基于LSM303DLH的电子罗盘设计

樊依林，刘耀波，范涛，汲方林

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077）

近年来，在矿山、武器、车辆、航空航天等领域都可以看到导航系统的广泛存在和应用。而利用地球磁场和地球重力场空间分布来实现被测物体姿态测量的电子罗盘已经成为导航系统不可或缺的组成部分。地磁场由于不受外界信号干扰、获取方便、成本较低，得到了广泛的应用[1-3]。目前，电子罗盘大多通过重力场信息和地球磁场信息配合来获得载体姿态角，这样带来的结果往往是系统设计比较复杂、成本上升、罗盘体积得不到较好控制、测量精度低。因此，设计集成度较高、体积小、可靠性较高的电子罗盘十分必要。

1 测量原理

通常而言，电子罗盘一般需要提供物体或者载体的俯仰程度、翻滚程度和在平面上的转向程度。这三者用角度量化，分别是倾角、工具面向角和方位角。而这3个参数一般是通过安装三轴磁传感器和三轴加速度传感器感知各个方向上的地磁场分量和重力场分量解算得到的。通常而言，所述电子罗盘的姿态角是在仪器坐标系下讨论的，可以根据欧拉定理通过在不同方向上的转动对应不同的角度[4-5]，可以推导出3个角度的计算方法。式（1）给出了从其他坐标系到仪器坐标系的变换关系，即变换矩阵：

按照重力场坐标系的旋转，如式（2）所示：

式中，GX、GY、GZ分别表示地球重力场三分量传感器的输出值，相对于仪器坐标系而言，G0是在地理坐标下Z轴的值。……