高精度地磁定向磁场干扰修正技术研究

论文摘要

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。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 国外地磁干扰修正技术发展现状

1.2.2 国内外地磁定向技术发展现状

1.2.3 国内外研究现状简析

1.3 本课题研究内容

第2章高精度地磁定向算法设计

2.1 高精度地磁定向算法工作流程

2.2 地磁干扰修正算法

2.2.1 地磁传感器误差模型构建

2.2.2 地磁信号随机噪声处理

2.2.3 地磁误差模型参数求解

2.3 高精度姿态解算算法

2.3.1 姿态解算基本概念

2.3.2 姿态解算初值求解

2.3.3 姿态解算角度更新

2.4 算法仿真与分析

2.5 本章小结

第3章地磁定向平台的设计与实现

3.1 定向平台硬件设计

3.1.1 平台硬件整体设计

3.1.2 平台硬件模块设计

3.1.3 PCB的设计与实现

3.2 定向平台软件设计

3.2.1 平台软件整体设计

3.2.2 惯性测量单元程序

3.2.3 地磁传感器驱动程序

3.2.4 数据存取程序

3.2.5 RS-422 通信程序

3.2.6 USB设备驱动程序

3.2.7 误差补偿与干扰修正程序

3.2.8 高精度地磁定向程序

3.3 本章小结

第4章地磁定向平台测试与分析

4.1 地磁定向平台硬件和软件测试

4.1.1 测试环境搭建

4.1.2 数据存储模块测试

4.1.3 惯性测量单元测试

4.1.4 地磁传感器测试

4.2 磁干扰修正算法测试

4.3 地磁定向算法测试

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周桂文

导师: 李晓明

关键词: 地磁定向,定向精度,干扰修正,误差补偿,定向平台

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 地球物理学,自动化技术

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TP212;P318

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004462

总页数: 69

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