航姿系統(tǒng)矢量場(chǎng)傳感器的完全校正

李 翔，劉耀華，宋百麒

(桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西 桂林 541004)

0 引言

三軸磁強(qiáng)計(jì)與三軸加速度計(jì)廣泛應(yīng)用于航姿系統(tǒng)(AHRS)以及電子羅盤中，通過測(cè)量地磁矢量和重力矢量可實(shí)現(xiàn)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(qiáng)計(jì)與加速度計(jì)在使用中必須進(jìn)行誤差校正與補(bǔ)償，以保證航姿系統(tǒng)的精度[1]。

目前，航姿系統(tǒng)中的磁強(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)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(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)的原始測(cè)量數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)校正，便于使用者在各種應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行快速、便捷的現(xiàn)場(chǎng)校正[7-10]。然而，橢球擬合法校正后的傳感器坐標(biāo)系不能保證與載體坐標(biāo)系相重合[11-15]，這將對(duì)航姿系統(tǒng)造成不可忽視的影響。

本文在對(duì)橢球擬合法的原理及其缺點(diǎn)進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，提出一種補(bǔ)償傳感器非對(duì)準(zhǔn)誤差的改進(jìn)方法。實(shí)驗(yàn)表明，該方法能實(shí)現(xiàn)磁強(qiáng)計(jì)與加速度計(jì)的完全校正，減小地磁和重力矢量的測(cè)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(qiáng)計(jì)及三軸加速度計(jì)通常采用的誤差模型：

(1)

式中:三維矢量u=(u1u2u3)T表示被測(cè)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(biāo)度系數(shù))誤差、非正交誤差、安裝誤差及磁強(qiáng)計(jì)受到的軟磁干擾等；噪聲項(xiàng)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(xiàng)并記L=K-1，則有