一种AMR磁罗盘的误差建模与校准方法

第28卷第2期杭州电子科技大学学报Vol.28,No.2 2008年04月Jo urnal of Ha ngzhou Dianzi Uni versi ty Apr.2008AMR 电子罗盘的设计及其误差补偿郑玉冰,章雪挺,刘敬彪(杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018)收稿日期:2007-07-08作者简介:郑玉冰(1982-),女,福建莆田人,在读研究生,电子系统集成.摘要:该文介绍了磁阻式电子罗盘的工作原理,设计了一种利用磁阻传感器和加速度计测定航向角、俯仰角、侧滚角的电子罗盘测量系统。

在分析电子罗盘误差形成的基础上,提出了相应的补偿方法。

实验结果表明,利用这些补偿方法,可有效的减低由制造和安装等所引起的误差。

同时,这种补偿方法也适用于其它3轴传感器系统。

关键词:导航系统;磁阻传感器;误差补偿中图分类号:TP212.13 文献标识码:A 文章编号:1001-9146(2008)02-0041-040 引 言目前,导航系统在汽车、航海、航空等领域已经得到广泛的应用。

电子罗盘是导航系统不可缺少的重要组成部分,主要分为磁通门和磁阻式。

磁通门传感器是由一套环绕磁芯的线圈组成,该磁芯配有励磁电路,能够提供低成本的磁场探测方法,但它们体积偏大、易碎、响应时间慢。

而使用磁阻传感器的电子罗盘克服了磁通门罗盘的不足,具有体积小、重量轻、精度高、可靠性强、响应速度快等优点,是未来电子罗盘的发展方向[1]。

因此,本文所设计的电子罗盘采用3轴磁阻传感器进行地球磁场矢量测量,利用2轴加速度计测量载体的重力加速度,通过补偿算法校准导航系统的误差,得到载体的航向角。

1 电子罗盘的基本原理地球的磁场强度为0.5 10-4-0.6 10-4T,无论何地,磁场的水平分量永远指向磁北,这是所有电子罗盘的制作基础[2]。

传统的导航定位,通过以下3个姿态参数:航向角( ),俯仰角( ),横滚角( )。

将磁阻传感器的3个敏感轴沿载体的3个坐标轴安装,分别测量地磁场磁感应强度H 在载体坐标系3个坐标上的投影分量(H X ,H Y ,H Z )。

AMR导航系统以及其校准方法J.Vcelak,P.Ripka,J.Kubık,A.Platil,P.KasparCzech Technical University in Prague,Faculty of Electrical Engineering, Department of Measurement,Technick′a2,16627Praha6,Czech Republic摘要描述了基于AMR传感器和加速计的全数字化的导航系统，并提供了关于实际方位(azimuth)，左右摇晃(roll)和上下颠簸(pitch)的信息。

同时还描述了我们研究的导航系统以及误差校准和补偿方法，尤其集中讨论了垂直安装上的传感器偏差和三个轴方向上的传感器偏差引起的误差校准。

同时还讨论了平台式以及非平台式导航系统的各自优点和相互比较。

关键词导航系统；校准方法；三维空间系统1.引言从汽车、船舶和潜艇的导航系统到GPS定位器，手机和水平钻孔系统，电子指南针的应用范围非常广泛。

导航系统主要有以下几种可能的理由:−利用GPS（全球定位系统）和GLONASS（格洛纳斯，全球导航卫星系统）等定位器的导航系统不提供装置的实际方位，只提供轨道方向。

其优点是能应用于地球表面上任何地点。

其主要缺点是不能用于地下。

−利用真陀螺仪的导航系统精确度高，价格昂贵。

但是利用MEMS（微型机电系统）陀螺仪的却有较大的飘动。

这种系统广泛应用于船舶与潜艇。

−价格便宜的二维电子指南针基于霍尔效应，AMR和微型磁通门传感器。

其主要缺点是该指南针只能用于水平位置，而不能用于非水平位置。

当上下颠簸的角度5度时，平台式和非平台式导航系统的误差比较如图1所示。

−平台式电子导航系统利用三维磁场传感器和关于装置的实际摇晃和颠簸的信息计算每个位置上的方位角。

这种系统一般利用AMR传感器和磁通门传感器，还可以工作于地下。

这种磁通门传感器有较大的功率消耗，占据的容积也较大，可是利用AMR传感器和倾斜计的现有的系统随着颠簸和摇晃的程度增加却显示出很大的误差。