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1、一種快速、低成本尋北定向裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)鄭方舟2015年1月中圖分類號(hào)：UDC分類號(hào)：一種快速、低成本尋北定向裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作者姓名鄭方舟學(xué)院名稱自動(dòng)化學(xué)院指導(dǎo)教師戴亞平教授答辯委員會(huì)主席**教授申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)控制科學(xué)與工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月TheDesignandImplementationofARapidandLow-CostNorth-FinderCandidateName：FangzhouZhengSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFac
2、ultyMentor:Prof.YapingDaiChair,ThesisCommittee：Prof.**DegreeApplied:MasterofScienceinEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：1，2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含
3、其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：摘要本文針對(duì)載體新型分量鉆孔應(yīng)變儀的特性與需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種適用范圍廣泛，帶誤差補(bǔ)償、快速、低成本的尋北定向裝置。該裝置通過地磁定向原理尋找磁北方向并實(shí)現(xiàn)定向指北功能，并且針對(duì)電子羅盤實(shí)際測(cè)量中不可避免存在誤差的問題，在詳細(xì)分析電子羅盤工作原理與誤差干擾來源的基礎(chǔ)上，建立了羅盤誤差補(bǔ)償模型，提出了電子羅盤誤差標(biāo)定和
4、補(bǔ)償方法。針對(duì)誤差模型采用了基于橢圓假設(shè)的最小二乘擬合方法，將計(jì)算理想橢圓的參數(shù)轉(zhuǎn)換成一定約束下的求極值問題，從而實(shí)現(xiàn)橢圓的擬合并完成補(bǔ)償過程。并針對(duì)有姿態(tài)角或較強(qiáng)干擾情況下橢圓擬合算法的精度下降的情況，采用基于徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)償算法作為增強(qiáng)方案。此后，本文從尋北定向裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件與軟件角度分析說明了裝置整體以及各部分功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。本文設(shè)計(jì)的尋北定向裝置以電子羅盤作為方位測(cè)量傳感器，通過直流轉(zhuǎn)位電機(jī)在二維平面中調(diào)整定向裝置與載體的航向姿態(tài)，通過步進(jìn)電機(jī)完成標(biāo)定動(dòng)作。在下位機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)基于橢圓假設(shè)的
5、誤差系數(shù)補(bǔ)償算法，通過MATLAB工具箱實(shí)現(xiàn)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行函數(shù)逼近的誤差補(bǔ)償方法。裝置各功能模塊通過單片微機(jī)總體控制協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)正北方向數(shù)據(jù)的采集，轉(zhuǎn)位電機(jī)的操作與方位數(shù)據(jù)的綜合處理與存儲(chǔ)。最后進(jìn)行實(shí)地測(cè)量實(shí)驗(yàn)與仿真分析對(duì)本裝置設(shè)計(jì)的電子羅盤誤差補(bǔ)償算法、電機(jī)控制算法以及尋北定向裝置的整體功能性能的可靠性與有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)證明，該尋北定向裝置滿足設(shè)計(jì)需求，工作快速可靠，并且具有廣泛的適用性。關(guān)鍵詞：尋北定向裝置，電子羅盤，電子羅盤誤差補(bǔ)償，電機(jī)控制IAbstractAccordingtothecharacter
6、isticsandrequirementsoftheworkcarrierthenewboreholecomponentstrainmeter,thispaperpresentsafastandlow-costNorth-finderwitherrorcompensation,whichhasawiderangeofapplication.ThisDevicefindmagneticbynorthgeomagneticdirectionalprincipletoachievedirectionalfunction.Inviewo
7、ftheinevitablyerrorproblemsinactualmeasurementofelectroniccompass,basedonanalyzingtheworkingprincipleofelectroniccompassandcompasserrorgenerationmechanism,thispaperestablishesacompassheadingerrorcompensationmodel,proposestheelectroniccompasserrorcalibrationandcompens
8、ationmethod.Usingtheleastsquarefittingmethodbasedonellipsehypothesisfortheerrormodel,accordingtothepropertiesofellipticalgebraexpre
