【摘要】介紹了數(shù)字磁羅盤動(dòng)態(tài)性能測量原理、測試方法。通過校準(zhǔn)磁羅盤靜態(tài)和動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的方位角的示值，計(jì)算出磁羅盤的零偏和方位角均方根誤差，研究在動(dòng)態(tài)性能下方位角示值的變化，為磁羅盤在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下應(yīng)用提供校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，從而提高磁羅盤的方位角測量精度。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字磁羅盤；方位角；動(dòng)態(tài)性能

1.引言

數(shù)字磁羅盤[1]被廣泛應(yīng)用于國防軍工系統(tǒng)的各個(gè)行業(yè)，包括船舶、航空、航天、兵器等領(lǐng)域。在太空中，磁羅盤可以用于衛(wèi)星姿態(tài)的控制；在裝甲車輛和水面艦艇上，磁羅盤作為GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的補(bǔ)充，當(dāng)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)失效時(shí)用于導(dǎo)航；在導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)中，磁羅盤用于發(fā)射準(zhǔn)備前方向角度的定位；在各類軍用作戰(zhàn)飛機(jī)上，磁羅盤用于各種飛行姿態(tài)的測量；在水下航行器上，磁羅盤用于水下導(dǎo)航及航行姿態(tài)的測量；在水雷、魚雷上，磁羅盤用于定向攻擊的導(dǎo)航手段之一；在港口防護(hù)、水下物理場測試中，磁羅盤用于水下方向定位，除國防軍工系統(tǒng)外，磁羅盤在其他行業(yè)也有廣泛應(yīng)用，如在石油系統(tǒng)中，磁羅盤用于油井方向的測量；在越野車、各類民船中，磁羅盤被用于導(dǎo)航；在海洋環(huán)境檢測中，磁羅盤用于水下方向定位。生產(chǎn)廠家一般只提出了磁羅盤的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)，在實(shí)際使用中，磁羅盤的輸出響應(yīng)一般存在滯后現(xiàn)象，特別是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，磁羅盤的角度輸出值有時(shí)不能很好的反映其當(dāng)前狀態(tài)，本文測量了磁羅盤靜態(tài)性能[2]指標(biāo)、動(dòng)態(tài)性能[3]指標(biāo)，并比較在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)的不同，測量的數(shù)據(jù)為磁羅盤在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行修正提供可靠的數(shù)據(jù)，提高磁羅盤的測量精度。

2.校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)原理

動(dòng)態(tài)性能校準(zhǔn)是利用三軸無磁轉(zhuǎn)臺(tái)模擬磁羅盤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)時(shí)角度為標(biāo)準(zhǔn)，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)和勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下，對磁羅盤的方位角輸出精度進(jìn)行校準(zhǔn)。將被檢磁羅盤安裝在三軸無磁液壓轉(zhuǎn)臺(tái)[4]的工作區(qū)安裝面上，三軸無磁液壓轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)生磁羅盤動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)所需的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；磁羅盤在運(yùn)動(dòng)過程中輸出的方位角數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，與三軸無磁液壓轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)磁羅盤的靜態(tài)性能校準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)性能校準(zhǔn)。三軸無磁液壓轉(zhuǎn)臺(tái)如圖1所示。

表1列出了不同角速度的磁羅盤示值零偏和方位角均方根誤差，通過對磁羅盤的動(dòng)態(tài)性能的測量，并與其靜態(tài)性能進(jìn)行比較，低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（轉(zhuǎn)動(dòng)角速度小于1o/s），磁羅盤方位角的示值誤差與方位角均方根誤差保持一致，在速度達(dá)到5o/s時(shí)，磁羅盤的零偏變大，需要進(jìn)行角度修正，方位角均方根誤差仍然滿足要求。當(dāng)大于10o/s高速狀態(tài)時(shí)，零偏隨著角速度的增加偏差變大，方位角均方根誤差超過0.5o。

4.結(jié)束語

通過磁羅盤的動(dòng)態(tài)性能測量，并與靜態(tài)性能進(jìn)行比較；當(dāng)在低速狀態(tài)下，角速度不大于1o/s時(shí)，與靜態(tài)性能一致；當(dāng)角度達(dá)到5o時(shí)，技術(shù)指標(biāo)能夠滿足磁羅盤的要求，但必須進(jìn)行角度修正，當(dāng)角度在10o/s～50o/s時(shí)，磁羅盤需要進(jìn)行角度修正和誤差分析[9]。

磁羅盤的方位角隨著角速度增加，磁羅盤的示值響應(yīng)變差，方位角均方根誤差增加。磁羅盤動(dòng)態(tài)性能的校準(zhǔn)可以為使用中的磁羅盤提供理論和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對磁羅盤的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和誤差分析，提高磁羅盤的測量精度。

參考文獻(xiàn)

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[2]蔣浩宇，富立，范躍祖.基于OEM板的GPS羅盤設(shè)計(jì)[J].航天控制，2005，23（4）：83-86.

[3]俞阿龍，黃惟一.加速度傳感器的動(dòng)態(tài)性能校正技術(shù)[J].測控技術(shù)，2004，23（7）：5-7.

[4]蘇建紅.無磁轉(zhuǎn)臺(tái)用液壓連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.