一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種磁偏角計(jì)算方法，具體設(shè)及一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角 計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁偏角是地理上當(dāng)?shù)卮疟焙驼姹钡膴A角；當(dāng)用磁力計(jì)進(jìn)行尋北時(shí)，雖然精度較高， 但是磁力計(jì)只能測量出當(dāng)?shù)卮疟钡姆较颍疟钡姆较蛳鄬φ姹狈较虼嬖谄睿?，磁?角），會給導(dǎo)航系統(tǒng)的尋北帶來誤差。
[0003] 通常情況下，地球上的磁偏角都是按期計(jì)算，公布，W備查找使用，因此需要通過 查表才能知道此時(shí)經(jīng)締度下的磁偏角；專利《永磁體磁偏角測量表及測量方法》（申請?zhí)?200810121769.3)提供了一種利用永磁體來測量磁偏角的方法，該方法是采用永磁體來測 量磁偏角。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于9軸慣性測量單元的 磁偏角計(jì)算方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角計(jì)算方法， 其特征是，包括W下步驟：
[0006] 首先，利用Ξ軸光纖巧螺和Ξ軸MEMS加速度計(jì)，通過慣性導(dǎo)航解析式對準(zhǔn)的方法， 計(jì)算出此時(shí)相對于真北的航向角化；
[0007] 然后，利用Ξ軸MEMS加速度計(jì)和Ξ軸MEMS磁力計(jì)計(jì)算出此時(shí)相對于磁北的磁航向 角Hm;
[000引最后，計(jì)算相對于真北的航向角化和相對于磁北的磁航向角Hm的差值就是此時(shí)所 在位置的磁偏角ah。
[0009] 航向角化的計(jì)算方法為：
[0010] 在載體靜止時(shí)，計(jì)算出初始的捷聯(lián)矩陣T，其中捷聯(lián)矩陣中九個(gè)元素分別為：
[0014]式中；
[001引界為當(dāng)?shù)氐木喍龋?br>[0016] Wie為地球自轉(zhuǎn)角速率；
[0017] g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋?br>[0018] 仿巧1"分別為載體坐標(biāo)系下x、y、zS軸光纖巧螺的輸出角速率；
[0019] 各?、各J、各?分別為載體坐標(biāo)系下x、y、zミ軸MEMS加速度計(jì)的輸出加速度；
[0020]
[0021] 化main為航向角主值；
[0022] 計(jì)算出航向角化為：
[0023]
[0024] 捷聯(lián)矩陣T的表達(dá)式如下：
[0025]
[0026] 式中:陸為航向角，Θ為橫滾角，γ為俯仰角。
[0027] 磁航向角Hm的計(jì)算方法為：
[0028] 當(dāng)載體在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，地理坐標(biāo)系下各軸加速度計(jì)的測量值為At=[0 0 g];此時(shí) 載體MEMS加速度計(jì)的測量值為Ab=[ax ay az]，
[0029] 由Ab = T-lAt，計(jì)算出：
[0030]
[0031] 地理坐標(biāo)系下各軸的磁場強(qiáng)度的測量值為Mt=[0 Μ 0]，此時(shí)載體的Ξ軸MEMS磁 力計(jì)的測量值為Mb = [Ilk my mz];
[00創(chuàng)由Mb = T-iMt，計(jì)算出磁航向角Hm:
[0033]
[0034] 磁偏角ΔΗ的計(jì)算方法為：
[0035] ΔΗ=Ημ-Ηο
[0036] ΔΗ〉0,表示此時(shí)的磁偏角向西偏；ΔΗ<0,表示此時(shí)的磁偏角向東偏。
[0037] 本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：
[0038] 本發(fā)明的方法主要通過慣性傳感器和算法實(shí)時(shí)計(jì)算出磁偏角，可W準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地計(jì) 算出任何時(shí)刻、任何經(jīng)締度下、任何載體姿態(tài)下的磁偏角，并便于在工程中通過編程實(shí)現(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。W下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方 案，而不能w此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0040]本發(fā)明的原理主要是利用了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)初始對準(zhǔn)的原理;首先利用Ξ軸光纖巧 螺和Ξ軸MEMS加速度計(jì)，通過慣性導(dǎo)航解析式對準(zhǔn)的方法，就可W精確地計(jì)算出此時(shí)相對 于真北的航向角化;然后利用Ξ軸MEMS加速度計(jì)和Ξ軸MEMS磁力計(jì)就可W精確地計(jì)算出此 時(shí)相對于磁北的磁航向角Hm;最后，相對于真北的航向角化和相對于磁北的磁航向角Hm的差 值就是此時(shí)所在位置的磁偏角A H。
[0041 ]本發(fā)明的具體實(shí)施計(jì)算方法如下：
[0042] 1)航向角化的計(jì)算方法；
[0043] 由慣性導(dǎo)航解析式對準(zhǔn)的方法，在載體靜止時(shí)，可W計(jì)算出初始的捷聯(lián)矩陣T，其 中捷聯(lián)矩陣T中九個(gè)元素分別為：
[0047] 公式中：
[004引巧為當(dāng)?shù)氐木喍龋?br>[0049] Wie為地球自轉(zhuǎn)角速率；
[0050] g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋?br>[0化1] > ω?：：分別為載體坐標(biāo)系下x、y、zS軸光纖巧螺的輸出角速率。
[0052] 各J、各?、扭分別為載體坐標(biāo)系下x、y、zミ軸MEMS加速度計(jì)的輸出加速度。
[0053] 因此，可W計(jì)算出此時(shí)相對于真北的航向角化，計(jì)算方法如下：
[0化4]
[00對 Hg main為航向角主值;計(jì)算出航向角Hg為：
[0化6]
[0057] 2)磁航向角Hm的計(jì)算方法；
[005引捷聯(lián)矩陣T的表達(dá)式如下：
[0化9
[0060]式中:化為航向角，Θ為橫滾角，γ為俯仰角。
[0061] 當(dāng)載體在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，地理坐標(biāo)系下各軸加速度計(jì)的測量值為At=[0 0 g];此時(shí) 載體MEMS加速度計(jì)的測量值為Ab=[ax ay az]，由Ab =廠lAt，計(jì)算出：
[0062]
化理坐標(biāo)系下各軸的磁場強(qiáng)度的測量值為Mt =[0 Μ 0]，此時(shí)載體的磁力計(jì)的測量值為Mb=[mx my mz];由Mb =廠iMt，計(jì)算出磁 航向角Hm:
[0063]
[0064] 3)磁偏角Δ Η的計(jì)算方法；
[0065] 由上面計(jì)算出的航向角化和磁航向角Hm的差值為此時(shí)的磁偏角Δ Η:
[0066] ΔΗ=Ημ-Ηο
[0067] ΔΗ〉0,表示此時(shí)的磁偏角向西偏；ΔΗ<0,表示此時(shí)的磁偏角向東偏。
[0068] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和變形，運(yùn)些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角計(jì)算方法，其特征是，包括以下步驟： 首先，利用三軸光纖陀螺和三軸MEMS加速度計(jì)，通過慣性導(dǎo)航解析式對準(zhǔn)的方法，計(jì)算 出此時(shí)相對于真北的航向角Hg; 然后，利用三軸MEMS加速度計(jì)和三軸MEMS磁力計(jì)計(jì)算出此時(shí)相對于磁北的磁航向角Hm; 最后，計(jì)算相對于真北的航向角Hg和相對于磁北的磁航向角Hm的差值就是此時(shí)所在位 置的磁偏角A H。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角計(jì)算方法，其特征是，航 向角Hg的計(jì)算方法為： 在載體靜止時(shí)，計(jì)算出初始的捷聯(lián)矩陣T，其中捷聯(lián)矩陣中九個(gè)元素分別為：式中： 爐為當(dāng)?shù)氐臒樁龋? Wie3為地球自轉(zhuǎn)角速率； g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?；分別為載體坐標(biāo)系下x、y、z三軸光纖陀螺的輸出角速率；分別為載體坐標(biāo)系下X、y、z三軸MEMS加速度計(jì)的輸出加速度；Hg main為航向角主值； 計(jì)算出航向角Hg為：3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角計(jì)算方法，其特征是，捷 聯(lián)矩陣T的表達(dá)式如下：式中:Hc為航向角，Θ為橫滾角，γ為俯仰角。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角計(jì)算方法，其特征是，磁 航向角Hm的計(jì)算方法為： 當(dāng)載體在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，地理坐標(biāo)系下各軸加速度計(jì)的測量值為At= [0 O g];此時(shí)載體 MEMS加速度計(jì)的測量值為Ab= [ax ay az]， 由Ab = T1At，計(jì)算出：地理坐標(biāo)系下各軸的磁場強(qiáng)度的測量值為Mt= [0 M 0]，此時(shí)載體的三軸MEMS磁力計(jì)的 測量值為Mb=[mx my mz]; 由Mb = T1Mt，計(jì)算出磁航向角Hm:5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角計(jì)算方法，其特征是，磁 偏角A H的計(jì)算方法為： AH=Hm-Hc A H>0，表示此時(shí)的磁偏角向西偏；Δ H〈0，表示此時(shí)的磁偏角向東偏。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于9軸慣性測量單元的磁偏角計(jì)算方法，包括以下步驟：首先，利用三軸光纖陀螺和三軸MEMS加速度計(jì)，通過慣性導(dǎo)航解析式對準(zhǔn)的方法，計(jì)算出此時(shí)相對于真北的航向角HG；然后，利用三軸MEMS加速度計(jì)和三軸MEMS磁力計(jì)計(jì)算出此時(shí)相對于磁北的磁航向角Hm；最后，計(jì)算相對于真北的航向角HG和相對于磁北的磁航向角Hm的差值就是此時(shí)所在位置的磁偏角ΔH。本發(fā)明的方法主要通過慣性傳感器和算法實(shí)時(shí)計(jì)算出磁偏角，可以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地計(jì)算出任何時(shí)刻、任何經(jīng)緯度下、任何載體姿態(tài)下的磁偏角，并便于在工程中通過編程實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】G01V3/40, G01C1/00
【公開號】CN105486275
【申請?zhí)枴緾N201510800205
【發(fā)明人】董冀, 鞠莉娜, 王曉臣, 黃艷輝, 王甫
【申請人】中國兵器工業(yè)集團(tuán)第二一四研究所蘇州研發(fā)中心
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月19日