[发明专利]测量方位角的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及方位角测量技术，尤其涉及一种测量方位角的装置及方法。

背景技术

随着集成电路以及机电一体化技术的飞速发展，磁感式电子罗盘等测量方位角的装置在导航，船舶及个人手持式装置的应用领域中已逐渐取代传统的指南针。

测量方位角的装置主要包括磁性传感器，磁性传感器通过检测地磁北向与目标方向的角度变化的数据以确定电子罗盘的导向即方位角。

测量方位角的装置由于极易受周围的地球磁场、其元件周围电路所产生的磁场、元件周围磁性物质等合成磁场的影响，导致测量结果出现偏差。因此，需要校准测量结果。

一种传统的测量方位角的装置通过一恒定的角速度围绕特定轴旋转来实现校准。当测量方位角的装置以恒定的角速度w围绕z轴旋转时，安装在测量方位角的装置上的x轴霍尔元件Hex的输出Srx Srx＝a_xM_xy cos(wt+θ₀)+X₀，其中a_x是该x-轴霍尔元件Hex的灵敏度；x₀是该x-轴霍尔元件Hex的偏差；θ₀＝tan^-1(M_x/M_y)，其中，M_x是地磁M的x方向分量，M_y是地磁M的y方向分量。

因此，x轴霍尔元件Hex的输出Srx的最大值和最小值分别为：

X_max＝a_xM_xy+X₀

X_min＝-a_xM_xy+X₀

从而可以计算出x轴上霍尔元件Hex的偏差X₀＝(X_max+X_min)/2。

y轴的偏差计算原理同上。

使用测量方位角的装置校准时，启动校准按钮，然后使测量方位角的装置在保持x-轴水平的同时，以一恒定的速度缓慢地旋转360°，最后，按下校准结束按钮。测量方位角的装置从旋转过程产生的Srx中搜索出Srx的最大值和最小值，相加除以2得到x轴的偏差，同理得到y轴的偏差，然后通过公式θ₀＝tan^-1((Sry-Y₀)/(Sxy-X₀))得到校准后的方位角。

但是，上述测量方位角的装置对磁性传感器进行校准时须要将磁性传感器旋转360°，操作繁琐。并且，当旋转速度过高时可能漏掉测得的最大值和最小值，而当旋转速度较低时读出的数据量非常庞大，又使得存储器溢出。而且，当磁干扰源固定不能随测量方位角的装置旋转时，如测量方位角的装置靠近铁质磁性干扰源等，上述测量方位角的装置无法对外部磁场干扰进行校准。

还有一种测量方位角的装置通过使用定时器，在预定周期期间旋转一次传感器，自动计算和校正地磁信号的偏移及标度值，无需用户进行手动校准。

但是，该测量方位角的装置仍存在当旋转速度过高时可能漏掉最大值和最小值，而当旋转速度较低时读出的数据量非常庞大，又使得存储器溢出的问题，以及当磁干扰源固定不能随测量方位角的装置旋转时，如测量方位角的装置靠近铁质磁性干扰源等，上述测量方位角的装置无法对外部磁场干扰进行校准的问题。

发明内容

本发明实施例提出一种测量方位角的装置及方法，以简化方位角校准的操作，提高测量的抗干扰性。

本发明实施例提供了一种测量方位角的装置，包括磁性传感器，其中，所述磁性传感器用于测量同一方向上至少两个地理位置上的磁信号；

所述方位角测量装置还包括：

信号调理及模数A/D转换单元，与所述磁性传感器相连，用于对所述磁性传感器测量的至少两个磁信号进行A/D转换，得到所述至少两个磁信号的A/D采样数据；

微控制器，与所述信号调理及A/D转换单元相连，用于采用所述至少两个磁信号的A/D采样数据的差值对所述至少两个磁信号中的任一个磁信号的A/D采样数据进行校准，利用校准后的A/D采样数据计算方位角。

本发明实施例还提供了一种测量方位角的方法，包括：

测量同一方向上至少两个地理位置上的磁信号，得到至少两个磁信号；

用所述至少两个磁信号的差值对所述至少两个磁信号中的任一个磁信号进行校准；