HMC5883L校准及干扰问题讨论

dengzi1358

      最近在校准HMC5883L碰到很头疼的问题，本想着磁力计这块比较简单，没想到在校准问题上，把我头都弄大了。现拿出来，大家讨论讨论，知道的多指教指教。
       先把我的理解和处理过程拿出来和大家探讨一下：
          1、        数据读取
               X_HMC =(IOBuf[16] << 8) + IOBuf[17];
               Z_HMC =(IOBuf[18] << 8) + IOBuf[19];
               Y_HMC =(IOBuf[20] << 8) + IOBuf[21];
          2、 水平校准：把椭圆修到正圆，一、修偏心，二、修半径。
                a）、选定中心点，以固定半径R水平旋转，找出x和y的最大最小值x_max、x_min、y_max 、y_min。
                b）、于是，x的偏移： Xoffset = (x_max + x_min) / 2;
                c）、x的比例取：x_gain=1
                d）、y的偏移：Yoffset = (y_max + y_min) / 2;
                e）、y的比例：y_gain= (x_max - x_min) / (y_max - y_min);
         
              X_HMC = Xgain *(X_HMC -Xoffset);
              Y_HMC = Ygain * (Y_HMC -Yoffset);
         
          3、空间校准：把椭球修到正球
                a）、空间旋转芯片，找出x yz的最大最小值xmax、xmin、ymax 、ymin、zmax 、zmin。
                b）、于是，x的偏移： Xoffset = (xmax + xmin) / 2;
                c）、x的比例取：x_gain=1
                d）、y的偏移：Yoffset = (ymax + ymin) / 2;
                e）、y的比例：y_gain= (xmax - xmin) / (y_max -y_min);
                f）、 z的偏移：Zoffset = (zmax + zmin) / 2;
                g）、z的比例：z_gain= (xmax - xmin) / (z_max -z_min);  
         
               X_HMC = HMC_Xgain *(X_HMC - HMC_Xoffset);
               Y_HMC = HMC_Ygain * (Y_HMC - HMC_Yoffset);
               Z_HMC = HMC_Zgain * (Z_HMC- HMC_Zoffset);

问题：
    1、初次水平旋转测试数据XY是椭球的，我是以一固定点作圆心，固定半径水平桌面旋转。
            但理论上我觉得应该不需要固定圆心和固定半径，只要水平桌面360旋转即可，但总是测不准。希望能得到各位提点

    2、查看很多论坛和文章，发现都只讲到水平校正（X、Y）。这里有个问题，如果只用到方位角只需要校正XY，但是这样在倾斜使用不会有问题吗，方位角应该就不准了吧，但都没发现讨论倾斜情况方位角问题。希望赐教

    3、我觉得上述3空间校正理论是对的，但是我不知道如何得到空间椭球面的XYZ值，当然如果有个3维运转的仪器就好了。我认为空间随意转动尽可能得到XYZ最大最小值应该也是可以的，但我试了很多天都不行，不明白为什么。

    4、实验了好几天，最后发现水平测试XY都不行了，测试的数据都不是近似椭球形，是畸变的。实验好几天，发现边上的主机有干扰，离主机远点就好了。而且这种情况随时可变，畸变不是固定的。如果是干扰的原因，那磁力计在显示中还靠谱吗，如何解决呢？求解决



               






         

john800422

1. 你的旋轉是SENSOR繞某一圓心旋轉還是SENSOR自旋?
    以平面校正來說
    你的方法只會取出旋轉時的最大最小值吧?
    這樣對於沒有旋轉的橢圓應該沒有太大的影響
   

    但對於有旋轉的橢圓就會出問題了
   

    誤差來源除了上述的沒有完整的還原成圓外
    再來就是環境影響, 取的樣本數

    *** 對於橢圓的校正
    *** 應該先將長軸與短軸轉至與XY軸平行, 再除上長軸與短軸的大小還原成圓

2. 磁頃角的問題一定會有的, 影響不大可透過預先測量來校正(( 相同地區磁頃角變化不大
    干擾多的話就需要3維空間的校正了

3. 問題同1, 沒有將橢圓球完全還原成圓球

4. 部分外來物的干擾是可以被濾掉的, 詳細要自己去找算法, 我沒有做過
    若是環境的干擾, 就需要透過校正來處理
    這也是為什麼要校正的原因, 因為環境的磁場並不是這麼單純

dengzi1358

john800422 发表于 2013-8-14 19:28
1. 你的旋轉是SENSOR繞某一圓心旋轉還是SENSOR自旋?
    以平面校正來說
    你的方法只會取出旋轉時的最大 ...

谢谢你的指教。可还是有些问题不太明白。
      
1. 你的旋轉是SENSOR繞某一圓心旋轉還是SENSOR自旋?
    以平面校正來說
    你的方法只會取出旋轉時的最大最小值吧?
    這樣對於沒有旋轉的橢圓應該沒有太大的影響
我是在水平面内绕圆心O旋转，取出旋转时的最大值最小值，如图


水平状态确实没多大问题，能够基本修正到正圆。
但如果要修正到你说的图2，旋转下仍能修正到正圆呢。不太明白你的意思，请指教。
------怎么测量得到最大最小值，是你说的沿XY轴（或其平行轴）自旋吗
------还是你说的倾斜一定角度测量的椭圆先，先將長軸與短軸轉至與XY軸平行, 再除上長軸與短軸的大小還原成圓。我明白你说的，但还是不明白，怎样测量得到最大最小值。那我要保证任何旋转角度都校正到正圆，最终校正到椭球，如何测量得到测量数据。

dadatou

坐等大神们讨论。

john800422

dengzi1358 发表于 2013-8-15 11:03
谢谢你的指教。可还是有些问题不太明白。
      
1. 你的旋轉是SENSOR繞某一圓心旋轉還是SENSOR自旋?

1.

應該要讓SENSOR自旋做測量
這樣所測量到的磁場的觀測點才會相同
建立出來的圓形或橢圓形, 對於校正才有意義

若是以半徑R作旋轉測量
這樣測到的是在半徑R上的磁場矢量
且當R遠遠大於地球半徑時
圓上的磁場就不會是地球的磁場, 而是好幾個星球的磁場
所以半徑R的變化會影響觀測

環境干擾不大的話(( 只有地球磁場
有以半徑R旋轉是沒有甚麼問題的
因為半徑R<<地球半徑R_e

環境干擾大的話
以半徑R作旋轉就會有問題了



2.

你說平面校正沒有問題
是因為你測量到的圖形近似於沒有旋轉的橢圓或圓
所以才沒有發生這樣的問題
但並不代表這樣的問題不會出現





3.

最簡單的三維的校正方法
分別依XY平面、YZ平面(ZX平面)做旋轉
就可以得出XYZ的最大最小值了

想要準確的校正的話
只取最大最小值絕對是會有問題的
需要取更多的樣本
像是每45度取一次樣本
增加樣本數, 做擬合
得到正確的模型, 在校正回圓或圓球

john800422

建議先了解原始數據的分布
有助於解決問題, 可以把它顯示出來

再確認校正後的數據分布是否為圓

不要只看數據
盡量以圖顯示, 會比較直觀

dengzi1358

john800422 发表于 2013-8-15 13:12
建議先了解原始數據的分布
有助於解決問題, 可以把它顯示出來

谢谢john的分析，学到不少。
我旋转（近似自旋）不同角度的到的数据（未任何校正），请帮忙分析。为何不会倾斜有倾斜椭圆的效果。我如何根据不同倾斜角度测量的数据进行校正呢。


此四组测试都是在XY平面自旋，只是倾斜角度不同。
四组数据的最大最小值
                   0                   10                      40                    90
            X          Y            X       Y               X          Y            X          Y
MAX     288     136         367   197            467        309           309          145
MIN    -233      -389       -298  -453           -427        -574         -272          -416

john800422

dengzi1358 发表于 2013-8-15 15:17
谢谢john的分析，学到不少。
我旋转（近似自旋）不同角度的到的数据（未任何校正），请帮忙分析。为何不 ...

我說的取多一點樣本
並不是指不同傾角下取最大最小值
而是在在旋轉的過程中, 不要只取最大最小4筆樣本, 而是更多
但這是為了讓擬合更精確
若還是要用最大最小的方法的話, 就沒差了
但是最大鑽小的方法需要測量磁傾角

方法：
對X或Y軸旋轉
得出Z的最大最小的同時, 紀錄磁傾角

有磁傾角後
就可以還原成原始的磁場
這時再做平面的校正

之後裝置傾斜時
除了旋轉磁傾角外, 還要旋轉裝置的傾角
就可以得到航向角

但應該會存在不少誤差
因為各種傾角得到的形狀, 不一定相同
若用一種校正參數, 就會是誤差來源
想精確點, 就是在不同傾角, 計算對應的校正參數


另外我想到最好的方法就是做橢圓球擬合
藉由擬合出橢圓球來還原成圓球
進而求出航向角

當然方法並不是只有這些
可以自己思考看看

agnd

网上搜了下一下HMC5883价格，低的让我兴奋。
我觉得可以用很多这芯片做成一个阵列了。
寻求一种简便易行的空间排列方案，用一个算法直接解算出最佳测量估计值，而根本无需校准各芯片，可能吗？

keyxyh

这帖子学习了

svon

http://blog.sina.com.cn/s/blog_81f1e26801017aji.html
可以参考一下这个标定，直接在空间将椭圆球用最小二乘法拟合成球~

svon

svon 发表于 2013-8-21 16:57
http://blog.sina.com.cn/s/blog_81f1e26801017aji.html
可以参考一下这个标定，直接在空间将椭圆球用最小 ...

我也很好奇，在飞行过程中，即使忽略飞行的加速度，由于电机的抖动，加速度计测得的数据也很不准。
而且在复杂的磁场环境中磁传感器测得的也有偏差。
要做到什么程度才能用它们来校正陀螺仪进行长期融合呢？

dengzi1358

非常感谢john800422的耐心解答。虽然还有很多疑惑，但是受教不少。最近一直忙于其他事，把这耽搁下来。但这里还是希望把一些心得记录下来，希望供大家参考，也希望大家可以在这里多讨论。等忙完这段时间，后面会继续把相关的知识和问题在这里发出来。
   1、之前我一直是以一定半径R做旋转，后面发现自旋确实要精准很多，能减少很多干扰情况。虽然我们没有专门的旋转台，但自己做测试时，R做到尽量小做近似自旋，效果会比较好。
   2、我后面又买过一个MPU6050的开发板，里面是围绕3轴旋转测试，然后做椭球拟合。会有一些效果，还有待进一步分析。

firstzys

记录学习

Halley

楼主搞得怎么样了？

silence2455

john800422 发表于 2013-8-15 12:54
1.

應該要讓SENSOR自旋做測量

大神你好，我们现在在做磁力计的校准，用的是http://www.amobbs.com/forum.php? ... &highlight=5883这个帖子上的方法，使用matlab拟合后的椭圆如下图所示，看图应该就是你所说的倾斜的椭圆，我们用我上面说的帖子上的方法校准之后感觉效果还变差了 ，针对我们的情况，请问大神你有没有什么好的校准方法可以推荐的？感激不尽啊

john800422

silence2455 发表于 2014-4-4 16:00
大神你好，我们现在在做磁力计的校准，用的是http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=54887 ...

之前有做過橢圓擬合，可以看我的帖子，但僅適用於二維空間，
三維就需要使用橢圓求擬合。

hfjydq

john800422 发表于 2014-4-4 16:14
之前有做過橢圓擬合，可以看我的帖子，但僅適用於二維空間，
三維就需要使用橢圓求擬合。 ...

大神，你的帖子的链接是多少呀

bxcfc

john800422 发表于 2013-8-15 12:54
1.

應該要讓SENSOR自旋做測量

讲的透彻，学习了

yat

HMC5883L校准

xgzn

家里有几片吃灰中，一直没空折腾

flowtcw

请问有没有现成代码分享

机械电子协会

好东西，必须Mark一下                              

sjh306

地磁读取的数据，怎么融合？