无航向基准时数字磁罗盘的自差校正

的姿态 ， 激励磁场 、 软铁 与磁 罗盘 的距离有 关。
硬铁是船舶上 的永久磁铁 ，是有磁性 的，它 的
磁力大小和方 向是 固定的，不会 随着航 向与纬
＝
２系统测量原理与 自差分析
阱 ： － １
自差系数可求得 （ ５ ） 式 中被称为 自 差 补偿
Ｈ ＭＲ ３ ３ ０ ０型数字罗盘 模块含 两轴 向的加 度 的变 化而变 化。在船舶上 ， 直 流电流、永久
变化 。
现阶段 ，数字磁 罗盘 的航 向 测量精 度 已 经达到了非常高 水平， 通常为 ｌ 。 ， 甚至到达 ０ ． ５ 。
水平 。但实 际应用 中，数字磁罗盘受到环境的 【 关键词 】磁 罗盘 自 差 自差补偿 图１ ：磁方 向角的定 义
一
影响 ，造成 了自差从而存在着测量偏差 。运用 个 简单 的实验 ，就可 以看 出数字磁罗盘的 自
速度计 传感 器 ，三个相互垂直的固态磁阻传感 器是 采用高 可靠性 能 ＭＲ技术 ，并 自带有微处 理器 和模数转换功能 。设水平的两个分别称为
磁铁、 电机等成为硬铁的主要来源 。
系数 ｃ 、Ｃ 、ｃ 、ｃ 、ｄ 和 ｄｙ，
通过 分析磁 罗盘 作 用力对 自差 的影 响可 先按 式 （ ５ ） 确定 Ｈ ， Ｈ ，再按 式 （ ３ ） 确 定 以发现磁罗盘在硬铁和软铁磁力作用下 其 自 那 么 上 述 的 自差 可 得 到 补 偿 。据 以 Ｅ 分析 ，
在理想 情况下 ， Ｈ ＭＲ ３ ３ ０ ０型数字 罗盘仅
出 Ｈ ，Ｈ 的变化上 假设出现 自差时 ，
。
行 的研 究 ，采取多位置软硬磁力系数标定的方 受到地磁场的作用而指磁北 。但事实上数字磁 法 。许 多数字磁罗盘 用户手册描述的硬铁校正 罗盘系统在船舶上是不可能不受到船舶 的磁场
、
：
上 式中：系数 Ｈ 、 口 、口 、口
连续的均匀的变化姿态多圈 ，并在倾斜方 向进 行 硬铁磁 力校正 ， 校 正程序一般 由厂 家提供 。
ｂ 、Ｄ 为 自差系数 。其 中 ａ ｘ ｘ
、
ａ
Байду номын сангаас
、
本 文从数 字磁 罗盘 的测 量 原理 出发 ，针 地 球上某处地 磁场的方向 ，可认为它在某一范 对数字 罗盘模块 Ｈ ＭＲ ３ ３ ０ ０ 和计算 机组成 的数 围是均匀的。软铁是被地磁场磁化后获得磁性 字磁罗盘系统 ，分析在软铁磁力 、硬铁磁力 两 的，它本身是任何没有磁性的 ，而且软铁的磁
电力 电子 ・ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
无航向基准时数 字磁罗盘的 自差校正
文／ 李科
差是呈 现半 圆自差和象 限 自 差 。在安装 了固定 设备的载体而言 ，硬铁和软铁系数是固定的 ， 那么 自差在某个地方也是固定的 ，在没有得到 补偿 时，磁罗盘的 自差会随着磁纬度的变化而
１ 引言
磁罗盘 的 自差校正 ，一般需载体进行规定
Ｏ Ｘ轴和 Ｏ Ｙ轴 。如 图 １ 所示 ：
差 现象 。将数字磁 罗盘放在 同一个平面上 ，在
ｇ ０ 。 的两 个航 向进行 比较 ，那么 数字磁 磁 北 方 向为 Ｏ Ｎ， 磁 北方 向为 Ｏ Ｎ， 从 相差 ｌ Ｏ Ｎ到 Ｏ Ｘ顺 时针转过的角度定义为 Ｈ ＭＲ ３ ３ ０ ０ 罗盘 应对 应在两个 航 向上得 到相反 的 １ ８ ０ 。 的 型数 字罗盘 测得 的磁 方 向角 ，用 表 示。我
的实 际应用情 况，研究 无航 向基准输入时 自差
磁罗盘的相互位置决定了软铁对磁罗盘产生作 可 知 ，若 已知 自差 系数 ，可 以由 Ｈ 和 月 求 校正方法 ，并运用转 台实验 ，验证本文所算法 用力的方 向，作用力 的大小与软铁材料 ，软铁 出没有 自差 的 ， 为 ：
的有效性。
的运 动或则是在 某些既定的点上进行测量。在
数据对 。传统的机械式磁罗盘 ，采用爱利法 ，
文献 【 １ 】 是对 安装在船舶上 的机械式磁 罗盘 进 们假 定地 磁场 的水平 分量为 Ｈ ｎ 个０ 。 、９ ０ 。 、１ ８ ０ 。 、２ ７ ０ 。 四个 航 向， ，那么 可 以 即是取 ４ 行 了软、硬铁环境下进行磁罗盘 自差分析 。在 求得磁传感器 Ｓ 和 Ｓ 测出的磁场分量为： 直接进行观测 自 差后 ，运用校正磁棒进行抵 消 自 差 ，这个方法有着一个缺 陷就是需 要一个独
过 程 ，如 Ｔ Ｃ Ｍ２磁 罗盘 ［ ４ 】 ，就 是使得磁 罗盘
Ｈ ，Ｈ Ｙ 写为 Ｈ
，
，
则关系可写为：
影 响的，这 自然就会产生偏差 ，一般称为罗差
或自差 。 地磁场的磁场强度约为 ０ ． ３ ￣ ０ ． ５ 高斯 ， 是 弱磁场 。一般通过海 图或地 图查 阅可以得 知
文献 【 ２ 】 中的硬铁磁力 是取 自于载体 转动一 圈
的磁通密度测量数据 的平均值 ，并对特殊航 向 角０ 。 时， 对软铁磁力系数进行评估 。 在 文献 【 ３ ］ 中，阐述 了无人机航 向测量磁 罗盘 的 自 差修 正 方法 ， 该方法是在 已获知当地磁 场的水平分量 、 磁倾角和磁差三要素 和载体 的真实姿态情 况进
Ｈ ＝ Ｈｏ Ｃ Ｏ Ｓ ￣ （ １ ）
Ｈ ＝ 一Ｈ ｏ ｓ ｉ ｎ （ ２ ）
式中 可按 下式求出：
立的航 向基准 ，没有 了航 向基 准 ，无法进 行观
测 自差 ，导致 无法 消差 。
Ｈ， ，
＝ 一ａ ｒ ｃ ｔ ａｎ—
（ ３ ）
本文 所设 计的 数字磁 罗盘 系统 ，只要 有 自差 ，就 会反 映在 Ｈ ＭＲ ３ ３ ０ ０ 型数字 罗盘 的输
ａ ｙ ｘ 和 口ｗ 是软磁 材料 引起的 ；ｂ 和 Ｄｖ 是 由硬磁 材 料 引起 的。 当 口 、 ａ何、 ｂ 和 ／ ９ 不 等于零 或 Ｈ 和 不相 等 时，若将
种情况下对磁 罗盘 系统 测量 的影响 ，结合船舶 性是与地磁场的大小和相对方向有关。软铁与 和 直接代入式 （ ３ ） 求 ，就会产生 自差。从 式 （ ６ ）