LPC2366抗干扰电子指北仪算法研究(4)
因此载体相对于真北的航向角 为: 。
3 电子罗盘总体设计
该电子罗盘系统采用分模块设计的方法。总体上可以分为三个模块：主控制模块、传感器模块、信号采集调理模块，下面分别对这三个模块进行介绍。
3．1 主控制模块
主控制模块的主要任务是运算和控制，包括航向角姿态角解算、数字滤波、误差补偿等。本次项目中所设计的电子罗盘系统要求具有高精度、微型化、质量轻、低成本以及功耗低等特点，同时需要系统满足较强的环境适应能力、接口丰富、运算处理速度快等特性，在综合考虑了目前常用的处理器后，决定采用NXP公司的LPC2366处理器作为电子罗盘系统的核心。这是一款基于ARM的微控制器，适用于为了各种目的而需要进行串行通信的应用。微控制器包含了10/100 Ethernet MAC、USB 2.0全速接口、4个通用异步收发器UART、2路CAN通道、1个全双工的串行SPI接口、2个同步串行端口（SSP）、3个I2C接口、1个I2S接口。
LPC2366基于ARM7TDMI内核，具有JTAG调试、ISP、IAP等功能。通过JTAG仿真器与计算机连接，可实现ADS1.2集成开发环境下单步、全速及断点等调试功能，最重要的是程序要通过JTAG仿真器下载到FLASH中。
3．2 传感器模块
3.2.1 磁阻传感器测量磁场信号
磁阻传感器是由在硅圆片上电积的一个薄层镍铁（或称坡莫合金、镍铁导磁合金）薄层制成，并布置成一个电阻带。存在施加磁场时，电桥电阻的变化使电压输出产生相应的变化。施加在薄膜侧的外部磁场，使磁力线产生旋转，并改变其角度，这又使电阻值发生变化，并造成惠斯通电桥的输出电压变化。当给磁性材料通电流I时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角 。如果给材料施加一个磁场M（被测磁场），就会使原来的磁化方向转动， 角减小，电阻将增大，如图3.1所示。霍尼韦尔公司生产的三轴智能数字磁场计（HMR）可检测磁场的强度和方向，并与计算机直接通信。用三个独立的桥路定向检测磁场的X、Y、Z轴的分量，输出X、Y、Z三个轴的分量。电桥输出端相应电压变化通过一个16位A/D转换器转换为数字量[11]。磁场传感器也可用于飞行体姿态测量中，地磁场传感器及其测量系统已成功地应用于某型导弹的姿态测量中[12]。
图3.1 磁阻传感器原理图
本次设计中采用的是HMC1001和HMC1002传感器。HMC1001是一文磁阻微电路，是一个单边封装（SIP）的磁场传感器，感应与管脚方向平行的磁场。HMC1002是两文磁阻微电路，是封装在小型集成电路封装（SOIC）的双磁场传感器。两个传感器的敏感方向互相垂直[13]。传感器A感应与外封装长边方向平行的磁场，传感器B感应与外封装长边方向垂直且与表面平行的磁场。在外磁场的作用下，磁阻的变化引起输出电压（OUT＋和OUT-）的变化，并直接表示磁场的强度。由于器件本身不需聚磁器，所以不会导致迟滞和非重复性。芯片内置有霍尼韦尔专利的电流带，不需要外部线圈[14]。在此次设计中，HMC1001感测Z轴方向的磁场强度，HMC1002感测X、Y轴方向的磁场强度，安装时将HMC1001和HMC1002垂直安装。本课题就是利用磁阻传感器HMC1001和HMC1002构成三轴磁阻传感器来测量外部磁场在载体坐标系上的三轴分量，因为它们不仅体积小、成本低，而且具有很高的线性度、灵敏度和分辨率[15]。
3.2.2 倾角传感器测量姿态角
通常电子罗盘工作时并非处于水平状态，因此需要利用倾角传感器来实时测量系统的俯仰角和横滚角[16]。倾角传感器的共同特点就是借助重力作用，测量在特定方向上传感器相对水平面的倾斜角[17]。倾角传感器可以测量出物体的倾斜角度，一般的二文倾斜角传感器可以同时测量传感器相互正交的两个方向的水平倾斜角度，从而计算出载体的倾角。本课题利用加速度传感器来感测系统横滚和俯仰变化，并根据加速度换算成相应角度从而对系统姿态进行解算。