[发明专利]一种航向姿态解算及罗盘校准抗干扰方法

说明书

本发明公开一种罗盘校准抗干扰方法有采用该方法的航向姿态解算方法，所述抗干扰方法首先进行三轴磁罗盘初始校准，确认当前测试环境适合建立基准矢量；然后利用当前磁罗盘所测出的载体系的三轴磁场强度建立基准矢量；最后进行基于基准矢量的滤波，保证整体滤波过程中均方误差最小，求得三轴磁场偏置，以便将该偏置做为干扰进行排除。由于进行了特定的初始化并获取当前磁场的基准矢量，使用该磁场基准矢量进行滤波解算航向姿态，能消除设备本身的硬磁干扰及周围环境的常值偏置磁场干扰及短期出现的干扰，在周围环境没有长时间出现的干扰磁场的情况下，能获得准确的航向姿态。

技术领域

本发明涉及一种罗盘校准抗干扰方法及采用该方法的航向姿态解算方法，适用于对无人机等运动载体(载体指的是当前传感器所在的空间实体，可以是飞机、舰船等)，以获得长时间稳定的航向姿态。

背景技术

现有的航向姿态解算方案使用的是经过球面校准后的罗盘数据融合陀螺仪进行姿态解算，对于影响罗盘数据的各项因子并没有做深入的解析，而且在受到干扰时只对干扰数据做了简单的剔除或者滤波处理。这样的方案在无外界软磁和硬磁干扰的情况下可以得到比较精确的姿态解算结果。然而由于现实应用存在多样的情况，比如罗盘安装的位置、电流对磁场的影响、外界硬磁的干扰等，使得罗盘在航向姿态解算应用中存在多种未可知的情况，而这势必会对正常应用带来隐患。

例如，某无人机磁场矢量校正方法及系统，对磁罗盘的数据构成做了简单的建模，并将主要的重心放在了传感器的校准上，在初始校准的时候如果周围无明显的磁场干扰，得到的校准数据是可以正常使用的。校准后的罗盘数据同陀螺仪进行简单的互补滤波，并最终得到航向姿态。而这样的做法显然未将设备(即载体)本身的硬磁因素考虑在内，使得校准数据极易被初始磁场环境所影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种罗盘校准抗干扰方法及采用该方法的航向姿态解算方法，以滤除磁场干扰，以获得运动载体准确的航向姿态。

为此，本发明提出的罗盘校准抗干扰方法包括如下步骤：S1、进行三轴磁罗盘初始校准，确认当前测试环境适合建立基准矢量；S2、利用当前磁罗盘所测出的载体系的三轴磁场强度建立基准矢量；S3、进行基于基准矢量的滤波，保证整体滤波过程中均方误差最小，求得三轴磁场偏置，以便将该偏置做为干扰进行排除。

在本发明的一些实施例中，还包括如下技术特征：

步骤S1中所述“当前测试环境适合建立基准矢量”是指三轴磁罗盘测量的磁场强度的幅值与地磁的磁场强度的偏差的绝对值小于设定值；所述初始校准包括如下步骤：

S11、在当前测试环境下进行三轴磁罗盘数据测量；S12、计算三轴磁罗盘测量的磁场强度的幅值以及该幅值与地磁的磁场强度的偏差的绝对值；S13、判断：如果此时的所述的偏差的绝对值小于预定的特定值，则初始校准成功；如果所述的偏差的绝对值不小于预定的特定值，则更换到新的测量环境做为当前测试环境重新进行上述步骤S11-S13，直到初始校准成功。

所述步骤S2中，建立基准矢量包括如下步骤：利用当前磁罗盘所测出的载体系的三轴磁场强度，计算在导航坐标系下的三轴对应的磁场参考矢量，即为基准矢量。

所述步骤S3中，所述滤波为基于磁场基准矢量的扩展卡尔曼滤波。

在所述基于磁场基准矢量的扩展卡尔曼滤波中，采用用来做三维空间的旋转变换的四元数和三轴陀螺漂移以及三轴的磁场偏置作为状态矢量，以三轴加速度计测量的加速度和三轴磁罗盘测量的磁场强度作为量测数据构建扩展卡尔曼滤波方程。

使用滑动窗口计算三轴磁场的的方差；当上述方差大于用户预设值时，则认为是高频变化的磁场；对于高频变化的磁场，通过加大步骤S3中滤波时所用的相应量测噪声项的办法来降低滤波器对当前磁场的融合比例；否则，则认为是低频变化的磁场，对于低频变化的磁场，将附加在磁场矢量上的低频磁场作为步骤S3中所说的偏置进行处理。