用于飞行器的磁性传感器校准的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]航向角对于飞行器而言是关键参数。姿态和航向参考系统(AHRS)通常根据从磁强计获取的地球磁场的测量来计算磁航向角。磁强计经受由飞行器生成的测量误差，诸如硬铁偏置和软铁，以及由传感器生成的测量误差，诸如损坏测量且使得难以直接地测量地球磁场的比例因子和不对准。硬铁偏置指的是向磁强计位置处的地球磁场引入偏置的永久磁化材料的效应。软铁指的是未被永久地磁化、但使磁强计位置处的地球磁场失真的材料。磁强计测量误差的效应可以导致10度或更多的磁航向角误差。
[0002]使用磁校准来修正磁强计测量误差的效应，使得可以准确地确定磁航向角。传统罗经盘磁校准是通过使用被与AHRS磁航向角相比较的调查航向角在地面上完成的。然而，存在可以通过用空中磁校准替换地面上校准来消除的某些成本和风险。这些包括对专用罗经盘设施的需要；用于拖车(tug vehicle)和操作员使飞行器旋转的时间和成本;在引擎运行时的飞行器周围的安全人员的成本；由于来自地面设备的磁扰而引起的不正确校准的风险；以及二维磁强计校准的限制。
[0003]空中磁校准解决了上述问题并以短暂的一次性飞行动作来提供全三维磁强计校准。然而，空中校准仍要求真实航向角输入。在一个先前方法中，供在空中校准使用的真实航向角的源是惯性参考系统(IRS)。对飞行器上的IRS的需要使得这个方法受限，因为IRS在飞行器架构中可能不可用。
【发明内容】
[0004]—种用于飞行器的磁传感器校准的方法包括获得用于飞行器的姿态数据、航向角数据、位置数据以及日期信息;将位置数据和日期信息输入到地球磁场模型中；将位置数据和日期信息输入到地球磁场模型修正图(correct1n map)中；将姿态数据和航向角数据输入到指北局部水平(North Oriented Local Level)(N0LL)至机体框架变换(body frametransformat1n)模块中；从地球磁场模型输出地球磁场模型矢量;从地球磁场模型修正图输出地球磁场模型修正矢量；用地球磁场模型修正矢量来补偿地球磁场模型矢量以产生已修正地球磁场模型矢量;将已修正地球磁场模型矢量输入到NOLL至机体框架变换模块中；将磁场测量数据输入到校准处理单元中；将真实地球磁场数据从NOLL至机体框架变换模块输入到校准处理单元中；基于磁场测量数据和真实地球磁场数据在校准处理单元中计算补偿系数;以及将补偿系数存储在存储器单元中。
【附图说明】
[0005]根据参考附图的以下描述，本发明的特征对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。应理解的是附图仅仅描绘典型实施例且因此不应被视为在范围方面是限制性的，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述本发明，在所述附图中:
图1是根据一个实施例的磁强计校准系统的功能框图；以及图2是根据另一实施例的磁强计校准系统的功能框图。
【具体实施方式】
[0006]在下面的详细描述中，足够详细地描述了实施例以使得本领域的技术人员能够实施本发明。应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下可利用其它实施例。因此不应在限制性意义上理解以下详细描述。
[0007]提供了一种用于飞行器的磁校准系统和方法。该磁校准确定一组补偿系数，其在实时操作中被用来针对导致飞行器中的磁强计测量误差的飞行器和内部磁强计误差源的效应而补偿磁强计测量。
[0008]在一个方法中，提供了一种用于使用全球定位系统(GPS)姿态和航向参考系统(GPAHRS)和飞行器动作来完成空中磁校准的方法，其并不依赖于惯性参考系统(IRS)。这个方法用GPAHRS解决方案来完成空中磁校准，其能够在所选飞行器动作的条件下提供真实姿态和航向角。
[0009]在另一方法中，一种用于空中磁校准的方法采用姿态和航向参考系统(AHRS)和飞行员输入。在其它方法中，可以当IRS或惯性测量单元aMU)中的一个可用时用IRS或惯性测量单元aMu)来执行用于磁校准的本方法。
[0010]上述方法还包括短暂的一次性飞行动作，其使得磁强计能够相对于局部地球磁场在三个维度上旋转。这允许用于维护的目的在任何地方进行空中磁再校准。替换地，可以执行地面上罗经盘旋转动作。
[0011]磁校准过程包括在飞行中或地面上动作期间收集磁强计数据连同诸如GPAHRS数据(或者当可用时的GPAHRS和惯性测量数据)之类的位置、姿态以及航向角数据，并基于所有测量数据来计算补偿系数。补偿系数被永久地存储在飞行器机上以供在所有未来飞行时使用。可以用软件来完成确定磁校准系数的过程。一旦已经执行磁校准，则针对未来所有飞行时的测量误差的效应补偿磁强计测量。
[0012]在本方法中，执行被假设为在时间段内有效的离散时间校准。另外，定义适当的动作以引发使得单天线GPS能够提供航向角的加速度。更新校准算法以结合真实地球磁场与地球磁场模型之间的波动。
[0013]本方法确定是否可以根据动作来计算校准参数，并确定校准参数是否要求更新。由于各种原因而需要更新校准参数。这些包括校准参数未捕捉到来自交通工具的局部磁场扰动的效应;实际地球磁场随时间而改变；以及实际地球磁场与地球磁场模型之间的差异。
[0014]图1图示出根据一个实施例的磁强计校准系统100。校准系统100—般地包括地球磁场(EMF)模型模块108、EMF模型修正模块110、指北局部水平(NOLL)至机体变换模块114、磁补偿模块116以及磁校准模式模块120。在操作期间，从飞行器上的至少一个磁强计获得磁强计测量。磁强计测量是在飞行器的机体框架中，并包括基于地球磁场及其它磁扰的测量。另外，针对飞行器诸如从GPAHRS获得姿态、航向角以及位置数据。姿态数据包括飞行器的俯仰和滚转，而航向角数据包括在局部水平框架中的用飞行器的取向的方向。位置数据包括玮度、经度以及高度信息。
[0015]EMF模型模块108接收用于飞行器的位置数据和日期信息，并且NOLL至机体变换模块114接收姿态和航向角数据。可以包括标准地球磁场模型的EMF模型模块108计算并输出地球磁场矢量数据，其可以在北、东、向下(NED)参考系中定向。地球磁场模型使用位置和日期信息来在NED参考系中查找那个位置和日期处的地球磁场的值。
[0016]EMF模型修正模块110还接收用于飞行器的位置数据和日期信息，并且包括修正图，其包括地球磁场模型与实际地球磁场之间的观察偏差。可以包括地球磁场模型修正图的EMF模型修正模块110计算并输出对地球磁场模型矢量数据的修正，其可以在NED参考系中定向。地球磁场模型修正图使用位置和日期信息来在NED参考系中查找那个位置和日期处的地球磁场修正的值。
[0017]从EMF模型模块108输出的地球磁场模型矢量在加法器112中被与从EMF模型修正模块110输出的地球磁场模型修正矢量组合以计算已修正地球磁场矢量。已修正地球磁场矢量被从加法器112发送到NOLL至机体变换模块114。在飞行器的机体框架中计算真实地球磁场数据并由NOLL至机体变换模块114基于已修正地球磁场矢量以及姿态和航向角数据而输出。
[0018]磁校准模式模块120接收真实地球磁场数据以及局部磁场的磁强计测量。在一个实施例中，磁校准模式模块120包括处理单元122，诸如校准卡尔曼滤波器，其将真实地球磁场数据与局部磁场的测量组合。处理单元122基于接收数据来计算补偿系数，并将