CN106403933A - 一种惯性航向姿态系统的磁航向信号补偿和检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于导航领域，涉及一种惯性航向姿态系统的磁航向信号补偿和检测方法，包括：步骤1：采样并转换磁传感器485总线输出的三轴磁通分量Mx、My、Mz；步骤2：对采样磁通量信号进行三轴磁通量综合检测，步骤3：根据三轴磁通分量Mx、My、Mz和惯性姿态系统的俯仰θ、横滚γ信号计算磁传感器输出航向ψM0；步骤4：依据惯性姿态系统中存储的罗差标定参数A、B、C、D、E、F、G、修正航向△ψ和磁传感器输出航向ψM0计算罗差补偿量δ，并修正磁航向ΨM：步骤5：进行磁航向离散性检测；步骤8：载机角运动检测。

Description

一种惯性航向姿态系统的磁航向信号补偿和检测方法
技术领域
本发明属于导航领域，涉及磁航向信号的补偿和完好性检测。
背景技术
磁航向传感器是利用地球磁场来测量航向的传感器设备，结构简单、质量轻、成本低，是一种常用的航空航向测量设备；
由于磁航向传感器的工作特性，容易受到载机磁环境、地理磁环境、飞机运动等干扰信号的影响，造成磁航向传感器测量的磁信号不稳定，使输出的磁航向不稳定。
在惯性航向姿态基准系统中，以磁航向传感器的三轴磁通量为源的磁航向是基本的航向数据源。
发明内容
本发明的目的是：
提供一种惯性航向姿态系统的磁航向信号补偿和检测方法。
本发明的技术方案：
一种惯性航向姿态系统的磁航向信号补偿和检测方法，包括：
步骤1：采样并转换磁传感器485总线输出的三轴磁通分量Mx、My、Mz；
步骤2：对采样磁通量信号进行三轴磁通量综合检测，如果满足下式，则认为采样磁通量信号有效，进入步骤3；否则当前磁航向无效，返回步骤1；
步骤3：根据三轴磁通分量Mx、My、Mz和惯性姿态系统的俯仰θ、横滚γ信号计算磁传感器输出航向ψM0；
令MHX＝cosγ·Mx+sinγ·Mz
MHY＝cosθ·My+sinγ·sinθ·Mx-sinθ·cosγ·Mz
则ψM计算＝tg-1(-MHX/MHY)，ΨM计算取值范围(-π,+π]，ψM0的取值如下表所示。
ψM0取值表
其中：E2＝2.8×10-10；MHX,为磁通量X轴水平分量；MHY为磁通量Y轴水平分量；ΨM计算为磁航向的计算中间量；
步骤4：依据惯性姿态系统中存储的罗差标定参数A、B、C、D、E、F、G、修正航向△ψ和磁传感器输出航向ψM0计算罗差补偿量δ，并修正磁航向ΨM：
ψM＝ψM0-δ+△ψ
其中，罗差补偿量δ的计算如下：
δ＝A+B·sin(ψM0)+C·cos(ψM0)+D·sin(2ψM0)+E·cos(2ψM0)+F·sin(3ψM0)+G·cos(3ψM0)
步骤5：进行磁航向离散性检测，记录100ms内最少2个磁航向从小到大依次为ψM(1)……ψM(i)，离散度应满足以下条件：
0°≤|ψM(1)-ψM(n)|≤30°或330°≤|ψM(i)-ψM(n)|≤360°
其中i、n＝1…M，且i≠n，M＝100ms/Trm，Trm为磁航向更新周期，量纲ms；
如果离散量满足以上条件，则离散量检测通过，进入步骤6；
离散度不满足以上条件时，当前磁航向无效，返回步骤1。
步骤6：计算100ms磁航向均值；
如果当前100ms内的磁航向有效，累加各个磁航向，并平均每100ms平滑计算的磁航向取值范围[0,2π)；
如果则
步骤7：进行100ms磁航向均值范围检测
当相邻且连续的两拍有效的和(上一拍)满足以下条件，则磁航向信息100ms均值检测通过，进入步骤8：
否则当前磁航向无效，返回步骤1；
或
步骤8：载机角运动检测
当满足以下条件时，则设置磁航向有效，对外输出磁航向信息；否则当前磁航向无效，返回步骤1。：
和并且
其中分别为当前100ms内的惯性姿态系统输出的机体X、Y和Z角速率的平均值。
本发明的有益效果：
本发明提供的方法能够有效检测出载机磁环境、地理磁环境、飞机运动等干扰信号的对磁航向信号的影响，并能够依据惯性横滚，俯仰信号及罗差补偿信号对磁航向信号进行补偿，有效提高磁航向的精度。
附图说明：
图1是本发明总体实施步骤示意图。
图2是本发明连接示意图。
具体实施方式
本发明提供一种惯性航向姿态系统的磁航向信号补偿和检测方法，如图1、2所示，包括：
步骤1：采样并转换磁传感器485总线输出的三轴磁通分量Mx、My、Mz；
步骤2：对采样磁通量信号进行三轴磁通量综合检测，如果满足下式，则认为采样磁通量信号有效，进入步骤3；否则当前磁航向无效，返回步骤1；
步骤3：根据三轴磁通分量Mx、My、Mz和惯性姿态系统的俯仰θ、横滚γ信号计算磁传感器输出航向ψM0；
令MHX＝cosγ·Mx+sinγ·Mz
MHY＝cosθ·My+sinγ·sinθ·Mx-sinθ·cosγ·Mz
则ψM计算＝tg-1(-MHX/MHY)，ΨM计算取值范围(-π,+π]，ψM0的取值如下表所示。
ψM0取值表
其中：E2＝2.8×10-10；MHX,为磁通量X轴水平分量；MHY为磁通量Y轴水平分量；ΨM计算为磁航向的计算中间量；
步骤4：依据惯性姿态系统中存储的罗差标定参数A、B、C、D、E、F、G、修正航向△ψ和磁传感器输出航向ψM0计算罗差补偿量δ，并修正磁航向ΨM：
ψM＝ψM0-δ+△ψ
其中，罗差补偿量δ的计算如下：
δ＝A+B·sin(ψM0)+C·cos(ψM0)+D·sin(2ψM0)+E·cos(2ψM0)+F·sin(3ψM0)+G·cos(3ψM0)
步骤5：进行磁航向离散性检测，记录100ms内最少2个磁航向从小到大依次为ψM(1)……ψM(i)，离散度应满足以下条件：
0°≤|ψM(1)-ψM(n)|≤30°或330°≤|ψM(i)-ψM(n)|≤360°
其中i、n＝1…M，且i≠n，M＝100ms/Trm，Trm为磁航向更新周期，量纲ms；
如果离散量满足以上条件，则离散量检测通过，进入步骤6；
离散度不满足以上条件时，当前磁航向无效，返回步骤1。
步骤6：计算100ms磁航向均值；
如果当前100ms内的磁航向有效，累加各个磁航向，并平均每100ms平滑计算的磁航向取值范围[0,2π)；
如果则
步骤7：进行100ms磁航向均值范围检测
当相邻且连续的两拍有效的和(上一拍)满足以下条件，则磁航向信息100ms均值检测通过，进入步骤8：
否则当前磁航向无效，返回步骤1；
或
步骤8：载机角运动检测
当满足以下条件时，则设置磁航向有效，对外输出磁航向信息；否则当前磁航向无效，返回步骤1。：
和并且
其中分别为当前100ms内的惯性姿态系统输出的机体X、Y和Z角速率的平均值。

Claims (1)

1.一种惯性航向姿态系统的磁航向信号补偿和检测方法，其特征在于，包括：
步骤1：采样并转换磁传感器485总线输出的三轴磁通分量Mx、My、Mz；
步骤2：对采样磁通量信号进行三轴磁通量综合检测，如果满足下式，则认为采样磁通量信号有效，进入步骤3；否则当前磁航向无效，返回步骤1；
0.3 ≤ M x 2 + M y 2 + M z 2 ≤ 0.7 G a u s s ;
步骤3：根据三轴磁通分量Mx、My、Mz和惯性姿态系统的俯仰θ、横滚γ信号计算磁传感器输出航向ψM0；
令MHX＝cosγ·Mx+sinγ·Mz
MHY＝cosθ·My+sinγ·sinθ·Mx-sinθ·cosγ·Mz
则ψM计算＝tg-1(-MHX/MHY)，ΨM计算取值范围(-π,+π]，ψM0的取值如下表所示：
ψM0取值表
其中：E2＝2.8×10-10；MHX,为磁通量X轴水平分量；MHY为磁通量Y轴水平分量；ΨM计算为磁航向的计算中间量；
步骤4：依据惯性姿态系统中存储的罗差标定参数A、B、C、D、E、F、G、修正航向Δψ和磁传感器输出航向ψM0计算罗差补偿量δ，
并修正磁航向ΨM：
ψM＝ψM0-δ+Δψ
其中，罗差补偿量δ的计算如下：
δ＝A+B·sin(ψM0)+C·cos(ψM0)+D·sin(2ψM0)+E·cos(2ψM0)+F·sin(3ψM0)+G·cos(3ψM0)
步骤5：进行磁航向离散性检测，记录100ms内最少2个磁航向从小到大依次为ψM(1)……ψM(i)，离散度应满足以下条件：
0°≤|ψM(1)-ψM(n)|≤30°或330°≤|ψM(i)-ψM(n)|≤360°
其中i、n＝1…M，且i≠n，M＝100ms/Trm，Trm为磁航向更新周期，量纲ms；
如果离散量满足以上条件，则离散量检测通过，进入步骤6；
离散度不满足以上条件时，当前磁航向无效，返回步骤1；
步骤6：计算100ms磁航向均值；
如果当前100ms内的磁航向有效，累加各个磁航向，并平均每100ms平滑计算的磁航向取值范围[0,2π)；
ψ ‾ M = Σ n = 1 M ψ M ( n ) / M ;
如果则
步骤7：进行100ms磁航向均值范围检测
当相邻且连续的两拍有效的和满足以下条件，则磁航向信息100ms均值检测通过，进入步骤8：
否则当前磁航向无效，返回步骤1；
或
步骤8：载机角运动检测
当满足以下条件时，则设置磁航向有效，对外输出磁航向信息；否则当前磁航向无效，返回步骤1；
和并且
其中分别为当前100ms内的惯性姿态系统输出的机体X、Y和Z角速率的平均值。
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