航姿系統(tǒng)矢量場傳感器的完全校正

李 翔，劉耀華，宋百麒

(桂林電子科技大學 電子工程與自動化學院，廣西 桂林 541004)

0 引言

三軸磁強計與三軸加速度計廣泛應用于航姿系統(tǒng)(AHRS)以及電子羅盤中，通過測量地磁矢量和重力矢量可實現姿態(tài)與方位(航向)的解算。然而由于制造工藝,安裝誤差及環(huán)境因素等影響，三軸磁強計與加速度計在使用中必須進行誤差校正與補償，以保證航姿系統(tǒng)的精度[1]。

目前，航姿系統(tǒng)中的磁強計和加速度計校正普遍采用基于橢球擬合的校正方法[2-6]，該方法只利用磁強計和加速度計的原始測量數據即可實現校正，便于使用者在各種應用場合進行快速、便捷的現場校正[7-10]。然而，橢球擬合法校正后的傳感器坐標系不能保證與載體坐標系相重合[11-15]，這將對航姿系統(tǒng)造成不可忽視的影響。

本文在對橢球擬合法的原理及其缺點進行理論分析的基礎上，提出一種補償傳感器非對準誤差的改進方法。實驗表明，該方法能實現磁強計與加速度計的完全校正，減小地磁和重力矢量的測量誤差，改善航姿系統(tǒng)的精度。

1 傳感器誤差模型

三軸磁強計及三軸加速度計通常采用的誤差模型：

(1)

式中:三維矢量u=(u1u2u3)T表示被測矢量(地磁矢量或重力矢量)；三維矢量v=(v1v2v3)T代表傳感器輸出；3×3矩陣K=(kij)3×3用于描述靈敏度(標度系數)誤差、非正交誤差、安裝誤差及磁強計受到的軟磁干擾等；噪聲項ε一般假定為零均值高斯白噪聲。

式(1)給出的線性誤差模型能滿足一般用途的精度要求。若忽略式(1)中的噪聲項并記L=K-1，則有