数字罗盘的设计与误差补偿方法的研究-wyx_20140212
罗盘修正位置的原理和方法
罗盘修正位置的原理和方法
罗盘修正位置是在航海、航空和导航等领域中常用的一种手段，目的是校正罗盘的偏差，使其指向真北方向。
罗盘在使用过程中可能会受到磁场干扰或机械装置的偏差，因此需要进行修正。
罗盘修正位置的原理是通过观测罗盘指针与实际真北方向之间的夹角差异，进行相应的调整来校正罗盘的位置。
一般来说，校正罗盘位置的方法主要有以下几种：
1. 磁场修正：磁场是罗盘误差的主要因素之一，可以利用磁场修正进行校正。
通过观测罗盘指针与磁南极之间的夹角差异，可以计算出修正量，并相应调整罗盘位置。
2. 重力修正：重力也会对罗盘的指向产生影响，特别是在舰船或飞机等运动中，可以利用重力修正进行校正。
通过观测罗盘指针与地平线的夹角差异，可以计算出修正量，并相应调整罗盘位置。
3. 角度修正：角度误差也是导致罗盘指向偏差的原因之一，可以利用角度修正进行校正。
通过观测罗盘指针与其他已知方向之间的角度差异，可以计算出修正量，并相应调整罗盘位置。
需要注意的是，具体的罗盘修正方法和步骤可能会根据不同的设备和应用场景而有所不同。
根据具体情况选择合适的修正方法，并根据实际观测数据进行相应的
调整，才能准确地修正罗盘位置。
罗盘误差修正
罗盘的检验和误差纠正“风水罗盘的校验和误差纠正”这是当今所有风水大师和所有风水爱好者的必修课。
很多“风水大师”和“风水写书人”都会说：“一度之差，天壤之别，吉、凶两重天”，但你能肯定你的罗盘没有“角度指示误差”吗？你是如何认定的呢？你如果不知道罗盘会有什么样的经常被人们忽略了的但却是“很重要的误差”，你那“大师”怎么当的？都是忽悠罢了？在当今，中国传统文化的光辉重新普照大地之时，风水设计和风水勘测已经被更广大的民众所了解和认可，很多人也开始学习并涉足于其中。
风水学，在其实际使用中，最关键之处就在于“对坐向方位的勘测”，所必需的首要工具，当然首选专业的“风水罗盘”。
但在用罗盘来进行实地勘测操作时，很多风水师（或者风水学学习爱好者）会发现，对同一个被勘测的对象，在同一个位置，以同样的方法，用不同的罗盘进行测量时，往往几个罗盘所测得的结果相互之间的坐向角度值（度数）总会有些不一样，存在一些误差，到底以哪一个罗盘的数据为准呢？大家都莫终于是，即便换人来测也是如此，而且往往在很多时候就这么一两度之差，就是“吉”、“凶”两重天，到底该如何来评判呢？这常常会给人一种不好的印象，似乎只能由风水大师各说各有理了，谁说了都算又都不算，让人们无所适从了。
这种现象势必会影响风水学的可靠信和可信度了。
这个问题出在哪里呢？我们先不论个人操作方法的对错以及技术上的熟练和否，先来谈一谈罗盘本身。
在我们忽略了使用者个人的人为误差之后，问题的主要根源也就在于“罗盘的“制造误差”上”了。
理论上，一个精准的罗盘，它的外盘（正方形底座）上的“十字型指标线的十字心（交叉点）”和内盘（转盘）的旋转轴心线应该是能重合的，以此同时，内盘中央的“指南针表盘”之“米字线”之中心点也应该和内盘（转盘）之“旋转轴心线”重合，而且指南针的“指针之转轴”也应该和“转盘的旋转轴心线”重合，指南针表盘内的米字线之“北、东、南、西正十字线”要正对内盘（转盘）360度分度的“0°”、“90°”、“180°”、“270°”刻度，不仅如此，旋转内盘时，还要求外盘（正方形底盘）上的“十字形指标线”必须能够同时正压在内盘（转盘）圆周360度分度的“0°”、“90°”、“180°”、“270°”刻度线上，不能有偏差，无论从哪个方向旋转内盘，无论旋转多少次都必须如此能够回到这样的状态。
数字式磁罗盘误差补偿及数据处理方法研究
数字式磁罗盘误差补偿及数据处理方法研究数字式磁罗盘误差补偿及数据处理方法研究引言：数字式磁罗盘是现代导航领域重要的一种定位工具，它广泛应用于航空、航海、测绘、军事等领域。
但是，由于存在多种误差因素的影响，数字式磁罗盘的精度和精度稳定性成为制约其使用的主要因素。
为了提高数字式磁罗盘的测量精度和稳定性，需要对其误差进行补偿。
误差来源及分类：数字式磁罗盘的误差来源主要包括：磁场干扰、传感器本身误差、磁罗盘外力干扰等。
其中，外力干扰包括机体振动、温度变化、气压变化等因素。
因此，对于数字式磁罗盘的误差修正需要对这些方面进行考虑，以提高其精度。
误差补偿方法：根据数字式磁罗盘误差来源的不同，可以采取不同的误差补偿方法。
其中，传感器本身误差补偿需要对其进行定标修正；磁场干扰补偿则需要进行地磁校正，以抵消地球磁场对数字式磁罗盘的影响；外力干扰补偿则需要通过机体振动控制、温度控制、气压控制等手段进行。
数据处理方法：为了更好的运用数字式磁罗盘，对其数据进行处理也是至关重要的。
通过数据处理，可以获取到数字式磁罗盘的各种数据信息，如方位角、磁力值等。
具体的数据处理方法包括滤波、降噪、转换等。
其中，数字滤波是一种比较常用的处理方法，可以有效的去掉信号中的噪声成分。
同时，通过对数据进行转换，如坐标转换、字节流转换等，可以更好地与其他设备进行交互。
结论：数字式磁罗盘的误差补偿及数据处理是提高数字式磁罗盘精度稳定性的重要手段。
有效的误差补偿和数据处理方法可以提高数字式磁罗盘的测量精度和精度稳定性，具有重要意义。
数字罗盘的小知识
数字罗盘的小知识
数字罗盘是一种数字化的指南针，它通常用于测量方向和导航。
与传统的指南针相比，数字罗盘使用了现代技术，如磁传感器和计算机芯片，以提供更准确的方向信息。
以下是关于数字罗盘的一些小知识：
1.工作原理：数字罗盘使用磁传感器来检测地球的磁场，并通过算法将检测到的磁场信息转换为方向。
这样的设计使得数字罗盘在不受外部干扰的情况下更加精准。
2.磁偏角校准：数字罗盘在使用之前通常需要进行磁偏角校准。
磁偏角是地球磁场方向与真北方向之间的角度差异。
通过校准，数字罗盘可以更准确地提供方向信息。
3.多功能性：数字罗盘通常具有多种功能，如显示当前方向、记录航线、测量相对角度等。
一些数字罗盘还可以与其他导航设备或应用程序连接，提供更丰富的导航信息。
4.倾斜补偿：数字罗盘可以通过内置的加速度传感器检测设备的倾斜角度，并进行倾斜补偿。
这意味着即使用户持有设备时倾斜，数字罗盘仍然能够提供准确的方向信息。
5.应用领域：数字罗盘广泛用于户外活动、航海、飞行导航、军事应用和智能手机等领域。
在智能手机中，许多设备都配备了内置的数字罗盘，使得用户能够方便地使用导航服务。
6.电子显示：数字罗盘通常配备有数字化的显示屏，可以直观地显示方向信息。
一些高级数字罗盘还可能包含地图显示功能，使用户更容易理解和规划导航路线。
总的来说，数字罗盘通过结合磁传感器和先进的计算技术，提供了更准确、灵活和多功能的导航解决方案。
三轴电子罗盘的设计与误差校正
ｃ ｍｐ ｎ ａｅ ｗ ｉｈ ｅｆ ｃｉｅｙ ｒ ｄ ｃ ｓｔ ｅ ｅ ｏ ． ｉ ｃ ｌ ｒｔ ｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ａｓ ｆ ｃｉ ｅ ｆｒｔ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ａｉｎ ｏ ｏ ｅ ｓ ｔｄ， ｈ ｃ ｆ ｔ ｌ ｅ ｕ ｅ ｈ ｌ ｒ Ｔ ｓ ａｉ ａ ｉ ｔ ｏ ｓ ｌ ｅｆ ｔ ｏ ｈ ｏ ｅ ｓ ｔ ｆ ｅ ｖ Ｔ ｈ ｂ ｏ ｏ ｅ ｖ ｏ
磁罗盘的精度与误差分析
磁罗盘的精度与误差分析磁罗盘是一种常用的导航仪器，用于确定方位和导航。
它通过测量地球磁场的方向来确定北方向，并结合其他导航工具如地图和望远镜来提供准确的方向信息。
然而，磁罗盘的测量结果并不是绝对准确的，因为它们可能受到各种误差的影响。
首先，磁罗盘的精度与其制造质量和设计有关。
制造商应确保磁罗盘具有良好的机械结构和高质量的磁性材料。
制造过程中的不良材料或生产错误可能导致指示不准确的结果。
因此，选择一个知名的制造商并购买质量可靠的磁罗盘是很重要的。
此外，环境条件也会对磁罗盘的精度产生影响。
磁罗盘应该在无风的条件下使用，并要远离电子设备、大型金属物体和其他可能干扰地球磁场的物体。
这些干扰源可能会引起磁罗盘的指示偏离，并导致不准确的方向测量。
因此，在使用磁罗盘之前，应该仔细考虑周围环境，并尽量消除潜在的干扰。
另一个影响磁罗盘准确度的因素是外部磁场的干扰。
地球上的磁场并不是均匀的，而且可能会受到其他物体或地理特征的影响。
例如，附近有大型岩石或金属物体可能会扭曲附近的磁场，从而影响磁罗盘的指示。
在这种情况下，使用磁罗盘的精度就会受到限制。
为了减小这种误差，使用磁罗盘时应避免靠近这些干扰源，并了解附近地理特征的可能影响。
除了外部干扰，磁罗盘本身也可能存在一些内部误差。
例如，磁罗盘的刻度盘或指针可能存在误差，导致测量结果的偏离。
为了减小这些误差，磁罗盘制造商通常会在生产过程中进行校准，以确保其准确性。
此外，使用磁罗盘时，使用者应确保仔细读取并准确解读刻度盘上的指示。
最后，使用者自身的技能和经验也会对磁罗盘的准确性产生影响。
正确的使用技巧和解读能力是确保测量结果准确的关键。
使用者应该接受相关的培训和指导，以熟练掌握使用磁罗盘的方法和技巧。
此外，在实际使用中，使用者还应注意消除人为误差，如身体姿势和手持稳定等方面的因素。
总体而言，磁罗盘的精度主要取决于其制造质量和设计、环境条件、外部磁场干扰、内部误差以及使用者的技能和经验。
数字电子罗盘误差分析及校正技术研究
平均误差 7’ #/. （ 均方根） ! 注： 表中方位测量单位为度， 目标真值使用方向机测量， 测量 精度优于 $ 189， 车头指向与初始校正方向一 致时， 误差较小； 如果车头指向与初始方向不一致时， 误差将增大， 特别是相差 "/-. 时， 误差最大可达 "4. ， 测量结果基本不能使用。 传统的校正技术是假定：
如果车头指向与初始方向不一致时误差将增大特别是相差180误差最大可达16则载体在原地旋转一周后测量数据在水平面的投影分量服从正圆分布经过多次试验验证当车载平台在某一指向校正如果车载平台的指向与校正方向差值小于30则平台指向变化对测量精度的影响较小因此在实际使用时可使用罗盘测量出载体平台的概略指向作为计算补偿量时的输入值数据处理流程使用式对电子罗盘输出值进行补偿的步骤和流程如下使用侦察设备的电子罗盘测量装载平台指向的概略方位为软铁磁场在xy轴上的投影分量但实际情况并非如此尤其是在本例中罗盘与平台之间存在相对运动导致软铁和硬铁的磁场强度的大小和方向不能够维持恒定加之实际应用时车载平台的指向是随机的导致了标定环境的磁场分布和使用环境的磁场分布不一致使标定失效测量精度变得非常差考虑装载平台指向补偿因素的校正方法假定未受干扰的地磁场在则目标方位角的真值应为瞄准目标记录电子罗盘输出值标定时需要注意以下几点用于标定的目标数量应不少于18并均匀分布在以观察中心为圆心的周边每隔30或更小测一组数据2台侦察设备分别安装在车载平台上然后应用本文给出的校正补偿方法对设备的补偿系数进行rctan为了得到目标方位角的真值必须从罗盘的输rctanrctan
盘生产商建议尽量移去罗盘附近的软铁物质， 然后对 硬铁物质进行校正。 ! ’ !# 特殊应用模式下的校正技术 #’ #’ "! 应用背景 电子罗盘置于某侦察设备中， 侦察设备的装载平 台为轻型越野车， 侦察设备能相对于车载平台进行方 位巡航和俯仰运动。通过测量侦察设备与目标之间的 距离以及观察光轴与目标之间的方位与俯仰角， 解算 出目标的地理坐标。为保证解算精度， 罗盘的定向精 （ 均方根） 。 度应优于 ". #’ #’ #! 运用简单校正方法的误差校正技术 一般情况下， 当罗盘使用于车载平台中时， 可采用
电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌ ｎ ｖ ｒ ｎ ｅ ｒ ｒＣｏ ｐｅ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｔｏ ｉ ｍ ｐａ ｓ ｓ ａ ｃ ｎ Ｔｉｔａ ｄ Ｅｎ ｉｏ ｍ ｎｔＥｒ ｏ ｍ ｎｓ ｔｏ ｆＥｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｃｏ ｓ
Ｓ ＨＡＯ Ｔ ｎ —ｉｇ， ｉｎｃ ｎ ， ｉｇ ｔ ｎ ＭＡ Ｊ ａ —ａ ｇ ＨＵＳ ｉ ｅ ｇ， ｈ一 ｎ ＷＡＮＧ Ｃ ａ ｛ ｈ ｏ
电子 罗盘是 一种 重要 的导航 定 位工 具 ， 能实 时 提供运 行物体 的航 向和 姿 态． 在使 用 过 程 中周 围磁
场环境的影响， 会使罗盘系统的精度和稳定性大大 下降 ， 正这些 误 差仅 仅 通 过 硬件 措 施 不 能很 好 的 修 解决 ， 还必须借助有效的软件补偿方法才能完成． 本 文 涉 及 的 电 子 罗 盘 是 基 于 磁 阻 传 感 器 和
Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｃ ｍｐ ｓ ；ｅ ｒ ｒ ａ ａ ｙ ｉ ；ｅ ｖ ｒ ｎ ｅ ｔｅ ｒ ｒｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｏ ａ ｓ ｒ ｏ ｎ ｌ ｓｓ ｎ ｉｏ ｍ ｎ ｒ ｏ ｏ ｅ ｓ ｔ ；Ａｒｔ ｍｅ ｉ ｏ ｉｈ ｔｃ
ｄ ｔ ｈ ｗｓｔ ａ ｈ ｘｍ ｕ ｅ ｒ ｒｉ ｄ ｏ ｒ ｍ ５ ５ ｔ 。ｅ ｅ ｅ ｔｒ ａ ａｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅｍａ ｉ ｍ ｒｏ ｓ ｒ ｐ ｆｏ ３ ． 。ｏ ３ ｖ ｎ ｂ ｔｅ ，ｗｈ ｎ ｔ ｅｃ ｍ ｐ ｓ ｙ ｔｍ ｓｃ ｍ— ｅ ｈ ｏ ａ ｓｓ ｓｅ ｉ ｏ ｐ ｎ ａｅ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｎ ｗｈｃ ｈ ｒ ｃｓｏ ｉｎ’ ｃ ｉｖ 。ｏ ｅ ｔｒｗａ ｌｏ ｅ ｐａｎ ｄ ｎ ｈ ｘ ｅ ｉ ｅ ｓ ｔｄ ｅｒ ａ ｏ ｉｈ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｉｎ ｄｄ ｔａ ｈｅ ｅ １ ｒｂ ｔｅ ｓａｓ ｘ ｌｉｅ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ— ｍｅ ｔｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅｃ ｍ ｐ ｓ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｍｍｏ ａ ｉａ ｉｎ ｆ ｌ． ｎ ｈ ｗｓｔ ａ ｈ ｏ ａ ｓｓ ｓｅ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｉ ｏ ｎ ｎ ｖｇ ｔ ｉ ｄ ｏ ｅ
基于误差补偿的电子罗盘抗干扰设计
基于误差补偿的电子罗盘抗干扰设计曹平军;吕冰【摘要】A 3-axes magnetoresistive electronic compass was designed to improve its accuracy ,which is small,low power and simple construction. For the factors affecting the accuracy, many measures were taken in hardware and software. The high integrat-ed-chip and reasonable wiring of the circuit are important to eliminate the interference caused by the circuit in the part of the hardware. Some methods of dealing with the data,which included median filter,least square method and elliptic assumption, were a-dopted to avoid the system error and deduce the random error in the software. The experiment shows that the design can satisfy the requirement of accuracy. The error scale of heading angle is less than 0. 7° when the roll and pitch ang le are between -60°and 60°.%为提高电子罗盘的测量精度,设计了一种小型化、低功耗、结构简单的的三轴磁阻式电子罗盘.对影响精度的因素从硬件和软件方面分别采取措施加以抑制.硬件方面,选择高集成度芯片,合理布线,以消除由电路带来的电磁干扰.软件方面,采用中值滤波、最小二乘法、椭圆假设补偿法等各种数据处理方法来消除系统误差、减小随机误差.实验证明,该设计思路能很好的满足精度要求,俯仰角及翻滚角在-60° ～60°的有效测量范围内航向角的精度可达0.7°.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】3页(P22-24)【关键词】电子罗盘;航向角;误差分析;补偿算法【作者】曹平军;吕冰【作者单位】宜昌测试技术研究所,湖北宜昌443000【正文语种】中文【中图分类】TP216.10 引言电子罗盘是基于磁阻效应［1］，利用磁阻传感器感测地球磁场强度在X、Y、Z轴的分量，结合MEMS加速度传感器测量载体的俯仰角和翻滚角，并以此对X、Y 轴的磁场强度作补偿校正，从而确定载体的地理航向角和姿态角。
一种数字磁罗盘全罗差自主优化补偿方法
一种数字磁罗盘全罗差自主优化补偿方法洪琪璐;张爱军;王昌明【摘要】A magnetic deviation self-optimal method based on thecomponent of geomagnetic field was put forward to improve the compensation precision of all-attitude digital magnetic compass. According to magnetic deviation com-pensation model,a limited compensation ellipsoid matching error wasanalyzed and an optimal compensation model including missing parameters was established based on the missing parameters andresidual error analysis. In view of the nonlinear optimal model, the particle swarm optimization ( PSO ) was introduced to estimate the model parameters,and the results of numerical simulation was proved that the PSO couldbe estimated the missing parame-ters effectively. All experiment results showed that the process of optimal compensation did not need external auxil-iary posture information. When the pitching angle was -20°,the maximum error was reduced from 4.8° to 1.9° and the standard deviation was reduced from 1.5° to 1.1° in the usage of optimal compensation method based on ellip-soid matching error compensation method.%为了进一步提高数字磁罗盘全姿态罗差补偿精度,提出了一种基于地磁场分量的罗差自主优化补偿方法.从罗差补偿模型出发,分析椭球拟合补偿方法的局限性,在对参数缺失和剩余误差分析的基础上,建立了包含缺失参数的优化补偿模型;针对非线性优化模型引入粒子群算法PSO(Particle Swarm Optimization)对模型参数进行估计,数值仿真结果证明了算法可有效估计缺失参数.实验结果表明,优化补偿过程无需借助外部辅助姿态信息,俯仰角-20°姿态下,优化补偿方法在椭球假设补偿基础上将其最大误差由4.8°降至1.9°,误差标准差由1.5°降至1.1°.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)009【总页数】5页(P1364-1368)【关键词】数字磁罗盘;全罗差;非线性;粒子群算法【作者】洪琪璐;张爱军;王昌明【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】U666.1数字磁罗盘是一种利用地球磁场与重力加速度实现航向测量的工具,由于其捷联特性和体积、精度等方面的优势已被广泛应用于导航定位系统中。
三轴电子罗盘的设计与误差校正
三轴电子罗盘的设计与误差校正
王勇军;李智;李翔
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2010(029)010
【摘要】介绍了三轴电子罗盘的测量原理.利用各向异性磁阻传感器和加速度传感器研制了带倾斜补偿功能的三轴电子罗盘,并论述了电子罗盘的硬件设计和软件流程.针对电子罗盘传感器的误差特点,采用十二位置标定法实现了罗盘的校正.在罗盘处于不同倾斜的情况下进行圆周测试,经误差校正和倾角补偿后的轨迹是大体重合的圆,有效降低了罗盘误差.在某些具备翻滚条件的应用场合,该校正方法还可有效补偿电子罗盘的罗差.
【总页数】3页(P110-112)
【作者】王勇军;李智;李翔
【作者单位】桂林电子科技大学,电子工程学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,电子工程学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,电子工程学院,广西,桂林,541004
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.9
【相关文献】
1.小型多旋翼无人机三轴电子罗盘设计与误差分析校准 [J], 范崧伟;卞鸿巍
2.三轴磁罗盘的设计与误差校正 [J], 刘敬彪;郑玉冰;章雪挺
3.三轴磁阻电子罗盘设计 [J], 马建仓;胡士峰;邵婷婷
4.全固态三轴电子罗盘的应用设计 [J], 高呈学;钟磊;张明瑞
5.三轴磁阻电子罗盘的设计和误差补偿 [J], 邵婷婷
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电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究
关键词: 电子罗盘; 误差分析; 罗差补偿; 算法 中图分类号: TP212. 9 文献标识码 : A 电子罗盘是一种重要的导航定位工具 , 能实时 提供运行物体的航向和姿态. 在使用过程中周围磁 场环境的影响, 会使罗盘系统的精度和稳定性大大 下降 , 修正这些误差仅仅通过硬件措施不能很好的 解决 , 还必须借助有效的软件补偿方法才能完成. 本文涉 及 的 电子 罗 盘 是 基 于磁 阻 传 感 器 和 MEM S 加速度计研制的, 经过数据预处理和算法补 偿后的罗盘系统精度可以达到 3 , 进一步改进有望 达到 1 , 该罗盘结构简单、 体积小、 重量轻, 实 验表 明, 该系统可用于普通导航领域.
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结束语
根据实验数据可知 , 电子罗盘系统的精度并没
co s
1
sin( 2
1
)
cos( 2 )
1
U=
sin
1
24
cos
24
sin ( 2 A B
24
)
co以内 , 这是因为影响精度的另一因素 第一类误差在本文中并没有进行补偿. 对于第一类 误差的补偿 , 可利用无磁转台将电子罗盘样机旋转 一周得出相应的偏置在软件中计算补偿即可[ 8] . 该 电子罗盘系统成本低、 体积小、 功耗低; 利用地球磁 场测量航向 , 实现无接触测量, 寿命长; 采用有效的 数据预处理算法, 稳定性高; 利用现场的采样数据, 构造罗差数学模型, 采用最小二乘法计算罗差补偿 系数, 补偿效果良好, 精度较高. 实验证明 : 该系统可 用于普通导航领域 , 并且有望做到 1 以内. 参考文献:
2
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数据预处理与罗差补偿
由于地磁场强度较小, 传感器输出信号的信噪 比就比较小, 为了保证 A/ D 采样的稳定性, 需要对 从传感器获得的信号进行降噪处理 . ( 1) 信号预处理 电子罗盘系统由 A/ D 采样获得的信号, 除有用 信号外, 还夹杂着许多噪声 , 为保证信号的准确性 , 必须在运算处理之前对信号进行预处理, 以消除部 分干扰信号. 考虑到单片机的处理能力以及罗盘系 统的实时性等问题, 本文采用中值滤波算法[ 4] . 具体 分析如下 . 对由 A/ D 采样的数据( 共采 9 个数据 ) 首先去 除最大值最小值 , 剩余数据记为 x ( 1) 、 x ( 2) 、 x ( 3) 、
罗差补偿方法的探究分析
• 58•磁阻式电子罗盘主要由磁阻传感器作为地磁敏感元件构成，是通过测量地球弱磁场来确定方向的装置，环境磁场的干扰不可避免，又由于制造、安装等带来的误差将严重影响磁场的测量精度，磁阻电子罗盘误差主要有三类。
（1）制造、安装产生的系统自身误差，制造产生的误差主要有磁阻传感器自身的测量轴灵敏度不同导致的轴灵敏度误差，传感器电路电桥零位偏置误差，传感器测量轴没有绝对正交产生的非正交误差。
安装误差主要是安装磁阻传感器时其三个测量轴无法分别与电子罗盘载体平面的纵、横、竖三轴平行以及磁阻传感器组成的正交坐标系与加速度计组成的正交坐标系不重合引起的坐标系误差。
（2）磁阻电子罗盘工作环境影响产生的误差，主要是指地球磁场与周围铁磁材料、电子设备等产生的环境磁场相叠加，形成复杂的电子罗盘工作环境，导致磁阻传感器不能正确感应地球磁场而产生的航向误差，即罗差，并且罗差是影响磁阻电子罗盘精度最主要的因素。
（3）姿态角解算误差，电子罗盘载体在有俯仰、翻滚角等姿态角信号的时候，航向角平面坐标系中的磁场分量是运用俯仰角和翻滚角求解而来，因此由于俯仰角和翻滚角的误差而叠加解算误差亦影响到罗盘的测量精度。
基于磁阻式电子罗盘的设计，作者针对罗差的产生原因介绍了常见的罗差补偿处理方法，并运用数学理论提出了椭圆拟合补偿法。
1 罗差补偿方法分析罗差产生的原因归根结底是由于磁材料引起，根据干扰磁场的方向和大小的变化情况可分为硬磁材料和软磁材料。
硬磁材料类似永久磁铁，它使磁性物质的自旋与电子角动量成固定方向排列，因此无论载体如何变化，电子罗盘三个轴上磁阻分量的磁场合量是不变的，它产生的误差随航向角在0o ～360o 之间变化而变化。
硬磁材料引起的罗差可以近似的表示为：（1）其中，为补偿前磁阻电子罗盘的航向角，B 、C 为硬磁材料引起的罗差补偿系数。
软磁材料本身易于磁化，它被环境磁场磁化后会形成磁场叠加，因此对磁阻传感器的输出产生影响，它引起的误差随环境磁场的变化而变化，该误差可分解为大小和方向均不变的圆周误差和与成近似正弦曲线的象限误差。
罗盘误差修正.
罗盘的检验与误差纠正“风水罗盘的校验与误差纠正”这是当今所有风水大师和所有风水爱好者的必修课。
很多“风水大师”和“风水写书人”都会说：“一度之差，天壤之别，吉、凶两重天”，但你能肯定你的罗盘没有“角度指示误差”吗？你是如何认定的呢？你如果不知道罗盘会有什么样的经常被人们忽略了的但却是“很重要的误差”，你那“大师”怎么当的？都是忽悠罢了？在当今，中国传统文化的光辉重新普照大地之时，风水设计和风水勘测已经被更广大的民众所了解和认可，很多人也开始学习并涉足于其中。
风水学，在其实际应用中，最关键之处就在于“对坐向方位的勘测”，所必需的首要工具，当然首选专业的“风水罗盘”。
但在用罗盘来进行实地勘测操作时，很多风水师（或者风水学学习爱好者）会发现，对同一个被勘测的对象，在同一个位置，以同样的方法，用不同的罗盘进行测量时，往往几个罗盘所测得的结果相互之间的坐向角度值（度数）总会有些不一样，存在一些误差，到底以哪一个罗盘的数据为准呢？大家都莫终于是，即便换人来测也是如此，而且往往在很多时候就这么一两度之差，就是“吉”、“凶”两重天，到底该如何来评判呢？这常常会给人一种不好的印象，似乎只能由风水大师各说各有理了，谁说了都算又都不算，让人们无所适从了。
这种现象势必会影响风水学的可靠信和可信度了。
这个问题出在哪里呢？我们先不论个人操作方法的对错以及技术上的熟练与否，先来谈一谈罗盘本身。
在我们忽略了使用者个人的人为误差之后，问题的主要根源也就在于“罗盘的“制造误差”上”了。
理论上，一个精准的罗盘，它的外盘（正方形底座）上的“十字型指标线的十字心（交叉点）”与内盘（转盘）的旋转轴心线应该是能重合的，以此同时，内盘中央的“指南针表盘”之“米字线”之中心点也应该与内盘（转盘）之“旋转轴心线”重合，而且指南针的“指针之转轴”也应该与“转盘的旋转轴心线”重合，指南针表盘内的米字线之“北、东、南、西正十字线”要正对内盘（转盘）360度分度的“0°”、“90°”、“180°”、“270°”刻度，不仅如此，旋转内盘时，还要求外盘（正方形底盘）上的“十字形指标线”必须能够同时正压在内盘（转盘）圆周360度分度的“0°”、“90°”、“180°”、“270°”刻度线上，不能有偏差，无论从哪个方向旋转内盘，无论旋转多少次都必须如此能够回到这样的状态。
磁罗盘的误差分析及补偿
2 磁罗盘方向测量误差分析 导致磁罗盘方向测量系统产生误差的
因素很多，但是 总的来说可以分为两类：一 是 测 量 环 境 和 铁 磁 材 料对磁 传感 器所感 测 的局 部 地 磁 场 的 影 响；二 是 测 量 系 统自身 存 在 的 误 差。磁 干 扰可细 分 为 硬 磁 干 扰 和 软 磁 干 扰，硬 磁 干 扰 就 是 磁 罗盘 上 的永 久 磁 铁 或 磁 化钢 形成 的 磁 场，软 磁 干 扰 就 是 由于 软 磁 材 料本 身并不 产生 磁 场，但有 时 因为其导磁率较高从而使得其所存在的环 境 的 磁 场 强度 分布发 生畸 变。如 果 软 磁 材 料尺寸 相 对 较 大 或 者 距离 磁 罗盘较 近 时， 就 会 对周围 地 磁 场产生 影 响，从 而 导 致 磁 罗盘 对 地 磁 矢 量 的 检 测出现偏 差，影 响 磁 罗盘 的 方位 解 算。仪 表误 差 就 是由多轴 磁 传感 器 的 非正交 安 装、零 位 和灵 敏 度 等 不 同 而引起 的 误 差。零 位 误 差 是因传感 器、 模拟电 路和A/ D转换的零点不为零而引 起 的。灵敏 度 误 差实 际上 就 是由于 传感 器 的灵敏度和电路放大倍数等的差异而引起 的。在 很 多 磁 罗 盘 方 向 测 量 实 验 当中，磁 罗 盘 的 精 确 度并不是 非 常 的 精 确，因为 影 响 磁 罗 盘 方 向 测 量 的 因 素 很 多，而 且 只有 在 理 想 情况下，磁 罗 盘 方 向 测 量 才是 准 确 的。
3 磁罗盘方向测量误差补偿 基于磁罗盘以地磁场为基础的工作原
理，针对 传 统 的 磁 罗盘 校 准 时 容 易 受 到 外 界 干 扰、标 定 校 准 等诸多因 素 的 影 响 而出 现 的 误 差，很 多 学 者 都 提 出了对 于 磁 罗盘 测 量 误 差 的 校 准 方 法。一 般 来说，对 于 磁 罗盘 方向测 量首先 都 会 建 立 数 据 模 型，通 过 建 立一 个用 矩 阵 方 程 描 述 的 磁 罗盘 方位 指 向 输出的 精 确 测 量模 型，根 据 数 据 模 型 的各因素影响程度大小来改变不同标量 和 矢 量，通 过 建 立 起 来 的 数 据 模 型中的公 式 ，得 出 磁 罗 盘 方 向 测 量 的 解 算 值，从 而 得 到 不 同 的 结 果，我们 会 发 现 解 算值 的 最 终 结 果 都 会 随 着 参 数 的 不 同 而 产生一定 的 误 差。然 而 通 过 这 些 实 验 证明了目前广 泛 使 用的几 种罗盘 指 向解 算 模 型 仅 是 上 述 精 确 测 量 模 型 在 不 同 特 定 条 件下 的 简 化 或 泛 化，并 没有 真 正 意 义 上 的另辟 蹊 径，找 到 真 正 解 决 解 算 测 量 误 差 的 方 法。若 要真正 的
罗盘校准方法
罗盘校准方法罗盘是指一种能够指示方向的仪器，广泛应用于航海、探险、旅游等领域。
然而，由于周围环境的影响，罗盘指示的方向可能会发生偏差，因此需要进行校准。
本文将介绍罗盘校准的方法。
一、罗盘校准前的准备工作在进行罗盘校准之前，需要做好以下准备工作：1.在进行罗盘校准时，需要避免靠近有磁性物品的区域，例如电线、铁器、手机等。
这些物品会对罗盘的指示产生影响，导致校准失败。
2.在进行罗盘校准时，需要找到一个相对平稳的地方，尽量避免强风、摇晃或震动的情况。
这些情况会对罗盘指示产生干扰，影响校准的精度。
3.在进行罗盘校准时，需要确保罗盘的表面干净，没有灰尘或水滴等物质。
这些物质会阻碍罗盘的转动，影响校准的准确度。
二、罗盘校准的方法罗盘有两种校准方法，一种是手动校准，另一种是自动校准。
以下将分别介绍这两种方法。
1.手动校准手动校准需要依靠人工操作，较为繁琐，但是可以更好地适应特殊情况。
（1）单点校准单点校准是指在一个确定的方向上进行校准。
具体操作步骤如下：a.将罗盘平放在一个水平的表面上。
b.将罗盘的指南针朝向北方。
c.将罗盘上的校准螺丝调整到“0”位置。
d.将罗盘旋转180度，使指南针朝向南方。
e.调整罗盘上的校准螺丝，使指南针指向“180”。
f.重复上述操作，直到罗盘指示的方向与实际方向一致。
（2）双点校准双点校准是指在两个确定的方向上进行校准。
具体操作步骤如下：a.将罗盘平放在一个水平的表面上。
b.将罗盘的指南针朝向北方。
c.将罗盘旋转45度，使指南针指向东北方向。
d.调整罗盘上的校准螺丝，使指南针指向“45”。
e.将罗盘旋转180度，使指南针朝向南方。
f.调整罗盘上的校准螺丝，使指南针指向“225”。
g.将罗盘旋转45度，使指南针指向西南方向。
h.调整罗盘上的校准螺丝，使指南针指向“225”。
i.将罗盘旋转180度，使指南针朝向北方。
j.调整罗盘上的校准螺丝，使指南针指向“45”。
k.重复上述操作，直到罗盘指示的方向与实际方向一致。
基于误差补偿的电子罗盘抗干扰设计
证 明， 该设计 思路 能很好 的满足精度要求 ， 俯仰 角及翻 滚角在 一 ６ ０ 。 一 ６ ０ 。 的有效测量范围 内航 向角的精度 可达 ０ ． ７ 。 ． 关键词 ： 电子罗盘 ； 航向角 ； 误差分析 ； 补偿 算法 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ６ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２—１ ８ ４ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ２ ２一Ｏ ３
ｅ ｄ － ・ ｃ ｈ ｉ ｐ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｗｉ ｉｎ ｒ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｒｅ ａ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｔ ｏ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｒｄ ａ ・ －
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摘要： 为提高电子罗盘的测量精度， 设计了一种小型化、 低功耗、 结构简单的的三轴磁阻式电子罗盘。对影响精度的
因素从硬件和软件方面分别采取措施 加 以抑 制。硬 件方 面， 选择 高集成度 芯片 ， 合 理布线 ， 以消除 由电路 带来的 电磁 干 扰 。软件方面 ， 采 用中值滤波 、 最小二 乘法、 椭 圆假设 补偿 法等各种数据 处理方法 来消除 系统误 差、 减 小随机误 差。 实验
一种数字磁罗盘的航向误差校正方法
一种数字磁罗盘的航向误差校正方法
王宇;吴志强;朱欣华
【期刊名称】《自动化仪表》
【年(卷),期】2013(034)012
【摘要】针对数字磁罗盘(DMC)罗差校准算法存在环境适应能力差的不足,采用微电子机械系统(MEMS)陀螺仪信号进行辅助校准.考虑MEMS陀螺仪动态漂移大的特点,设计了相对航向和绝对航向相互辅助的校准方案并提出了一种模糊闭环H∞滤波算法,用于提高数字磁罗盘对磁场干扰的有效识别率,减小航向误差.试验结果表明,在外部磁场干扰环境下,将MEMS陀螺仪的相对航向和DMC的绝对航向有机组合,可以提高DMC的航向精度和输出稳定性.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】王宇;吴志强;朱欣华
【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.一种数字磁航向系统的设计及罗差校正新方法 [J], 刘华伟;黄国荣;张宗麟
2.一种数字磁罗盘全罗差自主优化补偿方法 [J], 洪琪璐;张爱军;王昌明
3.数字磁罗盘的航向角干扰补偿方法研究 [J], 陆建山;王昌明;张爱军
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安徽建筑工业学院毕业设计 (论文)专业通信工程班级 10通信（1）班学生姓名王宇轩学号 10205040238 课题数字罗盘的设计与误差补偿方法的研究——系统总体设计指导教师金勇2014年6月课题名称数字罗盘的设计与误差补偿方法的研究——系统总体设计院系：电子与信息工程学院系别：通信工程姓名：王宇轩学号：10205040238班级：10通信（1）班导师：金勇摘要本文在了解地磁导航的原理、磁罗盘用途的基础上，针对国内外数字罗盘研究开发的现状，采用各向异性磁阻传感器(AMR)、双轴加速度计(MEMS)、结合单片机芯片，研制了一种低成本、高精度基于磁阻技术的具有倾斜补偿功能三维数字罗盘。
本文分析了磁阻效应、磁阻传感器及加速度计的工作原理及输出信号特征，重点介绍了整个系统的工作原理及组成，确定了各项系统指标和主要器件的选型，完成了三维数字罗盘系统的总体设计，论述了系统的硬件电路设计及软件的总体设计思想。
利用该方案设计的三维数字罗盘测量系统，硬件上具有体积小、重量轻、功耗和成本低等特点；软件设计采用模块化设计方法，可修改性强，能根据需要方便地进行修改。
关键词：磁阻传感器双轴加速度计C8051F320 总体设计AbstractBased on understanding of the principle of magnetic navigation and the use of magnetic compass, Knowing the digital compass’s research and development of domestic and foreign, Using anisotropic magnetoresistive sensor (AMR), dual-axis accelerometer (MEMS), combined with single chip, Based on magnetoresistive technology developed a low cost with high accuracy’s three-dimensional digital compass. The paper analyzes the magnetoresistance, magnetoresistive sensor and the accelerometer output signal characteristics of the working principle, Introduce the focus of the whole system works and composition, identified the main components of the system indicators and the selection, complete the three-dimensional digital compass system design are discussed hardware circuit design and software design ideas. This digital compass measurement system, the hardware is small, light weight, power consumption and low cost; software design use the modular design method can be modified and strong, can easily be modified as needed.Keywords:Magnetoresistive sensor Dual-axis accelerometer C8051F320 Overall design目录摘要 .................................................................................................................................. I I 1 引言 . (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2研究内容 (1)1.3论文结构 (2)2 数字罗盘的工作原理 (3)2.1数字罗盘测量原理 (3)2.1.1 磁阻效应及磁阻传感器 (3)2.1.2 角度测量与方向计算 (4)2.2系统构成 (5)2.3数字罗盘模块 (5)2.3.1 磁阻传感器 (5)2.3.2 加速度计 (6)2.3.3 运算放大器 (6)2.3.4 微控制器 (7)2.4外围模块 (8)2.4.1 电源模块 (8)2.4.2 各种接口 (8)（1）USB接口 (8)（2）JTAG接口 (8)2.5本章小结 (9)3 系统总体设计 (10)3.1系统方案与设计指标 (10)3.2主要器件选型 (11)3.2.1 主控芯片 (11)3.2.2磁阻传感器 (13)3.2.3 加速度计 (15)3.2.4 放大器 (17)3.2.5 液晶显示模块 (18)3.3本章小结 (19)4 系统硬件设计 (20)4.1罗盘航向测量电路设计 (20)4.1.1核心控制电路的设计 (20)4.1.2数字罗盘电路设计 (20)（1）磁阻传感器电路 (21)（2）加速度计电路 (21)（3）置复位电路 (21)（4）信号放大电路 (22)4.2调试板接口电路设计 (22)4.2.1电源电路及基准电压电路设计 (22)（1）电源电路 (22)（2）基准电压电路 (23)4.2.2调试板接口电路设计 (23)（1）LCD液晶显示接口电路 (23)（2）串口通信电路 (24)4.3本章小结 (25)5 系统软件设计 (26)5.1系统软件设计概述 (26)5.2软件总体流程 (26)5.4本章小结 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录1 系统原理图 (32)附录2 系统PCB图 (33)附录3 主程序 (35)附录4 实物图 (39)1 引言1.1 课题背景及意义地磁导航是一种重要的导航方式，广泛应用于航海、海上平台控制、GPS集成死区推估等方面。
地磁导航可以作为组合导航的辅助导航方式，随着多传感器融合技术的不断发展，单一的导航系统都有着各自的独特性能与局限性，将地磁导航与GPS 导航等导航方式联用，弥补其不能定向的缺点及其它外界因素所带来的精度误差，就可实现利用多种信息源互相补充和校正，构成一种有多余度和导航准确度更高的多信息源组合导航系统。
磁罗盘[1][2]作为地磁导航的重要工具，可实时提供航向，广泛应用于航空、航海、车载定位等领域。
在微控制器广泛应用的今天，利用磁阻器件和单片机可以制作集成化和智能化的数字罗盘，本课题正是在此基础上设计并制作具有倾角补偿功能的三维数字罗盘[3]。
磁罗盘主要分为磁通门和磁阻式。
虽然磁通门传感器能够提供低成本的磁场探测方法，但它们体积偏大、易碎、响应时间慢。
而使用磁阻传感器的磁罗盘具有体积小、重量轻、精度高、可靠性强、响应速度快等优点，是未来磁罗盘的发展方向。
在国外数字式磁罗盘已经发展成为一种重量轻、体积小、稳定性、可靠性的姿态传感器，并且被广泛应用于航空、航天、航海、车辆导航等领域[4]。
随着科技和现代测控事业的发展，对测向传感器的精度提出了更高的要求，国外已研制出了高精度的数字式磁罗盘。
由于受MEMS 技术和计算机技术发展的制约，我国在数字罗盘研制领域的进展相对缓慢大多航向精度不高，抗干扰能力和可靠性相对国外产品较差。
由于数字罗盘三轴磁阻传感器具有测量平面地磁场，双轴倾角补偿、高速高精度A/D转换，并且内置温度补偿，可最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移等特点，已经越来越广泛的取代传统定位。
1.2 研究内容本课题需要设计一种采用各向异性磁阻传感器(AMR)、双轴加速度计(MEMS)、结合单片机芯片，研制一种低成本、高精度基于磁阻技术的具有倾斜补偿功能三维数字罗盘，并根据系统精度误差来源的分析提出相应的误差补偿方案。
三维数字罗盘中利用磁阻传感器的磁阻效应测量地球磁场强度在X、Y、Z轴的分量，结合加速度计测得罗盘的俯仰角和横滚角并以此对X、Y轴的磁场强度作倾斜补偿，从而确定航向角。
本子课题通过了解地磁导航的原理，分析磁阻效应、磁阻传感器的工作原理及其输出信号特征；分析加速度计的工作原理及输出信号特征，进而分析整个系统的工作原理及组成，确定各项系统指标，完成三维数字罗盘系统的总体设计。
从而实现三维数字罗盘的系统功能。
系统主要功能：测量地球磁场强度在X、Y、Z轴的分量；测得罗盘的俯仰角和横滚角；对X、Y轴的磁场强度作倾斜补偿，从而确定航向角。
1.3 论文结构本论文共分为五章。
第一章：引言，主要介绍课题的背景及意义，课题的主要研究内容和内容结构，并对数字罗盘在国内国外的研究发展状况进行了论述。
第二章：数字罗盘的工作原理，本章简述了地磁测量的数学原理，并详细分析了航向、姿态计算理论。
第三章：介绍系统总体设计方案，介绍测量航向角的基本原理和基本计算方法，并画出系统总体框图及设计指标。
第四章：介绍系统硬件设计，简单介绍本设计中上层板和下层板的关键电路的总体设计并附电路图。
第五章：介绍系统软件设计，简要说明了系统软件设计的总体流程及方法。
2 数字罗盘的工作原理数字罗盘最基本的工作原理——磁阻效应，磁阻传感器正是根据磁阻效应生产的电子器件。
三维数字罗盘正是利用磁阻传感器的磁阻效应测量地球磁场强度在X、Y、Z轴的分量，结合加速度计测得罗盘的俯仰角和横滚角并以此对X、Y轴的磁场强度作倾斜补偿，从而确定航向角。
2.1 数字罗盘测量原理系统首先采集三轴加速度计和三轴磁阻传感器的信号，由于磁阻传感器的输出均为mV级的电压信号，所以必须经过信号放大器调理后，才可以送到微处理器进行模数转换并进行实时的姿态矩阵计算，同时进行系统误差校正，最终得到稳定的姿态参数。
2.1.1 磁阻效应及磁阻传感器磁阻效应[5]指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象，是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。
在达到稳态时，某—速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。
这种偏转导致载流子的漂移路径增加，或者说，沿外加电场方向运动的载流子数减少，从而使电阻增加，种现象称为磁阻效应。
磁阻效应原理图如图2-1所示。
图2-1 磁阻效应原理图磁阻传感器是利用薄膜工艺和微细加工技术制作成的，具体来讲是磁阻传感器它是采用半导体加工工艺，将各向异性铁磁材料(玻莫合金、镍铁合金)熔制在硅片上，形成条形薄膜[6]。