电子罗盘调研

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1、锐华移动版操作系统项目阶段总结及后续计划电子罗盘调研2014-02-211电子罗盘功能介绍1.1名字解释电子罗盘，也叫数字指南针，是利用地磁场来定北极的一种方法。古代称为罗经，现代利用先进加工工艺生产的磁阻传感器为罗盘的数字化提供了有力的帮助。现在一般有用磁阻传感器和磁通门加工而成的电子罗盘。电子罗盘具有以下特点:　　l三轴磁阻效应传感器测量平面地磁场，双轴倾角补偿。　　l高速高精度A/D转换。　　l内置温度补偿，最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。　　l内置微处理器计算传感器与磁北夹角。　　l具有简单有效的用户标校指令。　　l具有指向零点修正功能。　　1.2电子罗盘作用1.2.1GPS导

2、航定位的缺陷1)虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低,其信号可用性仅为60%，甚至不能使用。产生不精确定位的原因包括：①多路径效应：建筑物对GPS信号的反射②阴影：城市中高楼与高楼之间形成的“峡谷”内、浓密的植被下，信号接收效果较差③在隧道、地下停车厂造成的信号失锁④在接收信号差的地区延长了初始化时间⑤一些动态影响，如汽车大幅度增速与减速等。以上原因都会导致GPS无法提供任何位置或者定位精度陡然下降。2)在静止的情况下，GPS也无法给出航向信息。高精度电子罗盘可以对GPS信号进行有效补偿，保证导航定向信息100%有效，即使是在

3、GPS信号失锁后11锐华移动版操作系统项目阶段总结及后续计划也能正常工作，做到“丢星不丢向”。1)安全及可靠性风险。美国出于自身利益上的考虑，从不承诺不实施SA干扰和区域关闭，这更给GPS用户带来很大疑惑和担心。因此，将GPS与电子罗盘相结合，二者相互补充，组合使用是导航领域的理想选择。例如：美国虽然其完全独立掌握GPS的卫星资源，但为了使系统更加可靠，使导航信息100%有效，其M1坦克及其它一些重要装备上仍加装了C100电子罗盘。1.1.1电子罗盘主要用途电子罗盘主要用于辅助GPS导航及在静止状态获取航向，具体包括加速度和方向的定位、倾角测量等功能。1)加速度和方向的定位。电子罗盘应用三轴

4、磁阻传感器测量平面地磁场，双轴倾角补偿，可以和GPS配合可以做盲区导航，和GOOGLE地图配合可以做导航，还可以和加速度配合做三维定位，还可以根据电子罗盘的读数，地图自动旋转到用户方便读取的方向，让显示的地图方向始终按照你的行进方向自动变换，也就是可以把它当做专业的指南针使用，说的简单点也就是加速度和方向的定位。2)倾角测量。三维的电子罗盘，不仅具有指南针功能，还可以实现倾角的测量，和陀螺仪类似，站在一个斜坡上，可以计算出这个斜坡的角度，不过最重要的就是都可以在开飞机的时候使用，不干扰飞机飞行。1.1.2电子罗盘的缺陷电子罗盘的原理是测量地球磁场，但若使用的环境中有除了地球以外的磁场且这些磁

5、场无法有效屏蔽时，那么电子罗盘的使用就有很大的问题，这时只能考虑使用陀螺来测定航向了。1.2电子罗盘分类1）电子罗盘按照有无倾角补偿可以分为：l平面电子罗盘平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平，否则当罗盘发生倾斜时，也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。虽然平面电子罗盘对使用时要求很高，但如果能保证罗盘所附载体始终水平的话，平面罗盘是一种性价比很好的选择。l三维电子罗盘11锐华移动版操作系统项目阶段总结及后续计划三维电子罗盘集成三轴磁通门传感器，在平面电子罗盘基础上加入了倾角传感器，如果罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿，这样即使罗盘发生倾斜，航向数据依然准确无误。通过中央处

6、理器实时解算航向，以及使用三轴加速度计对大范围内的倾斜角进行航向补偿，保证罗盘在倾斜角度高达±90°也能提供高精度的航向数据。2）电子罗盘按照传感器的不同分为：l磁阻效应传感器根据磁性材料的磁阻效应制成。磁阻传感器的灵敏度和线性度已经能满足磁罗盘的要求，各方面的性能明显由于霍尔器件，使它在某些应用场合能够与磁通门竞争。但是其固有的缺点翻转效应缺点使得磁阻效应传感器在集成入微系统时的强的脉冲电流将威胁系统中的微处理器等其它电路的可靠性。l霍尔效应传感器根据半导体材料的霍尔效应制成。优点是体积小，重量轻，功耗小，价格便宜，接口电路简单，特别适用于强磁场的测量。缺点是有灵敏度低，噪声大，温度性能差

7、等，一般都是用于要求不高的场合。l磁通门传感器根据磁饱和法原理制成，利用被测磁场中铁磁材料磁芯在交变磁场的饱和励磁下其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场。从三者的比较来看,目前基于磁电阻传感器的电子罗盘具有体积小、响应速度快等优点，优势明显，是电子罗盘的发展方向。1.1电子罗盘原理三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，倾角传感器是在磁力仪非水平状态