航姿系統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(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與方位(航向)的解算。然而由于制造工藝,安裝誤差及環境因素等影響，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，以保證航姿系統的精度[1]。

目前，航姿系統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