基于矢量水听器姿态修正的电子罗盘系统设计

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1、基于矢量水听器姿态修正的电子罗盘系统设计赵信广王丽玲朱明辉尤星懿郑丰隆山东科技大学自动化学院青岛中加特变频电机有限公司矢量水听器获取质点的矢量信息时，要求该质点的坐标系保持恒定，而海洋环境复杂多变，矢量水听器的姿态容易发生变化，因此姿态修正成为矢量水听器应用过程中的一个重要问题，为此设计了一套电子罗盘系统。该系统体积小、测量精度高达0.r，超低功耗，实验数据证明，利用罗盘进行姿态修正，可以大幅度提高矢量水听器方位估计稳定性。关键词：电了罗盘;测量精度高;超低功耗;DesignofElectronicCompassBasedonAtt

2、itudeCorrectionofVectorHydrophoneZhaoXin-guangWangLi-lingZhuMing-huiYouXing-yiZhengFeng-longSchoolofautomation，ShandongUniversityofScienceandTechnology;QingdaoCCSVFDmotorCO.,LTD;Abstract：Vectorhydrophonefordirectionfindingparticlevelocityvectorhydrophonepickupcanbemain

3、tainedinafixedcoordinatesystem,andthemarineenvironmentiscomplexandchangeable,thevectorhydrophoneattitudewillchange，sotheattitudecorrectionofvectorhydrophoneintheapplicationprocessbecomesanimportantproblem,thispaperhasdesignedasetofelectroniccompasssystem.Thissystemsmal

4、lvolume,highmeasurementaccuracyupto0.1degrees,lowpowerconsumption,experimentaldatashowthattheattitudecorrectionusingacompass,cangreatlyimprovethestabilityofestimationofvectorhydrophonerange.Keyword：electroniccompass;highmeasuringaccuracy;ultra-lowpower;0引言矢量水听器可以拾取声场空间

5、屮的矢量物理信息，但为丫减小质点坐标系的变化带来的测量误差，需耍通过姿态修正对测量数据进行角度补偿。矢量水听器的姿态修正可分为机械控制的实时修正和后罝信号处理的修正方式11^1。机械修正是使用一种机械装置，通过电子罗盘的姿态数据实时地调整矢量水听器的姿态，使其保持不变。而后者则通过把同吋刻测量的矢量水听器的姿态数据以及质点的矢量信息存储下来，进而对目标方位估计完成数据修正。本系统就是为解决第二种修正方式问题而设计的。1航向角计算地磁场强度是一个变化的矢量，不同地理位置的磁场强度的方向是有差异的m。这个矢量参数又可以分解为水平分量和垂

6、直分量，而水平分量总是指向地磁北极。电子罗盘就是通过测量地磁场的水平分量进而推算出地磁北极方向的。电子罗盘上的三轴磁强传感器的测量输出为地磁场矢量在两个测量轴上的分量。当电子罗盘处于水平状态时，若选取其所处地理位置的“北、东、地”方向建立参考坐标系，即取运动的载体为原点0以1，北向为X轴，东向为Y轴，Z轴与XOZ平面垂直向上。电子罗盘上磁强传感器的测量输出X'和Y轴的测量输出Y'为地磁场水平分量在f在两轴上的分解，可以通过氏和1^.计算出航向角小，图1所示为参考坐标系下航向角计算图。实际应用中，很难保持罗盘始终水平，所以式（1）不能

7、直接用于航向角计算。需要在参考坐标系的基础上建立载体坐标系，将载体坐标系下的测量数据转换到参考来标系下，进而计算出航向角包1。载体绝标系以电子罗盘的重心为原点，罗盘的纵轴和横轴为Xn轴和Yn轴，重心垂直向下构成Zn轴。图1参考坐标系下航向角计算1.1角度的计算为了在保证测量精度的同吋简化计算，决定采用CORDTC算法对电子罗盘姿态进行解读。CORDIC算法最早是由JackVoider在导航控制系统屮提出的，它主要用于计算三角、反三角等超越函数的简捷算法M。其主要原理是利用一系列固定的且与运算基数相关角度的不停旋转，逐渐逼近所需耍的旋

8、转角度值的循环迭代算法。将该算法应用于电子罗盘可以兼顾计算精度和效率，大大简化代码数量。C0RDIC算法有矢量和旋转两种模式121。在矢量模式不，将Y0Z平面和X0Z平面内的重力加速度矢量投影分别旋转到与Z轴正半轴重合，得到俯仰角（）