RU2623192C1 - Method for calibrating electronic magnetic compass - Google Patents
Method for calibrating electronic magnetic compass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623192C1 RU2623192C1 RU2016104007A RU2016104007A RU2623192C1 RU 2623192 C1 RU2623192 C1 RU 2623192C1 RU 2016104007 A RU2016104007 A RU 2016104007A RU 2016104007 A RU2016104007 A RU 2016104007A RU 2623192 C1 RU2623192 C1 RU 2623192C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compass
- axes
- magnetic field
- axis
- plane
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
- G01C17/38—Testing, calibrating, or compensating of compasses
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Заявляемый способ калибровки электронного магнитного компаса (МК) относится к способам построения устройств, используемых на подвижных объектах. Способ может быть использован, преимущественно, для калибровки автономной навигационной системы пешехода, например, с целью повышения точности определения азимута передвижения объекта по данным МК при отсутствии сигналов глобальных навигационных систем (ГНС).The inventive method of calibration of an electronic magnetic compass (MK) relates to methods for constructing devices used on moving objects. The method can be used mainly for calibrating a pedestrian’s autonomous navigation system, for example, with the aim of increasing the accuracy of determining the azimuth of an object’s movement according to MK data in the absence of signals from global navigation systems (GNS).
Магнитное поле Земли может использоваться для решения задач навигации. Однако это поле подвержено влиянию многочисленных возмущающих факторов [1], в том числе: глобальных и локальных аномалий, инструментальных погрешностей аппаратуры и т.п.Earth's magnetic field can be used to solve navigation problems. However, this field is subject to the influence of numerous disturbing factors [1], including: global and local anomalies, instrumental errors of the equipment, etc.
Серьезный вклад в погрешности магнитометров вносят инструментальные погрешности самого прибора. Измерительный сигнал М, поступающий от любого канала магнитометра, может быть представлен в видеA significant contribution to the errors of the magnetometers is made by the instrumental errors of the device itself. The measuring signal M coming from any channel of the magnetometer can be represented as
где k - коэффициент чувствительности канала, Н - проекция напряженности магнитного поля на соответствующую ось, m - статическая ошибка магнитометра по этой оси (значение М при отсутствии магнитного поля). Проблема магнитометров состоит в том, что величины k и m по осям отличаются друг от друга. В результате чего при измерении постоянного магнитного поля и произвольном вращении трехосного магнитометра сигналы М образуют поверхность эллипсоида с центром не в начале координат. Для калибровки (определения неизвестных параметров магнитометра k и m) аппроксимируют полученные результаты измерений и вычисляют искомые величины, используя численные методы, например метод наименьших квадратов. Такую процедуру отличает высокая трудоемкость. Во многих применениях удовлетворительной точности калибровки можно добиться, разбив задачу трехмерной калибровки в координатах 0XYZ на две двухмерные задачи: в плоскостях 0XY и 0YZ. В ряде случаев, например, при перемещении по поверхности Земли, для определения азимута - направления на магнитный полюс (МП), достаточно выполнить калибровку в этой плоскости. Однако даже для плоской задачи известные авторам алгоритмы вычисления параметров магнитометра достаточно сложны.where k is the channel sensitivity coefficient, H is the projection of the magnetic field strength on the corresponding axis, m is the static error of the magnetometer along this axis (M value in the absence of a magnetic field). The problem of magnetometers is that the values of k and m along the axes differ from each other. As a result, when measuring a constant magnetic field and arbitrary rotation of a triaxial magnetometer, the signals M form the surface of an ellipsoid with a center not at the origin. For calibration (determination of unknown parameters of the magnetometer k and m), the obtained measurement results are approximated and the sought quantities are calculated using numerical methods, for example, the least squares method. This procedure is distinguished by high complexity. In many applications, satisfactory calibration accuracy can be achieved by breaking the three-dimensional calibration problem in 0XYZ coordinates into two two-dimensional problems: in the 0XY and 0YZ planes. In some cases, for example, when moving along the surface of the Earth, to determine the azimuth - the direction to the magnetic pole (MP), it is enough to perform a calibration in this plane. However, even for a flat problem, the algorithms known to the authors for calculating the magnetometer parameters are quite complicated.
Известен способ калибровки [2] любых векторных измерительных приборов (магнитометров, акселерометров, антенных решеток и т.п.), заключающийся во вращении приборов на разные углы и измерении соответствующих величин с расчетом требуемых корректировок.A known method of calibration [2] of any vector measuring instruments (magnetometers, accelerometers, antenna arrays, etc.), which consists in rotating the instruments at different angles and measuring the corresponding values with the calculation of the required adjustments.
Недостатком данного способа является его высокая сложность.The disadvantage of this method is its high complexity.
Известен способ калибровки электронного магнитного компаса [3], заключающийся в перемещении его по определенной траектории и сопоставлении его показаний с данными ГНС.A known method of calibrating an electronic magnetic compass [3], which consists in moving it along a specific path and comparing its readings with GNS data.
Недостаток этого способа заключается в низкой точности калибровки, обусловленной погрешностями ГНС.The disadvantage of this method is the low calibration accuracy due to GNS errors.
Известен способ калибровки электронного магнитного компаса [4], заключающийся в измерении магнитных полей большим количеством магнитометров и формировании искажающей матрицы калибруемого электронного магнитного компаса.A known method of calibrating an electronic magnetic compass [4], which consists in measuring magnetic fields with a large number of magnetometers and the formation of a distorting matrix of the calibrated electronic magnetic compass.
Недостаток этого способа заключается в высокой сложности калибровки.The disadvantage of this method is the high complexity of the calibration.
Наиболее близким к заявляемому является способ калибровки электронного магнитного компаса [5], заключающийся в том, что компас устанавливают на плоскость так, чтобы приемники магнитного поля его ортогональных осей 0Х и 0Y лежали в этой плоскости, вращают компас вокруг оси 0Z, перпендикулярной этой плоскости, и фиксируют его в четырех, i=1÷4, ортогональных положениях, в каждом положении компаса измеряют сигналы приемников магнитного поля Mxi и Myi по осям 0Х и 0Y, оценивают статические ошибки компаса mx и my по каждой из осей компаса путем определения средних значений сигналов Mxi и Myi по всем положениям компаса:Closest to the claimed is a method of calibrating an electronic magnetic compass [5], which consists in installing the compass on a plane so that the magnetic field receivers of its orthogonal axes 0X and 0Y lie in this plane, rotate the compass around the 0Z axis perpendicular to this plane and fix it in four, i = 1 ÷ 4, orthogonal positions, in each position of the compass measure the signals of the magnetic field receivers M xi and M yi along the axes 0X and 0Y, evaluate the static errors of the compass m x and m y along each of the compass axes by definitions the average values of the signals M and M yi xi for all the provisions of the compass:
определяют k - отношение чувствительностей приемников компаса по осям 0Х и 0Y, используя соотношение:determine k - the ratio of the sensitivity of the compass receivers along the axes 0X and 0Y, using the ratio:
при использовании компаса совмещают ось 0Х с направлением движения, измеряют сигналы приемников магнитного поля Bx и By по осям 0Х и 0Y и определяют истинное направление - α на магнитный полюс в плоскости X0Y по формуле:when using a compass, the 0X axis is combined with the direction of motion, the signals of the magnetic field receivers B x and B y are measured along the 0X and 0Y axes and the true direction is determined - α to the magnetic pole in the X0Y plane according to the formula:
Недостаток этого способа заключается в низкой точности калибровки, а следовательно, и определения истинного направления - α на магнитный полюс.The disadvantage of this method is the low accuracy of the calibration, and hence the determination of the true direction, α to the magnetic pole.
Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение точности калибровки.The problem solved by the claimed invention is to improve the accuracy of calibration.
Для решения этой задачи в способе калибровки электронного магнитного компаса, заключающемся в том, что компас устанавливают на плоскость так, чтобы приемники магнитного поля его ортогональных осей 0Х и 0Y лежали в этой плоскости, вращают компас вокруг оси 0Z, перпендикулярной этой плоскости, и фиксируют его в четырех, i=1÷4, ортогональных положениях, в каждом положении компаса измеряют сигналы приемников магнитного поля Mxi и Myi по осям 0Х и 0Y, оценивают статические ошибки компаса mx и my по каждой из осей компаса путем определения средних значений сигналов Mxi и Myi по всем положениям компаса, используя, так же как в [5], соотношение (2), определяют k - отношение чувствительностей приемников компаса по осям 0Х и 0Y, при использовании компаса совмещают ось 0Х с направлением движения, измеряют сигналы приемников магнитного поля Вх и Ву по осям 0Х и 0Y и вычисляют истинное направление на магнитный полюс в плоскости X0Y, так же как в [5], по формуле (4), k - отношение чувствительностей приемников компаса по осям 0Х и 0Y, вычисляют как отношение модулей вектора магнитного поля , полученных с использованием всех измерений по оси Y и по оси X:To solve this problem, in the method of calibrating the electronic magnetic compass, which consists in installing the compass on a plane so that the magnetic field receivers of its orthogonal axes 0X and 0Y lie in this plane, rotate the compass around the 0Z axis perpendicular to this plane and fix it four, i = 1 ÷ 4 orthogonal positions, in each position of the compass are measured signals of the magnetic field detectors M xi and M yi axes 0X and 0Y, evaluate static compass errors m x and m y for each of the compass axes by determining the average value th signal M xi and M yi over all positions of the compass using, as in [5], the ratio of (2), define k - the ratio of the sensitivities of the compass receivers axis 0X and 0Y, using the compass combine 0X axis with the direction of movement, measure the signals of the magnetic field receivers B x and B y along the axes 0X and 0Y and calculate the true direction to the magnetic pole in the X0Y plane, just as in [5], by formula (4), k is the sensitivity ratio of the compass receivers along the 0X and 0Y, calculated as the ratio of the modules of the magnetic field vector obtained using all measurements along the Y axis and along the X axis:
Таким образом, существенное отличие заявляемого способа по сравнению с прототипом состоит в другом способе определения k - отношения чувствительностей приемников компаса по осям 0Х и 0Y, которое в прототипе выполняется по соотношению (3), а в заявляемом способе - (5).Thus, a significant difference of the proposed method in comparison with the prototype consists in another method for determining k - the ratio of the sensitivity of the compass receivers along the axes 0X and 0Y, which in the prototype is performed by the ratio (3), and in the claimed method - (5).
Техническим результатом использования заявляемого способа является повышение точности калибровки магнитного компаса.The technical result of using the proposed method is to increase the accuracy of calibration of the magnetic compass.
Заявляемый способ иллюстрируют следующие графические материалы:The inventive method is illustrated by the following graphic materials:
Фиг. 1. Проекции вектора магнитного поля на оси координат базиса 0XYZ.FIG. 1. Projections of the magnetic field vector on the coordinate axis of the basis 0XYZ.
Фиг. 2. Схемы калибровки магнитного компаса.FIG. 2. Calibration schemes for the magnetic compass.
Фиг. 3. Проекции вектора магнитного поля при вычислении азимута α.FIG. 3. Projections of the magnetic field vector when calculating the azimuth of α.
Фиг. 4. Схемы вычислений: А) - прототипа, В) - заявляемого способа.FIG. 4. Calculation schemes: A) - prototype, B) - of the proposed method.
Фиг. 5. Ошибки в измерениях азимута прототипа - S1 и заявляемого способа - S2.FIG. 5. Errors in the measurements of the azimuth of the prototype - S1 and the proposed method - S2.
Фиг. 6. Схема устройства, реализующего способ, где:FIG. 6. The scheme of the device that implements the method, where:
1, 2 - датчики поля;1, 2 - field sensors;
3, 4, 5, 6 - интеграторы;3, 4, 5, 6 - integrators;
7 - компьютер.7 - computer.
Рассмотрим возможность реализации заявляемого способа калибровки электронного магнитного компаса при решении простейшей задачи: определения азимута движения при перемещении по поверхности Земли.Consider the possibility of implementing the proposed method for calibrating an electronic magnetic compass in solving the simplest problem: determining the azimuth of motion when moving along the Earth's surface.
Датчики трехосного электронного магнитного компаса, фиг. 1, располагают ортогонально в базисе 0XYZ, а на корпусе компаса отображают направления соответствующих осей. Вектор магнитного поля направлен на магнитный полюс. Каждым из датчиков компаса принимают сигналы Mx, My и Mz, соответствующие проекциям HX, HY и HZ вектора , однако каждый канал принимает их со свойственными именно ему коэффициентом передачи k и статической ошибкой m:The sensors of the triaxial electronic magnetic compass, FIG. 1 are arranged orthogonally in the 0XYZ basis, and the directions of the respective axes are displayed on the compass body. Magnetic field vector aimed at the magnetic pole. Each of the compass sensors receives signals M x , M y and M z corresponding to the projections H X , H Y and H Z of the vector however, each channel receives them with the transmission coefficient k characteristic of it and the static error m:
Мх=kxHx+mx,M x = k x H x + m x ,
Му=kyHy+my,M y = k y H y + m y ,
Mz=kzHz+mz.M z = k z H z + m z .
Будем полагать, что во время калибровки величина и направление вектора не меняются. Этот факт можно проверить путем многократного измерения и сравнения значений Мх, Му и Mz. Будем также считать, что в рассматриваемом случае проекция HZ не имеет существенного значения.We assume that during calibration the magnitude and direction of the vector do not change. This fact can be verified by repeatedly measuring and comparing the values of M x , M y and M z . We will also assume that in the case under consideration the projection H Z is not significant.
Устанавливают плоскость 0XY компаса параллельно поверхности Земли, фиг. 2, а).Set the plane 0XY of the compass parallel to the surface of the Earth, FIG. 2a).
Измеряют датчиками компаса средние значения магнитного поля Mx1 и My1 в первом положении. В простейшем случае среднее значение магнитного поля может быть получено в результате одного измерения. Однако действительная оценка среднего значения позволяет в определенной степени избавиться от флуктуаций магнитного поля, ошибок измерений и т.п. В аналоговом компасе для получения среднего значения производят интегрирование входных сигналов М за фиксированный интервал времени, а в цифровом - суммирование определенного количества входных отсчетов. В результате проведенных измерений получают усредненные величины:The compass sensors measure the average values of the magnetic field M x1 and M y1 in the first position. In the simplest case, the average value of the magnetic field can be obtained as a result of one measurement. However, a valid estimate of the average value allows one to get rid of fluctuations of the magnetic field, measurement errors, etc. To obtain the average value in the analog compass, the input signals M are integrated for a fixed time interval, and in the digital compass, a certain number of input samples are summed. As a result of the measurements, the averaged values are obtained:
Поворачивают компас на 90° во второе положение, фиг. 2, b), и аналогичным образом измеряют средние значения компонентов магнитного поля:Turn the compass 90 ° to the second position, FIG. 2b), and the average values of the magnetic field components are measured in a similar manner:
Следующий поворот компаса, фиг. 2, с), даст третье положение и значения:The next turn of the compass, FIG. 2, c), will give the third position and values:
Наконец, четвертое положение (поворот на 90°), Фиг. 2, d), позволит получить:Finally, the fourth position (90 ° rotation), FIG. 2d), will make it possible to obtain:
Одновременно с измерением средних значений магнитного поля по осям чувствительности 0Х и 0Y в каждом из положений компаса измеряют средние координатные значения поля по всем положениям компаса. Для чего интегрируют координатные показания компаса, полученные по четырем этапам калибровки в аналоговом варианте, или суммируют - в цифровом. Сложив соотношения (6), (8), (10) и (12), а также (7), (9), (11) и (13) по каждой из осей 0Х и 0Y, нетрудно убедиться, что средние значения магнитного поля по всем положениям компаса являются статическими ошибками компаса mx и my по каждой оси соответственно, см. соотношение (2).Simultaneously with measuring the average values of the magnetic field along the sensitivity axes 0X and 0Y in each of the positions of the compass, the average coordinate values of the field for all positions of the compass are measured. Why integrate the compass coordinate readings obtained from the four stages of calibration in the analog version, or summarize in digital. Adding relations (6), (8), (10) and (12), as well as (7), (9), (11) and (13) along each of the axes 0X and 0Y, it is easy to verify that the average values of the magnetic fields for all compass positions are static compass errors m x and m y on each axis, respectively, see relation (2).
Чувствительная ось магнитометра 0Х в первом, фиг. 2, а), и в третьем, фиг. 2, с), положениях направлена противоположно. Следовательно, если вычесть (10) из (6) и усреднить, то удается исключить статическую ошибку mx компаса по оси 0Х, а также получить проекцию вектора на ось 0Х при указанных ее положениях:The sensitive axis of the 0X magnetometer in the first, FIG. 2a), and in the third, FIG. 2c), the provisions are directed in the opposite direction. Therefore, if we subtract (10) from (6) and average, we can eliminate the static error m x of the compass along the 0X axis, and also obtain the projection of the vector on the axis 0X at its indicated positions:
(Мх1-Mx3)/2=kxHx.(M x1 -M x3 ) / 2 = k x H x .
Если вычесть и усреднить четные измерения по оси 0Х, фиг. 2 b) и d), то получим проекцию вектора на ось 0Х при ее ортогональном положении:If you subtract and average the even measurements along the 0X axis, FIG. 2 b) and d), we obtain the projection of the vector on the axis 0X at its orthogonal position:
(Мх2-Mx4)/2=-kxHy.(M x2 -M x4 ) / 2 = -k x H y .
Зная проекции вектора на ось 0Х при ее двух ортогональных положениях, по теореме Пифагора найдем модуль вектора , полученный с использованием только оси чувствительности магнитометра - 0Х:Knowing the projection of the vector on the 0X axis at its two orthogonal positions, by the Pythagorean theorem we find the modulus of the vector obtained using only the sensitivity axis of the magnetometer - 0X:
Аналогичным образом может быть получен модуль вектора , полученный с использованием только оси чувствительности магнитометра 0Y:Similarly, the vector modulus can be obtained obtained using only the sensitivity axis of the 0Y magnetometer:
Модуль Н вектора , полученный выражениями (14) и (15), один и тот же. Следовательно, разделив (15) на (14), получим соотношение (5), которое позволяет оценить k - отношение чувствительностей приемников компаса по осям 0Х и 0Y, причем сами значения коэффициентов чувствительности kx и ky не требуются.Module H of the vector obtained by expressions (14) and (15) is the same. Therefore, dividing (15) by (14), we obtain relation (5), which allows us to estimate the k - ratio of the sensitivities of the compass receivers along the 0X and 0Y axes, and the values of the sensitivity coefficients k x and k y themselves are not required.
Результаты калибровки используются следующим образом. Если ось 0Х компаса, Фиг. 3, совместить с направлением движения (НД) объекта и измерить составляющие магнитного поля Bx и By, то азимут - угол α между осью 0Х и направлением на магнитный полюс, может быть рассчитан по формуле (4). Смысл этой формулы очевиден, т.к. предполагает коррекцию результатов измерений Вх и Ву на величины статической ошибки mx и my, а затем нормирование результатов измерений с использованием k - отношения чувствительностей приемников компаса по осям 0Y и 0Х.Calibration results are used as follows. If the axis 0X of the compass, FIG. 3, combine with the direction of motion (ND) of the object and measure the components of the magnetic field B x and B y , then the azimuth - the angle α between the 0X axis and the direction to the magnetic pole can be calculated by formula (4). The meaning of this formula is obvious, because involves the correction of the measurement results B x and B y by the values of the static error m x and m y , and then the normalization of the measurement results using k - the sensitivity ratio of the compass receivers along the 0Y and 0X axes.
Рассмотрим более подробно преимущества заявляемого способа калибровки электронного магнитного компаса по сравнению с прототипом [5], понимая, что любые измерения сопровождаются инструментальными, методическими и другими ошибками ε, в том числе и измерения составляющих магнитного поля М (В) магнитометром по осям чувствительности:Consider in more detail the advantages of the proposed method for calibrating an electronic magnetic compass in comparison with the prototype [5], understanding that any measurements are accompanied by instrumental, methodological and other errors ε, including measurements of the components of the magnetic field M (B) by a magnetometer along the sensitivity axes:
M=kH+m+ε.M = kH + m + ε.
Как было отмечено выше, основным отличием способа прототипа от заявляемого являются разные соотношения (3) и (5), использующиеся при оценке отношения чувствительностей приемников магнитного компаса k.As noted above, the main difference between the prototype method and the claimed one are different ratios (3) and (5), used in assessing the sensitivity ratio of the receivers of the magnetic compass k.
Преимущества заявляемого способа рассмотрим на трех уровнях:The advantages of the proposed method we consider at three levels:
- интуитивном;- intuitive;
- математическом;- mathematical;
- вероятностно-статистическом.- probabilistic-statistical.
Интуитивно понятно, что схема вычисления прототипа, фиг. 4 А), предполагает на первом этапе определение статических ошибок mx и my, используя соотношение (2), а на втором - оценку отношения чувствительности каналов магнитного компаса k, используя (3). Таким образом, ошибки в измерениях магнитного поля М переходят в ошибки статических ошибок mx и my, а в результате отношение чувствительностей каналов магнитного компаса k оценивается с двойными ошибками.Intuitively, the prototype calculation circuit, FIG. 4A), involves at the first stage the determination of the static errors m x and m y using relation (2), and at the second, an estimate of the sensitivity ratio of the channels of the magnetic compass k using (3). Thus, the errors in the measurements of the magnetic field M turn into errors of the static errors m x and m y , and as a result, the ratio of the sensitivity of the channels of the magnetic compass k is estimated with double errors.
В заявляемом способе, фиг. 4 В), указанные величины с использованием соотношений (2) и (5) определяются независимо, что должно уменьшить ошибки.In the inventive method, FIG. 4B), the indicated values using relations (2) and (5) are determined independently, which should reduce errors.
В математическом плане в прототипе [5] при вычислениях по соотношению (3) при «неудачной» ориентации компаса при калибровке (близость осей 0Х или 0Y с проекцией вектора магнитного поля на эту плоскость) может привести к нулевому значению знаменателя в одной из дробей (3), что делает невозможным определить k - отношение чувствительностей приемников компаса по осям 0Х и 0Y.In mathematical terms, in the prototype [5] when calculating by relation (3) with the “unsuccessful” compass orientation during calibration (proximity of the axes 0X or 0Y with the projection of the magnetic field vector on this plane) can lead to a zero value of the denominator in one of the fractions (3), which makes it impossible to determine k - the ratio of the sensitivities of the compass receivers along the 0X and 0Y axes.
В заявляемом способе такой проблемы нет.In the claimed method there is no such problem.
С вероятностно-статистической точки зрения получить подтверждение более высокой точности калибровки заявляемого способа по сравнению с прототипом при наличии случайных ошибок ε аналитическими методами не представляется возможным из-за проблем с оценкой вероятностных характеристик сложных математических соотношений (2-5). В этих условиях для доказательства преимуществ заявляемого способа использовалось имитационное моделирование методом Монте-Карло. При этом предполагалось, что измерения магнитного поля М сопровождаются случайными ошибками ε с нулевым математическим ожиданием, среднеквадратическим отклонением σ и нормальным законом распределения. Конечным результатом калибровки является истинное направление - α (4) на магнитный полюс в плоскости X0Y, по отношению к которому проводилась оценка. Моделирование проводилось путем генерации 100000 реализаций измерений М при среднеквадратическом отклонении σ случайной погрешности измерений ε относительно величины М от σ=0.01 до σ=0.04 (соответствует значениям 1%-4%, свойственным современным прецизионным магнитным компасам), kx=1, ky=0.8-1.2 для широкого диапазона значений углов установки компаса в горизонтальной плоскости при калибровке и азимута α движения носителя компаса.From a probabilistic-statistical point of view, it is not possible to obtain confirmation of a higher accuracy of calibration of the proposed method compared to the prototype in the presence of random errors ε by analytical methods because of problems with evaluating the probability characteristics of complex mathematical relationships (2-5). In these conditions, to prove the advantages of the proposed method was used simulation by the Monte Carlo method. It was assumed that the measurements of the magnetic field M are accompanied by random errors ε with zero mathematical expectation, standard deviation σ and normal distribution law. The final result of the calibration is the true direction, α (4), to the magnetic pole in the X0Y plane, with respect to which the estimation was carried out. The simulation was carried out by generating 100,000 realizations of the M measurements with a standard deviation σ of a random measurement error ε relative to the value of M from σ = 0.01 to σ = 0.04 (corresponds to 1% -4% values typical of modern precision magnetic compasses), k x = 1, k y = 0.8-1.2 for a wide range of values of the compass installation angles in the horizontal plane during calibration and azimuth α of the compass carrier motion.
В результате моделирования установлено, что использование заявляемого способа калибровки обеспечивает равномерно более высокую точность определения азимута α по сравнению с прототипом. На фиг. 5 в качестве примера представлены типовые графики усредненных по 100000 реализациям среднеквадратических ошибок S1 и S2 определения азимута α с использованием прототипа (S1) и заявляемого способа (S2). Видно, что S2 равномерно меньше S1.As a result of the simulation, it was found that the use of the proposed calibration method provides a uniformly higher accuracy in determining the azimuth α in comparison with the prototype. In FIG. 5, as an example, typical graphs are presented, averaged over 100,000 implementations of the mean square errors S 1 and S 2 of determining the azimuth α using the prototype (S 1 ) and the proposed method (S 2 ). It can be seen that S 2 is uniformly less than S 1 .
Схема устройства, реализующего заявляемый способ, приведена на Фиг. 6. Сигналы от датчиков 1 (2) магнитного поля по осям X (Y) поступают на интеграторы 3 и 4 (5 и 6) соответственно. Интегратор 3 (5) определяет среднее значение поля в каждом положении компаса, а интегратор 4 (6) - по всем четырем измерениям. Начало и конец интегрирования задает управляющими сигналами компьютер 7. Последний сохраняет значения Mxi, Myi, mx и my, а также вычисляет по формуле (5) k - степень инструментальной асимметрии коэффициентов передачи kx и ky приемников компаса по осям X и Y. После калибровки компас готов к работе. При решении навигационных задач, Фиг. 4, направляют ось X компаса по направлению движения, измеряют составляющие магнитного поля Вх и Ву, а компьютер 7 рассчитывает азимут α по формуле (4).A diagram of a device implementing the inventive method is shown in FIG. 6. The signals from the sensors 1 (2) of the magnetic field along the X (Y) axes arrive at
Таким образом, заявляемый способ позволяет выполнить калибровку электронного магнитного компаса в одной плоскости простыми средствами: как по технической реализации, так и по алгоритмам вычисления.Thus, the inventive method allows you to calibrate the electronic magnetic compass in one plane by simple means: both by technical implementation and by calculation algorithms.
Источники информацииInformation sources
1. Richard В. Langley. Магнитный компас и система GPS, http://www.travelling.lv/ru/snarjaga/kompas/compas_gps//.1. Richard B. Langley. Magnetic compass and GPS system, http://www.travelling.lv/en/snarjaga/kompas/compas_gps//.
2. Патент WO 2013188776.2. Patent WO 2013188776.
3. Патент RU 2503923.3. Patent RU 2503923.
4. Патент RU 2497139.4. Patent RU 2497139.
5. Патент RU 2572109.5. Patent RU 2572109.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104007A RU2623192C1 (en) | 2016-02-08 | 2016-02-08 | Method for calibrating electronic magnetic compass |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104007A RU2623192C1 (en) | 2016-02-08 | 2016-02-08 | Method for calibrating electronic magnetic compass |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2623192C1 true RU2623192C1 (en) | 2017-06-22 |
Family
ID=59241424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104007A RU2623192C1 (en) | 2016-02-08 | 2016-02-08 | Method for calibrating electronic magnetic compass |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2623192C1 (en) |
Cited By (3)
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 (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5187872A (en) * | 1992-04-02 | 1993-02-23 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Communications | Automatic calibration of magnetic compasses |
US20110066392A1 (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-17 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for calibration of gyroscopes and a magnetic compass |
RU2481593C9 (en) * | 2011-06-03 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро " (ОАО "РПКБ") | Method of determining parameters of transformation characteristics of three-component magnetometer |
RU2572109C1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-12-27 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method to calibrate electronic magnetic compass |
-
2016
- 2016-02-08 RU RU2016104007A patent/RU2623192C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5187872A (en) * | 1992-04-02 | 1993-02-23 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Communications | Automatic calibration of magnetic compasses |
US20110066392A1 (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-17 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for calibration of gyroscopes and a magnetic compass |
RU2481593C9 (en) * | 2011-06-03 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро " (ОАО "РПКБ") | Method of determining parameters of transformation characteristics of three-component magnetometer |
RU2572109C1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-12-27 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method to calibrate electronic magnetic compass |
Cited By (3)
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 |
---|---|---|
CN109856689B (en) | Noise suppression processing method and system for superconducting aeromagnetic gradient tensor data | |
CN104535062A (en) | Movable type location method based on magnetic gradient tensor and geomagnetic vector measurement | |
CN107544042B (en) | Magnetometer array correction method | |
Wang et al. | The gravity matching area selection criteria for underwater gravity-aided navigation application based on the comprehensive characteristic parameter | |
Gang et al. | Linear calibration method of magnetic gradient tensor system | |
CN103389114B (en) | 3 axis MEMS gyro non-orthogonal errors scaling method based on g sensitivity | |
Huterer et al. | No evidence for bulk velocity from type Ia supernovae | |
RU2623192C1 (en) | Method for calibrating electronic magnetic compass | |
CN109633540B (en) | Real-time positioning system and real-time positioning method of magnetic source | |
Liu et al. | Distortion magnetic field compensation of geomagnetic vector measurement system using a 3-D Helmholtz coil | |
RU2572109C1 (en) | Method to calibrate electronic magnetic compass | |
Markovič et al. | Calibration of a solid-state magnetic compass using angular-rate information from low-cost sensors | |
CN109633541B (en) | Magnetic source positioning device and magnetic source positioning method | |
US10393824B2 (en) | Techniques for magnetometer calibration using selected measurements over time | |
CN109307847B (en) | Second-order Euler inversion method of magnet | |
Jiang et al. | Scalar calibration of aeromagnetic data using BPANN and LS algorithms based on fixed-wing UAV platform | |
Zheng et al. | A magnetic gradient tensor based method for UXO detection on movable platform | |
Pang et al. | A new misalignment calibration method of portable geomagnetic field vector measurement system | |
Shen et al. | Geometry structure optimization of hexagonal pyramidal full tensor magnetic gradient probe | |
CN109100664B (en) | Method for measuring small space magnetic field | |
Zikmund et al. | Calibration procedure for triaxial magnetometers without a compensating system or moving parts | |
WO2023280122A1 (en) | Density determination method and apparatus, and electronic device | |
Dan et al. | Application Of Strongly Tracking Kalman Filter In MEMS Gyroscope Bias Compensation | |
JP4893021B2 (en) | Magnetic sensor control device, magnetic measurement device, offset setting method and program | |
CN108254796A (en) | A kind of optimization method of scalar magnetometer array baseline |