MEMS陀螺仪/磁罗盘组合方位修正技术研究(3)
MEMS陀螺仪作为一种惯性敏感元件能够测出载体的转动角速度，虽然它不受外界磁场干扰的影响，但是在民用的MEMS陀螺仪测量值中包含有较大的常值偏差而降低其使用精度。
除了上面这种使用一个传感器进行航向测量之外，现在还有一种将多种传感器组合起来进行航向测量的系统。
利用组合式技术进行航向测量，即同时使用两种以上航线测量系统（或设备）对同一信息源做测量，利用不同系统（或设备）性能上的互补特性，从这些测量值的比较值中提取各系统的误差并进行校正。
这种方法的典型代表就是利用MEMS陀螺仪辅助磁罗盘进行航向测量，即所谓的磁/惯性组合航向系统。经调研其工作模式有下面两种：
第一种，传感器切换工作。原理是：在载体上安装两个差分磁罗盘，因为安装位置的不同，如果载体周围存在较大的干扰磁场，两个磁罗盘的测量结果会有差异，一旦两个测量结果的差异大于某一个阈值，认为磁罗盘的测量结果失效，测量系统切换到MEMS陀螺仪工作模式；否则认为磁罗盘的测量结果有效，并用该值为MEMS陀螺仪提供初始基准值。
这种方法是考虑到MEMS陀螺仪作为惯性器件，只具有短期稳定性，它的误差随时间积累，需要每隔一段时间进行校正，不能单独、长时间地使用。而且要确保两个差分罗盘对外界干扰磁场的识别精度。
第二种，基于卡尔曼滤波算法的实时罗差补偿。原理是：采用对磁罗盘和陀螺仪输出的航向角进行比较，在线估计出罗差系数方程。该方法不用去识别外界有没有干扰磁场，所以对被处理的信号也不分是有用还是无用，滤波的目的是要估计出所有的被处理信号。这种方法对陀螺仪的稳定性具有很高的要求，而对于稳定性一般的陀螺仪而言，长期处于工作状态其测量结果必然存在较大误差，其次，当外界存在磁场干扰时，磁罗盘测量值必然已经包含了较大干扰误差，此时被直接拿来作为卡尔曼滤波的处理信号是不妥的。
就是在这样的一种背景下，本文着力于研究如何借助磁罗盘来补偿MEMS陀螺仪的偏差，再利用陀螺仪在有干扰磁场的情况下进行航向测量，即设计所谓的陀螺仪辅助航向测量系统。
1.2 论文内容和章节安排
第一章 绪论
介绍研究的背景和意义；
第二章 数字磁罗盘的工作原理和组成
介绍数字磁罗盘的工作原理和一般结构，并对磁罗盘的系统误差进行分析；
第三章 陀螺仪辅助的磁北定向技术
介绍MEMS陀螺仪的工作原理，设计利用陀螺仪辅助磁罗盘的航向测量系统；
第四章 仿真及实验结论
针对第三章设计陀螺仪辅助磁罗盘的航向测量系统进行试验验证，主要在两种试验环境下进行仿真，并对仿真得到的结果进行分析总结；
第五章 总结与展望
总结全文的工作，分析不足之处并对下一步的进展进行展望。
2 数字磁罗盘的工作原理和组成
为了对数字磁罗盘的系统误差进行分析，首先需要知道数字磁罗盘的一般结构及其测量原理，因此本章将在介绍一般数字磁罗盘的基础上针对具体的制造和环境等因素进行磁罗盘的系统误差分析，为误差补偿提供依据。
2.1 数字磁罗盘的工作原理
地磁场 的强度大约是0.5至0.6高斯，它是一个矢量场，始终指向磁北，这是所有磁罗盘的测量的信号源。在北半球中地磁场向下指向磁北，在赤道处地磁场水平指向磁北，在南半球中向上指向磁北，与当地水平面的夹角为磁倾角 。地磁场在水平坐标系可分解成平行于地球表面的水平分量 和垂直于地球表面的垂直分量 （如图2-1所示），用来确定罗盘指示航向的正是地磁场的水平分量。磁航向角 的定义为载体纵轴在水平面的投影与当地地磁子午线（即地球磁经线）的夹角。磁航向角用0°到360°的角度值来表示。确定地磁场水平分量在水平坐标系X和Y轴的分量值就可以求解出磁航向角 ，如果磁罗盘置于本地水平面上，则得出罗盘的磁航向角 。
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