基于磁阻传感器的组合定位系统及误差补偿
2018-03-22 20:41:05
东南大学仪器科学与工程系，江苏南京210096）刘炳云，卢大伟，万德钧，王庆士生主要组组合导线面磁场的变化输出X轴和Y轴的磁场强度，输出形式为统组成、工作原理，并介绍了磁阻传感器的测量原理和误差补偿算法。，Ri、R2、R3、R4阻值均为R加一磁场H方向如图所示，输入电压为U.在磁场的作用下电阻和的阻值减小AR，而R2和R3的阻值大AR，计算得除了磁阻电桥电路以外，传感器内有两个电流带，一个用来置位或复位输出的极性，另一个用来产生一个偏置磁场以补偿环境磁场。因器件本身不需聚磁器，所以不会导致迟滞和非重复性。
磁阻传感器在安装时将X轴指向车辆行驶的前方，Y轴指向右方，Z轴指向下方。磁阻传感器感应地电压输出，输出信号经放大器放大后送A/D转换电路进行模数转换，转换后的信号送CPU来进行角度计算。航向角a的计算公式如下：由于单片机没有现成的反三角函数，因此将arctg（x）进行台劳展开得化简计算得根据所要求的精度的不同，取简化式的不同的位数与公式（1）结合求解角度。
该系统由Honeywell公司生产的三维磁阻传感器、放大器、A/D转换电路、里程表、光电隔离电路、GPSOEM接收板和CPU组成，原理框图如。）为第i+1秒的经掉度；Si，a为第i秒运动载体的行驶里程和航向角；R为地球半径。为与卫星导航电文进行匹配，计算结果的单位取毫秒。
2.3系统的工作原理磁阻传感器利用内部电路的线性度和灵敏度，通过测量地磁的变化，可以直接输出X轴和Y轴的磁场强度，输出形式为模拟电压，该模拟量通过AMP04放大器进行信号放大后，送12位A/D转换器TLC2543变成数字信号送89C51单片机的数据总线。由公式（3）计算出航向角。
里程表输出车辆的速度脉冲信号，经光电隔离电路后送CPU，光电隔离电路隔离了车辆和处理板的电源，避免了两者之间的相互干扰。由CPU经过判向和计数就可以计算出该秒内车辆行驶的里程数。根据得到的航向角和里程就可以利用公式（4）进行航位推算并利用公式（5）变成地理坐标系的经掉度。同时CPU从串行口接收GPSOEM接收机发来的位置信息。GPS 2.2航位推算原理航位推算方法是一种常用的自主式车辆定位技术。在这种方法中，里程表和角速率陀螺仪分别作为距离传感器和角度传感器用来测量位移矢量，从而推算车辆的瞬时位置。车辆在Tk时刻位置可表示为（Xk，Yk）为车辆在Tk时刻的位置；Si，a分别为车辆从Ti时刻的位置（Xi，Yi）到Ti+1时刻位置（Xi+1，Y1）的位移和绝对航向。
采用这种航位推算法得到的是平面直角坐标，为欢迎访问bookmark4全球传感器专业网站bookmark5六十类传感器，数千家传感器企业，超亿种传感器产品。
西安中星测控有限公司bookmark7能采用经纬度表还需要把平面坐标系转化为大地lishingbookmark8 OEM接收板采用Rockwell公司的12通道板，输出电文为标准1000格式。CPU读出经掉度、速度、水平误差因子等信息，与航位推算得到的经掉度进行优化低阶Kalman滤波后得到实时、连续、准确的位置信息。
3磁阻传感器误差的补偿3.1倾斜角的补偿当磁阻传感器固定在车辆、飞机上时，由于不能保证磁阻传感器的方向总是平行于地面，因此存在由于倾斜角而造成的误差。通常采用倾斜传感器来校正该误差。电子水泡角度倾斜计可直接输出俯仰角（幻和翻滚角（0），同时还要知道磁场在XYZ轴的输出，然后将三轴的输出转换到XY平面上，设X轴的分量为，Y轴的分量为Yh，方位角a的计算公式为3.2铁磁体干扰的补偿地磁场的方向总是平行于地球平面并指向磁北极。磁阻传感器在没有铁磁材料的空间时，接收地磁场的方向不会受到影响。但通常情况下磁阻传感器被安放在车辆、飞机或其他平台上，这样在其周围不可避免存在铁磁材料。这些铁磁材料将干扰地磁场，相当于在地磁场上又加上了一个磁场。如果这个磁场是恒定的，可以通过校正将其补偿掉。其校正原理如下：在没有干扰的情况下，将磁阻传感器旋转一周测量磁场的强度，以Y轴输出为横轨X轴输出为纵轨绘制曲线近似为以（0，0）为圆心的圆。将磁阻传感器安装在汽车上测量磁场并绘制成曲线，它将不再是一个圆而近似为一椭圆。补偿的方法为求出椭圆的圆心，然后根据偏移量进行补偿。具体计算公式如下实验结果表明：利用GPS和磁阻传感器结合可以有效弥补单独采用GPS导航定位时的不足，大大提高GPS和磁阻传感器组合跟踪定位系统的精确度和可靠性。并且磁阻传感器成本较低，易于产品化，因此有较广阔的市场应用前景。
磁阻传感器在安装时将X轴指向车辆行驶的前方，Y轴指向右方，Z轴指向下方。磁阻传感器感应地电压输出，输出信号经放大器放大后送A/D转换电路进行模数转换，转换后的信号送CPU来进行角度计算。航向角a的计算公式如下：由于单片机没有现成的反三角函数，因此将arctg（x）进行台劳展开得化简计算得根据所要求的精度的不同，取简化式的不同的位数与公式（1）结合求解角度。
该系统由Honeywell公司生产的三维磁阻传感器、放大器、A/D转换电路、里程表、光电隔离电路、GPSOEM接收板和CPU组成，原理框图如。）为第i+1秒的经掉度；Si，a为第i秒运动载体的行驶里程和航向角；R为地球半径。为与卫星导航电文进行匹配，计算结果的单位取毫秒。
2.3系统的工作原理磁阻传感器利用内部电路的线性度和灵敏度，通过测量地磁的变化，可以直接输出X轴和Y轴的磁场强度，输出形式为模拟电压，该模拟量通过AMP04放大器进行信号放大后，送12位A/D转换器TLC2543变成数字信号送89C51单片机的数据总线。由公式（3）计算出航向角。
里程表输出车辆的速度脉冲信号，经光电隔离电路后送CPU，光电隔离电路隔离了车辆和处理板的电源，避免了两者之间的相互干扰。由CPU经过判向和计数就可以计算出该秒内车辆行驶的里程数。根据得到的航向角和里程就可以利用公式（4）进行航位推算并利用公式（5）变成地理坐标系的经掉度。同时CPU从串行口接收GPSOEM接收机发来的位置信息。GPS 2.2航位推算原理航位推算方法是一种常用的自主式车辆定位技术。在这种方法中，里程表和角速率陀螺仪分别作为距离传感器和角度传感器用来测量位移矢量，从而推算车辆的瞬时位置。车辆在Tk时刻位置可表示为（Xk，Yk）为车辆在Tk时刻的位置；Si，a分别为车辆从Ti时刻的位置（Xi，Yi）到Ti+1时刻位置（Xi+1，Y1）的位移和绝对航向。
采用这种航位推算法得到的是平面直角坐标，为欢迎访问bookmark4全球传感器专业网站bookmark5六十类传感器，数千家传感器企业，超亿种传感器产品。
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3磁阻传感器误差的补偿3.1倾斜角的补偿当磁阻传感器固定在车辆、飞机上时，由于不能保证磁阻传感器的方向总是平行于地面，因此存在由于倾斜角而造成的误差。通常采用倾斜传感器来校正该误差。电子水泡角度倾斜计可直接输出俯仰角（幻和翻滚角（0），同时还要知道磁场在XYZ轴的输出，然后将三轴的输出转换到XY平面上，设X轴的分量为，Y轴的分量为Yh，方位角a的计算公式为3.2铁磁体干扰的补偿地磁场的方向总是平行于地球平面并指向磁北极。磁阻传感器在没有铁磁材料的空间时，接收地磁场的方向不会受到影响。但通常情况下磁阻传感器被安放在车辆、飞机或其他平台上，这样在其周围不可避免存在铁磁材料。这些铁磁材料将干扰地磁场，相当于在地磁场上又加上了一个磁场。如果这个磁场是恒定的，可以通过校正将其补偿掉。其校正原理如下：在没有干扰的情况下，将磁阻传感器旋转一周测量磁场的强度，以Y轴输出为横轨X轴输出为纵轨绘制曲线近似为以（0，0）为圆心的圆。将磁阻传感器安装在汽车上测量磁场并绘制成曲线，它将不再是一个圆而近似为一椭圆。补偿的方法为求出椭圆的圆心，然后根据偏移量进行补偿。具体计算公式如下实验结果表明：利用GPS和磁阻传感器结合可以有效弥补单独采用GPS导航定位时的不足，大大提高GPS和磁阻传感器组合跟踪定位系统的精确度和可靠性。并且磁阻传感器成本较低，易于产品化，因此有较广阔的市场应用前景。