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解析电子罗盘的基本原理

4月 24, 2015   //   by xldz   //   行业新闻  //  0 评论

  电子罗盘简单的来说就是数字指南针,是现代的一种利用地磁场来定北极的一种方法,那么电子罗盘有什么样的功能呢?它的工作原理又是什么样子的?

  电子罗盘 – 概述

  虽然 GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用,但由于其信号常被地形、地物遮挡,导致精度大大降低,甚至不能使用。尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区,GPS信号的有效性仅为60%。并且在静止的情况下,GPS也无法给出航向信息。为弥补这一不足,可以采用组合导航定向的方法。电子

  罗盘产品正是为满足用户的此类需求而设计的。它可以对GPS信号进行有效补偿,保证导航定向信息100%有效,即使是在GPS信号失锁后也能正常工作,做到“丢星不丢向”。

  当然,随着GPS技术的发展,采用双GPS接收机作为卫星信号传感器,利用载波测量技术和快速求解模糊度技术,精确计算出运动载体的方位角,同时可以输出俯仰角、位置、速度以及UTC等信息 也可以实现静止状态给出航向信息。目前市场典型XW-SC3600/3660定位定向系统,克服陀螺寻北的成本高、动态差和磁罗盘精度低、响应慢等缺点。

  电子罗盘 – 产品功能与简介

  电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘。平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平,否则当罗盘发生倾斜时,也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。虽然平面电子罗盘对使用时要求很高,但如果能保证罗盘所附载体始终水平的话,平面罗盘是一种性价比很好的选择。三维电子罗盘克服了平面电子罗盘在使用中的严格限制,因为三维电子罗盘在其内部加入了 倾角传感器,如果罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿,这样即使罗盘发生倾斜,航向数据依然准确无误。有时为了克服温度漂移,罗盘也可内置温度补偿,最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。

  电子罗盘 – 原理

  三维电子罗盘[1] 由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球 磁场,倾角传感器是在磁力仪非水平状态时进行补偿;MCU处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。该磁力仪是采用三个互相垂直的磁阻传感器,每个轴向上的传感器检测在该方向上的地 磁场强度。向前的方向称为x方向的传感器检测地磁场在x方向的矢量值;向左或Y方向的传感器检测地磁场在Y方向的矢量值;向下或Z方向的传感器检测地磁场在Z方向的矢量值。每个方向的传感器的灵敏度都已根据在该方向上 地磁场的分矢量调整到最佳点,并具有非常低的横轴灵敏度。传感器产生的模拟输出信号进行放大后送入MCU进行处理。磁场测量范围为±2Gauss。通过采用12位 A/D转换器,磁力仪能够分辨出小于1mGauss的磁场变化量,我们便可通过该高分辨力来准确测量出200-300mGauss的X和Y方向的磁场强度,不论是在赤道上的向上变化还是在南北极的更低值位置。

  仅用地磁场在X和Y的两个分矢量值便可确定方位值:

  Azimuth=arcTan(Y/X)

  该关系式是在检测仪器与地表面平行时才成立。当仪器发生倾斜时,方位值的准确性将要受到很大的影响,该误差的大小取决于仪器所处的位置和倾斜角的大小。为减少该误差的影响,采用双轴 倾角传感器来测量俯仰和侧倾角,这个俯仰角被定义为由前向后方向的角度变化;而侧倾角则为由左到右方向的角度变化。电子罗盘将俯仰和侧倾角的数据经过转换计算,将磁力仪在三个轴向上的矢量在原来的位置“拉”回到水平的位置。

  标准的转换计算式如下:

  Xr=Xcosα+Ysinαsinβ-Zcosβsinα

  Yr=Xcosβ+Zsinβ

  这里Xr和Yr为要转换到水平位置的值

  α为俯仰角

  β为侧倾角

  从以上这三个计算公式可以看出,在整个补偿技术中Z轴向的矢量扮演一个非常重要的角色。要正确运用这些值,俯仰和侧倾角的数字必须时刻更新。采用双轴宽线性量程范围、高分辨率、温漂系数低的陶瓷基体电解质传感器来测量俯仰角和侧倾角,倾角数值经过电路板上的温度传感器补偿后得出的。

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