[发明专利]一种三轴TMR传感器在线校准方法

说明书

本发明涉及一种三轴TMR传感器在线校准方法，包括TMR传感器、X轴、Y轴和Z轴，所述TMR传感器的校准方法包括如下操作步骤：初始化参数，旋转水平旋转机体，在旋转过程中重复获取惯导系统检测的俯仰角θ与横滚角γ以及TMR磁传感器在机体坐标系下的三轴输出M_X,M_Y,M_Z；建立水平面内的原始磁场强度矢量旋转的椭圆轨迹模型，并基于最小二乘法拟合得到磁标定参数；机体水平旋转达到一周后，基于所述步骤c中得到的多组磁场强度矢量H₁，基于所述步骤e中得到的磁标定参数执行将椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，计算补偿后的磁场强度。简而言之，本申请技术方案利用优秀的优化方案，解决了传统磁传感器存在校准误差的问题。

技术领域

本发明涉及磁传感器应用技术领域，具体涉及一种三轴TMR传感器在线校准方法。

背景技术

惯性/地磁的组合作为一种成本较低的导航方式，在无人机、无人船以及无人车等自动驾驶和操控领域中被广泛采用，其中的磁传感器是地磁导航核心元件，通过敏感地磁矢量方向来计算磁航向并以此来修正惯导带来的误差累计，由于地球磁场强度很弱，只有约0.5高斯，因此很容易受到外界磁场的干扰，譬如，在水下无人潜航器的惯性/地磁组合导航当中由于航行时的外部磁场环境复杂，严重地磁干扰会降低地磁导航的精度，进而降低组合导航系统的精度，因此，在使用磁敏感器件时，必须在使用环境下进行磁校准，消除各种外界磁干扰的影响。

TMR(Tunnel MagnetoResistance)元件是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，由于TMR元件磁场灵敏度高，磁阻变化率大，线性度好，温度稳定性好，性能稳定，无层间耦合效应，无需额外的聚磁环结构和Set/Reset线圈结构，可以做成各种高灵敏、体积小、使用方便的磁传感器，因此TMR传感器将逐步应用到水下无人潜航器的惯性/地磁的组合导航系统中，由此可见，设计出一种三轴TMR传感器在线校准方法，对于目前磁传感器应用技术领域来说是迫切需要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了解决三轴TMR传感器在复杂外界磁场干扰下的敏感轴偏差问题，提供了一种基于两次最小二乘拟合并利用已整校好的加速度计对TMR传感器进行校正的组合校准方案，既可以改善TMR传感器在复杂磁场环境下的测量精度问题，又可以解决系统中加速度传感器和磁传感器敏感轴不重合的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种三轴TMR传感器在线校准方法，包括TMR传感器、X轴、Y轴和Z轴，所述TMR传感器的校准方法包括如下操作步骤：

a、初始化参数，旋转水平旋转机体，在旋转过程中重复获取惯导系统检测的俯仰角θ与横滚角γ以及TMR磁传感器在机体坐标系下的三轴输出M_X,M_Y,M_Z；

b、根据步骤a中获取的各参数计算多组水平面内的原始磁场强度矢量

c、建立水平面内的原始磁场强度矢量旋转的椭圆轨迹模型，并基于最小二乘法拟合得到磁标定参数；

d、机体水平旋转达到一周后，基于所述步骤c中得到的多组磁场强度矢量H₁，将其构成的椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，得到磁场强度矢量H₂；

e、基于最小二乘法对步骤d中的矢量H₂进行拟合，再次得到磁标定参数；

f、基于所述步骤e中得到的磁标定参数执行将椭圆轨迹补偿为圆周轨迹，计算补偿后的磁场强度；

g、将己经完成校准的加速度传感器和待检测的TMR磁传感器放置在同一检测环境中，获取两者的检测数据，并依据检测得加速度信息和磁场信息的点乘为常量的理论，得出了该检测系统的一个恒等式。