RU2503923C1 - Method to calibrate magnetic compass of pedestrian - Google Patents

Method to calibrate magnetic compass of pedestrian Download PDF

Info

Publication number
RU2503923C1
RU2503923C1 RU2012132956/28A RU2012132956A RU2503923C1 RU 2503923 C1 RU2503923 C1 RU 2503923C1 RU 2012132956/28 A RU2012132956/28 A RU 2012132956/28A RU 2012132956 A RU2012132956 A RU 2012132956A RU 2503923 C1 RU2503923 C1 RU 2503923C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pedestrian
section
magnetic
navigation system
calibration
Prior art date
Application number
RU2012132956/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Юрьевич Каплин
Юрий Борисович Гомон
Галина Георгиевна Калинина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Радиоавионика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Радиоавионика" filed Critical Открытое акционерное общество "Радиоавионика"
Priority to RU2012132956/28A priority Critical patent/RU2503923C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2503923C1 publication Critical patent/RU2503923C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: in environs of pedestrian activity they select and mark a L-shaped route of calibration, made in the form of two horizontal rectilinear orthogonal sections, in the first section they provide for good accuracy of positioning for a global navigation system. During calibration the pedestrian moves in direct and reverse direction in each section of the route, they calculate magnetic azimuths Am of pedestrian movement by a magnetic compass, they calculate true azimuths of sections Au: in the first section by signals of the global navigation system, and in the second one - according to its orthogonality to the first section, they calculate differences of the specified magnetic and true azimuths ΔA=AMAU during movement in each section of the route, they approximate these differences with a function
Figure 00000011
which is used during time of pedestrian work for production of the true azimuth
Figure 00000012
of its movement.
EFFECT: increased accuracy.
4 dwg

Description

Заявляемый способ калибровки магнитного компаса (МК) пешехода относится к способам построения устройств, предназначенных для калибровки МК, используемых на подвижных объектах. Способ может быть использован, преимущественно, для оперативной калибровки автономной навигационной системы пешехода с целью повышения точности определения азимута передвижения при отсутствии сигналов глобальных навигационных систем (ГНС).The inventive method of calibrating a magnetic compass (MK) of a pedestrian relates to methods for constructing devices for calibrating MK used on moving objects. The method can be used mainly for on-line calibration of a pedestrian’s autonomous navigation system in order to increase the accuracy of determining the bearing azimuth in the absence of signals from global navigation systems (GNS).

Известно, что для определения азимута передвижения пешехода могут использоваться ГНС, сигналы которых, однако, не всегда доступны из-за особенностей местоположения пешехода (горы, леса, здания и т.п.). Альтернативой ГНС в этом случае могут служить инерциальные навигационные системы, основной составной частью которых является МК. Идеальным является случай, когда магнитометр имеет одинаковую чувствительность по горизонтальным осям, фиг.1, а достижение этой цели обычно называют калибровкой. В заявляемом способе понятие калибровки рассматривают шире и объединяют с устранением девиации МК.It is known that GNS can be used to determine the azimuth of pedestrian movement, whose signals, however, are not always available due to the peculiarities of the location of the pedestrian (mountains, forests, buildings, etc.). Inertial navigation systems, the main component of which is MK, can serve as an alternative to GNS in this case. The ideal case is when the magnetometer has the same sensitivity along the horizontal axes, figure 1, and the achievement of this goal is usually called calibration. In the inventive method, the concept of calibration is considered broader and combined with the elimination of deviation MK.

Точность навигационных измерений при помощи магнитометров связана с искажениями магнитного поля и/или условий его измерения, связанными с:The accuracy of navigation measurements using magnetometers is associated with distortions of the magnetic field and / or the conditions of its measurement associated with:

1. Несовпадением магнитной оси Земли с осью ее вращения.1. The mismatch of the Earth’s magnetic axis with the axis of its rotation.

2. Локальными магнитными аномалиями территории природного и техногенного происхождения.2. Local magnetic anomalies of the territory of natural and technogenic origin.

3. Девиацией магнитного поля Земли (МПЗ) под действием металлических предметов, входящих в экипировку пешехода.3. The deviation of the Earth's magnetic field (MPZ) under the influence of metal objects included in the equipment of a pedestrian.

4. Влиянием особенностей динамики движения конкретного пешехода на положение нестабилизированной измерительной платформы с МК.4. The influence of the dynamics of a particular pedestrian on the position of an unstabilized measuring platform with MK.

Искажения МПЗ проявляются в неправильном определении азимута движения, который вычисляется как:The distortions of the MPZ are manifested in the incorrect determination of the azimuth of motion, which is calculated as:

Ψ=arctg(Hy/Hx),Ψ = arctan (H y / H x ),

где Ну и Нх - горизонтальные составляющие МПЗ, в расчете которых учтен возможный наклон измерительной платформы МК.where N y and N x are the horizontal components of the MPZ, the calculation of which takes into account the possible slope of the measuring platform MK.

Искажения МПЗ принято разделять на HARD и SOFT - искажения.Distortions of the MPZ are usually divided into HARD and SOFT - distortions.

К первым, фиг.lb, относятся искажения, обусловленные аддитивной суммой вида:The first, fig.lb, include distortions due to the additive sum of the form:

Ну=sin*A±B или Hx=cos*A±C,H y = sin * A ± B or H x = cos * A ± C,

где А - истинный азимут движения, а В и С - искажения местного МПЗ, приводящие к сдвигу центра окружности, описываемой графиком диаграммы чувствительности (Ну, Нх), относительно начала координат.where A is the true azimuth of motion, and B and C are the distortions of the local MPZ, leading to a shift in the center of the circle described by the sensitivity diagram (H y , H x ) relative to the origin.

SOFT искажения, фиг.1с, описываются выражениями: SOFT distortion, figs, are described by the expressions:

Ну=D*sinA, D<1 илиH y = D * sinA, D <1 or

Figure 00000001
Figure 00000001

что может относиться и к Нх-компоненте МПЗ, причем эти искажения могут проявляться в различных сочетаниях. Графически указанные искажения проявляются в том, что вместо окружности график (Ну, Нх) становится эллипсом, который при Е=0 расположен строго горизонтально или вертикально - в зависимости от того, на какой из компонент МПЗ присутствует искажение D<1. При Е≠0 эллипс наклоняется. Направление наклона определяется знаком погрешности Е.which may apply to the H x component of the MPZ, and these distortions can manifest themselves in various combinations. The graphically indicated distortions are manifested in the fact that instead of a circle, the graph (H y , H x ) becomes an ellipse, which at E = 0 is located strictly horizontally or vertically - depending on which of the components of the MPS there is a distortion D <1. At E ≠ 0, the ellipse tilts. The direction of inclination is determined by the error sign E.

Установлено, что погрешности типа Hard описываются в виде одного периода, а - типа Soft - двух периодов гармонического колебания на всем интервале определения азимута (0-360 град).It is established that errors of the Hard type are described in the form of one period, and - of the Soft type - of two periods of harmonic oscillation over the entire azimuth determination interval (0-360 degrees).

Присутствие обеих погрешностей приводит к суммированию этих гармонических функций с различными начальными фазами и амплитудами. Более того, как показал опыт моделирования, для точной аппроксимации суммы Hard и Soft погрешностей иногда следует привлекать и гармоники с периодами, равными 1/2 и 1/4 от периода основной частоты.The presence of both errors leads to the summation of these harmonic functions with different initial phases and amplitudes. Moreover, as the modeling experience has shown, for accurate approximation of the sum of Hard and Soft errors, sometimes harmonics with periods equal to 1/2 and 1/4 of the period of the fundamental frequency should also be used.

Известен способ калибровки МК пешехода для прибора HMR3400 фирмы Honeywell [1], стр.4, заключающийся в том, что постоянно измеряют компоненты МПЗ трехосным магнитометром при медленном вращении МК в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси. Данный способ позволяет привести диаграмму чувствительности МК к круговой форме.There is a method of calibrating a pedestrian MK for the Honeywell HMR3400 device [1], p. 4, which consists in the fact that the components of the magnetic field are constantly measured by a triaxial magnetometer when the MK rotates slowly in a horizontal plane around a vertical axis. This method allows you to bring the sensitivity diagram of MK to a circular shape.

Аналогичные способы калибровки МК применяются в навигаторах бытового назначения, к которым, как правило, не предъявляется высоких требований по точности.Similar MK calibration methods are used in domestic navigators, which, as a rule, do not have high accuracy requirements.

Недостатком такого способа является низкая точность, связанная с тем, что не учитываются пп.3, 4 перечня искажений магнитного поля, приведенного выше. Кроме того, при плоском вращении МК не устраняются погрешности, описываемые выражением (1) при Е≠0, и не устраняется девиация МК.The disadvantage of this method is the low accuracy associated with the fact that paragraphs 3, 4 of the list of distortions of the magnetic field above are not taken into account. In addition, with plane rotation of the MC, the errors described by expression (1) at E ≠ 0 are not eliminated, and the deviation of the MC is not eliminated.

Известен способ калибровки МК пешехода [2], заключающийся в том, что измеряют сигналы всех осей МК при его медленном вращении вокруг вертикальной оси по конусной поверхности, так, чтобы все оси МК изменяли свое положение. При этом появляется дополнительная (по сравнению с предыдущим случаем) возможность учета наклонов измерительной платформы и использования полученных данных для калибровки. В остальном недостатки данного способа совпадают с предыдущим вариантом.A known method of calibrating a pedestrian MK [2], which consists in measuring the signals of all MK axes when it rotates slowly around a vertical axis along a conical surface, so that all MK axes change their position. In this case, an additional (in comparison with the previous case) possibility of taking into account the slopes of the measuring platform and using the obtained data for calibration appears. Otherwise, the disadvantages of this method coincide with the previous option.

Известен также способ калибровки МК пешехода [3], заключающийся в измерении сигналов трехосных МК и акселерометров с вычислением матрицы компенсационных коэффициентов. Акселерометры (инклинометры) позволяют определить текущее положение измерительной платформы в статическом положении или при медленных наклонах измерительной платформы с МК, пересчитать с использованием указанной матрицы показания магнитометров и вычислить азимут.There is also a method of calibration of pedestrian MK [3], which consists in measuring the signals of triaxial MK and accelerometers with the calculation of the matrix of compensation coefficients. Accelerometers (inclinometers) allow you to determine the current position of the measuring platform in a static position or at slow inclinations of the measuring platform with MK, recalculate using the indicated matrix the readings of the magnetometers and calculate the azimuth.

Недостатком данного способа является низкая точность в случае, когда носителем платформы является человек. Сложный и персональный характер динамики изменения положения тела человека (платформы с магнитометром) во время ходьбы делает решение задачи виртуальной стабилизации платформы при помощи акселерометров крайне затруднительным. А найденный азимут оказывается неточным.The disadvantage of this method is the low accuracy in the case when the carrier of the platform is a person. The complex and personal nature of the dynamics of changes in the position of the human body (platform with a magnetometer) while walking makes solving the problem of virtual stabilization of the platform using accelerometers extremely difficult. And the found azimuth is inaccurate.

Наиболее близким к заявляемому способу калибровки магнитного компаса является [4], заключающийся в том, что постоянно измеряют сигналы всех осей МК, а также его положение с использованием аппаратуры потребителя ГНС, вычисляют магнитный Ам и истинный Au азимуты передвижения подвижного объекта. Рассогласование между ними (составляющее сумму девиации МК и влияния Hard и Soft погрешностей) используется для коррекции показаний МК и для вычисления набора неизвестных параметров (углов наклона измерительной платформы и параметров Soft и Hard погрешностей), при этом применяются данные о координатах подвижного объекта. Способ предназначен для использования на транспортных средствах и представляет собой способ постоянного уточнения МК по данным ГНС, т.е. калибровки МК в процессе работы.The closest to the claimed method of calibrating a magnetic compass is [4], which consists in the fact that the signals of all MK axes are constantly measured, as well as its position using GNS consumer equipment, magnetic A m and true A u azimuths of the moving object are calculated. The mismatch between them (which is the sum of the MK deviation and the influence of Hard and Soft errors) is used to correct MK readings and to calculate a set of unknown parameters (tilt angles of the measuring platform and Soft and Hard errors), using data on the coordinates of the moving object. The method is intended for use on vehicles and is a way to constantly refine MK according to the STS, i.e. MK calibration during operation.

Недостатком такого способа является его низкая точность, особенно при калибровке МК, используемого при движении пешехода, поскольку:The disadvantage of this method is its low accuracy, especially when calibrating the MK used when moving a pedestrian, because:

- определение разности между магнитным и истинным азимутами в процессе работы подвижного объекта позволяет в последующем учесть указанную разность, однако, не позволяет скомпенсировать Soft составляющую ошибки, т.е. для полноценной калибровки МК требуется специальная процедура;- determination of the difference between the magnetic and true azimuths during the operation of the moving object allows you to subsequently take into account the specified difference, however, does not allow you to compensate for the Soft component of the error, i.e. for a full calibration of the MK requires a special procedure;

- функции чувствительности, применяемые в способе [4], могут быть использованы только в зоне относительно малых значений определяемых неизвестных;- the sensitivity functions used in the method [4], can only be used in the zone of relatively small values of the determined unknowns;

- способ предполагает, что в зоне выборки определяемые параметры постоянны, что для пешехода не характерно даже на интервале менее секунды, в особенности это относится к углам наклона платформы, а поскольку период поступления данных от ГНС составляет одну секунду, то неизбежны дополнительные погрешности в определении поправки на азимут.- the method assumes that the determined parameters in the sampling zone are constant, which is not typical for the pedestrian even at an interval of less than a second, especially with regard to the tilt angles of the platform, and since the period of receipt of data from the STS is one second, additional errors in determining the correction are inevitable in azimuth.

Задачей, решаемой заявляемым способом, является повышение точности оперативной калибровки автономной навигационной системы пешехода. Заявляемый способ позволяет в определенной степени учесть большинство из перечисленных выше источников погрешностей измерения магнитного поля.The problem solved by the claimed method is to increase the accuracy of the operational calibration of the pedestrian’s autonomous navigation system. The inventive method allows to some extent take into account most of the above sources of measurement errors of the magnetic field.

Для решения поставленной задачи в способе калибровки магнитного компаса пешехода, заключающемся в том, что постоянно измеряют сигналы всех осей магнитного компаса, а также его положение с использованием аппаратуры потребителя глобальной навигационной системы, магнитный компас и аппаратуру потребителя глобальной навигационной системы размещают на конкретном пешеходе, оснащенном всем необходимым снаряжением для работы, в окрестности области деятельности пешехода выбирают и размечают Г-образную трассу калибровки, в виде двух горизонтальных, прямолинейных, ортогональных участков, по первому участку обеспечивают хорошую точность позиционирования для глобальной навигационной системы, при калибровке указанный пешеход перемещается в прямом и обратном направлении по каждому участку трассы, рассчитывают магнитные азимуты Ам перемещения пешехода по магнитному компасу, вычисляют истинные азимуты участков Au: на первом участке по сигналам глобальной навигационной системы, а на втором - по его ортогональности первому участку, вычисляют разности указанных магнитных и истинных азимутов ΔА=Ам-Au, при движении на каждом из участков трассы, аппроксимируют эти разности функцией

Figure 00000002
, которую используют во время работы пешехода для получения истинного азимута
Figure 00000003
его движения при отсутствии данных глобальной навигационной системы путем соответствующей коррекции измерений магнитного компаса.To solve the problem in the method of calibrating a pedestrian’s magnetic compass, which consists in constantly measuring the signals of all the axes of the magnetic compass, as well as its position using the consumer’s equipment of the global navigation system, the magnetic compass and consumer equipment of the global navigation system are placed on a specific pedestrian equipped with all necessary equipment for work, in the vicinity of the pedestrian's area of activity, a L-shaped calibration track is selected and marked out, in the form of two horizons In the first section, they provide good positioning accuracy for the global navigation system, during calibration, the indicated pedestrian moves forward and backward along each section of the route, magnetic azimuths A m of pedestrian travel along the magnetic compass are calculated, the true azimuths of sections A are calculated u : in the first section, according to the signals of the global navigation system, and in the second, according to its orthogonality to the first section, the differences of the indicated magnetic and azimuths ΔA = A m -A u , when moving on each of the sections of the route, approximate these differences by the function
Figure 00000002
which is used during pedestrian work to obtain true azimuth
Figure 00000003
its movement in the absence of data from the global navigation system by appropriate correction of the measurements of the magnetic compass.

Существенными отличиями заявляемого способа от прототипа являются следующие решения.Significant differences of the proposed method from the prototype are the following solutions.

Магнитный компас и аппаратуру потребителя ГНС размешают на конкретном пешеходе, который имеет определенный рост, манеру ходьбы и т.п., что позволяет учесть индивидуальные свойства пешехода при калибровке.The magnetic compass and GNS consumer equipment are placed on a specific pedestrian who has a certain height, walking style, etc., which allows you to take into account the individual properties of the pedestrian during calibration.

В прототипе индивидуальные особенности пешехода не рассматриваются.In the prototype, the individual characteristics of the pedestrian are not considered.

Калибровка производится пешеходом, оснащенным всем необходимым снаряжением для работы. Наличие металлических предметов и их расположение по отношению к измерительной аппаратуре в экипировке пешехода способно существенно изменить распределение окружающего магнитного поля.Calibration is done by a pedestrian equipped with all the necessary equipment for work. The presence of metal objects and their location with respect to measuring equipment in the equipment of a pedestrian can significantly change the distribution of the surrounding magnetic field.

В прототипе влияние экипировки пешехода не рассматривается.In the prototype, the effect of pedestrian equipment is not considered.

Калибровку производят в окрестности области деятельности пешехода, что позволяет учесть влияние местных магнитных аномалий.Calibration is performed in the vicinity of the pedestrian's area of activity, which allows you to take into account the influence of local magnetic anomalies.

В прототипе вопрос локализации калибровки не рассматривается.In the prototype, the issue of calibration localization is not considered.

Форма траектории калибровки в виде Г-образной трассы, состоящей из двух горизонтальных прямолинейных ортогональных участков, обеспечивает достаточно простой, оперативный выбор участка калибровки в полевых условиях. Первый участок должен иметь хорошую точность позиционирования для ГНС. Второй участок должен быть размечен геометрически относительно первого под углом 90° с помощью доступных средств измерения.The shape of the calibration trajectory in the form of a L-shaped trace, consisting of two horizontal rectilinear orthogonal sections, provides a fairly simple, quick selection of the calibration section in the field. The first section should have good positioning accuracy for GNS. The second section should be marked geometrically relative to the first at an angle of 90 ° using available measuring instruments.

В прототипе уточнение показаний МК по данным ГНС производится в процессе работы подвижного объекта. Аналогичное действие может производиться и в заявляемом устройстве, но это не заменяет специальной процедуры калибровки на размеченной трассе.In the prototype, the refinement of the testimony of MK according to the STS is made in the process of the moving object. A similar action can be performed in the inventive device, but this does not replace the special calibration procedure on the marked track.

При калибровке указанный пешеход перемещается в прямом и обратном направлении по каждому участку трассы. Такой подход позволяет создать ортогональный базис калибровки, в котором легко определяются основные векторы измерений.During calibration, the indicated pedestrian moves forward and backward along each section of the route. This approach allows you to create an orthogonal calibration basis, in which the main measurement vectors are easily determined.

В прототипе постоянное сравнение магнитных Ам и истинных Au (по данным ГНС) азимутов не позволяет получить такой базис.In the prototype, a constant comparison of magnetic A m and true A u (according to the GNS) azimuths does not allow to obtain such a basis.

Аппроксимация разности ΔА=Ам-Au магнитных азимутов Ам и истинных азимутов участков Au позволяет получить аналитическую зависимость

Figure 00000002
- интегральной магнитной невязки, вызванной различными источниками по отношению к истинным значениям азимута Au. В качестве аппроксимирующей функции могут использоваться гармонические функции, сплайны и другие функции. Аппроксимация гармоническими функциями, при которой требуется выбрать фазу и амплитуду каждой гармоники, является достаточно трудоемкой задачей. При аппроксимации сплайнами вычислительные проблемы сокращаются, а результирующая функция хорошо согласуется с физикой рассматриваемых явлений.The approximation of the difference ΔA = A m -A u of the magnetic azimuths A m and the true azimuths of the sections A u allows us to obtain the analytical dependence
Figure 00000002
- integral magnetic residual caused by various sources with respect to the true values of the azimuth A u . As an approximating function, harmonic functions, splines, and other functions can be used. The approximation by harmonic functions, in which it is required to choose the phase and amplitude of each harmonic, is a rather time-consuming task. When approximating by splines, computational problems are reduced, and the resulting function is in good agreement with the physics of the phenomena under consideration.

В прототипе производится аппроксимация методом наименьших квадратов разности между модельной и измеренной составляющей вектора магнитного поля Земли. Используемая модель существенно менее точна по сравнению с предлагаемой в заявляемом способе.In the prototype, the least squares approximation is made of the difference between the model and the measured component of the Earth’s magnetic field vector. The model used is significantly less accurate compared to that proposed in the claimed method.

Заявляемый способ иллюстрируют следующие графические материалы:The inventive method is illustrated by the following graphic materials:

Фиг.1 - диаграмма чувствительности магнитного компаса, где:Figure 1 is a sensitivity diagram of a magnetic compass, where:

a) отсутствие искажений;a) lack of distortion;

b) Hard искажения;b) Hard distortion;

c) Soft искажения;c) Soft distortion;

Нх, Ну - горизонтальные составляющие магнитного поля, вычисленные с учетом наклона измерительной платформы с МК.N x , N y - horizontal components of the magnetic field, calculated taking into account the slope of the measuring platform with MK.

Фиг.2 - трасса калибровки, где:Figure 2 - calibration track, where:

OL и ОМ - участки Г-образной трассы, N - направление на истинный север.OL and OM are the sections of the L-shaped track, N is the direction to the true north.

Фиг.3 - графики:Figure 3 - graphs:

- значения ошибки ΔА=Ам-Au для каждого участка;- error values ΔA = A m -A u for each section;

- аппроксимирующая функция

Figure 00000002
.- approximating function
Figure 00000002
.

Фиг.4 - устройство калибровки МК, где:Figure 4 - calibration device MK, where:

1 - магнитометры;1 - magnetometers;

2 - устройство сопряжения;2 - interface device;

3 - аппаратура потребителя ГНС;3 - equipment consumer GNS;

4 - компьютерный блок.4 - computer unit.

Магнитометры 1 предназначены для измерения компонентов магнитного поля. Такие магнитометры, как правило, встроены в плату автономной навигации.Magnetometers 1 are designed to measure the components of the magnetic field. Such magnetometers are usually integrated in the autonomous navigation board.

Устройство сопряжения 2 предназначено для приема сигналов магнитометров, их усиления, преобразования в цифровую форму и передачи в компьютерный блок 4.The interface device 2 is intended for receiving signals of magnetometers, their amplification, conversion to digital form and transmission to a computer unit 4.

Аппаратура потребителя ГНС 3 предназначена для получения координат пешехода (измерительной платформы). Аппаратура потребителя содержит собственный компьютерный блок, который на фиг.4 не показан.GNS 3 consumer equipment is designed to obtain the coordinates of a pedestrian (measuring platform). The consumer equipment contains its own computer unit, which is not shown in Fig. 4.

Компьютерный блок 4 предназначен для обработки результатов измерений и вычисления поправок, необходимых для вычисления. Компьютерный блок может быть реализован на микроконтроллере.Computer unit 4 is designed to process the measurement results and calculate the corrections necessary for the calculation. The computer unit can be implemented on a microcontroller.

Рассмотрим возможность реализации заявляемого способа калибровки МК пешехода.Consider the possibility of implementing the proposed method for calibrating a pedestrian MK.

Перед началом калибровки на пешеходе, которому предстоит работать в интересующей зоне, размещают измерительную платформу, содержащую МК и аппаратуру потребителя ГНС, а также все необходимое снаряжение для работы пешехода по назначению. Обычный пешеход имеет в составе своего оснащения ограниченный состав предметов, способных повлиять на МПЗ. Военнослужащие, сотрудники чрезвычайных служб могут носить значительное количество разнообразного оружия и инструментов, способных оказать существенное влияние на МПЗ, поэтому калибровка производится при полной экипировке пешехода.Before starting calibration, a pedestrian who is to work in the zone of interest is equipped with a measuring platform containing MK and GNS consumer equipment, as well as all the necessary equipment for the pedestrian to work as intended. An ordinary pedestrian has as part of his equipment a limited composition of objects that can affect the MPZ. Military personnel, emergency personnel can carry a significant amount of a variety of weapons and tools that can have a significant impact on the MPZ, so calibration is carried out with a full outfit of a pedestrian.

В окрестности предполагаемых действий пешехода могут быть местные аномалии МПЗ, поэтому калибровку следует производить именно там. Оперативный характер работ не позволяет выбрать и разметить трассу калибровки с множеством азимутов, хотя это могло бы повысить точность калибровки. В таких условиях выбирают Г-образный участок, фиг.2, содержащий два ортогональных участка OL и ОМ. Для первого участка калибровки OL, фиг.2, как правило, можно найти горизонтальный прямолинейный участок, на котором обеспечена хорошая точность позиционирования с помощью ГНС. Таким участком может быть дорога, тропинка, поле и т.п. В рассматриваемом примере участок OL имеет угол 3° с направлением на север. Второй участок ОМ, фиг.2, должен быть ортогонален первому. Его разметка может быть выполнена любыми топографическими измерительными средствами. При передвижении по размеченным участкам калибровки пешеход двигается более прямолинейно, чем это показывают средства измерения МПЗ и ГНС. Эксперименты показали, что для удовлетворительной точности протяженность участков калибровки должна составлять 70-90 метров.In the vicinity of the proposed pedestrian actions there may be local anomalies of the MPZ, so calibration should be done there. The operational nature of the work does not allow you to select and mark the calibration route with many azimuths, although this could increase the accuracy of the calibration. Under such conditions, a L-shaped section is selected, FIG. 2, containing two orthogonal sections OL and OM. For the first calibration section OL, figure 2, as a rule, you can find a horizontal rectilinear section, which provides good positioning accuracy using GNS. Such a site may be a road, path, field, etc. In this example, the OL section has an angle of 3 ° with a northward direction. The second section OM, figure 2, should be orthogonal to the first. Its marking can be performed by any topographic measuring means. When moving along marked areas of calibration, a pedestrian moves more rectilinearly than the means of measuring MPZ and GNS show. The experiments showed that for satisfactory accuracy the length of the calibration sections should be 70-90 meters.

Калибровка осуществляется путем перемещения пешехода последовательно по участкам OL, LO, ОМ и МО. Этим направлениям на фиг.3 соответствуют абсциссы 3°, 183°, 93°, 183°. На каждом из участков производятся многократные измерения компонент магнитного поля трехосными магнитометрами 1, фиг.4, которые усиливаются, преобразуются в цифровую форму в устройстве сопряжения 2 и вводятся в компьютерный блок 4. Для каждого из участков калибровки рассчитывают средние магнитные азимуты Aм перемещения пешехода по МК. На магнитные измерения оказывают влияние все перечисленные выше факторы, так что среднее значение магнитного азимута является их интегральной оценкой. На участке OL (LO) многократно измеряют координаты местоположения пешехода с использованием аппаратуры потребителя ГНС 3, которые также вводятся в компьютерный блок 4. На основе полученных данных ГНС в компьютерном блоке 4 вычисляют истинный азимут Au участка OL (LO), в качестве которого можно использовать среднее значение истинного азимута на участке. На втором участке ОМ (МО) истинный азимут Au определяется с учетом известного угла поворота относительно первого участка - 90°.Calibration is carried out by moving the pedestrian sequentially in sections OL, LO, OM and MO. The abscissas 3 °, 183 °, 93 °, 183 ° correspond to these directions in Fig. 3. In each of the sections, multiple measurements of the components of the magnetic field by triaxial magnetometers 1 are made, Fig. 4, which are amplified, converted into digital form in the interface device 2 and entered into the computer unit 4. For each of the calibration sections, the average magnetic azimuths A m of pedestrian moving along MK. Magnetic measurements are influenced by all of the above factors, so the average value of magnetic azimuth is their integral estimate. At the OL (LO) site, the coordinates of the pedestrian’s location are repeatedly measured using the STS 3 consumer equipment, which are also input into the computer unit 4. Based on the obtained STS data, in the computer unit 4, the true azimuth A u of the OL (LO) section is calculated, which can be use the average true azimuth in the area. In the second section OM (MO), the true azimuth A u is determined taking into account the known angle of rotation relative to the first section - 90 °.

Вычисляют разности ΔА=Ам-Au указанных магнитных и истинных азимутов, фиг.3, при движении по каждому из участков трассы. Аппроксимируют эти разности

Figure 00000002
, например, кубическим сплайном, фиг.3.The differences ΔA = A m -A u of the indicated magnetic and true azimuths are calculated, Fig. 3, when moving along each of the sections of the route. Approximate these differences
Figure 00000002
, for example, cubic spline, figure 3.

Аналитическое выражение

Figure 00000002
используют во время работы пешехода для получения оценки истинного азимута
Figure 00000004
движения указанного пешехода при отсутствии данных глобальной навигационной системы путем соответствующей коррекции измерений магнитного компаса
Figure 00000005
Analytical expression
Figure 00000002
used during pedestrian operation to obtain an estimate of true azimuth
Figure 00000004
movement of the indicated pedestrian in the absence of data from the global navigation system by appropriate correction of the measurements of the magnetic compass
Figure 00000005

Таким образом, заявляемый способ калибровки магнитного компаса пешехода реализуем, обеспечивает простой, оперативный, интегральный учет большинства возмущающих факторов и позволяет повысить точность определения азимута перемещения пешехода системой автономной навигации по измерениям МПЗ.Thus, the inventive method for calibrating a pedestrian’s magnetic compass is realizable, provides a simple, operational, integrated account of most disturbing factors and improves the accuracy of determining the azimuth of a pedestrian’s movement by the autonomous navigation system for measuring MPZ.

Источники информацииInformation sources

1. http://www51.honevwell.com/aero/common/documents/mvaerospacecatalog-documents/Space-documents/Diqital Compass Solution HMR3400.pdf1.http: //www51.honevwell.com/aero/common/documents/mvaerospacecatalog-documents/Space-documents/Diqital Compass Solution HMR3400.pdf

2. Патент US 6877237.2. Patent US 6877237.

3. Патент US 6543146.3. Patent US 6543146.

4. Патент US 2012004843.4. Patent US 2012004843.

Claims (1)

Способ калибровки магнитного компаса пешехода, заключающийся в том, что постоянно измеряют сигналы всех осей магнитного компаса, а также его положение с использованием аппаратуры потребителя глобальной навигационной системы, отличающийся тем, что магнитный компас и аппаратуру потребителя глобальной навигационной системы размещают на конкретном пешеходе, оснащенном всем необходимым снаряжением для работы, в окрестности области деятельности пешехода выбирают и размечают Г-образную трассу калибровки, в виде двух горизонтальных, прямолинейных, ортогональных участков, по первому участку обеспечивают хорошую точность позиционирования для глобальной навигационной системы, при калибровке указанный пешеход перемещается в прямом и обратном направлении по каждому участку трассы, рассчитывают магнитные азимуты Ам перемещения пешехода по магнитному компасу, вычисляют истинные азимуты участков Au: на первом участке по сигналам глобальной навигационной системы, а на втором - по его ортогональности первому участку, вычисляют разности указанных магнитных и истинных азимутов ΔА=Ам-Au при движении на каждом из участков трассы, аппроксимируют эти разности функцией
Figure 00000006
, которую используют во время работы пешехода для получения истинного азимута
Figure 00000007
его движения при отсутствии данных глобальной навигационной системы путем соответствующей коррекции измерений магнитного компаса.
A method for calibrating a pedestrian’s magnetic compass, which consists in continuously measuring the signals of all the axes of the magnetic compass, as well as its position using consumer equipment of the global navigation system, characterized in that The magnetic compass and consumer equipment of the global navigation system are placed on a specific pedestrian, equipped with all the necessary equipment for work, in the vicinity of the pedestrian's area of activity, a L-shaped calibration path is selected and marked out in the form of two horizontal, straight, orthogonal sections, in the first section they provide good accuracy positioning for the global navigation system, during calibration, the indicated pedestrian moves forward and backward along each section of the route, read magnetic azimuths Am pedestrian movements on a magnetic compass, calculate the true azimuths of sections Au: in the first section, according to the signals of the global navigation system, and in the second, by its orthogonality to the first section, the differences of the indicated magnetic and true azimuths ΔА = A are calculatedm-Au when moving on each of the sections of the route, approximate these differences function
Figure 00000006
which is used during pedestrian work to obtain true azimuth
Figure 00000007
 its movement in the absence of data from the global navigation system by appropriate correction of the measurements of the magnetic compass.
RU2012132956/28A 2012-08-01 2012-08-01 Method to calibrate magnetic compass of pedestrian RU2503923C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012132956/28A RU2503923C1 (en) 2012-08-01 2012-08-01 Method to calibrate magnetic compass of pedestrian

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012132956/28A RU2503923C1 (en) 2012-08-01 2012-08-01 Method to calibrate magnetic compass of pedestrian

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2503923C1 true RU2503923C1 (en) 2014-01-10

Family

ID=49884773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012132956/28A RU2503923C1 (en) 2012-08-01 2012-08-01 Method to calibrate magnetic compass of pedestrian

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2503923C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674535C1 (en) * 2018-04-11 2018-12-11 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Method for magnetic compass field calibration
RU2755400C1 (en) * 2020-07-16 2021-09-15 Акционерное общество "Уральское производственное предприятие "Вектор" (АО "УПП "Вектор") Method for operational calibration of triaxial electronic compass with axis displacement compensation
RU2788825C1 (en) * 2022-03-23 2023-01-24 Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" Calibration method of a three-axis electronic magnetic compass

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1822248A2 (en) * 1990-08-17 1996-01-20 Конструкторское бюро промышленной автоматики Method of determination of deviation of mobile object course indicator
US6543146B2 (en) * 2000-12-06 2003-04-08 Honeywell International, Inc. Electronic compass and compensation of large magnetic errors for operation over all orientations
RU2210060C2 (en) * 2001-10-22 2003-08-10 Открытое акционерное общество "Чебоксарское научно-производственное приборостроительное предприятие "ЭЛАРА" Method for digital compensation of electromagnetic deviation of magnetic electronic compass and apparatus for performing the same
US6877237B1 (en) * 2004-03-05 2005-04-12 Honeywell International Inc. Method and system for acquiring calibration data for an electronic compass
US20120004843A1 (en) * 2007-10-02 2012-01-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Azimuth detecting device and azimuth detecting method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1822248A2 (en) * 1990-08-17 1996-01-20 Конструкторское бюро промышленной автоматики Method of determination of deviation of mobile object course indicator
US6543146B2 (en) * 2000-12-06 2003-04-08 Honeywell International, Inc. Electronic compass and compensation of large magnetic errors for operation over all orientations
RU2210060C2 (en) * 2001-10-22 2003-08-10 Открытое акционерное общество "Чебоксарское научно-производственное приборостроительное предприятие "ЭЛАРА" Method for digital compensation of electromagnetic deviation of magnetic electronic compass and apparatus for performing the same
US6877237B1 (en) * 2004-03-05 2005-04-12 Honeywell International Inc. Method and system for acquiring calibration data for an electronic compass
US20120004843A1 (en) * 2007-10-02 2012-01-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Azimuth detecting device and azimuth detecting method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674535C1 (en) * 2018-04-11 2018-12-11 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Method for magnetic compass field calibration
RU2755400C1 (en) * 2020-07-16 2021-09-15 Акционерное общество "Уральское производственное предприятие "Вектор" (АО "УПП "Вектор") Method for operational calibration of triaxial electronic compass with axis displacement compensation
RU2788825C1 (en) * 2022-03-23 2023-01-24 Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" Calibration method of a three-axis electronic magnetic compass

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Velocity/position integration formula part I: Application to in-flight coarse alignment
US6860023B2 (en) Methods and apparatus for automatic magnetic compensation
EP3397923B1 (en) Improved surveying pole
RU2395061C1 (en) Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end
US10788591B2 (en) Methods, apparatuses, and computer programs for estimating the heading of an axis of a rigid body
CN102706366B (en) SINS (strapdown inertial navigation system) initial alignment method based on earth rotation angular rate constraint
Diaz et al. Evaluation of AHRS algorithms for inertial personal localization in industrial environments
Gao et al. A highly accurate calibration method for terrestrial laser Doppler velocimeter
Shockley Ground vehicle navigation using magnetic field variation
CN110220512A (en) A kind of dynamic positioning system of total station combination Inertial Measurement Unit
US20140249750A1 (en) Navigational and location determination system
CN105988129A (en) Scalar-estimation-algorithm-based INS/GNSS combined navigation method
CN109000639A (en) The Attitude estimation method and device of multiplying property error quaternion earth magnetism tensor field auxiliary gyro
CN106092098B (en) A kind of carrier navigation attitude measurement method based on gyro and inclinator
RU2503923C1 (en) Method to calibrate magnetic compass of pedestrian
US10006770B2 (en) Remote location determination system
Zhang et al. RETRACTED: An improved RISS-GPS ship navigation approach via azimuth updates and magnetometer-calibration technology
CA2255115C (en) Method and device for determining correction parameters
US10337833B2 (en) Method and system for the acquisition of high-accuracy coordinate information without the use of directed electromagnetic radiation
RU2440592C2 (en) Marine gravimetric survey method
Bissaro-Junior et al. The total station as a tool for recording provenance in paleontology fieldwork: configuration, use, advantages, and disadvantages
Rao et al. Calibration of laser inertial navigator with dual-axis rotation
Gao et al. Gyroscope drift estimation in tightly-coupled INS/GPS navigation system
Rahimi et al. Improving the calibration process of inertial measurement unit for marine applications
Wang et al. Lock-in amplifier technology in laser gyroscope north finder of constant rate biasing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170802

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190125