基于ARM與低成本MEMS器件的AHRS設(shè)計(jì)
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4．2 硬磁及非正交度校正
地磁場(chǎng)正常情況下測(cè)量到的三維數(shù)據(jù)在空間上的包絡(luò)應(yīng)該是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓球。但是磁場(chǎng)汁測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)由于受到外界磁場(chǎng)的影響，加上磁阻傳感器各軸的標(biāo)度因子和非正交度，導(dǎo)致傳感器采集到的數(shù)據(jù)在三維空間內(nèi)分布的包絡(luò)面為球心偏移原點(diǎn)的橢球面，磁場(chǎng)裸數(shù)據(jù)三維分布如圖4所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/148911.htm
橢球面約束方程如式(15)所示。
(m-c)T×(mT×U)(m-c)=1 (15)
其中m為傳感器測(cè)得的三維磁場(chǎng)強(qiáng)度，c為球心偏移的三維向量，U為標(biāo)度岡子及非正交度校矩陣。磁場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有實(shí)際意義，關(guān)心的是傳感器測(cè)量的地磁三維矢量方向，所以設(shè)磁場(chǎng)向量模為1。通過(guò)最小二乘法可以計(jì)算出U和c。磁場(chǎng)數(shù)據(jù)校正前后對(duì)比如圖5所示，左右兩圖為校正前后數(shù)據(jù)在XY平面上的投影。
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
AHRS放置在與1024線(xiàn)光柵編碼器固連的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上，測(cè)試俯仰姿態(tài)角的測(cè)量精度及跟蹤性能，AHRS與編碼器測(cè)量曲線(xiàn)對(duì)比如圖6所示。
圖中實(shí)線(xiàn)為AHRS的測(cè)量值，點(diǎn)劃線(xiàn)為編碼器的測(cè)量值。當(dāng)測(cè)試平臺(tái)以幅度約±10°的幅度擺動(dòng)時(shí)。AHRS與編碼器測(cè)量數(shù)據(jù)相比在時(shí)間上滯后最大不超過(guò)5 ms，峰峰值相差不超過(guò)0．3°。
結(jié)語(yǔ)
基于四元數(shù)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的AHRS具有更新速率高、實(shí)時(shí)性好、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，也能滿(mǎn)足一些機(jī)器人對(duì)姿態(tài)控制的測(cè)量需求。
評(píng)論