[发明专利]一种地磁传感器应用系统的误差补偿算法

说明书

技术领域

本发明属于地磁传感器应用装置设计领域，具体涉及一种地磁传感器应用系统的误差补偿算法。

背景技术

随着地磁理论的不断完善，以及传感器、微处理器和软件算法的日趋成熟，利用磁探测技术测量物体空间方位已经成为地磁导航和测姿研究领域的一个热点。电子磁罗盘，也就是本发明所涉及的地磁传感器应用系统，是利用地磁场来测量方向的最常用的测试系统，也是地磁传感器最常用的应用之一。

本发明的演示平台是一套地磁传感器应用装置，以STM32微处理器为主控制芯片，包含IIC驱动模块、按键模块、磁传感器固件驱动模块、加速度传感器驱动模块和LCD驱动模块等。由主控系统通过IIC协议访问磁传感器和加速度传感器，控制切换工作模式，以获取补偿值，并经过主控系统处理后在LCD上显示姿势夹角、航向角和方位等信息。

以水平方向的航向角测量为例。

现有技术的运用中，在理想情况下，通过如下分析，将空间分量换算到水平分量中，以获得载体的航向角。

H_X＝S_X×cos(r)-S_X×sin(r)        (1)

H_y＝S_X×cos(b)×sin(r)+S_Y×cos(b)+S₂×sin(b)×cos(r)    (2) 

其中Sx、Sy和Sz分别表示载体在空间坐标系上的X轴、Y轴和Z轴的分量；r和b分别为载体坐标系上的俯视角和横滚角，可由下式获得：

r＝atan((flost)acc.x/(float)acc.z)           (3) 

b＝atan((float)acc.y/(-acc.x×sin(r)+acc.z×cos(r)))     (4)

其中acc.x、acc.y和acc.z分别为载体坐标系X轴、Y轴和Z轴上的加速度分量。

通过以上公式可求出在载体所在当地的磁水平面上的磁分量：H_Y和H_X。如上述分析，进一步可由公式(5)求出磁航向角。

A＝arctan(H_Y/H_X)           (5) 

最后，航向角可通过磁航向角和磁补偿获得。

磁补偿是根据载体所在当地位置为基础，向西减磁偏角或向东加磁偏角，例如上海地区的磁偏角为4度。

然而，由于地磁传感器中始终存在着误差干扰源，而这些“几乎恒定”的磁干扰对地磁传感器的影响很大，若不加以处理，几乎能将地磁传感器测出的信号“淹没”。因此，若仅用上述方法来计算磁航向角和方位，则地磁传感器测出的磁分量几乎不能判别方向。

具体到电子磁罗盘的误差，其主要是来源于软硬铁磁干扰和地磁传感器的自身误差。

硬铁干扰源是指载体上的永久磁铁，以及能够被磁化的金属等硬磁材料。硬磁材料相当于永久磁铁，当其进入外磁场时，硬磁材料会发生磁化，即使去除外界磁场后，仍有很大的剩余磁感应强度，所以这种干扰比较稳定。而软铁本身不具备磁性，被周围环境中的磁场磁化后获得磁性，属于软磁材料。软磁材料对电子磁罗盘需测量的磁场的强度影响比较复杂，所以此类磁性物质产生的干扰相对难以消除，补偿也比较繁琐。

地磁传感器的自身误差是由制造误差和安装误差作为电子磁罗盘系统中传感器误差的主要来源。对于三轴磁阻式传感器来说，制造误差与许多因素相关，如制造工艺和电路设计等。安装误差是指当电子磁罗盘固定于载体时， 因无法保证电子磁罗盘本体坐标和载体坐标系的完全重合而引起的误差。由于电子磁罗盘测量用的模型是以磁罗盘本身作为载体的坐标系和地理坐标系为参照的，坐标系的偏差必然会导致电子磁罗盘的测量误差的存在。

由此可见，通过增加误差补偿算法，可以获得电子磁罗盘精确的航向角和方位，这将是对现有技术的改进和提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是消除地磁传感器测量的干扰源，提高测量准确度。

为解决上述技术问题，提出的解决方案为通过一种地磁传感器应用系统的误差补偿算法，其特征在于，由地磁传感器获取当前地磁矢量的空间三轴分量后，通过去除载体干扰磁场的算法和软件滤波的方式，对测得的各轴分量做出相应的补偿；

可选的，所述地磁传感器应用系统除包含地磁传感器外，还包含有主控制芯片，IIC驱动模块、按键模块、磁传感器固件驱动模块、加速度传感器驱动模块和LCD驱动模块；