● 摘要
微磁数字罗盘（MMC）是一种利用地磁场强度在导航坐标系和载体坐标系下投影分量的不同，从而在任意姿态下测量飞机、车辆或船舰航向的装置。采用微磁数字罗盘与惯导系统、GPS系统配合进行姿态测量与控制，可以有效的提高飞机、车辆或船舰的导航精度。结合“十一五”国防基础科研重大项目“高性能微小型导航、制导与控制器件及系统集成技术研究”，根据项目验证平台微小型无人机（MUAV）导航与控制系统的组成特点，针对现有MMC成本高、输出频率低、动态定姿时易发散等关键技术问题，采用MUAV机载微惯性测量单元（MIMU）中的天向陀螺输出、MIMU中的三轴加速度计组件测量的地球重力矢量配合三轴磁阻传感器测量的地球磁场矢量，共同进行姿态确定的方法，研究了一种具有高精度、低成本、实时性和动态性能好等特点的新型MMC集成系统。论文首先通过对地磁场测量常用的四种微磁传感器的优缺点进行分析比较，选择了基于微磁阻效应的微磁传感器作为MMC的敏感源；论述了MMC的系统设计方法，包括系统总体设计、数字磁强计模块及其与其他模块配合工作流程设计与实现，研制出了MMC样机，实现了其性能指标；推导了基于GPS和捷联惯导确定水平姿态角的多模态定姿算法，并对如何提高系统的实时性进行了方案研究；分析了MMC的各项误差，并针对误差的不同特性确定了从硬件和软件两个方面进行误差补偿和标定的方案，其中重点研究了环境干扰磁场校正方法，并进行了校正试验。最后对系统的总体性能进行了验证试验。结果表明，论文研究的MMC集成系统具有成本低、功耗小、实时性和动态性能好等特点，将应用于本课题组自主研制的MUAV，可以提高现有MUAV导航控制系统的精度和冗余性，具有重要现实意义。