电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究

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1、万方数据第20卷第6期传感技术学报v01．20No．62007年6月cH眦J叫RNALoFsENsORSANDAcT似TO骼JUN．2007ResearchonTiltandEnViro珈mentErrorCompensationofElectronicCompass+sHAoTing—ting，MAJta妒cq托g，HUShi—feng，WANGCha0(∞ZZ昭Fo，日P以ron站A竹df力，0r打m￡iDn，No心^饥孵5tPMPoZytPf^疗i∞Z叽i御rs缸y，X如村710072，Ch

2、fnn)Abstract：A3一axeselectroniccompassandtiltcompensatedprincipleareintroduced，whichisbasedonmagnetoresistivesensorandMEMSaccelerometer．Thepossibleerroranditssourceareanalyzed．A／Dsamplingdataispretreatusingeffectivearithmetic；Constructingmathmodelandma

3、kingrelevantarithme—ticisinordertocompensatetheenvironmenterrorwhichhasmosteffectontheprecision．TheexperimentdatashowsthatthemaXimumerrorisdropfrom35．5。to3。evenbetter，whenthecompasssystemiscom—pensated．Thereasonwhichtheprecisiondidn’tachieve1。orbetter

4、wasalsoexplained，andtheexperi—mentshowsthatthecompasssystemcanbeusedincommonnavigationfield．Keywords：electroniccompass；erroranalysis；environmenterrorcompensation；ArithmeticEEACC：TP212．1电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究邵婷婷，马建仓，胡士峰，王超(西北工业大学电子信息学院，西安710072)*摘要：介绍了基于磁阻传感

5、器和MEMs加速度计的电子罗盘的倾斜补偿原理．分析了电子罗盘工作过程中可能存在的误差及其来源，对A／D采样的数据进行有效的算法预处理；对测量精度影响最大的罗差构造数学模型并做相应的算法处理．分析实验数据可知：最大误差达35．5。的电子罗盘原型样机系统经过补偿后，误差降至3。以内．对罗盘系统精度没有达到10以内的原因做了说明，并提出了相应的补偿方案，实验证明，该系统可用于普通导航领域．关键词：电子罗盘；误差分析；罗差补偿；算法中图分类号：TP212．9文献标识码：A文章编号：1004-1699(20

6、07)06-1335-03电子罗盘是一种重要的导航定位工具，能实时提供运行物体的航向和姿态．在使用过程中周围磁场环境的影响，会使罗盘系统的精度和稳定性大大下降，修正这些误差仅仅通过硬件措施不能很好的解决，还必须借助有效的软件补偿方法才能完成．本文涉及的电子罗盘是基于磁阻传感器和MEMS加速度计研制的，经过数据预处理和算法补偿后的罗盘系统精度可以达到3。，进一步改进有望达到1。，该罗盘结构简单、体积小、重量轻，实验表明，该系统可用于普通导航领域．1误差分析本文研制的电子罗盘，其结构框图如图1所示：该

7、基金项目：西北工业大学研究生创新基金资助(05060)收稿日期：2006一07—27修改日期：2006一09一02图1电子罗盘结构框图系统主要是基于磁阻效应根据磁场大小来确定方向，两个磁阻传感器芯片分别感测载体坐标系下地球磁场X、y、Z轴的分量U_、U_、Uj，根据理论公式‘1]：[持[c≯sin口sin声一co妇si一]co的si的J鳓(1)万方数据1336传感技术学报2007年其中：夺为俯仰角、e为翻滚角，是M既幅加速度计通过感知地球重力加速度在其测量轴上的分量大小而确定的．M既假加速度计根据

8、罗盘的姿态输出一个和加速度大小成正比的占空比信号田，则传感器X／，y轴输出的加速度值及对应的倾斜角度即可求科2]；H：和Hj为折算到地平坐标系中相同航向下地磁场在X轴和y轴的分量，则航向角9可由下式求得：妒一arctan(毋／Hz)(2)传感器本身在制造、安装过程中不可避免的会存在一些误差，同时电子罗盘的工作环境比较恶劣，比如电源噪声、外磁场干扰、周围铁质物体等的影响，电子罗盘系统会不可避免的出现误差，从而影响到精度．其误差具体可以分为两类[3]：第一类是系统自身存在的误差，包括制