[发明专利]一种抗干扰鲁棒性三维空间地磁传感单元及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感技术领域，具体地，涉及一种抗干扰鲁棒性三维空间地磁传感单元及其实现方法。

背景技术

一般地，三维空间地磁传感器，主要用于感知被嵌入的机械设备，或者用于测量物体在地球表面任何一个地方的当前方位角，以及用于测量物体相对于地球表面某一点切面的俯仰角等。例如，美国Holleywell公司（单纯传感器生产商）的HMC传感器系列，这项技术应用范围有：机器人运动姿态控制系统，导弹姿态方向感知控制系统，航海中轮船的姿态感知系统，以及飞机航行中俯仰角、方位角与倾斜度等；传感器嵌入到电路板模块里面，通过内部通讯总线输出3个数据，即当前俯仰角（pitch）、方位角（yaw）与转动角（roll）。

在现有技术中，将单个传感器嵌入到电路板模块中，虽然可以通过通讯总线获得这三个测量角度数据；但是，首先，在自然环境中，地磁传感器会受到各种各样干扰，在实际试验中，单纯原始的传感器数据具有明显的不稳定性和波动性；此外，排除自然环境干扰，在实际应用领域，传感器本身所嵌入的电子系统和机械系统的金属结构，也会对数据有很强的干扰，会输出完全错误的测量数据，因为金属本身对磁场的影响或者电流产生的磁场都会干扰到传感器本身的测量结果。并且，在高精度的工业航空航海军事应用领域，这种干扰是完全不允许发生的，绝对的鲁棒性也是应用的一个必须要求之一。

综上所述，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在稳定性差、测量精度低、可靠性差等以下缺陷：

⑴稳定性差：在完全自然的环境中，地磁传感器会受到各种各样的干扰，在实际试验中，单纯原始的传感器数据具有明显的不稳定性和波动性；传感器本身所嵌入的电子系统和机械系统的金属结构，也会对数据有很强的干扰；

⑵可靠性低：金属对磁场的影响或者电流产生的磁场都会干扰到传感器本身的测量结果，甚至会输出完全错误的测量数据； 

⑶实用性差：在高精度的工业航空航海军事应用领域，要求传感器具有绝对的鲁棒性，不允许发生自然环境和金属本身的干扰。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种抗干扰鲁棒性三维空间地磁传感单元，以实现稳定性好、可靠性高与实用性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抗干扰鲁棒性三维空间地磁传感单元，包括微处理器，以及分别与所述微处理器信号连接的地磁传感器、陀螺仪传感器及工业通讯接口。

进一步地，所述微处理单元包括卡尔曼滤波器、存储模块与主控模块，所述地磁传感器、卡尔曼滤波器、陀螺仪传感器与存储模块依次信号连接，所述主控模块分别与存储模块及工业通讯接口信号连接。

进一步地，以上所述的抗干扰鲁棒性三维空间地磁传感单元，还包括用于为电设备供电的电源模块，所述电源模块分别与地磁传感器、微处理器、陀螺仪传感器及工业通讯接口电连接。

进一步地，所述地磁传感器至少包括Holleywell公司的型号为HMC5843的地磁传感器。

进一步地，所述微处理器至少包括Ateml公司的型号为MEGA328P的微处理器。

进一步地，所述陀螺仪传感器至少包括MEMS公司的型号为ITG-3200的陀螺仪传感器。

进一步地，所述工业通讯接口至少包括RS485接口，相应的通讯协议包括ModBus RTU。

同时，本发明采用的另一技术方案是：一种根据以上所述的抗干扰鲁棒性三维空间地磁传感单元的实现方法，包括：

采用地磁传感器，对待测对象的初始状态进行实时采集，获取原始测量数据；

根据预设时长，对所得原始测量数据进行卡尔曼滤波处理，得到相对稳定的测量值；基于所得相对稳定的测量值，对陀螺仪传感器的相对三维欧拉坐标进行初始化，得到初始的基准测量值；

基于初始的基准测量值，采用初始化的陀螺仪传感器，对待测对象进行实时测量，获取实时测量值。

进一步地，以上所述的抗干扰鲁棒性三维空间地磁传感单元的实现方法，所述获取实时测量值之后的操作还包括：通过工业通讯接口和相应的通信协议，将所得实时测量值进行输出。

进一步地，所述对所得原始测量数据进行卡尔曼滤波处理的操作具体包括：采用卡尔曼滤波器，滤除所得原始测量数据中的高斯噪声和白噪声。