磁力计
磁强计是一种三轴传感器,用于测量周围磁场的方向和大小。在惯性导航中,它主要用于探测地球磁场,以估算相对于磁北的方向。它提供了一个绝对姿态参考,可在传感器融合过程中限制长期航向漂移。
大多数现代惯性导航系统都集成了基于各向异性磁阻(AMR)、霍尔效应或磁通门传感等技术的MEMS磁强计。 AMR传感器具有高灵敏度、出色的偏置稳定性、低功耗和紧凑的尺寸,非常适合导航应用。它们沿三个正交轴测量磁场,以生成三维磁矢量。尽管磁场强度通常以微特斯拉(µT)、毫高斯(mG)或纳特斯拉(nT)表示,但导航算法主要依赖于矢量方向,而非其绝对大小。

地球磁场相对较弱,通常在约250至650毫高斯之间,具体数值因地理位置而异。附近的磁源很容易扰乱该磁场。永磁体和通电导体会产生硬铁干扰,导致测得的磁矢量发生偏移;而铁磁结构则会产生软铁畸变,导致磁矢量的形状发生变形。 这些效应的强度可能比地球磁场高出几个数量级,并会显著降低航向精度。因此,在进行可靠的航向估算之前,必须进行精确的磁场校准,以识别并补偿局部干扰。
AHRS INS 无法仅依靠磁强计来确定完整的姿态。 它们通过扩展卡尔曼滤波器(EKF)融合磁力计、陀螺仪(高精度短期角运动)和加速度计(利用重力矢量计算横滚角和俯仰角)的测量数据。磁力计提供相对于磁北的绝对航向参考。这种传感器融合可最大限度地减少陀螺仪漂移,并提高长期航向精度。该方法广泛应用于地理空间(测绘)、海事、工业系统及自动驾驶车辆领域。