3。3主控制模块设计 11

3。4数据采集模块设计 15

3。5本章小结 18

4三维电子罗盘的软件设计 19

4。1软件开发工具 19

4。2系统软件整体设计 19

4。3系统的初始化 20

4。4数据采集 21

4。5数据处理 22

4。6本章小结 22

5三维电子罗盘的误差校正 23

5。1三维电子罗盘的误差 23

5。2椭圆假设 23

5。3实验结果分析 24

5。4本章小结 27

结论 28

致谢 29

参考文献 30

1引言

1。1设计背景

在中国，古人们很早就已经借助地磁场发明了指南针进行方向的指示，虽然它也用于祭祀等领域，但是它对导航领域的先驱般的贡献使其成为我国古代的四大发明之一。

随着人类文明的发展，人类的活动范围不仅仅局限于陆地。从陆地到海洋到太空，从低速到高速，都存在着我们人类的脚踪。简单的只是可以指示方向的指南针已经满足不了我们的需求。自动跟踪、汽车、航海、航空等领域也基本上离不开定向导航技术了。现今主流的导航系统主要有陀螺寻北装置、无线电导航仪、GPS和电子磁罗盘等几种。它们的测量原理也各不相同，有的是利用地球自转角速度，有利用电磁波与导航台通信的，有利用卫星定位的，也有利用地磁场定位的[1]。论文网

陀螺寻北仪就是利用测量地球自转的角速度进行航向角的测定的。它几乎不受环境等因素的影响的特点，和其造价高，技术复杂，维护难，体积大等缺点使其多数应用于军用车辆、飞机、舰船等领域。

无线电导航仪是利用无线电波与导航台的通信来确定自己的相对于导航台的位置、速度、航向角等信息。由于导航台的这些信息固定且已知，所以可以将这些信息转换到地球坐标系中。正是因为使用了电磁波，该导航系统的精度十分高，且不受天气和时间的限制。不过该系统的缺陷也显而易见。首先，由于使用了电磁波，那么与导航台之间的通信容易收到干扰。其次，如果导航台出现故障，那么整个导航系统都将陷入瘫痪。

基于卫星的GPS系统因为具有全天候、全球性和精度高的优点被人们广泛地用于导航、测速、定位等方面[2]。在我们日常使用的手机地图和导航、汽车导航中常见其身影。不过，GPS的精度很受地形因素的影响，常常因为地形的缘故产生很大的误差。并且当载体静止时，GPS是无法给出导航系统所需的航向角等信息。

电子罗盘则可以看为现代的指南针，它如指南针一样通过测量载体所在地点的地磁场来确定航向角的信息。它采用了组合导航定向的方法[3]，能够不受地形因素的影响，即使在某些地形很差的地点，GPS信号失效后也能正确输出所需的航向角信息。一般电子罗盘都因为使用低功耗的嵌入式单片机具有能耗低、体积小、集成度高、抗干扰性能强的优点。

按照有无倾角补偿电子罗盘可以分为二维电子罗盘即平面罗盘和三维电子罗盘[4]。不过平面罗盘在使用时必须保持罗盘的水平，当罗盘发生倾斜时航向角就会失准，有关这方面的原理将在第二章进行介绍。若能保证罗盘使用时的载体始终能保持水平，平面电子罗盘是性价比比较好的选择。但是一般的电子罗盘使用载体都很难达到这个要求，这时就需要使用三维电子罗盘。三维电子罗盘没有平面电子罗盘的使用限制，即使载体平台没有时刻都保持水平，它也能通过内部的加速度计读取倾角数据进而进行倾角补偿从而保证航向角依然精准。