第三章，硬件系统设计。根据电子罗盘的主要功能要求，硬件模块主要由微处理器模块、三轴加速度计模块、三轴磁罗盘模块等组成。

第四章，系统软件设计。根据姿态测量模块的功能需求设计相对应的软件功能。由总体的软件流程，到系统软件的各个子模块，介绍了包括I2C通信模块、加速度计驱动模块、磁阻传感器驱动模块和数据输出模块相应的功能以及实现方法。

第五章，误差分析。本章根据磁罗盘的测量原理对误差产生的原因进行了分析，并且提出误差补偿的方法。

第六章，误差补偿及误差补偿效果分析。针对不同的误差原因确定的补偿方法，通过实际的实验检测补偿效果，并且给出误差补偿之前和误差补偿之后的的对比效果分析。

2  航向测量的理论依据

2。1  坐标系定义

导航计算的主要目标是获取载体的位置、速度以及姿态等信息，这些信息都须有有一个参考坐标系才有意义。本文中所设计的电子磁罗盘主要采用载体坐标系。

2。1。1地理坐标系

地理坐标系（GCS, Geographic coordinate system）是用经纬度表示地面点位的球面坐标系，它的原点位于载体的重心处，一般情况下X轴指向东，Y轴指向北，Z轴沿地垂线指向天，三轴成右手螺旋坐标系，这个坐标系也可以称为东北天坐标系。地理坐标系会随着载具和地球的相对位置的变化而发生改变，是水平和方位的基准[3]。

2。1。2载体坐标系文献综述

载体坐标系是指坐标原点位于载体的质心，X轴与Y轴在当地水平面内，沿着载体的纵轴方向为X轴正向，载体的右侧方向为Y轴正向，Z轴为垂直于载体竖直向上，并且X、Y、Z构成右手坐标系。当地水平面定义为地球重力向量的法平面。以地理坐标系为参考，载体坐标系所处状态可以由姿态角来表示，即航向角、俯仰角和横滚角，如图2。1所示。

航向角的定义是在当地水平面上以真北（地轴北极）为参考，载体纵轴顺时针偏离真北的角度，航向角的值域为0°至360°。俯仰角定义为载体纵轴与水平面之间的夹角，以载体前向仰起为正，俯仰角的值域为-90°至90°。横滚角是横向轴与当地水平面之间的夹角，以右侧向下倾斜为正，横滚角的值域为-180°至+180°。

图 2。1  俯仰角与横滚角

2。2  地球磁场模型

地球磁场强度大约为50至60，并且其平行于地球表面的分量永远由地磁北极指向地磁南极。这个磁场可以近似描述为一个偶极子模型——在北半球指向斜下方，在赤道为水平方向并且总是指向磁北极，在南半球指向斜上方，如图2。2所示。无论如何，地球磁场的水平分量总是指向地磁北极，并且罗盘以此来确定方向[4]。

图 2。2  地球磁场偶极子模型

2。3  加速度计传感器的测量原理

沿载体坐标系安装的加速度计在理想状态（即静止状态或者匀速运动状态）下只受当地重力作用，设三轴测得的重力加速度为、、，由图2。1可得俯仰角和横滚角为

2。4  磁罗盘的测量原理

磁阻传感器是利用某些磁性材料具有的磁阻效应而发明的。磁阻效应即为某些金属材料或者半导体材料的电阻会随着外部磁场的变化而发生改变的现象[5]。霍尼韦尔公司的磁阻式传感器一般包含四个电阻，它们连成惠斯通电桥的形式，可以沿着传感器的某一轴测出磁场的强度和方向。惠斯通电桥的桥臂的典型阻值为1000欧姆，典型带宽为1-5MHz。图2。3所示为惠斯通电桥的原理图。

图 2。3  惠斯通电桥原理图来,自.优;尔:论[文|网www.youerw.com +QQ752018766-