[发明专利]一种应用于微小型无人机的整机磁强计校准方法

说明书

技术领域

本发明属于检测领域，具体涉及一种应用于微小型无人机的整机磁强计校准方法，可在线计算微小型无人机中磁强计的校准参数，得到磁强计在整机条件下的准确输出。

背景技术

磁强计由于其尺寸、重量、功耗上的优势，且通过与惯性导航系统组合，可实时修正导航系统的航向信息，消除航向累积误差，在微小型无人机导航系统中被广泛采用。

磁强计在微小型无人机中输出的航向精度主要受三个方面因素影响。一为磁强计自身存在的传感器误差，包括传感器零位偏差、灵敏度误差，正交性误差等；二为环境磁干扰误差，微小型无人机体积较小，机载设备电磁环境复杂，引入了较强的硬磁干扰与软磁干扰，使得磁强计工作环境较为恶劣；三为磁强计的安装误差，由于微小型无人机中磁强计尺寸较小，无严格工装，通常与机体坐标系存在较大的安装误差。如何消除与削弱这些误差对磁强计的影响，是提高航向精度的关键。

目前磁强计的校准方法按标定条件分主要有无磁转台下的离线标定与存在磁干扰的在线标定，按标定方法分主要有多位置法与椭球拟合法等。离线标定针对的是磁强计传感器自身的误差参数，标定过程较为复杂，标定效率低、成本高，且在微小型无人机中使用中仍需对外界磁干扰等误差进行再次标定。在线标定允许在有磁环境下进行磁强计的标定，能够对外界磁干扰误差做出有效补偿，但由于微小型无人机中，磁强计工作环境较为特殊，通常的在线标定方法未能对所有误差源进行有效补偿，造成磁强计输出航向精度不高，无法满足微小型无人机实际使用的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对微小型无人机中磁强计标定复杂，标定参数不全的情况，整合了磁强计在微小型无人机的主要误差参数，一体化在线计算标校参数，提高微小型无人机中磁强计的标定效率与输出精度。

本发明包括如下的技术方案：

一种应用于微小型无人机的整机磁强计校准方法，整合了磁强计在微小型无人机中的三类误差，误差主要包括环境磁干扰误差、传感器误差以及安装误差。

磁干扰误差主要包括硬磁干扰与软磁干扰两种，分别由机载的硬磁材料与软磁材料引起。

传感器误差主要包括磁强计的零偏误差，灵敏度误差，正交性误差。

安装误差为磁强计的传感器坐标系与微小型无人机的机体坐标系之间的旋转误差矩阵，主要由人为安装原因、工装误差等造成。

由于微小型无人机中磁强计位置相对于机体位置固定不变，即机体磁干扰源相对磁强计位置固定不变，因此，本发明将外界硬磁干扰与磁强计的零偏误差整合，外界软磁干扰与磁强计的灵敏度误差整合，对磁干扰误差、磁强计传感器误差统一进行椭球拟合计算，同时根据计算结果，结合微小型无人机的姿态信息，计算安装误差的旋转误差矩阵，最后，联立所求的误差参数，计算出针对微小型无人机整机条件下的磁强计校准参数。

本发明相比现有技术有如下优点：

(1)本发明在微小型无人机整机条件下进行磁强计校准，一体化程度高，工程适用性强；

(2)本发明充分考虑到磁强计在微小型无人机中较为特殊的工作环境，对整机条件下的各种误差进行补偿，针对性更强，误差参数更齐全；

(3)本发明标定方法灵活，针对微型无人机布局改变、磁强计安装参数变化等情况，可有选择性的重新标定对应改变部分的参数，无需重新标定，执行效率高；

(4)本发明对工装等无要求，且可在手持条件下进行校准，操作简单，可行性高。

附图说明

图1为本发明应用于微小型无人机的整机磁强计校准方法的流程框图；

图2为本发明标定过程中微小型无人机的转动示意图(本发明所采用坐标系均为东北天坐标系)；

图3为磁强计的传感器坐标系与微小型无人机机体坐标系的安装误差示意图(其中坐标系Ox_by_bz_b为微小型无人机机体坐标系，O_XmYmZm为磁强计传感器坐标系)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步介绍。

标定进行前，需要对无人机整机进行上电，使磁强计的校准环境与飞行过程中的工作环境相近。

标定过程中，将微小型无人机按照图2所示方式进行旋转，以确保校准精度。无人机通过检测传感器状态在对应姿态采集磁强计数据，进行对应过程的误差参数解算，相关控制指令通过无人机地面站发送，参见图1，实现对微小型无人机的整机磁强计在线校准。校准内容包括：外界磁干扰与磁强计传感器误差参数计算，安装误差参数计算，整机误差参数整合。