[发明专利]一种基于地磁信息更新的载体航姿测量方法

说明书

本发明涉及一种基于地磁信息更新的载体航姿测量方法，其包括以下步骤：初始化；磁偏角的计算；下一时刻的数据获取；下一时刻航姿信息的测量；磁偏角信息的更新；测量方法的持续执行。本发明基于加速度计、陀螺仪和磁传感器测量数据，利用离散化的卡尔曼滤波算法，实时估计和更新磁偏角信息，避免了磁性矿物、钢筋等铁磁性材料的存在导致磁偏角变化而引起的航向角信息扭曲和不可靠问题。

技术领域

本发明涉及载体航姿测量技术领域，具体来说是一种基于地磁信息更新的载体航姿测量方法。

背景技术

航姿测量方法是指测量航向角ψ、俯仰角θ和翻滚角的方法。根据航向角ψ测量原理不同，目前航姿测量方法主要有：天文测量方法、卫星导航测量方法、惯性测量方法和地磁测量方法。

天文测量系统利用对天体的测量实现航姿信息输出，受大气影响大、环境适应性差。卫星导航测量方法基于卫星导航系统定位技术，利用双天线测量航向和俯仰角、或三天线解算航姿，由于天线安装位置误差、高程差的存在等影响，会降低其精度，且一般精度随基线的加长而提高，不适于在小尺寸设备上使用；卫星数据输出频率一般不超过10Hz，响应速度较慢，无法给出高频或实时航姿信息；另外，卫星导航测量方法需要接受导航卫星信号的特点决定了其存在以下局限性：(1)信号弱，容易受到干扰和欺骗；(2)由于衰减严重难以到达室内、丛林以及水下和地面；(3)导航卫星存在被攻击的危险。惯性测量方法依赖高精度惯性器件，即通过高精度天陀螺仪感知地球自转方法，实现航向角观测，其体积大、成本高，通常需要大量外围电路进行集成，以上这些缺点大大限制了其在更多领域的应用，特别是在对低成本小体积轻质量等要求较高的民用领域。

地磁测量方法是指充分利用地球上无处不在具有方向性的地磁场，通过测量磁北方向，在结合磁北与真北之间的夹角即磁偏角，获取航姿信息。与天文测量方法、惯性测量方法以及卫星导航测量方法相比，地磁测量方法具有环境适应性强、成本低、无源、自主等优势。基于地磁信息的航姿测量方法目前主要有地磁匹配、地磁滤波以及电子罗盘三类方式。地磁匹配和地磁滤波这两种方式都依赖预先存储的高精度地磁图。然而，地磁场包含复杂多变，难以预测异常场，高精度地磁图往往难以获取；尤其是近地表区域，异常场的影响更觉明显，导致地磁匹配和地磁滤波的航姿测量方式的使用受到限制。

电子罗盘这种测量航姿的方式不需要高精度地磁图，其往往利用磁偏角在一定区域方位内变化不大、近似保持不变的特性，获取航向角ψ信息；同时，采用加速度计感知重力场信息实现俯仰角θ和翻滚角φ测量，实现航向角ψ测量过程的姿态补偿。对于载体运动过程中，载体加速度对重力场信息检测造成干扰，通常引入微机电(MEMS)陀螺仪，并采用滤波算法，以实现动态过程中的航姿测量。然而，外界磁环境的变化如磁性矿物、含钢筋等铁磁性的建筑的存在，都会导致磁偏角发生变化，会扭曲电子罗盘方式获取的航向角信息。

那么如何基于地磁信息的实时更新，实现对磁偏角的实时校准，准确进行航姿测量方法进行成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中外界磁环境对磁偏角缺陷，提供一种基于地磁信息更新的载体航姿测量方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于地磁信息更新的载体航姿测量方法，包括以下步骤：

初始化：获取当前时刻t＝k的俯仰角θ_k、翻滚角和航向角ψ_k信息；

磁偏角的计算：利用当前时刻t＝k的磁传感器量测数据，解算量测磁航向角α_m,k；根据当前时刻的航向角ψ_k和量测磁航向角α_m,k，计算磁偏角D_k，其计算公式如下：

D_k＝ψ_k-α_m,k；