地磁信号检测系统设计及误差补偿研究

论文摘要

地磁场是地球物理场,与地理位置是一一对应的。地磁导航就是利用地磁信号的特征量,结合一定的匹配算法实现定位的一种导航方式,它作为一种无源自主导航方法,具有抗干扰能力强、全天候、精度适中的优点,是国内外学者近年来研究的热点。获得高精度、实时的地磁信号是地磁导航技术成功的前提之一,它关系到后续工作的成败。为了获得高精度、实时的地磁信号,本文在研究地磁信号的组成及特点的基础上,构建了基于磁阻传感器和单片机的地磁信号采集系统,并通过串口实现地磁信号采集系统与上位机之间的通信,在VB6.0环境下,利用通信控件MSComm编写数据存储界面,存储地磁信号。在MATLAB环境下,通过小波分析去除地磁信号中的噪声并重构地磁信号。在此基础上,本文研究了三轴磁阻传感器的灵敏度误差、非正交误差以及零点漂移误差,并建立了误差参数模型,根据工程优化设计思想建立误差参数的目标优化函数,应用坐标变换法获得最优误差补偿参数。本文利用最优误差补偿参数修正小波分析处理后的地磁信号,使其标准差从1.2*10-3Gs降低到3.7*10-4 Gs。本文的研究表明,通过对实际磁测数据进行误差补偿可以有效提高地磁信号的精度和稳定性,修正地磁信号,为地磁导航成功实现打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国外地磁导航的发展概述
• 1.2.1 动物远行-地磁导航雏形
• 1.2.2 地磁图和地磁场模型
• 1.2.3 地磁信号小波分析
• 1.2.4 地磁导航具体应用状况
• 1.3 国内地磁导航的发展概述
• 1.3.1 区域地磁场模型和地磁图
• 1.3.2 地磁信号小波分析
• 1.3.3 三轴磁阻传感器误差补偿
• 1.3.4 地磁导航具体应用状况
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 地磁场基本知识
• 2.1 地球磁场及其特点
• 2.2 地磁场组成及形成原因
• 2.2.1 地磁场组成
• 2.3 地磁场解析模式
• 2.3.1 地磁场近似表示
• 2.3.2 国际地磁参考场模型
• 2.3.3 偶极子模型
• 2.4 本章小结
• 3 地磁信号检测系统设计
• 3.1 地磁信号检测系统总体设计
• 3.2 主要器件选择
• 3.2.1 磁阻传感器
• 3.2.2 控制器选择
• 3.3 硬件电路设计
• 3.3.1 电源电路
• 3.3.2 信号采集和调理电路
• 3.3.3 磁阻传感器置位复位电路
• 3.3.4 C8051F410控制电路
• 3.3.5 串口通信电路
• 3.3.6 C8051F410调试接口
• 3.3.7 系统低功耗设计
• 3.4 C8051F410软件设计
• 3.4.1 定时器初始化
• 3.4.2 UART初始化
• 3.4.3 ADC初始化
• 3.4.4 DAC初始化
• 3.4.5 参考电压初始化
• 3.4.6 晶体振荡器初始化
• 3.4.7 中断初始化
• 3.4.8 IO口初始化
• 3.5 模数转换及数据发送
• 3.5.1 Timer0中断子程序
• 3.5.2 读数子程序
• 3.6 本章小结
• 4 数据采集界面设计
• 4.1 Visual Basic6.0平台及通信控件MSComm简介
• 4.2 MSComm控件的主要属性及方法
• 4.3 VB数据采集软件设计
• 4.4 本章小结
• 5 地磁信号小波分析
• 5.1 地磁信号小波分析
• 5.2 地磁信号离散小波分析
• 5.2.1 地磁信号多尺度一维分解命令行形式
• 5.2.2 地磁信号降噪处理
• 5.3 本章小结
• 6 地磁信号误差补偿
• 6.1 地磁信号误差来源分析
• 6.2 三轴磁阻传感器误差补偿算法
• 6.2.1 三轴灵敏度不一致模型
• 6.2.2 三轴磁阻传感器三轴非正交误差模型
• 6.2.3 零点偏置误差
• 6.3 基于坐标轮换法求解误差参数
• 6.4 系统模型仿真
• 6.4.1 仿真初始条件
• 6.4.2 整体模型仿真
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C