一種有磁環境下無人機的電子羅盤校正方法技術

本發明專利技術提供一種有磁環境下無人機的電子羅盤校正方法，所述方法包括：磁力計獲取電子羅盤x、y、z三軸的相對磁通量，濾波處理后進行橢球擬合校正，保存校正參數至第一存儲裝置；磁力計獲取電子羅盤x、y、z三軸的磁通量的極值，進行橢圓擬合校正，保存校正參數至第二存儲裝置；慣性導航模塊獲取傾斜角數據并結合步驟S1與S2的校正參數，計算補償后的水平磁場強度Xh和Yh，從而完成對電子羅盤的磁干擾校正及傾斜角校正。該校正方法提高了電子羅盤的適應性，簡化了校正步驟，并且無需在無磁環境下進行，因此對校正設備和校正環境要求低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種電子羅盤校正方法，尤其涉及一種有磁環境下并運用于無人機上的電子羅盤校正方法。
技術介紹
電子羅盤是利用地球磁場固有的指向性，測量載體空間姿態角度的一種測量傳感器。它可以測量載體三維姿態數據，并廣泛地應用于需要獲取載體姿態角度的場合，例如 載人機或無人機的飛行姿態控制、機器人控制、航海石油鉆井等等。電子羅盤具有體積小、航向精度高、傾斜范圍寬、頻響高、低功耗的優點，很適合用于既對航向精度有較高要求同時又對功耗、體積有限制的場合，例如無人機或機器人。電子羅盤作為無人機航向測量傳感器之一，在飛行控制系統中起著重要的作用。 電子羅盤通過測量地球磁場強度的微弱變化，計算出當前航向。電子羅盤對外界干擾的補償程度是影響電子羅盤精度的關鍵因素。電子羅盤的校正需要傾斜角、磁干擾以及溫度等補償后才能得到準確的航向角。 就無人機的應用而言，傾斜角和磁干擾對其影響最大。目前的多數電子羅盤都通過兩軸或三軸加速度計對電子羅盤做傾斜角補償，其缺點是不適合用于帶有俯仰角和滾動角動態變化的無人機。如果加入三軸角速度組成九軸，則需要復雜的算法，使整個系統變得非常復雜。當電子羅盤裝到無人機上后，為了能補償無人機上的磁干擾，需要對電子羅盤進行校正。由于無人機的體積較大，旋轉困難，因此將電子羅盤安裝到無人機上后，再校正電子羅盤變得很復雜，而且建造大型的無磁轉臺和無磁干擾的環境的成本太高。在現有技術中，在沒有無磁轉臺的情況下，只能采用簡單的方式校正。一般采用手動旋轉電子羅盤來校正，粗略地估計電子羅盤在X、y軸的磁通量的最大值和最小值來近似橢球擬合校正。這種校正方法難以取到電子羅盤在各個軸向的磁通量的最大值和最小值。 由于地球磁傾角的存在，電子羅盤測得的磁通量的最大值和最小值并不在水平面和豎直方向。電子羅盤水平安裝在無人機軸向平面時，在Z軸的校正，必須把無人機的機頭或機尾朝地旋轉來采集數據。隨著無人機的重量和體積增加，可行性也會降低。有鑒于此，有必要對在有磁環境下的無人機的電子羅盤校正方法予以改進，以解決上述問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種有磁環境下的電子羅盤校正方法，其可提高電子羅盤的適應性，同時簡化電子羅盤的校正步驟，校正過程無需在無磁環境下進行，降低對校正設備和校正環境的要求。為實現上述專利技術目的，本專利技術的一種有磁環境下的電子羅盤校正方法，所述方法包括如下步驟51、磁力計獲取電子羅盤x、y、z三軸的相對磁通量，濾波處理后進行橢球擬合校正，保存校正參數至第一存儲裝置；52、磁力計獲取電子羅盤X、y、z三軸的磁通量的極值，進行橢圓擬合校正，保存校正參數至第二存儲裝置；53、慣性導航模塊獲取傾斜角數據并結合步驟SI與S2的校正參數，計算補償后的水平磁場強度Xh和Yh。作為本專利技術的進一步改進，所述步驟SI具體為在無人機的機體外部，使用磁力計獲取X、I、Z三軸的相對磁通量X、Y、Z ;進行濾波處理后，將相對磁通量X、Y、Z送入極值獲取單元，以獲取磁力計在X、y、Z三軸的磁通量的極大值Xmax、Ymax、Zfflax和極小值Xmin、Yfflin, Zfflin ；進行橢球擬合校正，得到校正參數H、K、B，其中[XI,4)H =Hy'B:保存校正參數H、K、B至電子羅盤的存儲裝置。作為本專利技術的進一步改進，所述步驟S2具體為在無人機的機體內部，使用磁力計獲取電子羅盤X、I、Z三軸的磁通量的極大值Xmax’、 γ_’、Zmax’ 和極小值 Xmin’、Ymin’、Zmin’ ；進行橢圓擬合校正，得到校正參數H’、K’、B’，其中Ht =Hy' N ,,K' =t ￥ ,；B' =S>' R ' .保存校正參數H’、K’、B’至飛行控制計算機的存儲裝置中。作為本專利技術的進一步改進，其特征在于，所述電子羅盤的存儲裝置和/或飛行控制計算機的存儲裝置至少包括flash閃存。作為本專利技術的進一步改進，所述步驟S3具體為利用無人機上的慣性導航模塊獲取無人機飛行時的俯仰角α和滾動角Y ;并結合所述步驟SI中經過橢球擬合校正得到的校正參數Η、Κ、Β及所述步驟S2中經過橢圓擬合校正得到的校正參數H’、K’、B’，計算補償后的水平磁場強度Xh和Yh。作為本專利技術的進一步改進，在所述步驟SI之前和/或步驟S3之后，還包括至少一次濾波。作為本專利技術的進一步改進，所述無人機包括無人直升機和/或無人固定翼飛機。作為本專利技術的進一步改進，所述磁力計為三軸數字磁阻式磁力計和/或三軸模擬磁阻式磁力計和/或三個單軸數字磁阻式磁力計。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是通過在無人機的機體外部和內部分別進行第一次磁干擾校正及第二次磁干擾校正，以完成磁干擾校正；通過慣性導航模塊獲取無人機飛行時的傾斜角數據并結合第一次及第二次磁干擾校正參數，以完成傾斜角校正。該校正方法提高了電子羅盤的適應性，簡化了校正步驟，并且無需在無磁環境下進行，因此對5校正設備和校正環境要求低。附圖說明圖I為本專利技術一具體實施方式中的流程示意圖2為本專利技術一具體實施方式中的系統示意圖3為圖2所示的本專利技術中執行SI步驟的豐旲塊不意圖4為圖2所示的本專利技術中執行S2步驟及S3步驟的模塊示意圖。具體實施例方式下面結合附圖所示的各實施方式對本專利技術進行詳細說明，但應當說明的是，這些實施方式并非對本專利技術的限制，本領域普通技術人員根據這些實施方式所作的功能、方法、 或者結構上的等效變換或替代，均屬于本專利技術的保護范圍之內。電子羅盤測量載體航向角的基線是磁子午線(即地球磁經線)。當電子羅盤安裝在載體上，例如無人機時，由于載體周圍存在的鐵磁材料的影響，使得電子羅盤所在的磁場方向與地磁場的方向不一致，引起航向測量誤差。這種誤差的影響包括硬磁材料和軟磁材料的影響。硬磁材料相當于永久磁鐵，它的磁場強度在某一固定的環境中可以認為是不變的。 由于電子羅盤一般體積較小，可以認為硬磁材料對電子羅盤的各個測量軸產生固定偏值的影響，該影響隨著與硬磁材料的距離的減小而增加。軟磁材料本身不產生磁場，當被環境磁場磁化后產生干擾磁場對電子羅盤的測量產生影響，在電子羅盤各軸上產生的誤差分量不固定。橢球擬合校正是一種采用基于橢球模型假設理論的電子羅盤由于其X、y、z三軸的磁通量受到干擾磁場的影響而發生偏差并進行補償校正的一種校正方法，是一種電子羅盤的三軸校正方法；而橢圓擬合校正是橢球擬合校正的一種特殊情況，其在校正過程中不需要x、y、z三軸旋轉，只要在x、y的兩軸平面內旋轉電子羅盤即可實現對電子羅盤的校正。參圖I至圖3所示的本專利技術的一具體實施方式，該校正方法包括如下步驟SI、磁力計10獲取電子羅盤100在x、y、z三軸的相對磁通量，濾波處理后，進行橢球擬合校正，保存校正參數至第一存儲裝置。在本實施方式中，該第一存儲裝置為電子羅盤100 的存儲裝置12。該步驟SI具體包括以下幾個過程首先，在遠離無人機的機體外部，最好選擇較開闊的場地并且周圍無較強的磁干擾物質,如高壓線、汽車等。使用磁力計10獲取電子羅盤100在X、y、z三軸的相對磁通量X、Y、Z，進行濾波處理后，將相對磁通量X、Y、Z的數字量通過微控制器11傳輸至PC機200的極值獲取單元 20，并通過該極值獲取單元20獲取電子羅盤100在x、y、z三軸的磁通量的極大值Xmax、Ymax、Zffl本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：繆克鉆，黃海，沈建平，
申請(專利權)人：無錫漢和航空技術有限公司，
類型：發明
國別省市：