专利名称：一种有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法
技术领域：
本发明涉及一种电子罗盘校正方法，尤其涉及一种有磁环境下并运用于无人机上的电子罗盘校正方法。
背景技术：
电子罗盘是利用地球磁场固有的指向性，测量载体空间姿态角度的一种测量传感器。它可以测量载体三维姿态数据，并广泛地应用于需要获取载体姿态角度的场合，例如 载人机或无人机的飞行姿态控制、机器人控制、航海石油钻井等等。电子罗盘具有体积小、航向精度高、倾斜范围宽、频响高、低功耗的优点，很适合用于既对航向精度有较高要求同时又对功耗、体积有限制的场合，例如无人机或机器人。电子罗盘作为无人机航向测量传感器之一，在飞行控制系统中起着重要的作用。 电子罗盘通过测量地球磁场强度的微弱变化，计算出当前航向。电子罗盘对外界干扰的补偿程度是影响电子罗盘精度的关键因素。电子罗盘的校正需要倾斜角、磁干扰以及温度等补偿后才能得到准确的航向角。 就无人机的应用而言，倾斜角和磁干扰对其影响最大。目前的多数电子罗盘都通过两轴或三轴加速度计对电子罗盘做倾斜角补偿，其缺点是不适合用于带有俯仰角和滚动角动态变化的无人机。如果加入三轴角速度组成九轴，则需要复杂的算法，使整个系统变得非常复杂。当电子罗盘装到无人机上后，为了能补偿无人机上的磁干扰，需要对电子罗盘进行校正。由于无人机的体积较大，旋转困难，因此将电子罗盘安装到无人机上后，再校正电子罗盘变得很复杂，而且建造大型的无磁转台和无磁干扰的环境的成本太高。在现有技术中，在没有无磁转台的情况下，只能采用简单的方式校正。一般采用手动旋转电子罗盘来校正，粗略地估计电子罗盘在X、y轴的磁通量的最大值和最小值来近似椭球拟合校正。这种校正方法难以取到电子罗盘在各个轴向的磁通量的最大值和最小值。 由于地球磁倾角的存在，电子罗盘测得的磁通量的最大值和最小值并不在水平面和竖直方向。电子罗盘水平安装在无人机轴向平面时，在Z轴的校正，必须把无人机的机头或机尾朝地旋转来采集数据。随着无人机的重量和体积增加，可行性也会降低。有鉴于此，有必要对在有磁环境下的无人机的电子罗盘校正方法予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有磁环境下的电子罗盘校正方法，其可提高电子罗盘的适应性，同时简化电子罗盘的校正步骤，校正过程无需在无磁环境下进行，降低对校正设备和校正环境的要求。为实现上述发明目的，本发明的一种有磁环境下的电子罗盘校正方法，所述方法包括如下步骤51、磁力计获取电子罗盘x、y、z三轴的相对磁通量，滤波处理后进行椭球拟合校正，保存校正参数至第一存储装置；
52、磁力计获取电子罗盘X、y、z三轴的磁通量的极值，进行椭圆拟合校正，保存校正参数至第二存储装置；
53、惯性导航模块获取倾斜角数据并结合步骤SI与S2的校正参数，计算补偿后的水平磁场强度Xh和Yh。作为本发明的进一步改进，所述步骤SI具体为
在无人机的机体外部，使用磁力计获取X、I、Z三轴的相对磁通量X、Y、Z ;
进行滤波处理后，将相对磁通量X、Y、Z送入极值获取单元，以获取磁力计在X、y、Z三轴的磁通量的极大值Xmax、Ymax、Zfflax和极小值Xmin、Yfflin, Zfflin ；
进行椭球拟合校正，得到校正参数H、K、B，其中
[XI,4)H =Hy'B:
保存校正参数H、K、B至电子罗盘的存储装置。作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为
在无人机的机体内部，使用磁力计获取电子罗盘X、I、Z三轴的磁通量的极大值Xmax’、 γ_’、Zmax’ 和极小值 Xmin’、Ymin’、Zmin’ ；
进行椭圆拟合校正，得到校正参数H’、K’、B’，其中
Ht =Hy' N ,,K' =t ￥ ,；B' =S>' R ' .
保存校正参数H’、K’、B’至飞行控制计算机的存储装置中。作为本发明的进一步改进，其特征在于，所述电子罗盘的存储装置和/或飞行控制计算机的存储装置至少包括flash闪存。作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体为
利用无人机上的惯性导航模块获取无人机飞行时的俯仰角α和滚动角Y ;
并结合所述步骤SI中经过椭球拟合校正得到的校正参数Η、Κ、Β及所述步骤S2中经过椭圆拟合校正得到的校正参数H’、K’、B’，计算补偿后的水平磁场强度Xh和Yh。作为本发明的进一步改进，在所述步骤SI之前和/或步骤S3之后，还包括至少一次滤波。作为本发明的进一步改进，所述无人机包括无人直升机和/或无人固定翼飞机。作为本发明的进一步改进，所述磁力计为三轴数字磁阻式磁力计和/或三轴模拟磁阻式磁力计和/或三个单轴数字磁阻式磁力计。与现有技术相比，本发明的有益效果是通过在无人机的机体外部和内部分别进行第一次磁干扰校正及第二次磁干扰校正，以完成磁干扰校正；通过惯性导航模块获取无人机飞行时的倾斜角数据并结合第一次及第二次磁干扰校正参数，以完成倾斜角校正。该校正方法提高了电子罗盘的适应性，简化了校正步骤，并且无需在无磁环境下进行，因此对
5校正设备和校正环境要求低。
图I为本发明一种有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法一具体实施方式
中的流程示意图2为本发明一种有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法一具体实施方式
中的系统示意图3为图2所示的本发明一种有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法中执行SI步骤的丰旲块不意图4为图2所示的本发明一种有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法中执行S2步骤及S3步骤的模块示意图。
具体实施例方式下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、 或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。电子罗盘测量载体航向角的基线是磁子午线(即地球磁经线)。当电子罗盘安装在载体上，例如无人机时，由于载体周围存在的铁磁材料的影响，使得电子罗盘所在的磁场方向与地磁场的方向不一致，引起航向测量误差。这种误差的影响包括硬磁材料和软磁材料的影响。硬磁材料相当于永久磁铁，它的磁场强度在某一固定的环境中可以认为是不变的。 由于电子罗盘一般体积较小，可以认为硬磁材料对电子罗盘的各个测量轴产生固定偏值的影响，该影响随着与硬磁材料的距离的减小而增加。软磁材料本身不产生磁场，当被环境磁场磁化后产生干扰磁场对电子罗盘的测量产生影响，在电子罗盘各轴上产生的误差分量不固定。椭球拟合校正是一种采用基于椭球模型假设理论的电子罗盘由于其X、y、z三轴的磁通量受到干扰磁场的影响而发生偏差并进行补偿校正的一种校正方法，是一种电子罗盘的三轴校正方法；而椭圆拟合校正是椭球拟合校正的一种特殊情况，其在校正过程中不需要x、y、z三轴旋转，只要在x、y的两轴平面内旋转电子罗盘即可实现对电子罗盘的校正。参图I至图3所示的本发明一种有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法的一具体实施方式
，该校正方法包括如下步骤
SI、磁力计10获取电子罗盘100在x、y、z三轴的相对磁通量，滤波处理后，进行椭球拟合校正，保存校正参数至第一存储装置。在本实施方式中，该第一存储装置为电子罗盘100 的存储装置12。该步骤SI具体包括以下几个过程
首先，在远离无人机的机体外部，最好选择较开阔的场地并且周围无较强的磁干扰物质,如高压线、汽车等。使用磁力计10获取电子罗盘100在X、y、z三轴的相对磁通量X、Y、Z，进行滤波处理后，将相对磁通量X、Y、Z的数字量通过微控制器11传输至PC机200的极值获取单元 20，并通过该极值获取单元20获取电子罗盘100在x、y、z三轴的磁通量的极大值Xmax、Ymax、Zfflax和极小值Xmin、Ymin、Zmin，然后将磁通量的极大值和极小值等数字量送入处理器21，用以进行椭球拟合校正，得到校正参数H、K、B，其中
权利要求
1.一种有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤，51、磁力计获取电子罗盘x、y、Z三轴的相对磁通量，滤波处理后进行椭球拟合校正，保存校正参数至第一存储装置；52、磁力计获取电子罗盘X、y、z三轴的磁通量的极值，进行椭圆拟合校正，保存校正参数至第二存储装置；53、惯性导航模块获取倾斜角数据并结合步骤SI与S2的校正参数，计算补偿后的水平磁场强度Xh和Yh。
2.根据权利要求I所述的有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述步骤SI具体为在无人机的机体外部，使用磁力计获取X、I、Z三轴的相对磁通量X、Y、Z ;进行滤波处理后，将相对磁通量X、Y、Z送入极值获取单元，以获取磁力计在X、y、Z三轴的磁通量的极大值Xmax、Ymax、Zfflax和极小值Xmin、Yfflin, Zfflin ；进行椭球拟合校正，得到校正参数H、K、B，其中
3.根据权利要求I所述的有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述步骤S2具体为在无人机的机体内部，使用磁力计获取电子罗盘X、I、Z三轴的磁通量的极大值Xmax’、 γ_’、Zmax’ 和极小值 Xmin’、Ymin’、Zmin’ ；进行椭圆拟合校正，得到校正参数H’、K’、B’，其中
4.根据权利要求2或3中任意一项所述的有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述电子罗盘的存储装置和/或飞行控制计算机的存储装置至少包括flash闪存。
5.根据权利要求I所述的有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述步骤S3具体为利用无人机上的惯性导航模块获取无人机飞行时的俯仰角α和滚动角Y ;并结合所述步骤SI中经过椭球拟合校正得到的校正参数Η、Κ、Β及所述步骤S2中经过椭圆拟合校正得到的校正参数H’、K’、B’，计算补偿后的水平磁场强度Xh和Yh。
6.根据权利要求I所述的有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，其特征在于，在所述步骤SI之前和/或步骤S3之后，还包括至少一次滤波。
7.根据权利要求I所述的有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述无人机包括无人直升机和/或无人固定翼飞机。
8.根据权利要求I所述的有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述磁力计为三轴数字磁阻式磁力计和/或三轴模拟磁阻式磁力计和/或单轴数字磁阻式磁力计。
全文摘要
本发明提供一种有磁环境下无人机的电子罗盘校正方法，所述方法包括磁力计获取电子罗盘x、y、z三轴的相对磁通量，滤波处理后进行椭球拟合校正，保存校正参数至第一存储装置；磁力计获取电子罗盘x、y、z三轴的磁通量的极值，进行椭圆拟合校正，保存校正参数至第二存储装置；惯性导航模块获取倾斜角数据并结合步骤S1与S2的校正参数，计算补偿后的水平磁场强度Xh和Yh，从而完成对电子罗盘的磁干扰校正及倾斜角校正。该校正方法提高了电子罗盘的适应性，简化了校正步骤，并且无需在无磁环境下进行，因此对校正设备和校正环境要求低。
文档编号G01C17/38GK102589537SQ20121005558
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者沈建平, 缪克钻, 黄海 申请人:无锡汉和航空技术有限公司