摘要：规划了一款具有歪斜补偿功用的三轴磁阻电子罗盘，并对样机体系做了差错补偿。本体系以磁阻传感器HMC1043和MEMS加速度传感器ADXL203为信号收集模块，以MSP430F149单片机为信号处理模块，别离获取、处理磁场和重力加速度信息，井通过液晶显现模块LCM6432ZK显现载体的航向角和姿势角。结合经典的椭A假定法和傅里叶级数模型，对体系的差错进行补偿。试验结果标明，规划的磁阻电子罗盘完结了集成化和智能化，能实时显现载体的航向角和姿势角，航向差错可稳定在±0.6°以内。
导言
电子罗盘是使用地磁场来完结定向功用的设备，已广泛使用于各种导航定位体系。单片机技能的广泛使用，结合使用先进加工工艺出产的磁阻传感器，为导航体系的数字化供给了有利的协助，是未来电子罗盘的发展方向。因本身的差错及环境磁场的影响，电子罗盘的航向丈量精度不高。参考文献提出的24方位最小二乘罗差补偿法尽管精度高，但不能主动补偿;参考文献的最佳椭圆假定补偿法差错可到达±1°。本文依据磁阻传感器HMC1043和MEMS加速度传感器ADXL203研发了一款电子罗盘样机，通过数据预处理和算法补偿后的罗盘体系航向角精度能够稳定在±0.6°以内，该罗盘结构简略，体积小，重量轻，有较好的使用远景。
1 体系结构及硬件组成
本文研发的电子罗盘框图如图1所示。
该体系依据磁阻效应，依据磁场巨细确认方向，三轴磁阻传感器HMC1043感测载体坐标系下地球磁场X、Y、Z轴的重量Ux1、Uy1、Uz1。ME MS加速度计ADXL203通过感知地球重力加速度在其丈量轴上的重量巨细而确认俯仰角φ和翻滚角θ，依据理论公式——式(1)可求得折算到地平坐标系中相同航向下地磁场在X轴和Y轴的重量Hx和Hy，则航向角φ可依据式(2)求得。
磁阻传感器输出信号选用高精度仪器扩大器AD623进行扩大;由芯片IRF7509及其外围电路将控制器发生的矩形脉冲转化成大电流脉冲，使磁阻传感器置位/复位，以消除磁阻传感器的偏置和扩大器的失调及漂移;主控制器选用德州仪器公司的超低功耗的16位单片机MSP430 F149，信号经主控制器处理后送LCD显现航向角和姿势角，亦可完结D/A转化和串口输出。
2 电子罗盘差错补偿
电子罗盘使用地球磁场确认载体的航向，而地球磁场强度仅有0.5～0.6 gauss，极易遭到外界磁场环境的影响，又因为传感器本身在制作、装置进程中不可避免地会存在一些差错，磁阻电子罗盘的差错不可避免，然后影响到精度。有资料标明：当车辆沿一座钢铁桥梁直行时，角速率陀螺指示的航向改变很小，而电子罗盘指示的航向改变起伏超越100°。批改这些差错只是通过硬件办法不能很好地处理，还必须凭借有用的软件补偿办法才干完结。
本文软件方面选用中值滤波算法对数据进行预处理，然后确保A/D采样的稳定性;依据经典椭圆假定理论，将椭圆中心移至原点，将Y轴作为基准对X轴进行校对，在此基础上再对罗差结构数学模型，选用最小二乘法求取罗差补偿系数对罗差进行补偿。
2.1 原点校对原理
依据Michel Moulin等人提出的椭圆假定，在用于地上车辆时，罗盘体系的差错构成进程能够为是传感器测出的水平面上两个磁场重量的组成向量顶点在平面上由一个圆变成了一个椭圆的进程，其逆进程便是依据椭圆假定的差错补偿进程。该办法尽管易于完结主动补偿和校准，可是样机用该办法试验测得体系精度仅为±2°。本文首要选用该办法将椭圆中心移至原点，然后将Y轴作为基准对X轴进行校对，在此基础上再构建罗差模型进行补偿校对。
首要，将椭圆中心移到原点。将罗盘水平旋转一周采样，采样的X、Y轴的最大、最小值别离记作Xmax、Xmin、Ymax、Ymin，可依据式(3)～(6)求得X、Y轴的输出中点Xo、Yo和输出规模Xrang、Yrang：
依据椭圆假定，能够为椭圆是由X、Y轴灵敏度不同形成，一起依据样机的实践运转状况可知，Y轴的输出规模比X轴大，所以可将Y轴定为基准1，继而用式(9)对X轴灵敏度进行校对。
式(8)、(9)即为通过椭圆原点校对后的X、Y轴输出。此刻解算出的航向角差错如图2所示。
2.2 罗差校对原理
罗差是使用地球磁场丈量航向时电子罗盘体系所特有的一种差错，也是对精度影响最大的一种差错。罗差是由磁阻传感器周围的铁磁资料影响而发生的航向差错，能够分为硬磁资料引起的罗差和软磁资料引起的罗差。
依据参考文献介绍的依据最小二乘24方位罗差补偿法，可得由硬磁资料和软磁资料引起的总罗差为：
△φ=A+Bsinφ+Ccosφ+Dsin(2φ)+Ecos(2φ) (10)
式中，A、B、C、D、E为罗差补偿系数，则消除罗差后的罗盘航向角φc为：
φc=φ-△φ (11)
依据最小二乘原理求取最小二乘解。
5项罗差校对公式，即式(10)完结了对圆周差错、半圆差错和象限差错的补偿，但传感器不对称差错并未得到补偿。通过对差错特性曲线的剖析，是3倍角罗差项重量偏大所造成的，为进步精度，添加3倍角罗差项，构成7项罗差校对公式，即：
△φ=A+Bsinφ+Ccosφ+Dsin(2φ)+Ecos(2φ)+Fsin(3φ)+Gsin(3φ) (12)
试验标明，添加3倍角罗差项可进步精度，但作用有限，且会添加单片机体系担负，故终究挑选5项罗差校对公式进行罗差校对。
样机在0～360°规模内，每隔15°对共24个试验点进行测验，得到24组采样数据，进行罗差批改。对依据椭圆假定原点批改后的X、Y轴采样数据，选用依据最小二乘24方位罗差补偿法，样机运转一周得到终究航向角的差错如图3所示。
由图2、3可知，通过依据椭圆假定原点校对后的航向角差错可控制在±3°以内，在此基础上对校对后的X轴、Y轴采样数据，选用依据最小二乘24方位罗差补偿法，航向角差错可稳定在±0.6°，可见该差错补偿办法作用较好，一起因该办法使用的是现场的采样数据，实时性也较好。
结语
本规划的电子罗盘样机选用三轴磁阻传感器HMC1043和MEMS加速度计ADXL203研发而成，体系成本低，体积小，功耗低。使用地球磁场丈量航向，易受外界磁场搅扰，结合经典的椭圆假定法和依据最小二乘24方位罗差补偿法，提出一种新的补偿办法对差错进行批改。试验证明，该差错补偿算法在不必额定添加硬件复杂度和软件核算量的前提下，能有用地将航向角差错稳定在±0.6°，补偿作用杰出，精度较高。需求指出的是，该补偿算法的差错补偿结果是在水平状态下得出的，当俯仰角或翻滚角较大时，批改后的航向角差错会增大，怎么更好地处理这一问题是今后工作的方向。
