李 翔,宋百麒,王勇军,2

(1.桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,桂林 541004;2.桂林航天工业学院无人机遥测重点实验室,桂林 541004)

航姿系统广泛用于无人飞行器、车辆及船只的导航定位,可提供航向角、俯仰角、横滚角等数据。目前,航姿系统中普遍采用三轴磁强计和三轴加速度计,这两种传感器均属于矢量场传感器,分别通过测量地磁场和重力矢量获取姿态信息,是简便可靠的无源导航手段。但磁强计和加速度计易受多种因素干扰,如零偏、灵敏度(标度因数)、非正交误差、软硬磁干扰等。每当使用环境发生变化时,往往需要重新进行校正[1-2]。

三轴矢量场传感器的校正方法从原理上可分为与姿态相关的校正方法和与姿态无关的校正方法。由于磁强计和加速度计的输出直接取决于其载体的三维姿态,因此可借助精确的航姿基准实现二者的校正,此即与姿态相关的校正方法,又称多位置法[3]。但在实际应用中,为减少对外部设备的依赖并简化操作步骤,普遍采用与姿态无关的校正方法,又称椭球拟合法[4-8]。此类方法假定同一地点的地磁场强度和重力加速度在短时间内保持为常数,其主要优点是校正过程中仅用到传感器自身读数,无需外部设备或基准,便于实施现场校正;其缺点是会导致数学上的欠定问题[9-10]以及校正后的磁强计存在非对准误差[11-18],需要作进一步校正。

针对上述问题,本文提出一种基于多内积的校正方法。该方法既利用地磁场和重力矢量自身的模值不变性,又利用传感器转动时地磁场和重力矢量在旋转轴上的投影不变性,可实现三轴磁强计和加速度计的完全校正。……