微小型无人机三轴磁强计现场误差校正方法

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1、航空学报Ｆｅｂ．２５２０１１Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．２３３０－３３６ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａＩＳＳＮ１０００－６８９３ＣＮ１１－１９２９／Ｖｈｔｔｐ：／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｈｋｘｂ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ文章编号：１０００－６８９３（２０１１）０２－０３３０－０７微小型无人机三轴磁强计现场误差校正方法吴永亮，王田苗＊，梁建宏北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１摘要：详细分析微小型无人机导航用三轴磁强计的误差来源，建立三轴磁强计的等效误差模型，提出基于两步估计算法和圆约束非对准误差估计算

2、法的三轴磁强计现场误差校正方法。在充分考虑地磁场偏转和倾斜特性的基础上，提出适合微小型无人机应用的现场数据采样策略，能够在较少的旋转操作下获得较好的采样数据。仿真表明：在所有磁场误差都存在的情况下，使用三轴磁强计现场误差校正方法对三轴磁强计输出进行校正后推算所得的航向角误差小于１．２°，仅相当于使用工程上常用的极大极小值法校正后所得的航向角误差的８％，校正精度提升９２％。基于三轴磁强计实测数据的分析也验证了三轴磁强计现场误差校正方法的有效性和实用性。关键词：无人机；磁强计；校正；非对准误差；两步估计算法中图分类号：Ｖ２４１．６１文献标识码：Ａ磁强计是测量磁

3、场强度的传感器，被广泛应估计磁强计的零位偏差和标度因子误差，误差校［１］用于微小型无人机（ＵＡＶ）的方位导航。在微正不充分。Ｇｅｂｒｅ－Ｅｇｚｉａｂｈｅｒ等提出了一种不需小型无人机领域，一般使用捷联于飞行器的三轴要外部参考的两步估计算法，基于无误差测量的磁强计组合测量映射于飞行器本体坐标系的磁场三轴磁强计的输出轨迹满足椭球面约束的原理，矢量来推算磁航向角。由于传感器制造原因和外在磁场域校正三轴磁强计的零位偏差、硬磁干扰［２］部磁场干扰，磁强计的输出有误差，需要进行校正误差和标度因子误差，他们随后又分别设计了以提高测量精度。基于迭代估计算法和批处理最小二乘估

4、计算法的［４－５］磁强计的测量受传感器零位偏差、标度因子磁场自校正算法。Ｆｏｓｔｅｒ等将两步估计算法［６］误差、非正交误差、测量噪声、外部磁场干扰误差推广，增加了对非正交误差的校正。Ｖａｓｃｏｎｃｅ－和非理想安装误差等多种误差因素的影响。校正ｌｏｓ等指出磁强计的测量误差估计问题可转换为磁强计或磁罗盘的传统方法是摇摆算法（Ｓｗｉｎｇ－对椭球面旋转、尺度变换和平移变换的估计问题，ｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍ），即将载体在水平面内转动至一并设计了基于极大似然估计算法的磁场自校正算［７］系列已知的方位，利用角度误差获得磁航向域的法。文献［８］中也给出了基于椭球约束的磁

5、场［２］误差模型，但摇摆算法适应于平面罗盘，校正过自校正算法。但基于椭球约束的磁场自校正算法程中需要载体保持水平，且需依赖外部航向参考，无法校正非对准误差，需要加以完备。因此在应用时有很多限制。一种工程中常用的三飞行器任务载荷和飞行环境的改变往往会导［３］轴磁强计校正算法是极大极小值法，但其仅能致三轴磁强计外部磁场环境的改变，所以磁强计收稿日期：２０１０－０７－０８；退修日期：２０１０－０８－１０；录用日期：２０１０－０９－２１；网络出版时间：２０１０－１１－１１０９∶０９网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１９２９．Ｖ．

6、２０１０１１１１．０９０９．０００．ｈｔｍｌＤＯＩ：ＣＮＫＩ：１１－１９２９／Ｖ．２０１０１１１１．０９０９．０００基金项目：科技部国际合作项目（２００８ＤＦＲ７０１００）；国家“８６３”计划（２００７ＡＡ０４Ｚ２５０）＊通讯作者．Ｔｅｌ．：０１０－８２３３８０３３Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｔｍ＿ｉｔｍ＠２６３．ｎｅｔ引用格式：吴永亮，王田苗，梁建宏．微小型无人机三轴磁强计现场误差校正方法［Ｊ］．航空学报，２０１１，３２（２）：３３０３３６．－ＷｕＹｏｎｇ－ｌｉａｎｇ，ＷａｎｇＴｉａｎｍｉａｏ，ＬｉａｎｇＪｉａｎｈｏｎｇ．Ｉｎｓｕｉｔ－ｅｒｒｏｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏ

7、ｎｏｆｔｈｒｅｅａｘｉｓ－ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｆｏｒｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１１，３２（２）：３３０３３６．－吴永亮等：微小型无人机三轴磁强计现场误差校正方法３３１的现场校正也很必要。文献［９］中基于小型飞机１．２三轴磁强计误差分析和微小型无人机飞行时的姿态限制（平飞、左盘旋和右盘旋），给出了基于椭圆约束的磁强计校正算磁强计的测量误差包括：传感器零位偏差、标法，但受飞行器盘旋精度影响，实际应用受到限度因子误差、非正交误差、测量噪声、硬磁干扰误制，且难以

8、完全校正三轴磁强计。差、软磁干扰误差以及由非理想安装引起的传感本文