数字罗经在矢量传感器测向误差校准中应用

　　1.引言

　　在基于矢量传感器被动测向原理的水下目标定位技术中，提高矢量传感器的测向精度是保证定位精度的关键，在文献[1]中详细介绍了测向误差补偿修正的各种技术措施。数字罗经用于矢量传感器侧向误差校准，主要是采用高精度的数字罗经与矢量传感器同轴一体化封装技术，将矢量传感器测得的目标相对方位依据数字罗经的数据折算为真北方位，利用动态校准测试获得的数据对矢量测向误差进行补偿修正，给出水下目标的真方位，从而提高系统的测向精度。本文主要探讨了采用高精度的数字罗经来实现对矢量传感器测向误差进行修正的软硬件设计以及误差修正方法。

　　2.数字罗经在矢量传感器测向系统的软硬件设计

　　在某水声测量浮标系统中，采用数字罗经与矢量传感器封装一体，将矢量传感器测得的目标方位转换为真北方位(大地坐标中的方位)，用于测向误差修正，从而提高了矢量传感器的测向精度，满足水下目标高精度方位估计需要;同时罗经数据还可作为测向浮标姿态监控信息。

　　系统选用美国Honeywell公司生产的HMR3000数字罗经，采用MSP430系列单片机完成对数字罗经的输出信号进行管理，把数字罗经的信号通过RS232串口读入单片机;并对辅舱电源电压进行实时监控;将罗经信息通过单片机的异步串口以RS-232 方式上传给通信管理板(嵌入式控制单元);通信管理板将数字罗经的航向信息、姿态信息以及深度信息、浮标GPS 定位信息与矢量信号处理单元的数据，通过以太网控制器和无线通信模块实现与基站通信，上传数据和结果，下达指令。系统中数字罗经结构单元结构如图所示。

　　2.1 硬件设计

　　2.1.1数字罗经

　　HMR3000数字罗经是一款集航向、俯仰和横滚三个旋转量测量于一体的磁敏传感器，它具有精度高、体积小、功耗低等特点，可方便地集成在一体化小型系统中。HMR3000数字罗经能集三个轴向的转动角度测量功能于一体，由三轴磁阻传感器和一个充有液体的两轴倾斜传感器组成，可以得到进行倾斜补偿后的航向数据和姿态数据。该产品测量方位精度达0.5°，方位分辨率为0.1°;姿态精度达±0.4°，姿态测量分辨率为0.1°;最大姿态测量范围±40°;工作温度-20℃到+70℃;供电电压为6-15V。HMR3000数字罗经的硬件构成包括4部分：三轴磁阻传感器、放大器、A/D转换器和微处理器，及双轴倾斜传感器(如图2所示)。

　　HMR3000通信遵循NMEA(National Ma-rine Electric Association. 国家海军电子协会)0183标准，可使用 RS-232或RS-485接口。其数据ASCII码字符为10位(1位起始位、8位数据位、1位停止位，无奇偶校验位)，传输波特率1200、2400、4800、9600、19200bit/s 可选，更新模式在连续选通的状态下，更新率为20Hz[2]。