具有倾角补偿功能的Android电子罗盘设计

发布时间：2017-03-23 16:19

  本文关键词：具有倾角补偿功能的Android电子罗盘设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电子磁罗盘是一种通过测量周围环境的地磁场强度与载体的加速度来确定方向的导航装置,具有使用方便、占用空间小、制造成本低、结构简单、功耗小等优点,常被用于航海、航天、航空、探测、车载定位及常用智能设备的导航定位等领域,应用前景十分广阔。在智能手机被广泛使用的今天,磁传感器与加速度传感器都已被集成在了智能设备中,因此,要提高电子罗盘的精度,有效方法之一便是优化其算法。本文提出了三维电子磁罗盘的一种具有倾角补偿功能的航向角算法,建立了电子磁罗盘的拟合算法与误差模型,并进行了相关的分析计算,最终设计出了三维电子磁罗盘的Android程序,并利用智能设备中的磁阻传感器和加速度传感器得到的数据来进行航向角的计算。本文首先对本课题的研究背景进行了说明,通过大量的资料查阅,对电子磁罗盘的研究意义进行了介绍,对当前磁传感技术的国内外发展形势进行了分析,并对磁阻传感器的测量原理进行了分析;其次,详细的介绍了地磁场的相关特性,根据地磁场的相关特性及三维电子磁罗盘的工作原理,对地磁测量航向角的原理进行了分析,同时建立了地磁测角的数学模型,并设计了三维电子磁罗盘航向角的倾角补偿算法;接着,对电子磁罗盘的安装误差、制造误差、载体磁场误差分别进行了分析,建立相应的误差补偿模型,提出了十二位置不对北、基于最小二乘法的椭圆拟合算法、椭球拟合算法三种补偿算法;最后,对智能设备中的相关电子部件进行了介绍,基于Android系统设计了电子磁罗盘的程序,对测量输出值进行误差补偿校正,并对结果进行分析。通过对程序的综合测试,结果表明,本文所设计的三维电子磁罗盘的Android程序可实现对航向角的动态测量,在设备存在倾角的情况下具有明显的补偿效果。具有广阔的应用前景。
【关键词】：Android 电子磁罗盘 加速度传感器 磁阻传感器 倾角补偿
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 电子磁罗盘的发展现状11-18
• 1.2.1 国内外发展现状11-14
• 1.2.2 磁传感器的发展现状14-18
• 1.3 论文的主要工作18-19
• 2 航向角计算原理及倾角补偿算法19-34
• 2.1 地磁场特性简介19-24
• 2.1.1 地磁场的基本特点19-20
• 2.1.2 地磁场要素20-24
• 2.2 地磁场分布特点24-25
• 2.3 坐标系、姿态角和姿态矩阵的定义25-28
• 2.3.1 坐标系定义25-26
• 2.3.2 姿态角定义26
• 2.3.3 姿态矩阵26-28
• 2.4 三维电子磁罗盘的航向角计算原理28-33
• 2.4.1 航向角的计算方法28-31
• 2.4.2 姿态角的计算方法31-32
• 2.4.3 倾角补偿后的航向角32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 电子磁罗盘的测量误差来源及分析34-44
• 3.1 传感器制造误差34-37
• 3.1.1 传感器制造误差产生机理34
• 3.1.2 传感器制造误差模型34-37
• 3.2 电子罗盘安装误差37-39
• 3.2.1 电子罗盘安装误差产生机理37
• 3.2.2 电子罗盘安装误差模型37-39
• 3.3 载体磁场误差39-43
• 3.3.1 载体磁场误差产生机理39-40
• 3.3.2 载体磁场误差模型建立40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 误差校准算法研究44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 十二位置不对北补偿算法44-48
• 4.3 载体磁场补偿算法48-55
• 4.3.1 最小二乘椭圆拟合法48-53
• 4.3.2 载体磁场误差的椭圆拟合补偿算法53-55
• 4.4 传感器制造误差补偿算法55-58
• 4.4.1 最小二乘椭球拟合法55-57
• 4.4.2 传感器制造误差的椭球拟合补偿算法57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 Android平台指南针设计59-78
• 5.1 Android平台简介59-61
• 5.1.1 Android平台优势59-60
• 5.1.2 Android平台架构60-61
• 5.1.3 Android应用程序开发环境61
• 5.2 硬件结构61-63
• 5.2.1 地磁传感器62
• 5.2.2 加速度传感器62-63
• 5.3 软件设计63-66
• 5.3.1 传感器坐标系63-64
• 5.3.2 界面布局设计（Layout）64-66
• 5.3.3 主程序设计（Activity）66
• 5.4 电子磁罗盘结果测试分析66-77
• 5.4.1 误差处理流程66-67
• 5.4.2 传感器制造误差补偿67-68
• 5.4.3 倾角补偿结果68-72
• 5.4.4 载体磁场误差补偿72-73
• 5.4.5 航向角计算结果73-77
• 5.5 本章小结77-78
• 6 总结与展望78-80
• 6.1 工作总结78
• 6.2 后续工作展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

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本文编号：264115