磁羅盤動態(tài)性能校準研究

【摘要】介紹了數(shù)字磁羅盤動態(tài)性能測量原理、測試方法。通過校準磁羅盤靜態(tài)和動態(tài)狀態(tài)下的方位角的示值，計算出磁羅盤的零偏和方位角均方根誤差，研究在動態(tài)性能下方位角示值的變化，為磁羅盤在動態(tài)狀態(tài)下應用提供校準數(shù)據(jù)，從而提高磁羅盤的方位角測量精度。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字磁羅盤；方位角；動態(tài)性能

1.引言

數(shù)字磁羅盤[1]被廣泛應用于國防軍工系統(tǒng)的各個行業(yè)，包括船舶、航空、航天、兵器等領(lǐng)域。在太空中，磁羅盤可以用于衛(wèi)星姿態(tài)的控制；在裝甲車輛和水面艦艇上，磁羅盤作為GPS導航系統(tǒng)的補充，當GPS導航系統(tǒng)失效時用于導航；在導彈發(fā)射系統(tǒng)中，磁羅盤用于發(fā)射準備前方向角度的定位；在各類軍用作戰(zhàn)飛機上，磁羅盤用于各種飛行姿態(tài)的測量；在水下航行器上，磁羅盤用于水下導航及航行姿態(tài)的測量；在水雷、魚雷上，磁羅盤用于定向攻擊的導航手段之一；在港口防護、水下物理場測試中，磁羅盤用于水下方向定位，除國防軍工系統(tǒng)外，磁羅盤在其他行業(yè)也有廣泛應用，如在石油系統(tǒng)中，磁羅盤用于油井方向的測量；在越野車、各類民船中，磁羅盤被用于導航；在海洋環(huán)境檢測中，磁羅盤用于水下方向定位。生產(chǎn)廠家一般只提出了磁羅盤的靜態(tài)技術(shù)指標，在實際使用中，磁羅盤的輸出響應一般存在滯后現(xiàn)象，特別是在運動狀態(tài)，磁羅盤的角度輸出值有時不能很好的反映其當前狀態(tài)，本文測量了磁羅盤靜態(tài)性能[2]指標、動態(tài)性能[3]指標，并比較在靜態(tài)和動態(tài)技術(shù)指標的不同，測量的數(shù)據(jù)為磁羅盤在實際應用中進行修正提供可靠的數(shù)據(jù)，提高磁羅盤的測量精度。

2.校準方法和校準原理

動態(tài)性能校準是利用三軸無磁轉(zhuǎn)臺模擬磁羅盤的運動狀態(tài)，以轉(zhuǎn)臺的實時角度為標準，在勻速轉(zhuǎn)動和勻加速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下，對磁羅盤的方位角輸出精度進行校準。將被檢磁羅盤安裝在三軸無磁液壓轉(zhuǎn)臺[4]的工作區(qū)安裝面上，三軸無磁液壓轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生磁羅盤動態(tài)校準所需的運動狀態(tài)；磁羅盤在運動過程中輸出的方位角數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，與三軸無磁液壓轉(zhuǎn)臺的運動數(shù)據(jù)進行同步數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)磁羅盤的靜態(tài)性能校準、動態(tài)性能校準。三軸無磁液壓轉(zhuǎn)臺如圖1所示。

表1列出了不同角速度的磁羅盤示值零偏和方位角均方根誤差，通過對磁羅盤的動態(tài)性能的測量，并與其靜態(tài)性能進行比較，低速運動狀態(tài)（轉(zhuǎn)動角速度小于1o/s），磁羅盤方位角的示值誤差與方位角均方根誤差保持一致，在速度達到5o/s時，磁羅盤的零偏變大，需要進行角度修正，方位角均方根誤差仍然滿足要求。當大于10o/s高速狀態(tài)時，零偏隨著角速度的增加偏差變大，方位角均方根誤差超過0.5o。

4.結(jié)束語

通過磁羅盤的動態(tài)性能測量，并與靜態(tài)性能進行比較；當在低速狀態(tài)下，角速度不大于1o/s時，與靜態(tài)性能一致；當角度達到5o時，技術(shù)指標能夠滿足磁羅盤的要求，但必須進行角度修正，當角度在10o/s～50o/s時，磁羅盤需要進行角度修正和誤差分析[9]。

磁羅盤的方位角隨著角速度增加，磁羅盤的示值響應變差，方位角均方根誤差增加。磁羅盤動態(tài)性能的校準可以為使用中的磁羅盤提供理論和試驗數(shù)據(jù)，從而對磁羅盤的測量數(shù)據(jù)進行修正和誤差分析，提高磁羅盤的測量精度。

參考文獻

[1]李怡達，張中平，秦明，黃慶安.基于磁阻傳感器與微處理器的二維磁電子羅盤的設(shè)計[J]. 功能材料與器件學報，2008，14（2）：557-560.

[2]蔣浩宇，富立，范躍祖.基于OEM板的GPS羅盤設(shè)計[J].航天控制，2005，23（4）：83-86.

[3]俞阿龍，黃惟一.加速度傳感器的動態(tài)性能校正技術(shù)[J].測控技術(shù)，2004，23（7）：5-7.

[4]蘇建紅.無磁轉(zhuǎn)臺用液壓連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達伺服系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].上海：上海交通大學，2008.