【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種三維電子羅盤，尤其涉及一種分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤。
技術(shù)介紹
1、三維電子羅盤又稱三維數(shù)字羅盤，簡稱三維羅盤，通常由一體化設(shè)計的三軸加速度計和三軸磁力計構(gòu)成。其中，加速度計可以測量載體的比力，比力定義為在單位質(zhì)量上的非引力外力；磁力計可以測量載體坐標系上敏感到的磁場強度大小。三維羅盤作為導(dǎo)航儀器或姿態(tài)傳感器，進行整體安裝，可以應(yīng)用于航海導(dǎo)航測繪、gps組合導(dǎo)航、天線伺服控制、紅外成像儀、激光測距儀、地圖補繪器、水下機器人導(dǎo)航、海洋學(xué)勘測儀以及特殊場合機器人等領(lǐng)域。在三維羅盤的實際應(yīng)用環(huán)境中，地球磁場是天然的基準場，磁場方向由地理南極指向地理北極，其強度大小約0.5～0.6gauss，即地球磁場屬于相對弱磁場；地磁軸與地球自轉(zhuǎn)軸并不重合，之間存在約11.5°的傾斜角度，該偏差稱為磁偏角，在國內(nèi)通常在1～5°，最大可達11°，因此，將會給實際的測量帶來了一定的誤差。在此基礎(chǔ)上，由于實際的安裝環(huán)境不可避免的還會存在各種各樣的干擾源，也將導(dǎo)致現(xiàn)有的三維羅盤并不能很好地滿足實際的抗干擾需求，進而還存在對于安裝環(huán)境的局限性較大等問題，不利于產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用。因此，為了能夠有效地提高產(chǎn)品的測量精度，并降低產(chǎn)品對于安裝環(huán)境的局限性，如何對三維羅盤的結(jié)構(gòu)和空間校準過程進行優(yōu)化設(shè)計，無疑是通過三維羅盤進行磁北極測量所必須解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是需要提供一種分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，旨在通過對三維羅盤的結(jié)構(gòu)和空間校準過程進行優(yōu)化設(shè)
2、對此，本專利技術(shù)提供一種分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，包括：第一安裝基準面、加速度采集運算電路板、雙頭端子線、第二安裝基準面和磁力探頭電路板，所述加速度采集運算電路板設(shè)置于所述第一安裝基準面上，所述磁力探頭電路板設(shè)置于所述第二安裝基準面上，所述加速度采集運算電路板通過所述雙頭端子線連接至所述磁力探頭電路板；其中，所述磁力探頭電路板的空間校準過程包括以下步驟：
3、步驟s1，對所述磁力探頭電路板的磁場模型進行橢球方程的構(gòu)建；
4、步驟s2，根據(jù)校準位置的采樣點數(shù)據(jù)獲取所述橢球方程對應(yīng)的系數(shù)矩陣；
5、步驟s3，根據(jù)所述橢球方程的系數(shù)計算橢球中心偏移量，并以所述橢球中心偏移量作為所述磁力探頭電路板的磁場干擾的固定零點；
6、步驟s4，根據(jù)所述磁場干擾的固定零點得到分解矩陣后的特征值，并根據(jù)所述特征值計算所述磁力探頭電路板的刻度系數(shù)矩陣。
7、本專利技術(shù)的進一步改進在于，所述步驟s1中，采用公式ax2+by2+cz2+2dxy+2exz+2fyz+2gx+2hy+2iz＝1對所述磁力探頭電路板的磁場模型進行橢球方程的構(gòu)建，其中，a、b、c、d、e、f、g、h和i分別表示橢球方程的九個系數(shù)，x、y和z表示所述磁力探頭電路板中三軸磁力計的坐標。
8、本專利技術(shù)的進一步改進在于，所述步驟s2包括以下子步驟：
9、步驟s201，通過公式hk＝[x2,y2,z2,2xy,2xz,2yz,2x,2y,2z]12×9計算矩陣hk，hk表示12×9的矩陣；
10、步驟s202，通過公式xk＝(hkt*hk)t*hkt*yk計算系數(shù)矩陣xk，xk表示9×1的系數(shù)矩陣，用于對應(yīng)a、b、c、d、e、f、g、h和i這九個系數(shù)；上標t表示轉(zhuǎn)置矩陣；yk表示12×1的1階矩陣，用于表示十二個校準位置的采樣點數(shù)據(jù)。
11、本專利技術(shù)的進一步改進在于，所述步驟s202中，所述十二個校準位置的采樣包括：
12、第一校準位置，水平放置，任意方向靜止采樣；
13、第二校準位置，水平放置，相對于第一校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后靜止采樣；
14、第三校準位置，水平放置，相對于第二校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后靜止采樣；
15、第四校準位置，水平放置，相對于第三校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后靜止采樣；
16、第五校準位置，相對于第四校準位置順時針旋轉(zhuǎn)30°之后，調(diào)整俯仰角為45°±10°，靜止采樣；
17、第六校準位置，保持第五校準位置的俯仰角，相對于第五校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后，靜止采樣；
18、第七校準位置，保持第六校準位置的俯仰角，相對于第六校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后，靜止采樣；
19、第八校準位置，保持第七校準位置的俯仰角，相對于第七校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后，靜止采樣；
20、第九校準位置，相對于第八校準位置，順時針旋轉(zhuǎn)30°之后，然后調(diào)整俯仰角為-45°±10°，靜止采樣；
21、第十校準位置，保持第九校準位置的俯仰角，相對于第九校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后，靜止采樣；
22、第十一校準位置，保持第十校準位置的俯仰角，相對于第十校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后，靜止采樣；
23、第十二校準位置，保持第十一校準位置的俯仰角，相對于第十一校準位置順時針旋轉(zhuǎn)90°之后，靜止采樣。
24、本專利技術(shù)的進一步改進在于，所述十二個校準位置的采樣點調(diào)整過程通過三腳架轉(zhuǎn)臺和分度盤來實現(xiàn)，所述磁力探頭電路板通過所述分度盤設(shè)置于所述三腳架轉(zhuǎn)臺上；在角度的旋轉(zhuǎn)過程中，角度誤差控制在5～10°之內(nèi)。
25、本專利技術(shù)的進一步改進在于，所述步驟s3通過公式計算所述橢球方程的系數(shù)計算橢球中心偏移量center，并以所述橢球中心偏移量center作為所述磁力探頭電路板的磁場干擾的固定零點。
26、本專利技術(shù)的進一步改進在于，所述步驟s4包括以下子步驟：
27、步驟s401，通過公式得到分解矩陣后的特征值mat_r，其中，center(1:3)表示橢球中心偏移量center之中的第1個至第3個向量元素，1:3表示序號1至序號3；
28、步驟s402，通過公式計算磁場模型的橢球軸長radii，其中，rd表示由特征值mat_r組成的對角矩陣，rd(i)表示特征值元素；i為1～3的自然數(shù)；
29、步驟s403，通過公式min_radii＝min(radii)對所述橢球軸長radii取軸長最小值min_radii；
30、步驟s404，通過公式對軸長最小值min_radii進行刻度系數(shù)歸一化處理，得到歸一化刻度系數(shù)scale，其中，radii(i)表示橢球軸長；
31、步驟s405，通過公式mat_correct＝rv*scale*rvt計算所述磁力探頭電路板的刻度系數(shù)矩陣mat_correct，rv表示由特征值mat_r所對應(yīng)的特征向量構(gòu)成的矩陣。
32、本專利技術(shù)的進一步改進在于，所述第二安裝基準面的安裝位置與磁介質(zhì)物體之間的距離控制為40cm以上，所述磁介質(zhì)物體包括鐵、磁鐵和發(fā)動機中的任意一種或多種。
33、本專利技術(shù)的進一步改進在于，當(dāng)所述第二安裝基準面的安裝位置與磁介質(zhì)物體之間的距離小于40cm時，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，包括：第一安裝基準面、加速度采集運算電路板、雙頭端子線、第二安裝基準面和磁力探頭電路板，所述加速度采集運算電路板設(shè)置于所述第一安裝基準面上，所述磁力探頭電路板設(shè)置于所述第二安裝基準面上，所述加速度采集運算電路板通過所述雙頭端子線連接至所述磁力探頭電路板；其中，所述磁力探頭電路板的空間校準過程包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述步驟S1中，采用公式Ax2+By2+Cz2+2Dxy+2Exz+2Fyz+2Gx+2Hy+2Iz＝1對所述磁力探頭電路板的磁場模型進行橢球方程的構(gòu)建，其中，A、B、C、D、E、F、G、H和I分別表示橢球方程的九個系數(shù)，x、y和z表示所述磁力探頭電路板中三軸磁力計的坐標。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述步驟S2包括以下子步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述步驟S202中，所述十二個校準位置的采樣包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任意一項所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述步驟S3通過公式計算所述橢球方程的系數(shù)計算橢球中心偏移量Center，并以所述橢球中心偏移量Center作為所述磁力探頭電路板的磁場干擾的固定零點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述步驟S4包括以下子步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述第二安裝基準面的安裝位置與磁介質(zhì)物體之間的距離控制為40cm以上，所述磁介質(zhì)物體包括鐵、磁鐵和發(fā)動機中的任意一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，當(dāng)所述第二安裝基準面的安裝位置與磁介質(zhì)物體之間的距離小于40cm時，則固定所述第二安裝基準面和磁介質(zhì)物體之后，控制所述磁力探頭電路板和磁介質(zhì)物體進行同步的旋轉(zhuǎn)校準。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述加速度采集運算電路板和磁力探頭電路板的安裝角度定義為：方位角指代X軸方向，測量范圍為0°～360°，指向磁北時為0°，順時針旋轉(zhuǎn)為正；俯仰角指
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，包括：第一安裝基準面、加速度采集運算電路板、雙頭端子線、第二安裝基準面和磁力探頭電路板，所述加速度采集運算電路板設(shè)置于所述第一安裝基準面上，所述磁力探頭電路板設(shè)置于所述第二安裝基準面上，所述加速度采集運算電路板通過所述雙頭端子線連接至所述磁力探頭電路板；其中，所述磁力探頭電路板的空間校準過程包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述步驟s1中，采用公式ax2+by2+cz2+2dxy+2exz+2fyz+2gx+2hy+2iz＝1對所述磁力探頭電路板的磁場模型進行橢球方程的構(gòu)建，其中，a、b、c、d、e、f、g、h和i分別表示橢球方程的九個系數(shù)，x、y和z表示所述磁力探頭電路板中三軸磁力計的坐標。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述步驟s2包括以下子步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述步驟s202中，所述十二個校準位置的采樣包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分體式設(shè)計的磁北極測量三維羅盤，其特征在于，所述十二個校準位置的采樣點調(diào)整過程通過三腳架轉(zhuǎn)臺和分度盤來實現(xiàn)，所述磁力探頭電路板通過所述分度盤設(shè)置于所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝珊，
申請(專利權(quán))人：深圳瑞慣科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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