一種四旋翼飛行器磁羅盤校準方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種四旋翼無人機的磁羅盤校準方法，特別是涉及一種對四旋翼飛行器水平校準和垂直校準的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機的慣性測量單元是測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。一般的，一個慣性測量單元包含三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺，加速度計檢測物體在載體坐標系統(tǒng)獨立三軸的加速度信號，而陀螺檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)。慣性測量單元在無人機飛行中有著很重要的應(yīng)用價值。利用三軸地磁解耦和三軸加速度計，受外力加速度影響很大，在運動/振動等環(huán)境中，輸出方向角誤差較大，此外地磁傳感器有缺點，它的絕對參照物是地磁場的磁力線，地磁的特點是使用范圍大，由于地球磁場的多變性及近地磁場的不規(guī)律性，又小型無人機在超低空空域中飛行，近地磁場對無人機磁羅盤的影響尤為突出，故無人機需安全準確的在不同地域進行飛行時，必要因地場的變化，在新的場地對飛機磁羅盤做重新新的校準。以便慣性測量單元重新記錄校準新的地磁曲線。
[0003]過去現(xiàn)場校準的簡易方法通常為:1、人為校準是最為簡單的，現(xiàn)有校準四旋翼無人機上的磁羅盤一般采用橢球擬合法，要花費大量的時間去旋轉(zhuǎn)無人機，只有各個方位都旋轉(zhuǎn)到橢球擬合才準確，并且，橢球擬合法在程序編程中比較復雜，一不小心就會出錯，因此誤差極大；2、將飛機慣性測量單元拆離校準，因慣性測量單元通常需要安裝在無人機重心部位，現(xiàn)場不易拆裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種四旋翼飛行器磁羅盤校準方法，有效消除磁羅盤的硬磁誤差，提高磁羅盤值檢測精度，節(jié)省磁羅盤校準時間。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種四旋翼飛行器磁羅盤校準方法，所述的方法包括以下步驟:
步驟(I)四旋翼飛行器采用外置磁羅盤，目的是為了使磁羅盤不受軟磁干擾，因此只需消除硬磁干擾便可；
將置于水平位置處的辭羅盤旋轉(zhuǎn)一周，分別采集X軸、Y軸、Z軸的磁場強度Xp Yp Z1;步驟(2)將磁羅盤固定在四旋翼飛行器載體上，并水平旋轉(zhuǎn)一周，采集X軸的最大磁場強度和最小磁場強度、Y軸的最大磁場強度和最小磁場強度，并據(jù)此計算出X軸方向的硬磁校準系數(shù)和Y軸方向的硬磁校準系數(shù)，其校準系數(shù)操作的計算公式如下:
Magoffset = - (Magnax + Magnin) /2 ；
步驟(3)獲得X軸及Y軸的硬磁校準系數(shù)后，將飛行器載體置于水平地面上，得到Z軸的磁場強度Z2;
步驟(4)計算Z軸的校準系數(shù)，校準系數(shù)計算公式Z= Z2_ Zp
[0006]優(yōu)選的，所述的四旋翼飛行器采用外置辭羅盤，將辭羅盤置于飛行器腳架出，便于拆卸，減少軟磁干擾。
[0007]優(yōu)選的，所述的校準系數(shù)步驟包括:
計算所述X軸的最大磁場強度和最小磁場強度的第一和值；
計算所述Y軸的最大磁場強度和最小磁場強度的第二和值:
計算所述第一和值的1/2，得到X軸的磁場強度補償值；
計算所述第二和值的1/2，得到Y(jié)軸的磁場強度補償值；
將所述X軸的當前磁場強度信號加上X軸的磁場強度補償值最為X軸的當前磁場強度值，將所述Y軸的當前磁場強度信號加上Y軸的磁場強度補償值作為Y軸的當前磁場強度值。
[0008]優(yōu)選的，所述的Z軸校準系數(shù)步驟包括:
采集并記錄在磁羅盤外置情況下Z軸的磁場強度值Z1;
采集并記錄磁羅盤置于四旋翼飛行器載體上時Z軸的磁場強度值Z2;
計算Z2的差值，得到的差值即作為z軸的校準系數(shù)。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
1、該無人機的磁羅盤校準方法操作簡單；
2、該無人機的磁羅盤校準方法不需要對無人機的慣性測量單元進行拆裝就能對無人機的磁羅盤進行校準；
3、該無人機的磁羅盤校準方法可以實現(xiàn)對無人機的磁羅盤的水平校準和垂直校準。
[0010]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明；但本發(fā)明的一種無人機的磁羅盤繩索校準方法不局限于實施例。
【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中軟磁干擾環(huán)境下磁羅盤的輸出值；
圖2為本發(fā)明中硬磁干擾環(huán)境下磁羅盤的輸出值；
圖3為本發(fā)明無干擾環(huán)境下辭羅盤輸出值；
圖4為本發(fā)明校準完成后旋轉(zhuǎn)一周輸出值；
圖5為本發(fā)明校準后與現(xiàn)有技術(shù)中辭羅盤校準方法對比圖。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種四旋翼飛行器磁羅盤校準方法，有效消除磁羅盤的硬磁誤差，提高磁羅盤值檢測精度，節(jié)省磁羅盤校準時間。
[0014]磁羅盤需要校準主要因為受到硬磁干擾和軟磁干擾的影響，另外的一些誤差有的可以通過人為去盡量減小，有的無法避免，那么主要考慮硬磁干擾和軟磁干擾去修正誤差。而在四旋翼無人機中，為了讓磁羅盤更少的受到軟磁干擾，所以一般都是采用外置磁羅盤的方法，因此只需要消除硬磁干擾便可以滿足無人機對磁羅盤的精度要求。
[0015]從圖2與圖1的對比可以看出，為了消除磁羅盤的硬磁誤差，需要將圖2中在平面上的不規(guī)則圓修正為圖1中圓心在坐標軸原點的正圓。
[0016]因此，提出一種簡單的修正方案，取得磁羅盤在平面內(nèi)的值，比較這些值得出一個最大值和一個最小值，而最大值必定為正數(shù)，最小值必定為負數(shù)，將其相加再取一半作為補償值，這樣修正得到的圖是一個接近圓心在坐標原點的正圓。但是在實際應(yīng)用中，磁羅盤有可能受到周圍環(huán)境的干擾，引起磁場強度值會發(fā)生突變，加上要去的XY軸上的磁場強度值必須要讓四旋翼無人機保持絕對水平的狀態(tài)，計算出來的補償值才精確。
[0017]為此，在校準磁羅盤的同時對四旋翼無人機的姿態(tài)進行計算，經(jīng)過反復試驗驗證與據(jù)對水平相差正負8度的時進行磁場強度采集計算得到的補償值能夠滿足精度要求。但是旋轉(zhuǎn)過程中，不采集超出范圍內(nèi)的磁強值的話，得不到正確的最大值或者最小值，故又添加了方向Heading計算，只有完成Heading變化360度，才認為采集結(jié)束。
[0018]將采集到的磁場強度值，去掉2個最大值，去掉2個最小值，目的是濾掉異常高或異常低的值。再用剩下的最大值加上最小值，除以2得到了磁羅盤的補償值。豎直方向(機頭朝上或者朝下90度)一樣。
[0019]經(jīng)過反復試驗，可以論證此方法完全可以滿足四旋翼無人機上對磁羅盤的精度要求。
【主權(quán)項】
1.一種四旋翼飛行器磁羅盤校準方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟(I)四旋翼飛行器采用外置磁羅盤，目的是為了使磁羅盤不受軟磁干擾，因此只需消除硬磁干擾便可； 將置于水平位置處的辭羅盤旋轉(zhuǎn)一周，分別采集X軸、Y軸、Z軸的磁場強度Xp Yp Z1;步驟(2)將磁羅盤固定在四旋翼飛行器載體上，并水平旋轉(zhuǎn)一周，采集X軸的最大磁場強度和最小磁場強度、Y軸的最大磁場強度和最小磁場強度，并據(jù)此計算出X軸方向的硬磁校準系數(shù)和Y軸方向的硬磁校準系數(shù)，其校準系數(shù)操作的計算公式如下: Magoffset = - (Magnax + Magnin) /2 ； 步驟(3)獲得X軸及Y軸的硬磁校準系數(shù)后，將飛行器載體置于水平地面上，得到Z軸的磁場強度Z2; 步驟(4)計算Z軸的校準系數(shù)，校準系數(shù)計算公式Z= Z2_ Zp2.如權(quán)利要求1所述的一種四旋翼飛行器磁羅盤校準方法，其特征在于，所述的四旋翼飛行器采用外置辭羅盤，將辭羅盤置于飛行器腳架出，便于拆卸，減少軟磁干擾。3.如權(quán)利要求1所述的一種四旋翼飛行器磁羅盤校準方法，其特征在于，所述的校準系數(shù)步驟包括: 計算所述X軸的最大磁場強度和最小磁場強度的第一和值； 計算所述Y軸的最大磁場強度和最小磁場強度的第二和值: 計算所述第一和值的1/2，得到X軸的磁場強度補償值； 計算所述第二和值的1/2，得到Y(jié)軸的磁場強度補償值； 將所述X軸的當前磁場強度信號加上X軸的磁場強度補償值最為X軸的當前磁場強度值，將所述Y軸的當前磁場強度信號加上Y軸的磁場強度補償值作為Y軸的當前磁場強度值。4.如權(quán)利要求1所述的一種四旋翼飛行器磁羅盤校準方法，其特征在于，所述的Z軸校準系數(shù)步驟包括: 采集并記錄在磁羅盤外置情況下Z軸的磁場強度值Z1; 采集并記錄磁羅盤置于四旋翼飛行器載體上時Z軸的磁場強度值Z2; 計算Z2的差值，得到的差值即作為Z軸的校準系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種四旋翼無人機的磁羅盤校準方法，特別是涉及一種對四旋翼飛行器水平校準和垂直校準的方法。該方法是在采集磁羅盤外置于四旋翼飛行器旋轉(zhuǎn)一周后時Z軸的值Z1，得到Z軸值后將磁羅盤固定在四旋翼飛行器載體上，并水平旋轉(zhuǎn)一周，采集X軸的最大磁場強度和最小磁場強度、Y？軸的最大磁場強度和最小磁場強度，并據(jù)此計算出X軸方向的硬磁校準系數(shù)和Y軸方向的硬磁校準系數(shù)，獲得X軸及Y軸的硬磁校準系數(shù)后，將飛行器載體置于水平地面上，得到Z軸的磁場強度Z2，由校準系數(shù)計算公式Z=？Z2－Z1，得到Z軸校準系數(shù)。本發(fā)明有效消除磁羅盤的硬磁誤差，提高磁羅盤值檢測精度，節(jié)省磁羅盤校準時間。
【IPC分類】G01C17/38
【公開號】CN105157690
【申請?zhí)枴緾N201510550297
【發(fā)明人】張長隆, 李旺
【申請人】湖南基石信息技術(shù)有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月1日