HMC1051/2+STM32F103C二维电子罗盘硬件设计和软件设计(2)
6.4系统仿真 23
6.5非正交误差 28
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
附录 35
1 绪论
1.1研究背景和选题意义
随着科学技术的发展，人类的活动领域的不断扩大，导航仪器成为各种交通运输设备中的重要组成部分。所谓导航就是将航行载体从起始点引导到目的地的技术或方法载体的即时位置、速度、航向和姿态是最基本的参数。
在航海上，船舶主要安装了陀螺罗经[1]，陀螺罗经虽然具有稳定性好，准确度高等优点，但是陀螺罗经结构复杂易出故障，文护困难，体积庞大，所以通常情况下，虽然安装了陀螺罗经，仍然需要安装罗盘，以预防陀螺罗经一旦发生故障，仍可依据罗盘继续航行。
GPS是当前应用最为广泛的卫星导航定位系统，它主要有定位精度高、观测时间短、全球全天候作业、功能多应用广等优点[2]，其最新的实际定位精度已经达到5米以内，但是GPS系统存在易受干扰、动态环境中可靠性差以及数据输出频率低等不足，尤其是在高楼林立的城市，或者车辆通过隧道及立交桥时，GPS卫星信号将很差甚至会发生中断而无法定位[3]。它所布置的卫星图存在覆盖不良的情况，特别是在中纬度地区，存在性能恶化去。因而精度高、成本低的电子罗盘成为导航系统辅助设备的最佳选择。
电子罗盘，又叫数字罗盘，与上述导航方式相比，它具有明显的优越性。它体积小、重量轻，可达微型化。目前，广为使用的是三轴磁阻式电子罗盘，这种罗盘航向精度高，能电子补偿干扰场，可以进行数据通信等优点，因而广泛应用于航空、航天、智能系统、航海等领域[4]。
应用测量地磁场原理制成的电子罗盘主要有三种：磁通门式电子罗盘、霍尔效应式电子罗盘和磁阻效应式电子罗盘。
（1）磁通门式磁场传感器
磁通门式磁敏传感器又称为磁饱式磁敏传感器。它是利用某些高导磁率的软磁性材料[5] (如坡莫合金)作磁芯，利用交变磁场下的磁饱和特性和法拉第电磁感应原理研制而成。从原理上讲，它通过测量线圈中磁通量的变化来感知外界的磁场大小，提高其灵敏度必须要扩大线圈横截面积，因而磁通门式电子罗盘不可避免的增大了体积和功耗，也增大了处理电路的复杂度，相应的罗盘成本也提高了。
（2）霍尔效应磁场传感器[6]
霍尔效应是一种磁电效应，是霍尔(A．H．Hall，1855--1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也具有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，因而利用这现象制成了各种霍尔元件。这类传感器具有重量轻、功耗和体积小、成本低等优点，适合于测量强磁场，其缺点是灵敏度低、温度特性差、噪声大。但目前只应用在对精度要求不高的场合，高性能的磁航向系统一般不予采用。
（3）磁阻效应磁场传感器
铁、钻、镍及其合金材料具有各向异性[7]，这些磁性材料对磁场敏感度大，在弱磁场下的电阻变化率较大，故较适合于在弱磁场条件下使用。当给磁性材料通电时，材料的电阻大小取决于电流的方向与磁化方向的夹角θ。如果给材料施加一个磁场M(被测磁场)，就会转动磁化方向：若转动后θ角增大，电阻将减小；反之电阻将增大，电流方向与电阻值近似成为COS2θ关系或近似成直线，这就是磁阻效应。；利用具有磁阻效应的材料作为敏感轴，其典型的产品是Honeywell公司研制的HMC系列的磁阻传感器。这种磁阻传感器在一定范围内输出电压与被测磁场近似成正比，其灵敏度和线性度等方面的性能明显优于霍尔器件，同时体积小、抗干扰能力强、功耗低、易于集成、易于与数字电路匹配。比较几种磁场传感器性能，综合体积、成本等因素，本文采用磁阻传感器来测量地磁矢量。