高精度地磁定向磁场干扰修正技术研究

发布时间：2020-03-25 16:33

【摘要】：随着科技的发展,定向技术的应用日趋广泛,在观瞄系统以及航空、航天和航海等领域都起到了的重要作用,而地磁定向作为一种全自主式的定向技术,具有准确、可靠、隐蔽和适用性强的优点,对我国的国防和民生有重要意义。地磁定向技术容易受到外界环境中的软磁和硬磁干扰以及自身误差因素的影响,导致定向误差增大。本课题设计实现了高精度的地磁定向硬件平台,利用磁干扰和误差修正算法补偿地磁传感器,并在此基础上实现姿态解算算法,完成高精度地磁定向。首先研究了地磁传感器干扰和误差修正算法,分析了地磁传感器的干扰和误差的来源,建立了误差修正模型,并使用滑动均值滤波、牛顿迭代法和总体最小二乘法求解模型参数。然后实现了高精度姿态解算算法,利用地磁传感器和加速度计求解姿态角初值,然后结合陀螺仪求解四元数,更新姿态角,降低定向误差。根据算法的需要设计并实现了高精度地磁定向硬件平台。硬件平台主要包括STM32F411微处理器、RM3100地磁传感器和BMI160惯性测量单元,并搭载了数据通信模块和断电存储模块,具有便携和低功耗的特点。软件部分完成了各个模块的初始化工作,实现了微处理器上各个传感器数据采集和处理程序、通信程序、数据存储程序和高精度地磁定向算法。最后,对高精度地磁定向平台进行了整体功能测试。经过测试,平台的硬件和软件实现了预期的功能,传感器能够稳定地获取和处理相应的数据,能够正确地实现数据通信和存储功能。修正算法可有效补偿地磁传感器的干扰和误差,校正三轴地磁数据的畸变和偏移;定向算法可正确地姿态角,并将误差控制在较小的范围内。
【图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2333131211arctanarcsinarctanTTTTT （2-66）2.4 算法仿真与分析高精度地磁定向算法中的地磁干扰修正算法涉及参量较多，，迭代过程较为复杂再移植到地磁定向平台之前，需对其进行仿真分析。根据式（2-1），使用 MATLAB 编写仿真程序，生成受到干扰和误差影响的三轴地磁数据，然后使用地磁干扰修正算法修正这些数据，修正前后如图 2-4 和 2-5。

图 2-6 干扰修正算法仿真修改后的算法的平均迭代次数从 9 减少到了 5，且不再定性提高。在第 4 章，将对地磁干扰修正算法和姿态的运行效果进行测试。高精度地磁定向算法设计的总体方案，包括地磁干扰算法两个部分。地磁干扰修正算法部分介绍了传感器进行滑动平均滤波，然后使用牛顿迭代法和总体最小参数。高精度姿态解算算法部分介绍了欧拉角、方向加速度求滚转角和俯仰角初值，然后利用地磁量求解航度迭代四元数，更新姿态角，实现高精度姿态解算。扰修正算法进行仿真分析，提高了算法迭代速度和稳定
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;P318

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本文编号：2600131