磁罗盘动态性能校准研究

【摘要】介绍了数字磁罗盘动态性能测量原理、测试方法。通过校准磁罗盘静态和动态状态下的方位角的示值，计算出磁罗盘的零偏和方位角均方根误差，研究在动态性能下方位角示值的变化，为磁罗盘在动态状态下应用提供校准数据，从而提高磁罗盘的方位角测量精度。

【关键词】数字磁罗盘；方位角；动态性能

1.引言

数字磁罗盘[1]被广泛应用于国防军工系统的各个行业，包括船舶、航空、航天、兵器等领域。在太空中，磁罗盘可以用于卫星姿态的控制；在装甲车辆和水面舰艇上，磁罗盘作为GPS导航系统的补充，当GPS导航系统失效时用于导航；在导弹发射系统中，磁罗盘用于发射准备前方向角度的定位；在各类军用作战飞机上，磁罗盘用于各种飞行姿态的测量；在水下航行器上，磁罗盘用于水下导航及航行姿态的测量；在水雷、鱼雷上，磁罗盘用于定向攻击的导航手段之一；在港口防护、水下物理场测试中，磁罗盘用于水下方向定位，除国防军工系统外，磁罗盘在其他行业也有广泛应用，如在石油系统中，磁罗盘用于油井方向的测量；在越野车、各类民船中，磁罗盘被用于导航；在海洋环境检测中，磁罗盘用于水下方向定位。生产厂家一般只提出了磁罗盘的静态技术指标，在实际使用中，磁罗盘的输出响应一般存在滞后现象，特别是在运动状态，磁罗盘的角度输出值有时不能很好的反映其当前状态，本文测量了磁罗盘静态性能[2]指标、动态性能[3]指标，并比较在静态和动态技术指标的不同，测量的数据为磁罗盘在实际应用中进行修正提供可靠的数据，提高磁罗盘的测量精度。

2.校准方法和校准原理

动态性能校准是利用三轴无磁转台模拟磁罗盘的运动状态，以转台的实时角度为标准，在匀速转动和匀加速转动的状态下，对磁罗盘的方位角输出精度进行校准。将被检磁罗盘安装在三轴无磁液压转台[4]的工作区安装面上，三轴无磁液压转台产生磁罗盘动态校准所需的运动状态；磁罗盘在运动过程中输出的方位角数据同步传输到控制系统中，与三轴无磁液压转台的运动数据进行同步数据处理，实现磁罗盘的静态性能校准、动态性能校准。三轴无磁液压转台如图1所示。

表1列出了不同角速度的磁罗盘示值零偏和方位角均方根误差，通过对磁罗盘的动态性能的测量，并与其静态性能进行比较，低速运动状态（转动角速度小于1o/s），磁罗盘方位角的示值误差与方位角均方根误差保持一致，在速度达到5o/s时，磁罗盘的零偏变大，需要进行角度修正，方位角均方根误差仍然满足要求。当大于10o/s高速状态时，零偏随着角速度的增加偏差变大，方位角均方根误差超过0.5o。

4.结束语

通过磁罗盘的动态性能测量，并与静态性能进行比较；当在低速状态下，角速度不大于1o/s时，与静态性能一致；当角度达到5o时，技术指标能够满足磁罗盘的要求，但必须进行角度修正，当角度在10o/s～50o/s时，磁罗盘需要进行角度修正和误差分析[9]。

磁罗盘的方位角随着角速度增加，磁罗盘的示值响应变差，方位角均方根误差增加。磁罗盘动态性能的校准可以为使用中的磁罗盘提供理论和试验数据，从而对磁罗盘的测量数据进行修正和误差分析，提高磁罗盘的测量精度。

参考文献

[1]李怡达，张中平，秦明，黄庆安.基于磁阻传感器与微处理器的二维磁电子罗盘的设计[J]. 功能材料与器件学报，2008，14（2）：557-560.

[2]蒋浩宇，富立，范跃祖.基于OEM板的GPS罗盘设计[J].航天控制，2005，23（4）：83-86.

[3]俞阿龙，黄惟一.加速度传感器的动态性能校正技术[J].测控技术，2004，23（7）：5-7.

[4]苏建红.无磁转台用液压连续回转马达伺服系统的设计与实现[D].上海：上海交通大学，2008.