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附录D用于校正三轴磁强计的MATLAB程序..63
1 引言航向姿态参考系统（Attitude and Heading Reference System）是一种采用多种正交安装的传感器，包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁强计，以数据融合算法精确测量载体在空间三维坐标系下三个轴向（俯仰、横滚、偏航）姿态的测量装置[1]。由于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)技术的突破， MEMS传感器已经开始被大量应用。 由MEMS陀螺仪和 MEMS 加速度计构成的纯惯性导航系统被广泛运用于低成本应用场合， 例如消费类电子产品、微型无人飞行器、人体运动姿态测量等[2]。然而这类导航系统具有明显的固有缺点，即其测量误差会随着时间积累。由于MEMS 陀螺仪属于低精度陀螺仪，不可避免地带来更严重的累计误差。另外，MEMS加速度计只有在被测载体处于静止或者匀速运动状态下才能实现对重力加速度的精确测量，在被测载体运动时，则会受到附加的载体加速度的的干扰，出现较大的测量偏差[2]。因此，基于 MEMS器件的纯惯性测量单元在实际应用中需要与其他姿态测量手段相结合，以抑制和修正它的误差。这其中，将其与三轴磁传感器相结合是一种具有较高性价比且简单易行的解决方案[2]。因此，研究磁传感器在 AHRS 系统中的应用具有重要的现实意义。
1.1 国内外研究的现状航向姿态参考系统被广泛地应用于制导武器、机动车辆、无人机、生命运动科学分析、室内定位等需要三维姿态测量的产品中，在军事和民用的很多领域内都有着重要的作用。因此，国内外的科研人员对小型化、低成本的航姿参考系统有着深入的理论研究和大量的实验基础。在国外，从事航姿参考系统的研究机构主要有美国的MIT、霍尼韦尔公司，德国的iMAR公司，荷兰的 Xsens 公司等[3]。美国的霍尼韦尔公司的航姿器已经实现了系列化。其航姿器AH-2100 采用环形激光陀螺 GG1320，已经大批量应用于商业飞机、坦克、军用教练机和直升机上[3]。德国的 iMAR 公司研制的航姿器 iVRUSNQ，它包括三个 MEMS 陀螺和三个伺服加速度计，用于测量载体的角速度和线速度或者其增量，采用 RS-232接口，同时也可以外接GPS数据和磁强计的数据，俯仰和航向精度为 0.2度[3]。在国内，对低成本、高精度、高集成度的AHRS 系统也进行了大量的理论分析和实验验证工作。其中，中航618 所的朱少华等人提出了基于 MEMS器件的大气航姿系统的设计思路和算法[3]。样机进行了车载试验的验证。为了进一步应用在高机动载体上，参考了大气数据系统的输出。这就比单纯利用GPS 数据修正姿态好许多。空军工程大学工程学院的黄国荣等人提出了基于 MEMS 器件的军用航姿系统的设计思路和算法，所选用的器件为 AD 公司的ADIS16405 型 IMU，该 IMU 包括三个陀螺、三个加速度计、三个磁力计和温度传感器。以ARM 处理器 LPC2114 作为导航计算机，选用的是等效旋转矢量算法和卡尔曼滤波，姿态误差在 1度之内[3]。
1.2 本文研究的主要内容（1）了解 AHRS 系统的基本构成和原理。（2）合理选用弱磁传感器，设计信号调理和采集电路，编写数据采集存储程序，构建地磁场强度测量系统。（3）在水平大理石平台上完成磁传感器的简易标定。