CN110672127A - 阵列式mems磁传感器实时标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列式MEMS磁传感器实时标定方法。本发明一种阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,包括:获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理;将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;通过参数模型,设计自适应Kalman滤波算法,实现参数估计,标定过程采样点数为M,若k=M,则输出标定结果,完成阵列式MEMS磁传感器标定过程,若k<M,表示标定过程未完成,则重复上述步骤,直至标定过程结束,其中,k和M都是正整数。本发明的有益效果:(1)本发明采用统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型,具有减小测量噪声的优点;(2)本发明设计参数估计模型,具有实时估计未知参数并构造标定结果的优点。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS磁传感器领域,具体涉及一种阵列式MEMS磁传感器实时标定方法。
背景技术
MEMS磁传感器是MEMS惯性导航系统中常用的一种传感器,可以为MEMS惯性导航系统提供航向信息。由于存在硬铁和软铁干扰,影响航向测量准确度,因此在进行航向确定之前需要对MEMS磁传感器进行标定。
传统技术存在以下技术问题:
传统的MEMS磁传感器标定方法是基于代价函数最小化的解析方法,该方法易受MEMS磁传感器测量噪声的影响使得标定参数存在偏置误差,从而影响航向测量精度。为此,需要对测量噪声进行抑制,并通过参数估计等优化方法对标定参数进行估计,完成标定过程。
发明内容
为克服传统方法在测量噪声大的MEMS磁传感器标定过程中存在偏置误差的问题,采用一种阵列式MEMS磁传感器实时标定方法。在对阵列式MEMS磁传感器统一测量模型构造的基础上,通过构造参数模型、设计自适应Kalman滤波算法实现参数估计,完成标定过程。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,包括:
获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理;
将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;
建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;
通过参数模型,设计自适应Kalman滤波算法,实现参数估计,标定过程采样点数为M,若k=M,则输出标定结果,完成阵列式MEMS磁传感器标定过程,若k<M,表示标定过程未完成,则重复上述步骤,直至标定过程结束,其中,k和M都是正整数。
在其中一个实施例中,“获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理;”具体包括:
由MEMS磁传感器测量模型可知:
式中,表示MEMS磁传感器测量结果;Sf表示比例因子,Cno表示非正交矩阵,Csi表示软铁干扰误差,表示导航系到载体系的方向余弦矩阵,mn表示导航系下地磁场矢量,bhi表示硬铁干扰误差,bm表示偏置误差,ηm表示随机噪声;
当不考虑MEMS磁传感器存在位置变化时,MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
考虑阵列式MEMS磁传感器测量时,其测量模型可以表示为:
在其中一个实施例中,“将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;”具体包括:
阵列式MEMS磁传感器测量模型可知,对测量参数进行均值运算为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示地磁矢量在第i个磁传感器坐标系上的映射;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;参数可以用下式计算:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示第i个磁传感器测量结果;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;bi表示第i个磁传感器综合偏置误差;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;ηi表示第i个传感器随机噪声。
在其中一个实施例中,“建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;”具体包括:对阵列式MEMS磁传感器,在阵列中心定义一个载体坐标系b,此时每个MEMS磁传感器坐标系上的地磁场映射值与中心处的载体坐标系上的地磁场映射值之间的关系可以表示为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示载体坐标系到第i个MEMS磁传感器坐标系的方向余弦矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;
定义
由上面推导可知,统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
在其中一个实施例中,“通过参数模型,设计自适应Ka lman滤波算法,实现参数估计;”具体为:
对统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型进行变换之后可得:
对上式两边进行模值平方运算:
式中,mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵,可以由下式表示:
x=[x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9]T
H=[h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8 h9]
式中,xi(i=1…9)表示参数矢量的第i个元素;hi(i=1…9)表示参数矩阵的第i个元素;y表示量测;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在x轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在y轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在z轴上的分量;ν表示量测噪声;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;分别表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差均值在x、y、z轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;rij(i=1…3,j=1…3)表示矩阵中的第i行j列元素;
基于上述统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型构造的参数方程,可以构造自适应Kalman滤波参数估计算法:
式中,ek表示k时刻的残差;yk表示k时刻的量测;Hk表示k时刻的参数矩阵;表示k-1时刻的估计参数矢量;Λk表示k时刻的自适应量测噪声;Λk-1表示k-1时刻的自适应量测噪声;表示测量速度噪声的标准差;Kk表示k时刻的增益矩阵;Pk-1表示k-1时刻的误差协方差阵;表示k时刻的估计参数矢量;Pk表示k时刻的误差协方差阵;根据上述参数估计,结合参数解算,即可实现阵列式MEMS磁传感器统一量测模型下的参数标定。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如下步骤:获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理;
将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;
建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;
通过参数模型,设计自适应Kalman滤波算法,实现参数估计,标定过程采样点数为M,若k=M,则输出标定结果,完成阵列式MEMS磁传感器标定过程,若k<M,表示标定过程未完成,则重复上述步骤,直至标定过程结束,其中,k和M都是正整数。
在其中一个实施例中,“获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理;”具体包括:
由MEMS磁传感器测量模型可知:
式中,表示MEMS磁传感器测量结果;Sf表示比例因子,Cno表示非正交矩阵,Csi表示软铁干扰误差,表示导航系到载体系的方向余弦矩阵,mn表示导航系下地磁场矢量,bhi表示硬铁干扰误差,bm表示偏置误差,ηm表示随机噪声;
当不考虑MEMS磁传感器存在位置变化时,MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
考虑阵列式MEMS磁传感器测量时,其测量模型可以表示为:
在其中一个实施例中,“将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;”具体包括:
阵列式MEMS磁传感器测量模型可知,对测量参数进行均值运算为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示地磁矢量在第i个磁传感器坐标系上的映射;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;参数可以用下式计算:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示第i个磁传感器测量结果;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;bi表示第i个磁传感器综合偏置误差;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;ηi表示第i个传感器随机噪声。
在其中一个实施例中,“建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;”具体包括:对阵列式MEMS磁传感器,在阵列中心定义一个载体坐标系b,此时每个MEMS磁传感器坐标系上的地磁场映射值与中心处的载体坐标系上的地磁场映射值之间的关系可以表示为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示载体坐标系到第i个MEMS磁传感器坐标系的方向余弦矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;
定义
由上面推导可知,统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
在其中一个实施例中,设计自适应Ka lman滤波算法,实现参数估计;”具体为:
对统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型进行变换之后可得:
对上式两边进行模值平方运算:
式中,mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵,可以由下式表示:
x=[x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9]T
H=[h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8 h9]
式中,xi(i=1…9)表示参数矢量的第i个元素;hi(i=1…9)表示参数矩阵的第i个元素;y表示量测;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在x轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在y轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在z轴上的分量;ν表示量测噪声;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;分别表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差均值在x、y、z轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;rij(i=1…3,j=1…3)表示矩阵中的第i行j列元素;
基于上述统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型构造的参数方程,可以构造自适应Kalman滤波参数估计算法:
式中,ek表示k时刻的残差;yk表示k时刻的量测;Hk表示k时刻的参数矩阵;表示k-1时刻的估计参数矢量;Λk表示k时刻的自适应量测噪声;Λk-1表示k-1时刻的自适应量测噪声;表示测量速度噪声的标准差;Kk表示k时刻的增益矩阵;Pk-1表示k-1时刻的误差协方差阵;表示k时刻的估计参数矢量;Pk表示k时刻的误差协方差阵;根据上述参数估计,结合参数解算,即可实现阵列式MEMS磁传感器统一量测模型下的参数标定。
一种处理器,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行任一项所述的方法。
本发明的有益效果:
(1)本发明采用统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型,具有减小测量噪声的优点;
(2)本发明设计参数估计模型,具有实时估计未知参数并构造标定结果的优点;
(3)本发明采用自适应Kalman滤波算法,实现了实时参数估计;
附图说明
图1是本发明阵列式MEMS磁传感器实时标定方法的实时标定流程图。
图2是本发明阵列式MEMS磁传感器实时标定方法中的数据采集曲线图。
图3是本发明阵列式MEMS磁传感器实时标定方法中的阵列式MEMS磁传感器标定前后对比图。
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地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。
下面介绍本发明的一个具体应用场景:
本实施例将本发明提出的一种阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,通过Matlab仿真软件进行仿真验证,从而证明阵列式MEMS磁传感器标定结果的准确性。仿真硬件环境均为Intel(R)Core(TM)T9600 CPU 2.80GHz,4G RAM,Windows 7操作系统。如图2所示,为阵列式MEMS磁传感器数据采集曲线图,图示结果表明,阵列式MEMS磁传感器在测量磁场时具有统一性结果。图3是阵列式MEMS磁传感器标定前后对比图,从图中可以看出基于统一测量模型的阵列式MEMS磁传感器标定结果相较于传统单一磁传感器标定结果具有更高的准确性。利用参数模型估计方法,可以实现实时参数估计,从而实现实时标定过程。
本发明是一种阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,算法流程如图1所示,包括以下几个步骤:
步骤1:获取阵列式MEMS磁传感器数据并对数据进行预处理;
由MEMS磁传感器测量模型可知:
式中,表示MEMS磁传感器测量结果;Sf表示比例因子,Cno表示非正交矩阵,Csi表示软铁干扰误差,表示导航系到载体系的方向余弦矩阵,mn表示导航系下地磁场矢量,bhi表示硬铁干扰误差,bm表示偏置误差,ηm表示随机噪声;
当不考虑MEMS磁传感器存在位置变化时,MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
式中,表示MEMS磁传感器测量结果;C=SfCnoCsi表示综合变换误差矩阵;b=SfCnobhi+bm表示综合偏置误差;表示载体系下地磁场矢量;η=ηm表示随机噪声;
考虑阵列式MEMS磁传感器测量时,其测量模型可以表示为:
步骤2:多传感器数据均值运算;
阵列式MEMS磁传感器测量模型可知,对测量参数进行均值运算为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示地磁矢量在第i个磁传感器坐标系上的映射;b表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;参数可以用下式计算:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示第i个磁传感器测量结果;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;bi表示第i个磁传感器综合偏置误差;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;ηi表示第i个传感器随机噪声;
步骤3:建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;
对阵列式MEMS磁传感器,在阵列中心定义一个载体坐标系b,此时每个MEMS磁传感器坐标系上的地磁场映射值与中心处的载体坐标系上的地磁场映射值之间的关系可以表示为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示载体坐标系到第i个MEMS磁传感器坐标系的方向余弦矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;
定义
由上面推导可知,统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
步骤4:通过参数模型,设计自适应Kalman滤波算法,实现参数估计;
对统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型进行变换之后可得:
对上式两边进行模值平方运算:
式中,mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵,可以由下式表示:
式中,表示综合变换误差均值矩阵;T表示矩阵转置运算;
x=[x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9]T
H=[h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8 h9]
式中,xi(i=1…9)表示参数矢量的第i个元素;hi(i=1…9)表示参数矩阵的第i个元素;y表示量测;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在x轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在y轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在z轴上的分量;ν表示量测噪声;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;分别表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差均值在x、y、z轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;rij(i=1…3,j=1…3)表示矩阵中的第i行j列元素;
基于上述统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型构造的参数方程,可以构造自适应Kalman滤波参数估计算法:
式中,ek表示k时刻的残差;yk表示k时刻的量测;Hk表示k时刻的参数矩阵;表示k-1时刻的估计参数矢量;Λk表示k时刻的自适应量测噪声;Λk-1表示k-1时刻的自适应量测噪声;表示测量速度噪声的标准差;Kk表示k时刻的增益矩阵;Pk-1表示k-1时刻的误差协方差阵;表示k时刻的估计参数矢量;Pk表示k时刻的误差协方差阵;根据上述参数估计,结合参数解算,即可实现阵列式MEMS磁传感器统一量测模型下的参数标定;
对本发明的有益效果说明如下:
MATLAB仿真实验,在以下的仿真条件下,对该方法进行仿真实验:
阵列式MEMS磁传感器个数为N=32;阵列式MEMS磁传感器综合变换误差矩阵Ci=[0.7 -0.8 0.4;1.1 0.3 -0.1;-0.3 0.6 0.7],地磁场强度为||mb||=491.682mG,磁偏角为-5.9°(北偏东为正),磁倾角为47.5°(朝下为正);阵列式MEMS磁传感器之间的安装误差角为标准差为0.1°的随机数,设定每个传感器的偏置误差为标准差为1的随机数,设定测量噪声标准差为0.003;标定过程中,载体系姿态变化为:θk=20°sin(20πk/N)、ψk=360°k/N;输出频率为50Hz;标定采样点数为:M=300。
以上所述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)
1.一种阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,其特征在于,包括:
获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理。
将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;
建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;
通过参数模型,设计自适应Kalman滤波算法,实现参数估计,标定过程采样点数为M,若k=M,则输出标定结果,完成阵列式MEMS磁传感器标定过程,若k<M,表示标定过程未完成,则重复上述步骤,直至标定过程结束,其中,k和M都是正整数。
2.如权利要求1所述的阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,其特征在于,“获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理;”具体包括:
由MEMS磁传感器测量模型可知:
式中,表示MEMS磁传感器测量结果;Sf表示比例因子,Cno表示非正交矩阵,Csi表示软铁干扰误差,表示导航系到载体系的方向余弦矩阵,mn表示导航系下地磁场矢量,bhi表示硬铁干扰误差,bm表示偏置误差,ηm表示随机噪声;
当不考虑MEMS磁传感器存在位置变化时,MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
考虑阵列式MEMS磁传感器测量时,其测量模型可以表示为:
3.如权利要求1所述的阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,其特征在于,“将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;”具体包括:
阵列式MEMS磁传感器测量模型可知,对测量参数进行均值运算为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示地磁矢量在第i个磁传感器坐标系上的映射;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;参数可以用下式计算:
4.如权利要求1所述的阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,其特征在于,“建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;”具体包括:对阵列式MEMS磁传感器,在阵列中心定义一个载体坐标系b,此时每个MEMS磁传感器坐标系上的地磁场映射值与中心处的载体坐标系上的地磁场映射值之间的关系可以表示为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示载体坐标系到第i个MEMS磁传感器坐标系的方向余弦矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;
定义
由上面推导可知,统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
5.如权利要求1所述的阵列式MEMS磁传感器实时标定方法,其特征在于,“通过参数模型,设计自适应Kalman滤波算法,实现参数估计;”具体为:
对统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型进行变换之后可得:
对上式两边进行模值平方运算:
式中,mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵,可以由下式表示:
式中,表示综合变换误差均值矩阵;T表示矩阵转置运算;
x=[x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9]T
H=[h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8 h9]
式中,xi(i=1…9)表示参数矢量的第i个元素;hi(i=1…9)表示参数矩阵的第i个元素;y表示量测;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在x轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在y轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在z轴上的分量;ν表示量测噪声;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;分别表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差均值在x、y、z轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;rij(i=1…3,j=1…3)表示矩阵中的第i行j列元素;
基于上述统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型构造的参数方程,可以构造自适应Kalman滤波参数估计算法:
6.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如下步骤:获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理;
将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;
建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;
通过参数模型,设计自适应Kalman滤波算法,实现参数估计,标定过程采样点数为M,若k=M,则输出标定结果,完成阵列式MEMS磁传感器标定过程,若k<M,表示标定过程未完成,则重复上述步骤,直至标定过程结束,其中,k和M都是正整数。
7.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质,其特征在于,“获取阵列MEMS磁传感器实时数据并进行预处理;”具体包括:
由MEMS磁传感器测量模型可知:
式中,表示MEMS磁传感器测量结果;Sf表示比例因子,Cno表示非正交矩阵,Csi表示软铁干扰误差,表示导航系到载体系的方向余弦矩阵,mn表示导航系下地磁场矢量,bhi表示硬铁干扰误差,bm表示偏置误差,ηm表示随机噪声;
当不考虑MEMS磁传感器存在位置变化时,MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
考虑阵列式MEMS磁传感器测量时,其测量模型可以表示为:
式中,表示第i个磁传感器测量结果;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示地磁矢量在第i个磁传感器坐标系上的映射;bi表示第i个磁传感器综合偏置误差;ηi表示第i个传感器随机噪声。
8.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质,其特征在于,“将阵列式MEMS磁传感器数据进行均值运算;”具体包括:
阵列式MEMS磁传感器测量模型可知,对测量参数进行均值运算为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示地磁矢量在第i个磁传感器坐标系上的映射;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;参数可以用下式计算:
9.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质,其特征在于,“建立统一的阵列式MEMS磁传感器标定模型;”具体包括:对阵列式MEMS磁传感器,在阵列中心定义一个载体坐标系b,此时每个MEMS磁传感器坐标系上的地磁场映射值与中心处的载体坐标系上的地磁场映射值之间的关系可以表示为:
式中,表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;N表示构成阵列式MEMS磁传感器的个数;Ci表示第i个磁传感器综合变换误差矩阵;表示载体坐标系到第i个MEMS磁传感器坐标系的方向余弦矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;
定义
由上面推导可知,统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型可以表示为:
10.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质,其特征在于,“通过参数模型,设计自适应Kalman滤波算法,实现参数估计;”具体为:
对统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型进行变换之后可得:
对上式两边进行模值平方运算:
式中,mb表示载体系下地磁场矢量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵,可以由下式表示:
式中,表示综合变换误差均值矩阵;T表示矩阵转置运算;
x=[x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9]T
H=[h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8 h9]
式中,xi(i=1…9)表示参数矢量的第i个元素;hi(i=1…9)表示参数矩阵的第i个元素;y表示量测;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在x轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在y轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值在z轴上的分量;ν表示量测噪声;表示阵列式MEMS磁传感器测量均值;表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差的均值;分别表示阵列式MEMS磁传感器综合偏置误差均值在x、y、z轴上的分量;表示阵列式MEMS磁传感器随机噪声均值;R表示由综合变换误差均值矩阵构造的中间矩阵;mb表示载体系下地磁场矢量;rij(i=1…3,j=1…3)表示矩阵中的第i行j列元素;
基于上述统一的阵列式MEMS磁传感器测量模型构造的参数方程,可以构造自适应Kalman滤波参数估计算法:
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