值，得到实际方位角实现校准。