第４期(总第１７３期) ２０１２年８月 机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ Ｎｏ．４Ａｕｇ． 文章编号：１６７２－６４１３(２０１２)０４－０１６３－０３ 櫜基于椭球拟合的三轴磁传感器快速标定补偿方法张樨１，李杰２，蒋窍２，张晓明２ ( １．中北大学 信息与通信工程学院，山西太原０３００５１；２．中北大学 电子与计算机科学技术学院，山西 太原０３００５１) 摘要：考虑到现有多轴磁传感器的标定补偿方法中普遍存在操作时间长、计算量较大、标定设备要求高、场地要求面积大等问题，提出一种基于椭球拟合的三轴磁传感器误差标定补偿方法。首先，分析传感器误差产生机理，并在此基础上，建立传感器误差模型，推导出各误差系数的计算公式，并利用椭球拟合的方法对三轴磁传感器进行测试标定与误差补偿。实验结果表明，该方法能够正确、有效地标定补偿三轴磁传感器的不正交误差、灵敏度误差以及零偏误差，具有操作简捷、省时、精度高等特点。 关键词：磁传感器；误差建模；标定补偿；椭球拟合中图分类号：Ｖ２４１．６１文献标识码： 櫜 Ａ 国家自然科学基金资助项目 (６１００４１２７ )；国家自然科学基金资助项目 (５０９０５１６９ ) 收稿日期：２０１２－０３－２２；修回日期：２０１２－０４－０２ 作者简介：张樨 (１９７７－)，女，贵州黔西人，助教，硕士，主要从事导航制导与控制方面的研究工作。 ０引言 三轴磁传感器是重要的导航工具，为了获得高精度、高可靠性的导航信息，就必须对传感器进行有效的误差标定与补偿［ １］。传统的磁补偿技术主要为硬补偿，通过在磁传感器周围放置各种永久磁铁、软铁球或补偿绕组来抵消载体磁场，但是却存在成本高、补偿过程复杂、不易控制、精度较低等问题。针对此，本文以三轴磁传感器的制造误差为例，通过基于椭球约束的最小二乘拟合方法，对其进行软补偿，消除载体磁场对磁传感器的影响，有效提高磁传感器的误差补偿精度。 １误差产生机理分析及建模根据产生机理的不同，可将三轴磁传感器的制造误 差分为３类：不正交误差、灵敏度误差、零位误差［ ２， ３］。 １．１不正交误差 三轴磁传感器轴间的不正交误差是由于在制造过程中三个磁传感器的测量轴无法保证两两完全正交所 引起，其不正交角模型如图１所示。其中， Ｘ ０、 Ｙ ０、 Ｚ ０ 表示理想正交模型中三轴磁传感器的矢量指向； Ｘ 、 Ｙ 、 Ｚ 表示实际磁传感器三轴的指向；假设 Ｚ 轴与正交模 型中的 Ｚ ０ 轴重合，且 ＸＯＺ 面与 Ｘ ０ ＯＺ ０ 面重合； α 为 Ｘ 轴在 ＸＯＺ 面与轴 Ｘ ０ 的夹角； β 为 Ｙ 轴在 Ｘ ０ ＯＹ ０ 面 的投影与 Ｙ ０ 轴的夹角； γ 为 Ｙ 轴与 Ｘ ０ ＯＹ ０ 面的夹角。 由此可建立三轴磁传感器不正交角的数学模型： Ｂｘ １ Ｂｙ １Ｂｚ 烄 烆 烌 烎１ ＝ ｃｏｓ α ０ ｓｉｎ α ｓｉｎ β ｃｏｓ α ｃｏｓ β ｃｏｓ γ ｓｉｎ γ 烄 烆 烌 烎０ ０ １ Ｂｅ ｘ Ｂｅ ｙＢｅ 烄 烆 烌 烎 ｚ 。 ( １) … ………………………………………………… 其中： Ｂｘ １、 Ｂｙ １、 Ｂｚ １分别为存在不正交误差情况下的三 维磁感应强度； Ｂｅ ｘ 、 Ｂｅ ｙ 、 Ｂｅ ｚ 分别为三轴磁传感器的理 论输出值。 １．２灵敏度误差 轴间静态灵敏度误差是由于三轴磁传感器各轴的灵敏度不同、测量信号的放大电路特性不完全相同而引起的测量误差，其数学模型为： Ｂｘ ２ Ｂｙ ２Ｂｚ 烄 烆 烌 烎２ ＝
