一种快速、低成本寻北定向装置的设计与实现

发布时间：2020-09-16 17:13

　　 本文针对载体新型分量钻孔应变仪的特性与需求，设计并实现了一种适用范围广泛，带误差补偿、快速、低成本的寻北定向装置。 该装置通过地磁定向原理寻找磁北方向并实现定向指北功能，并且针对电子罗盘实际测量中不可避免存在误差的问题，在详细分析电子罗盘工作原理与误差干扰来源的基础上，建立了罗盘误差补偿模型，提出了电子罗盘误差标定和补偿方法。针对误差模型采用了基于椭圆假设的最小二乘拟合方法，将计算理想椭圆的参数转换成一定约束下的求极值问题，从而实现椭圆的拟合并完成补偿过程。并针对有姿态角或较强干扰情况下椭圆拟合算法的精度下降的情况，采用基于径向基函数（RBF）神经网络的补偿算法作为增强方案。 此后，本文从寻北定向装置系统设计的硬件与软件角度分析说明了装置整体以及各部分功能模块的设计与实现方案。本文设计的寻北定向装置以电子罗盘作为方位测量传感器，通过直流转位电机在二维平面中调整定向装置与载体的航向姿态，通过步进电机完成标定动作。在下位机上编程实现基于椭圆假设的误差系数补偿算法，通过MATLAB工具箱实现了基于RBF神经网络进行函数逼近的误差补偿方法。装置各功能模块通过单片微机总体控制协调，实现正北方向数据的采集，转位电机的操作与方位数据的综合处理与存储。 最后进行实地测量实验与仿真分析对本装置设计的电子罗盘误差补偿算法、电机控制算法以及寻北定向装置的整体功能性能的可靠性与有效性进行了验证。通过实验证明，该寻北定向装置满足设计需求，工作快速可靠，并且具有广泛的适用性。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P212
【部分图文】：

图 1.1 指南龟结构示意图器与电子罗盘的产生发展器通过感知磁场、电场变化或是敏感装置、元件的输出获取应素引起的磁场状态改变，并通过相应的电信号变化量来表示对

并且受到我国当前微机械系统技术与计算机微在电子罗盘产品特别是数字电子罗盘的研究开发领域的于核心技术与制造加工能力的制约，在产品精度，抗干产品存在一定的差距。Honeywell 磁阻式电子罗盘实物图。

由流动的电子，这些自由电子导致地球内核、外核等由电子在不同的地层之间的流动运动，这就在宏观上，相当于一个磁场恒定的磁偶极子存在在地球中心位图 2.1 表现了地球磁场分布的示意图。

【参考文献】

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本文编号：2820129