數(shù)字式磁通門(mén)設(shè)計(jì)及其在姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量、測(cè)試中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，地球磁場(chǎng)作為自然存在的矢量場(chǎng)，可以為載體的定位及姿態(tài)測(cè)控提供良好的坐標(biāo)參考?，F(xiàn)代磁場(chǎng)測(cè)量裝置研制技術(shù)的進(jìn)步，使精確測(cè)量載體的姿態(tài)成為現(xiàn)實(shí)，研究和發(fā)展高性能的磁場(chǎng)測(cè)量傳感器具有重要意義。本文以國(guó)家科學(xué)自然基金項(xiàng)目水下重力磁力導(dǎo)航理論與技術(shù)研究為依托，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、改善其線(xiàn)性、擴(kuò)大測(cè)量范圍為目標(biāo)，深入研究數(shù)字式磁通門(mén)傳感器的設(shè)計(jì)，研制樣機(jī)并將其應(yīng)用到姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)中。
　　從分析磁通門(mén)傳感器

2、的工作原理和性能出發(fā)，采用環(huán)形磁通門(mén)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的數(shù)字式磁通門(mén)傳感器，完成了核心電路硬件設(shè)計(jì)，采用數(shù)字信號(hào)處理的方法代替相敏檢波（PSD）、FIR低通濾波器等模塊的設(shè)計(jì)。采用閉環(huán)理論使傳感器工作在零場(chǎng)附近，在協(xié)調(diào)傳感器的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍矛盾的同時(shí)，也很好的改善三個(gè)傳感頭的跨度效應(yīng)。論述了產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)的球型反饋線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)理論，考慮到球型骨架內(nèi)部三個(gè)傳感頭安裝位置磁場(chǎng)的均勻性和正交性，建立了球型磁場(chǎng)內(nèi)部分布的數(shù)學(xué)模型。仿真了

3、均勻度與線(xiàn)圈槽數(shù)、線(xiàn)圈間距等參數(shù)的關(guān)系，仿真結(jié)果為球型骨架的設(shè)計(jì)制作提供了理論依據(jù)。以此為基礎(chǔ)，完成了球型磁場(chǎng)矢量PID反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為提高三軸的測(cè)量精度，分析了三軸磁通門(mén)傳感器的誤差源，提出了誤差修正模型，并基于此模型對(duì)其進(jìn)行了標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。
　　論文利用標(biāo)準(zhǔn)三軸磁傳感器Mag-03MSB100和校準(zhǔn)單元Mag-03MS-CU對(duì)設(shè)計(jì)的數(shù)字式傳感器在一定磁場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行了磁場(chǎng)輸入與傳感器輸出的線(xiàn)性度標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)