量方法，在FPGA内部形成三个独立的高精度频 率计，对的三维磁感应传感器的正反向两次激励频率信号进行同步采样，并对频率信号的 时差进行同步运算处理，实时输出三轴磁强度数字信号。三维磁传感器的信号同步处理可 提高磁罗经在高速姿态变化条件下的测量精度。
【主权项】
1. 一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，它包括：激励电路、=维磁感传感器、=维加 速度传感器、S维巧螺仪传感器、AD忍片、FPGA和DSP; FPGA包括：频率计模块、AD控制模块和SPI总线模块； DSP包括：圆形旋转极值修正单元、卡尔曼滤波融合倾角单元和磁罗经倾角补偿及485 总线输出单元； 激励电路的脉冲信号输出端连接S维磁感传感器的脉冲信号输入端，FPGA的激励方向 控制信号输出端连接激励电路的激励方向控制信号输入端，=维磁感传感器的时差信号输 出端连接频率计模块的时差信号输入端，=维加速度传感器的加速度模拟信号输出端连接 AD忍片的加速度模拟信号输入端，AD忍片的加速度数字信号输出端连接AD控制模块的加 速度数字信号输入端，=维巧螺仪传感器的巧螺仪信号输出端连接SPI总线模块的巧螺仪 信号输入端； 频率计模块的磁场强度信号输出端连接圆形旋转极值修正单元的磁场强度信号输入 端，AD控制模块的信号输出端连接卡尔曼滤波融合倾角单元的加速度数字信号输入端，SPI 总线模块的巧螺仪信号输出端连接卡尔曼滤波融合倾角单元的巧螺仪信号输入端，圆形旋 转极值修正单元的磁干扰修正信号输出端连接磁罗经倾角补偿及485总线输出单元的磁 干扰修正信号输入端，卡尔曼滤波融合倾角单元的姿态角输出端连接磁罗经倾角补偿及 485总线输出单元的姿态角输入端，该姿态角包括：俯仰角0和横滚角（1); 圆形旋转极值修正单元：实时采集磁场强度信号，对磁场强度信号进行磁干扰修正，获 得磁干扰修正信号； 卡尔曼滤波融合倾角单元：实时采集加速度数字信号和巧螺仪信号，并利用卡尔曼滤 波融合倾角算法获得磁罗经传感器的姿态角； 磁罗经倾角补偿及485总线输出单元：实时采集磁干扰修正信号和姿态角，并利用倾 角补偿算法获得倾角补偿修正信号，利用该倾角补偿修正信号、俯仰角0和横滚角4获得 航向角4。2. 根据权利要求1所述的一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，=维磁感传感器包括： Z向磁忍（1)、Z向线圈似、X向线圈（3)、X向磁忍（4)、Y向磁忍巧）、Y向线圈（6)和塑 料基座（7); 塑料基座（7)为正方体，Z向磁忍（1)的一端、X向磁忍（4)的一端和Y向磁忍（5)的 一端分别固定在塑料基座（7)的=个面上，该塑料基座（7)的=个面分别两两相互垂直且 相邻，Z向线圈（2)、X向线圈（3)和Y向线圈（6)分别缠绕在Z向磁忍（1)、X向磁忍（4) 和Y向磁忍（5)上。3. 根据权利要求2所述的一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，Z向线圈（2)、X向线圈 做和Y向线圈（6)均为0.Olmm漆包线线圈。4. 根据权利要求2所述的一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，塑料基座（7)的材料为 聚碳酸醋材料。5. 根据权利要求2所述的一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，所述激励电路包括= 组完全相同的线圈激励电路，所述一组线圈激励电路包括：电阻RU电阻R2、电阻R3、电阻 R4、肖特基二极管D1、肖特基二极管D2、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4和放大器； 电阻R2的一端连接电源地，电阻R2的另一端同时连接放大器的反向信号输入端、开关 S2的一端和开关S3的一端，电阻R4的一端连接基准电压，电阻R4的另一端同时连接放大 器的正向信号输入端和电阻Rl的一端，放大器的正负极分别连接电源正极和电源地，放大 器信号输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接电阻Rl的另一端、肖特基二 极管Dl的正极、开关Sl的一端和开关S4的一端，开关S4的另一端和开关S3的另一端相 连并作为=维磁感传感器线圈的一个连接端，开关S2的另一端和开关Sl的另一端相连并 作为=维磁感传感器线圈的另一个连接端，肖特基二极管Dl的负极连接肖特基二极管D2 的负极，肖特基二极管D2的正极接电源地。6. 根据权利要求1所述的一种S维磁感式磁罗经，其特征在于，FPGA的频率计模块包 括：时差信号采集单元和磁场强度信号获得单元； 时差信号采集单元：实时采集=维磁感传感器输出的时差信号，该时差信号包括X轴 正向时差信号TPx、X轴反向时差信号TNx、Y轴正向时差信号TpY、Y轴反向时差信号TNY、 Z轴正向时差信号TPz和Z轴反向时差信号TNz; 磁场强度信号获得单元：所述磁场强度信号包括X轴磁场强度H、、Y轴磁场强度Hy和Z轴磁场强度Hz; 利用下式获得X轴磁场强度H、： Hx=k(TPX-TNx)， 利用下式获得Y轴磁场强度Hy: Hy=k(TPY-TNy)， 利用下式获得Z轴磁场强度Hz: Hz=k(TPZ-TNz)， 上式中k均为修正系数。7. 根据权利要求6所述的一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，圆形旋转极值修正单 元中，所述磁干扰修正信号包括X轴磁干扰修正信号H'X和Y磁干扰修正信号H'Y，所述 对磁场强度信号进行磁干扰修正包括一次修正单元、判断单元和二次修正单元， 一次修正单元：采用冒泡排序法获得X轴磁场强度极大值X轴磁场强度极小值Hxmm、Y轴磁场强度极大值和Y轴磁场强度极小值HYmm, 利用下式获得X轴测量范围Y轴测量范围&f。。、X轴偏移Hxw和Y轴偏移HYW:根据偏移的圆屯、移动算法获得一次修正后的磁干扰修正信号，该一次修正后的磁干扰 修正信号包括X轴一次修正信号H'n和Y轴一次修正信号H'Yi: 判断单元：判断X轴测量范围H、f。。和Y轴测量范围HYf。。的大小关系， 若。，则对Y轴一次修正信号H'Yi进行二次修正，并将X轴一次修正信号H'n作为X轴磁干扰修正信号H'X,将Y轴二次修正信号H'Y2作为Y轴磁干扰修正信号H'Y， 若。，则对X轴一次修正信号H'Xi进行二次修正，并将X轴二次修正信号H'X2 作为X轴磁干扰修正信号H'X，将Y轴一次修正信号H'Yi作为Y轴磁干扰修正信号H'Y; 二次修正单元：利用下式获得X轴二次修正信号H'X2和Y轴二次修正信号H'Y2:8. 根据权利要求7所述的一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，利用下式获得倾角补 偿修正信号，该倾角补偿修正信号包括X轴倾角补偿修正信号H"X和Y轴倾角补偿修正信 号H"Y:利用下式获得航向角4 :9. 根据权利要求1所述的一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，=维加速度传感器为 KXR94-2050加速度传感器，S维巧螺仪传感器为SCR1100-D04单轴巧螺仪。10. 根据权利要求1所述的一种=维磁感式磁罗经，其特征在于，频率计模块包括=个 频率计。
【专利摘要】一种三维磁感式磁罗经，涉及属于磁导航、定位等技术领域。本发明是为了解决国内磁感效应原理磁罗经传感器缺失的问题。本发明所述的一种三维磁感式磁罗经以磁感效应为基础，并运用现代数字信号处理技术，采用FPGA和DSP模块化设计方法，实现对传感器的信号提取工作。采用脉冲信号激励替代传统的方波激励方式，可有效降低了磁传感器检测电路的功耗。三维磁感应传感器采用集成三维磁芯结构，有效降低传感器的正交偏差，并利用FPGA实现三维磁信号高速同步采集处理，提高了磁罗经的航向角检测精度。磁感应传感器激励采用脉冲激励方法降低器件功耗，同时磁罗经采用DSP处理器进行智能磁补偿和姿态自补偿技术，使磁罗经具有较好的环境适应能力。
【IPC分类】G01C17/28
【公开号】CN105203088
【申请号】CN201510590106
【发明人】孙立凯, 付士民, 宫占江, 黄辉, 齐娜, 桂永雷, 张鹏, 李金平
【申请人】中国电子科技集团公司第四十九研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月16日