强磁干扰环境下磁航向误差补偿技术研究

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1、第3卷第2期航空工程进展Vo1．3No．22Ol2年5月ADVANCESINAER0NAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGMay2O12文章编号：16748190(2012)02—218—05强磁干扰环境下磁航向误差补偿技术研究袁广民，苑伟政，秦伟，薛亮，常洪龙(西北工业大学微／纳米系统重点实验室，西安710072)一～一一～一一～一一～一～～一～一一一～一～一一～一～一～一一摘要：解决强磁环境下磁强计易受干扰的问题，能够提高微型姿态参照系统航向角测量精度。建立了磁强计误差两次补偿模型，首先采用椭圆坐标修正法对磁强计进行罗差补偿

2、，以减小环境磁场的干扰；其次采用最小二乘拟合法对获得的磁航向角进行二次补偿，提高系统航向角测量精度。试验结果显示：系统航向角测量值的误差均方值由补偿前的3．982。降为补偿后的0．386。，精度提高近10．3倍，表明该补偿方法能够有效降低磁场环境的干扰，提高系统航向角测量精度。关键词：磁强计；椭圆坐标修正；最小二乘拟合；航向角；补偿模型中图分类号：V241．61文献标识码：AResearchonMagneticHeadingErrorCompensation～一mT～一划ec～h一一n一o¨lo一～叭gy一_

3、一一～～一_堇一．一兰underthe

4、StrongMagneticInterferenceYuanGuangmin，YuanWeizheng，QinWei，XueLiang，ChangHonglong(MicroandNanoElectromechanicalSystemsLaboratory．Northw一ester一n一一枫～一一一PolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)一～帅m一m一k—∞一m～～的Ⅵ一～～m一咖姗一～一一嗽m幽小．m补偿的结果，因此如何减小外界磁场的干扰，提高0引言航向角精度的磁强计罗差补偿方法研究受到广泛关注。近年来

5、通过磁强计检测磁场变化，为飞行器姿磁强计罗差补偿一般有软件补偿和硬件补偿态测量及控制提供磁航向信息的研究越来越多。两种方式。硬件补偿方法包括电气式罗差补偿、机由于磁航向信息由磁强计获取的大地磁场信息决械式罗差补偿等；软件补偿方法主要有BP神经网定，而大地磁场信息获取的准确与否关键看磁罗差络、最小二乘拟合口及最佳椭圆拟合补偿等]。其基本原理是对磁场强度的测量值进行误差校正，用补偿后的三轴磁场强度测量值来计算载体的磁航收稿日期：201109—15；修回日期：201]1O一26向。以上补偿方法，分别应用在一定场合均能起到基金基目：国家“863”计划(20

6、09AA04Z320)通信作者：袁广民，yuangm@nwpu．edu．cn提高磁航向测量精度的效果。针对软件补偿方法，第2期袁广民等：强磁干扰环境下磁航向误差补偿技术研究曾庆化等。用四位置磁罗差标定方法，在有姿态参向角进行分段最小二乘线性拟合得到磁航向角考的情况下实现磁强计的校准，然而，此方法需要，完成磁航向二次补偿，获取系统航向角信息，如外部姿态参考，不适合某些无参考条件的应用领图1所示。域；张静等采用最小二乘法在载体小角度倾斜且⋯⋯⋯1次补偿2次补偿无航向参考时实现磁罗盘的自差校正，但此方法只适合倾斜角较小的场合；焦飞等采用神经网络方磁M域强

7、——小计M法对磁强计的系统误差和温度进行补偿，但存在不输——乘出M移l?eL拟易编程实现、计算量较大等不足，不适合实时性要_”求较高的场合；盛庆轩等¨6采用椭圆假设的方法，引入GPS测量磁偏角，从而准确估计真实航向角。图1磁强计两次补偿方法原理图以上几种方法都有助于提高磁强计的测量精度，然Fig．1Principleschematicoftwocompensation而，在强磁干扰环境下，难以起到好的补偿作用。methodforthemagnetometer在姿态参考应用领域，磁航向角的测量精度是影响系统精度的一个重要指标。尤其在强磁环境1．1磁强

8、计罗差的直接补偿下，如无人机长航飞行时，受到电机及其他电磁干磁强计罗差直接补偿是在载体飞行之前完成扰较大，此时如何进行误差补偿保证磁航向测量精对磁强计的标定，进而消除因环境磁场影响产生的度特别重要。鉴于以上文献方法不满足此应用要磁罗差椭圆效应。标定前磁强计z、轴输出图形求，本文提出了一种在强磁干扰环境下磁强计误差如图2所示，标定完成后磁强计z、轴理想输出直接补偿和间接补偿的两次补偿方法，建立了两级图形为圆形，如图3所示。误差补偿模型，对磁强计测量的三轴磁场强度和由Y#~gfl,iLll磁场强度确立磁航向信息进行分别补偿，通过试验6000验证了补偿算

9、法的有效性。1误差补偿模型、(0＼、，0)。＼x辅一。．．。、．磁强计的测量误差决定了磁航向的精度，造成-6。。l600’