[发明专利]基于巨磁阻传感器的地磁方位角测量系统、测量方法及正交补偿方法

权利要求书

1.一种基于巨磁阻传感器的地磁方位角测量系统，由电源模块（1）、地磁测量模块（2）、姿态测量模块（3）、温度测量模块（4）、微处理器（5）和上位机（6）组成，其特征在于，所述电源模块（1）为系统提供3.3V稳定电源；所述地磁测量模块（2）包括X轴、Y轴和Z轴巨磁阻传感器及对应每轴上的信号处理电路；所述姿态测量模块（3）包括相互正交的X、Y、Z三轴加速度传感器；所述地磁测量模块（2）连接至微处理器（5）A/D采样口；所述姿态测量模块（3）和温度测量模块（4）分别连接至微处理器（5）的数字IO口；所述微处理器（5）经RS232口连接至上位机（6）。

2.根据权利要求1所述的基于巨磁阻传感器的地磁方位角测量系统，其特征在于所述电源模块（1）采用电压转换芯片1117；所述地磁测量模块（2）采用三轴巨磁阻传感器AAH002-02连接RC低通滤波电路及仪用运放INA118；所述姿态测量模块（3）采用三轴加速度传感器ADXL345；所述温度测量模块（4）采用温度传感器DSB18B20；所述微处理器（5）采用微处理器MSP430F149，对地磁信息、俯仰信息和温度信息进行预处理后，通过上位机（6）处理后得到地磁方位角。

3.一种基于巨磁阻传感器的地磁方位角测量方法，采用权利要求1所述的地磁方位角全方位测量系统进行测量，其特征在于具体操作步骤如下：

（1）系统初始化；

（2）数据采集，采集地磁测量模块中地磁场在X、Y、Z三轴上的磁场分量                                                ，姿态测量模块中X、Y、Z三轴上的加速度分量Ax 、Ay、Az及温度测量模块中的温度数据；

（3）利用姿态数据运算出单值唯一的俯仰角和横滚角，并结合地磁数据，通过式进行地磁方位角的全方位计算；

（4）输出地磁方位角。

4.根据权利要求3所述的基于巨磁阻传感器的地磁方位角测量方法，其特征在于所述步骤（3）中，方位角需要进行全方位判定，具体步骤如下：

微处理器（5）将三轴加速度传感器测得的加速度分量Ax 、Ay带入等式计算俯仰角和横滚角；

微处理器（5）通过对Ax、Ay、Az大于0、小于0、等于0、等于g、等于-g这5种情况进行组合判别，最终实现对俯仰角和横滚角全方位判定；

定义水平地磁分量为，根据姿态矩阵及步骤中得出的俯仰角和横滚角，解出；令通过下面的判别实现方位角的全方位判定。

5.一种基于巨磁阻传感器的方位角测量正交补偿方法，针对权利要求1中所述地磁测量模块（1）中巨磁阻传感器三轴非正交及存在零位偏差的问题，提出一种基于微处理器的三轴正交及零位补偿方法，其特征在于：

定义巨磁阻传感器三个轴向上实际坐标ox3y3z3及理想坐标OX3Y3Z3输出的磁场量分别为和；oy3与其在面OY3Z3上投影的夹角为，其投影与OY3的夹角为；oz3与其在面OX3Z3上投影的夹角为，其投影与OZ3的夹角为；令巨磁阻传感器三轴上的零位误差分别为；定义可分别为实际及理想输出的磁场值及零偏值的向量形式，可得:

 其中，令

则有，所以可以计算出三轴正交及零位补偿模型，

其具体步骤如下： 

（1）在标定台上经多次标定后，计算出补偿矩阵；

（2）将模型计算写入微处理器中；

（3）每次测量数据，在微处理器中经模型 处理后输出理想地磁数据。