旋翼飞行机器人磁罗盘误差分析及校准-中国科学院沈阳自动化研究所
px4磁罗盘校准算法 -回复
px4磁罗盘校准算法-回复如何进行PX4磁罗盘校准。
第一步：背景介绍和准备工作（约200字）PX4是一种开源的自动驾驶飞行控制系统，其中磁罗盘传感器起着重要的作用。
磁罗盘主要用于测量地球磁场，以帮助飞行器在导航过程中确定自身的朝向。
然而，飞行器周围的磁场干扰或是硬件问题可能导致磁罗盘数据不准确，因此进行磁罗盘校准非常重要。
本文将详细介绍如何进行PX4磁罗盘校准，确保飞行器在飞行过程中能够准确的判断自身朝向。
在进行PX4磁罗盘校准之前，我们首先要做一些准备工作。
首先，确保你已经安装并配置好PX4飞控系统，并且接入了磁罗盘传感器。
其次，找到一个较为开阔的空旷地方，以避免周围的金属物体对罗盘校准的干扰。
最后，使用PX4固件提供的Ground Control Station(GCS)软件，例如QGroundControl，用于对飞行器进行校准操作。
第二步：启动PX4 GCS软件并进入校准模式（约200字）在准备工作完成后，启动PX4 GCS软件，连接到飞行器的飞控系统。
然后，在软件界面的顶部选择校准模式。
进入校准模式后，系统会要求进行几个不同类型的校准，包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘等。
第三步：校准陀螺仪和加速度计（约300字）首先进行的是陀螺仪的校准。
校准陀螺仪的目的是确定飞行器的角速度测量的准确性。
在校准过程中，系统要求将飞行器放置在静止的平面上，以便测量出地球的重力加速度方向。
校准过程中，要确保飞行器平稳静止，避免任何震动或倾斜。
接下来，进行加速度计的校准。
加速度计的校准目的是确定飞行器的加速度测量的准确性。
校准过程中，系统要求将飞行器移动到不同的位置和方向，以便测量出地球的重力加速度在不同方向上的分量。
校准过程中，要确保飞行器在每个位置和方向上静止一段时间，以便传感器稳定并测量准确。
第四步：校准磁罗盘（约500字）在完成陀螺仪和加速度计的校准后，现在可以进行磁罗盘的校准了。
磁罗盘的校准过程相对较为复杂，需要保证正确的步骤和准确的动作。
小型多旋翼无人机三轴电子罗盘设计与误差分析校准
小型多旋翼无人机三轴电子罗盘设计与误差分析校准1. 引言- 研究背景与意义- 本文的研究目的和内容2. 多旋翼无人机三轴电子罗盘设计- 电子罗盘原理- 三轴电子罗盘设计- 硬件选型和电路设计3. 误差分析与校准- 罗盘误差类型及原因分析- 罗盘校准方法介绍- 校准实验设计和实验结果分析4. 算法实现与测试- 姿态解算算法- 航向角解算算法- 算法测试方法和结果分析5. 结论与展望- 本文研究的主要成果和贡献- 在未来的发展和应用前景- 对改进和优化的建议和展望第1章：引言随着全球定位系统（GPS）的不断发展和普及，无人飞行器（UAV）技术也得到了快速发展。
多旋翼无人机作为一种轻型、灵活、易操控的无人机，逐渐成为了广大航模爱好者、科研工作者和商业应用者的心头好。
作为一种航空器，多旋翼无人机需要对其航向进行准确测量和控制，以便实现精准操控和自主导航等功能。
而电子罗盘作为一种精度较高的传感器，被广泛应用于航空领域中。
本文基于多旋翼无人机平台，研究了三轴电子罗盘的设计和误差校准方法，并对其航向角解算算法进行了实现和测试。
本研究的目的是提高多旋翼无人机的航向角测量精度，以满足其高精度定位和导航等应用需求。
本文的研究内容主要包括三个方面：（1）电子罗盘的设计和选型，包括硬件选型和电路设计等；（2）误差分析和校准方法的实验；（3）航向角解算算法的实现和测试。
通过这些方面的研究，本文将为多旋翼无人机的导航和控制等方面提供有益的参考和指导。
本文的结构按照如下方式组织。
第2章将详细介绍电子罗盘的原理和设计，包括其硬件选型和电路设计等方面的内容。
第3章将分析电子罗盘的误差类型及其原因，并介绍罗盘校准的方法。
第4章将讨论航向角解算算法的实现和测试方法。
第5章将回顾本文的主要研究成果和贡献，并对未来的发展和应用前景进行展望。
第2章：多旋翼无人机三轴电子罗盘设计2.1 电子罗盘原理电子罗盘是一种基于地球磁场原理的传感器，主要用于航空、船舶等领域中航向角的测量。
多旋翼无人机磁罗盘校准方法
多旋翼无人机磁罗盘校准方法程玮玮;宋延华;王伟【摘要】为提高多旋翼无人机航向角解算精度,研究磁罗盘校准和罗差补偿方法;通过详细分析罗差产生原因,并结合多旋翼应用,将磁罗盘干扰划分为机体坐标系静态干扰、机体坐标系动态干扰、导航坐标系静态干扰、导航坐标系动态干扰四大类;针对机体坐标系动态干扰,结合多旋翼应用背景,研究干扰的离线测量与在线补偿方法;针对机体坐标系静态干扰,提出一种飞行过程中实时校准方法;针对导航坐标系静态干扰,创新性采用GNSS模块的速度方向信息修正罗差;导航坐标系动态干扰为原理性误差,这里暂不讨论;结果表明:研究内容可有效补偿机体坐标系动态与静态干扰,以及导航坐标系静态干扰对磁罗盘和航向角解算精度的影响,有助于改善无人机的飞行性能.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)005【总页数】5页(P236-239,244)【关键词】磁罗盘;静态干扰;动态干扰;罗差补偿【作者】程玮玮;宋延华;王伟【作者单位】江苏省宿迁经贸高等职业技术学校,江苏宿迁223600;江苏省宿迁经贸高等职业技术学校,江苏宿迁223600;南京信息工程大学信息与控制学院,南京210044【正文语种】中文【中图分类】TP2420 引言多旋翼无人机凭借其垂直起降、定点悬停、成本低廉、使用方便、无人员伤亡等优点，在民用与军事领域得到了广泛的应用。
随着应用的推广，用户对无人机的飞行性能和安全性能要求也日益提升。
多旋翼无人机的自主飞行时，导航坐标系与机体坐标系之间的转换以航向角为基础。
航向角偏差会导致飞行时航线变斜、原地画圈等问题，甚至出现炸机的危险，严重影响无人机的飞行性能。
因此，如何提高航向角的准确性便显得尤为重要[1-2]。
目前，消费级和低端行业应用级飞控系统普遍采用磁罗盘作为航向测量设备。
传感器自身的准确性以及周边环境的磁干扰会对航向角推算产生非常大的影响。
针对如何校准磁罗盘，获取准确的航向信息，国内外机构都进行了大量的研究[3-6]。
磁罗盘动态性能校准研究
＾
～ １ 事
～
曲 线
—
ｆ ｎ 琏 琦ｓ Ｏ ＾ ； 恤 曲牲
２ ． 校准 方法和校 准原理 洲 Ｐ 动 态 性 能 校 准 是 利 用 三 轴 无 磁 转 台模 ｉ ０ ｄ 一 一 ， 拟磁 罗 盘 的运 动 状态 ，以转 台 的实 时角 度 为 标 准 ，在 匀速 转 动和 匀加 速 转动 的状态 下 ， 图２静止状态示值误差曲线 对 磁 罗盘 的 方位 角输 出精 度 进 行校 准 。将 被 检 磁 罗盘 安 装在 三 轴 无磁 液压 转 台 的工 作 如 图２ 所示 ，在静态 状态 下，磁罗 盘 的零 区安 装面 上 ，三 轴无 磁 液压 转 台产 生磁 罗 盘 偏 为０ 。 ，方位 角 均方 根误 差 为０ ． １ ７ 。 ，通 用磁 动 态 校准 所 需 的运动 状 态 ：磁 罗盘 在运 动 过 罗盘的均 方根 误差值 要求不超 过０ ． ５ 。 。 程 中输 出的 方位 角数 据 同步 传输 到控 制系 统 中 ，与三 轴 无磁 液压 转 台 的运 动数 据 进行 同 步 数 据处 理 ，实 现磁 罗 盘 的静 态性 能 校准 、 动 态 性 能 校 准 。三 轴 无 磁 液 压 转 台 如 图 １ 所
Ｊ 喜 （ 一
式 中 ，Ａ ａ —— 磁罗 盘 方位 角动 态示 值 的均方 根误差 ， （ 。 ）。 ３ ． 磁 罗盘方位 角动 态指标 测量 磁 罗盘 采 用通 用数 字 磁罗 盘 ， 内部磁 传 感 器采 用磁 阻传 感器 …，在 静 态情 况 下示 值 误 差可 以达 到Ｏ ． ５ 。 ，测 量 过程 中每 隔 １ ５ 。 采集 个点 ，转 动 一 圈共采 集 ２ ５ 点 ，磁罗 盘 数据 和 转 台的角 度 同步 采集 ，计 算磁 罗盘 的 示值 误 差和 方位 角 均方 根 误差 ，并画 出示 值 误差 曲线 。磁罗 盘 安装 载体 的转 动角 度速 度 一般 不超 过５ Ｏ 。 ／ ｓ ，因此 主要 校准 磁罗 盘 在静 止状
论磁罗盘校准方法的改进
（下转第 169 页）
232 广东科技 ２０１３．４． 第 ８ 期
库”等违法违纪行为。
3.6 加强货币资金控制
岗位应相互分离、相互制约，保护资金安全、完整；实施流 程控制，资金支付业务应当经过完整流程；建立资金盘点和银 行对账制度，保证资金账户明晰；杜绝白条抵库、公款私存、出 租出借银行账户等违法违纪行为。
3.7 加强固定资产控制
加强计划管理，固定资产购建必须提前纳入计划和预算， 以计划和预算作为购建依据；完善项目决策，提高固定资产购 建决策的科学性、合理性；明确保管责任，实施固定资产使用和 保管责任到人；加强权属管理，实施定期盘点，规范移交和处置 行为，实现固定资产管理与财务管理相结合，做到账务清晰、账 实相符。
研究园地
论磁罗盘校准方法的改进
张权力
（中航飞机汉中分公司试飞厂，陕西汉中 723213）
摘 要：着重阐述校准罗盘安装误差和半圆罗差的原理与改进前后的校准方法及其效果。 关键词：罗盘；罗差；校正
运 8C 出口型飞机上，应急磁罗盘更换型号以后，误差精
度要求由原来的±5°改为±2°，按校准文件的要求先将飞机转
3.9 强化高速公路企业内部控制的内部监督
在进行高速公路企业的内部控制制度进行设计时，可能会 由于一些原因，如考虑不周、认识的局限，使得高速公路企业设 计出来的内部控制制度不是很完善，存在很多的不足。另外，在 对公路企业内部控制制度进行执行的过程中，也会因为一些原 因，如企业员工没有对内控制度有着全面的认识或者理解上产 生一定的差异又或者一些实际情况的发生，使得设计出来的内 部控制制度没有能够对自身的作用进行很好的发挥，使得在内 部控制制度运行的过程中产生着一些问题。所以，必须加强对 高速公路企业内部控制制度的运行情况进行必要的监督和管
基于DGPS航迹偏差的多旋翼无人机磁干扰检测技术研究
方法，消除磁罗盘测量值中高频干扰与低频干扰的影响，但是 没有进行实 验 验 证。 文 献 ［４］提 出 了 在 差 分 磁 罗 盘 的 基 础 上， 使用磁模量变化阈值判定和磁航 向 角 差 阈 值 判 定 加 模 糊 ｃ－ 均 值 ＦＣＭ 分类算法的方法，以提高动态低频 主 要 使 用 磁 传 感 器 配 合 微 硅 陀 螺 来 测 量 航 向。目前，对机体自身造成的磁传感器误差的补偿方法已经比 较 成 熟 。 ［１２］ 然 而 ，多 旋 翼 无 人 机 一 般 在 低 空 区 域 飞 行 ， 受 到 环境的磁干扰，比上述机体自身的磁干扰复杂，例如矿区、大 型铁磁建筑和高压线等。
基于 犇犌犘犛航迹偏差的多旋翼无人机 磁干扰检测技术研究
何 磊１， 罗 兵２， 吴 文 启１
（１． 国防科技大学 机电工程与自动化学院，长沙 ４１００７３；２． 北京韦加无人机科技股份有限公司，长沙 ４１００７３）
摘要：为了解决多旋翼无人机在飞行作业过程中受到环境磁干扰导致作业异 常 的 问 题， 在 使 用 ＤＧＰＳ进 行 差 分 定 位 的 基 础 上， 提 出 了一种基于航迹偏差的多旋翼无人机磁干扰检测技术；其基本原理是，当多旋翼无人机受到磁场干扰时，其飞行航迹会偏离预设航线， 检测其航迹的偏离距离，通过与阈值比较，可以用来判断是否存在环境磁干扰；实验结果表明该方法可以有效检测环境磁场异常，在某 些情况下比传统的磁航向角误差阈值检测方法可靠性更高，虚警率更小；综合使用航迹偏差检测方法和磁航向角误差检测方法，可有效 （提高） 环境磁场异常检测的准确度，降低虚警率。
此类干扰一般是低频且无规则的，对于这类干扰，暂时还 没有有效的解决方法。而此类磁干扰会造成多旋翼飞机偏离正 常航线飞行、无法定点悬停、位置控制失控等等现象，使得多 旋翼无人机无法正常作业。所以，检测出环境中的磁干扰，对 于提高多旋翼无人机的作业可靠性有重要的意义。
px4磁罗盘校准算法 -回复
px4磁罗盘校准算法-回复磁罗盘校准算法是飞行控制系统中重要的一部分，它用于校准和修正磁罗盘的测量误差，以提高飞行器的导航和定位精度。
在PX4飞控系统中，磁罗盘校准算法是基于解析算法及最小二乘法的组合，在整个校准过程中，用户只需按照系统提示进行一系列旋转和移动操作。
本文将一步一步详细回答关于PX4磁罗盘校准算法的问题。
第一步：什么是PX4磁罗盘校准算法？PX4磁罗盘校准算法是飞行控制系统用于修正磁罗盘测量误差的一种算法。
磁罗盘是一种能够测量周围地磁场强度和方向的传感器，用于定位和导航系统中的方向估计。
然而，磁罗盘的测量值可能会受到飞行器本身磁性和周围环境磁场的干扰，导致测量误差。
PX4磁罗盘校准算法通过分析磁罗盘测量值和飞行器的姿态信息，使用解析算法及最小二乘法来估计和修正测量误差，从而提高导航和定位的精度。
第二步：PX4磁罗盘校准算法的流程是什么？PX4磁罗盘校准算法主要分为两个步骤：数据采集和校准计算。
1. 数据采集：用户需要按照系统提示，将飞行器以多种姿态进行旋转和移动。
在这个过程中，磁罗盘会测量到不同的地磁场强度和方向，并将这些数据传输到PX4飞控系统。
2. 校准计算：根据采集到的数据，系统会使用解析算法和最小二乘法对磁罗盘的测量误差进行估计和修正。
在校准计算过程中，系统会分析不同姿态下的磁罗盘测量值，结合飞行器的姿态信息，通过最小二乘法拟合出一个误差模型。
然后，根据误差模型对磁罗盘测量值进行修正，从而获得更准确的方向估计值。
第三步：PX4磁罗盘校准算法的准确性如何？PX4磁罗盘校准算法使用了解析算法和最小二乘法进行校准计算，能够从一系列不同姿态下的磁罗盘数据中准确估计和修正测量误差。
算法的准确性受到多种因素的影响，包括姿态变化范围、采样率、环境噪声等。
在实际应用中，用户需要遵循系统提示的操作步骤，并确保数据采集过程中飞行器的姿态变化充分并能涵盖整个工作空间。
此外，根据实际环境噪声情况，可能需要进行多次校准来获得更准确的结果。
磁罗盘的误差分析及补偿
2 磁罗盘方向测量误差分析 导致磁罗盘方向测量系统产生误差的
因素很多，但是 总的来说可以分为两类：一 是 测 量 环 境 和 铁 磁 材 料对磁 传感 器所感 测 的局 部 地 磁 场 的 影 响；二 是 测 量 系 统自身 存 在 的 误 差。磁 干 扰可细 分 为 硬 磁 干 扰 和 软 磁 干 扰，硬 磁 干 扰 就 是 磁 罗盘 上 的永 久 磁 铁 或 磁 化钢 形成 的 磁 场，软 磁 干 扰 就 是 由于 软 磁 材 料本 身并不 产生 磁 场，但有 时 因为其导磁率较高从而使得其所存在的环 境 的 磁 场 强度 分布发 生畸 变。如 果 软 磁 材 料尺寸 相 对 较 大 或 者 距离 磁 罗盘较 近 时， 就 会 对周围 地 磁 场产生 影 响，从 而 导 致 磁 罗盘 对 地 磁 矢 量 的 检 测出现偏 差，影 响 磁 罗盘 的 方位 解 算。仪 表误 差 就 是由多轴 磁 传感 器 的 非正交 安 装、零 位 和灵 敏 度 等 不 同 而引起 的 误 差。零 位 误 差 是因传感 器、 模拟电 路和A/ D转换的零点不为零而引 起 的。灵敏 度 误 差实 际上 就 是由于 传感 器 的灵敏度和电路放大倍数等的差异而引起 的。在 很 多 磁 罗 盘 方 向 测 量 实 验 当中，磁 罗 盘 的 精 确 度并不是 非 常 的 精 确，因为 影 响 磁 罗 盘 方 向 测 量 的 因 素 很 多，而 且 只有 在 理 想 情况下，磁 罗 盘 方 向 测 量 才是 准 确 的。
3 磁罗盘方向测量误差补偿 基于磁罗盘以地磁场为基础的工作原
理，针对 传 统 的 磁 罗盘 校 准 时 容 易 受 到 外 界 干 扰、标 定 校 准 等诸多因 素 的 影 响 而出 现 的 误 差，很 多 学 者 都 提 出了对 于 磁 罗盘 测 量 误 差 的 校 准 方 法。一 般 来说，对 于 磁 罗盘 方向测 量首先 都 会 建 立 数 据 模 型，通 过 建 立一 个用 矩 阵 方 程 描 述 的 磁 罗盘 方位 指 向 输出的 精 确 测 量模 型，根 据 数 据 模 型 的各因素影响程度大小来改变不同标量 和 矢 量，通 过 建 立 起 来 的 数 据 模 型中的公 式 ，得 出 磁 罗 盘 方 向 测 量 的 解 算 值，从 而 得 到 不 同 的 结 果，我们 会 发 现 解 算值 的 最 终 结 果 都 会 随 着 参 数 的 不 同 而 产生一定 的 误 差。然 而 通 过 这 些 实 验 证明了目前广 泛 使 用的几 种罗盘 指 向解 算 模 型 仅 是 上 述 精 确 测 量 模 型 在 不 同 特 定 条 件下 的 简 化 或 泛 化，并 没有 真 正 意 义 上 的另辟 蹊 径，找 到 真 正 解 决 解 算 测 量 误 差 的 方 法。若 要真正 的
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Magnetic Compass Error Analysis and Calibration for Rotorcraft Flying Robot
DAI Lei 1,2 ，QI Juntong1 ，WU Cong1,2 ， HAN Jianda1
(1. State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation , Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
第 34 卷第 4 期 2012 年 7 月 DOI：10.3724/SP.J.1218.2012.00418
机器人
ROBOT
Vol.34, No.4 July, 2012
旋翼飞行机器人磁罗盘误差分析及校准
戴 磊 1,2 ，齐俊桐 1 ，吴 冲 1,2 ，韩建达 1
（1. 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室， 辽宁 沈阳 2. 中国科学院研究生院， 北京 100049）求不苛刻的旋 翼飞行机器人上使用． 受环境因素和电子磁罗盘自身因素的影响，电 子磁罗盘常存在较大的航向角误差，因此经常需要 在使用前校准．磁罗盘校准的一般方法是使安装 有磁罗盘的载体做特定的运动，或者将载体转动到 某些特定的角度，得到磁罗盘在不同姿态下的磁场 强度测量值．通过对测量值分析，进行磁罗盘的校 准．文 [1] 利用飞机左右盘旋飞行时的采样数据， 实 现对载体上铁磁材料引起的罗差的自动补偿．文章 采用椭圆假设算法， 利用飞机在多于 5 个的不同方向
Abstract: With the research background of the rotorcraft flying robot’s integrated navigation system, an error calibration method for electric magnetic compass is proposed. Based on the analysis of the magnetic compass’s measurement theory and error sources, 5 main factors which affect the heading angle calculation precision of the magnetic compass, are summarized. In response to the mentioned error factors, software and hardware solutions are proposed. Considering the specialties of rotorcraft flying robot, a simplified calibration method for magnetic compass is proposed to calibrate the hard magnetism errors and scale factor errors. The simplified magnetic compass calibration method can avoid sticking up the robot during calibration process, but its calibration precision is not decreased. The actual calibration test of the magnetic compass shows that the proposed calibration method can effectively correct the measurements’ ellipsoidal distribution of the original magnetic field, and it also can improve the heading angle calculation precision of integrated navigation system. This method can simplify the calibration process and avoid to stick up the huge robot. Keywords: magnetic compass; calibration; ellipse fitting; hard magnetism error
1 引言（Introduction）
旋翼飞行机器人的航向角精度和航向角变化均 匀性对于其航向控制十分重要．电子磁罗盘、陀螺 寻北仪、GPS 定向系统等均可测量载体的航向角． 其中，陀螺寻北仪和 GPS 定向系统的航向角测量精 度较高，但陀螺寻北仪体积大、功耗高、初始对准 时间长、价格昂贵，而 GPS 定向系统动态响应速度 慢、信号易受干扰、精度受天线基线长度影响明显， 二者均不适合安装在小型旋翼飞行机器人上．电子 磁罗盘虽然存在航向测量精度不高、对磁场环境敏 感的缺点， 但其成本低、 动态响应快、 启动时间短、
摘 要：以旋翼飞行机器人组合导航系统为研究背景，针对电子磁罗盘的误差校准方法进行研究．通过分析其 测量原理和误差来源，总结出影响磁罗盘航向解算精度的 5 个主要误差因素．对于上述误差因素，提出了软件和硬 件解决办法．考虑到旋翼飞行机器人平台的特殊性，提出了硬磁罗差和标度因数误差的简化校准实现方法，简化后 的磁罗盘校准方法，免去了校准过程中将载体竖起的步骤，且不降低校准精度．实际的磁罗盘校准测试表明，本文 提出的方法能避免将大尺寸的载体竖起，降低校磁操作的难度．该方法可以有效地修正原始磁场测量值的椭球分 布， 从而提高组合导航系统航向解算精度． 关键词：磁罗盘；校准； 椭圆拟合； 硬磁误差 中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1002-0446(2012)-04-0418-06