磁羅盤主講教師：《無人機(jī)傳感器技術(shù)》基本知識(shí)1無人機(jī)應(yīng)用2目錄基本知識(shí)01基本知識(shí)1.1概述磁羅盤根據(jù)指南針原理制成的，用以指示方位的儀器，又稱磁羅經(jīng)。基本知識(shí)1.1概述13世紀(jì)，海運(yùn)事業(yè)發(fā)展起來，逐漸采用磁羅盤導(dǎo)航，并有了“針路”的記載，表示船行應(yīng)取的方向。由于飛機(jī)上鋼鐵構(gòu)件和電氣設(shè)備所形成的磁場(chǎng)干擾影響很大，必需采用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ缘窒w機(jī)本身的磁場(chǎng)干擾。基本知識(shí)1.2分類直讀式：優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，但因裝在磁干擾較大的駕駛艙內(nèi)，故誤差較大。基本知識(shí)1.2分類遠(yuǎn)讀式：把磁羅盤改成磁航向傳感器，安裝在駕駛艙外，將檢測(cè)到的磁航向信息遠(yuǎn)距離送到駕駛艙的儀表板上顯示，其優(yōu)點(diǎn)是可把磁傳感器安裝在機(jī)上磁干擾較小的位置。磁航向傳感器基本知識(shí)1.2分類航向系統(tǒng)磁羅盤在飛機(jī)作非勻速飛行或轉(zhuǎn)彎時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，也不適宜在磁性異常地區(qū)和高緯度地區(qū)使用，因此近代飛機(jī)上遠(yuǎn)讀式磁羅盤已由性能較完善的陀螺磁羅盤或航向系統(tǒng)所取代。陀螺磁羅盤基本知識(shí)1.3用途磁羅盤是利用地磁場(chǎng)固有的指向性測(cè)量空間姿態(tài)角度的。它可以測(cè)量載體三維姿態(tài)數(shù)據(jù)：水平航向、俯仰、橫滾。可以廣泛地用于需要獲取平臺(tái)（或載體）姿態(tài)角度的場(chǎng)合，比如航海、石油鉆井、水下平臺(tái)作業(yè)、飛機(jī)姿態(tài)測(cè)量、機(jī)器人控制等領(lǐng)域。基本知識(shí)1.3用途數(shù)字磁羅盤具有體積小、航向精度高、傾斜范圍寬、頻響高、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，很適合用于既對(duì)航向精度有較高要求同時(shí)又對(duì)功耗、體積有限制的場(chǎng)合。基本知識(shí)1.4磁羅盤原理地磁南北極與地理南北極不重合，自由懸掛的磁針?biāo)阜较蚺c地理上的南北（真經(jīng)線）方向有一偏差角，即磁偏角（又稱磁差）。基本知識(shí)1.4磁羅盤原理地磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量與水平面的夾角稱為磁傾角。各地的磁傾角不相等，越靠近地磁極磁傾角越大。在高緯度地區(qū)地磁水平分量很弱，它對(duì)水平懸掛的磁棒的定向作用很小。因此，在地球兩極地區(qū)，磁羅盤不能應(yīng)用。基本知識(shí)1.5航空磁羅盤原理在航空磁羅盤中，一對(duì)永久磁棒吊掛在浮球下，呈下擺式結(jié)構(gòu)，使磁棒能保持水平。而浮球用軸尖支承在寶石碗座上，并懸浮在浮液（乙醇、輕煤油或其他羅盤油）中，以減少與支承部分的摩擦。與磁棒和浮球連在一起的有一方位刻度環(huán)。代表機(jī)頭方向的航向標(biāo)線相對(duì)于方位刻度環(huán)的讀數(shù)，即為飛機(jī)的航向。基本知識(shí)1.5航空磁羅盤原理浮液體積在環(huán)境溫度變化時(shí)會(huì)發(fā)生脹縮，故采用膨脹室加以補(bǔ)償。由于飛機(jī)上鋼鐵構(gòu)件和電氣設(shè)備所形成的磁場(chǎng)的干擾作用，磁棒將穩(wěn)定在地磁水平分量與飛機(jī)磁場(chǎng)水平分量的合成磁場(chǎng)（羅盤經(jīng)線）的方位上。羅經(jīng)北向與磁北之間的偏差角稱為羅差。航空磁羅盤KI-11航空飛機(jī)基本知識(shí)1.5航空磁羅盤原理同一架飛機(jī)在不同方位上的羅差數(shù)值不等。為了正確地測(cè)量飛機(jī)的磁航向，在磁羅盤的外殼上裝有羅差校正器，用它產(chǎn)生可任意調(diào)節(jié)的人工補(bǔ)償磁場(chǎng)，以減弱或抵消飛機(jī)磁場(chǎng)的干擾作用。磁羅盤應(yīng)安裝在機(jī)內(nèi)磁干擾較弱的位置。無人機(jī)應(yīng)用02無人機(jī)應(yīng)用2.1概述磁羅盤又稱磁力計(jì)，是一種可以測(cè)量當(dāng)前磁場(chǎng)強(qiáng)度的傳感器。磁羅盤同樣可以測(cè)量x、y、z這3軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度。但是磁羅盤測(cè)量的3軸磁場(chǎng)強(qiáng)度是地磁向量在3維空間中的分量。為了能夠測(cè)量地磁的方向，通常將地磁向量分解為垂直和水平兩個(gè)分量，而水平分量可以近似的表示地磁的方向。無人機(jī)應(yīng)用2.1概述磁偏角在不同的地理位置上也是不同的，在無人機(jī)的航向計(jì)算時(shí)可以通過GPS獲取當(dāng)前的經(jīng)緯度，然后查表得到當(dāng)前位置的磁偏角，對(duì)航向進(jìn)行修正。無人機(jī)應(yīng)用2.2校準(zhǔn)地磁場(chǎng)在不同的地理位置上的強(qiáng)度和方向不同，但是在固定區(qū)域內(nèi)地磁場(chǎng)的變化很小，基本上可以認(rèn)為是一個(gè)固定的向量。在理想狀態(tài)下，且不考慮其他磁場(chǎng)干擾的情況下，磁羅盤在水平方向上旋轉(zhuǎn)360°之后x軸和y軸的讀數(shù)為一個(gè)正圓形。無人機(jī)應(yīng)用2.2校準(zhǔn)x,yab如果無人機(jī)機(jī)體上存在磁場(chǎng)對(duì)磁羅盤的讀數(shù)產(chǎn)生干擾，則磁羅盤在水平方向上旋轉(zhuǎn)360°之后讀數(shù)所形成圓的圓心將偏離坐標(biāo)原點(diǎn)的位置。此時(shí)圓心坐標(biāo)x、y就是水平方向上x軸和y軸的零偏。如果測(cè)量到的結(jié)果并不是一個(gè)正圓，而是一個(gè)橢圓。那么除了圓心坐標(biāo)作為零偏之外，其兩個(gè)長(zhǎng)短半徑就表示x軸和y軸的標(biāo)度因數(shù)。無人機(jī)應(yīng)用2.2校準(zhǔn)磁羅盤的校準(zhǔn)只能處理無人機(jī)機(jī)體本