[发明专利]一种三维电子指南针的校准方法

说明书

本发明涉及一种三维电子指南针的校准方法。将电子指南针在空间中做8字运动，采集磁传感器的三个轴读出的数据；然后将采集到的数据进行椭球拟合，得到椭球方程和球心坐标；之后再将拟合得到的椭球方程分别投影至三个坐标轴平面，分别求出三个平面上的椭圆的参数：α、b、长轴转角；最后根据所得的参数对新得到的数据进行校准。本发明方法使得电子指南针的校准过程更加灵活，精确度更高，满足野外运动的要求。

技术领域

本发明涉及一种三维电子指南针的校准方法。

背景技术

近年来，电子指南针广泛应用于导航、人体姿态测量等场景。由于GPS的信号在森林、密集建筑等地方十分微弱，所以通常需要电子指南针来辅助定位。

电子指南针的工作原理是通过磁传感器测量某一方向上地磁的分量强度，确定该传感器与地磁的夹角，从而确定前进方位。然而地磁场属于弱磁场，由于电子指南针周围的磁性材料带来的硬磁干扰和软磁干扰会导致磁传感器的测量值偏离真值。此外，因为传感器本身制作的工艺问题，如轴不正交，也会导致磁传感器的测量值偏离真值。

如果只有地磁的作用，磁传感器三轴输出的数据对应到空间直角坐标系上应该是一个球心在原点的正球。然而，硬磁干扰会使得这个正球变成一个以硬磁干扰量为球心的正球。如果同时考虑地磁、硬磁和软磁的作用，上述正球会变成以硬磁干扰量为球心的椭球。轴不正交产生的干扰可以等效为软、硬磁干扰。因而在使用电子指南针之前需要进行校准，补偿其三轴读出的数据，使其落在球心在原点的正圆球球面上。

现有的三维电子指南针的校准方法，或需要外部设备的帮助，或校准过程要求较高，且大都没有进行软磁补偿。难以满足野外行动的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维电子指南针的校准方法，该方法将电子指南针在空间中做8字运动，即可对软硬磁干扰、轴不正交引起的误差干扰作出补偿，进行电子指南针的校准；该方法使得电子指南针的校准过程更加灵活，精确度更高，满足野外运动的要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种三维电子指南针的校准方法，将电子指南针在空间中做8字运动，采集磁传感器的三个轴读出的数据；然后将采集到的数据进行椭球拟合，得到椭球方程和球心坐标；之后再将拟合得到的椭球方程分别投影至三个坐标轴平面，分别求出三个平面上的椭圆的参数：α、b、长轴转角；最后根据所得的参数对新得到的数据进行校准。

在本发明一实施例中，该方法具体实现步骤如下：

步骤S1：将电子指南针在空间中做8字运动，使得电子指南针采集到上、下、东、南、西、北八个方位即与空间直角坐标系的八个象限相对应的数据；

步骤S2：进行椭球拟合，采用最小二乘法拟合法求出椭球的10个最佳参数A、B、C、D、E、F、G、I、J和椭球球心坐标(X0,Y0,Z0)；椭球方程的一般表达式为：

Ax²+By²+Cz²+Dxy+Exz+Fyz+Gx+Hy+Iz+J＝0

分别令上式中的z＝0、x＝0、y＝0，则可分别得椭球在XOY、XOZ、YOZ面上的投影方程：

Ax²+By²+Dxy+Gx+Hy+J＝0

Ax²+Cz²+Exz+Gx+Iz+J＝0

By²+Cz²+Fyz+Hy+Iz+J＝0

步骤S3：根据椭球在XOY面上的投影方程：Ax²+By²+Dxy+Gx+Hy+J＝0，求出XOY面上的椭圆的参数：长轴转角θx,y、αx,y和bx,y，计算公式如下：