作者：郑晓敏
通常情况下，磁强计由于加工工艺的限制，会出现零偏误差、三轴灵敏度不一致、三轴很难完全正交等问题，引起磁强计的测量误差，因此在使用三轴磁强计之前需要对其进行标定。目前磁强计的校正方法主要是正交变换方法，这种方法在建模过程中做了Z轴重合的假设，这样就引入了模型误差，同时降低了精度。
本文提出了一种简单的磁强计标定方法：由零磁实验室提供多组已知大小和方向的磁场矢量，记录三轴磁强计的实时试验数据，对数据进行分析和处理，验证磁强计线性度、灵敏度，确定常值漂移数值；利用稳定均匀的地磁场，分别检测磁强计单轴与理想轴之间的夹角，确定三轴不正交度。并且用此方法对Honeywell公司的HMR2300三轴磁强计进行标定，根据标定结果可以进行磁强计的误差校正。
1标定方法
1.1 零偏误差
由于磁强计加工工艺等的影响，在零磁条件下，磁强计的输出值不为零。为了验证磁强计的零偏误差特性，将磁强计置于零磁空间中工作1 h，间隔10 min观察并记录1次测量数据。一方面测量磁强计的零偏误差，一方面检测其在工作状态是否会出现漂移现象。
在1 h之内记录磁强计的输出值，由测量数据可得X、y、Z轴在工作时间内的输出值稳定，可认为零偏误差是固定不变的，得到试验标定零偏误差B。(nT)为：
1.2 线性度
为了检测磁强计的线性度，在零磁实验室中输入一定强度的均匀磁场，将磁强计置于实验室平台中心水平放置，通过水平转动磁强计支架调整位置，使单轴方向输出数据最大，此时该轴与已知磁场方向重合。将该轴方向调整至与磁场方向一致后，改变磁场强度，在一定的磁场强度区间内等间隔测量，待输出数据稳定后记录，然后对数据进行线性拟合并得出拟合曲线公式，再由拟合公式计算拟合值，与实际测量数据对比，验证单轴测量误差值，检测线性度。
1.3灵敏度
磁强计HMR2300用户手册中说明其灵敏度为67uGs，而磁强计显示数据单位为mGs，精度到小数点后一位，即显示精度为0.1 mGs(10 nT)。试验时给定一个基准磁场大小，在此基础上每次增加（或减小）一个定值，观察磁强计输出数据的变化，检测磁强计灵敏度是否符合标准。
1.4 三轴不正交度
由于生产工艺限制，磁强计的3个轴与实际轴不一定完全重合，并且3个轴不能完全正交。可以利用均匀稳定的地磁场确定三轴的不正交度。下面以Z轴为例说明不正交度测量方法（X轴、y轴方法相同）。
空旷处的地磁场较为均匀稳定，将磁强计安装在支架上置于水平桌面上，使磁强计Z轴竖直向上，Z轴输出数据B竖直是地磁场强度在竖直方向上的投影，翻转磁强计支架，使Z轴绕X轴翻转90。，Z轴输出数据B水平是地磁场强度在水平方向上的投影，实际的Z轴虽然不完全竖直，但经过翻转的Z轴与原轴可以组成一个正交坐标系，通过计算可以得出地磁场在Z轴方向的基准量强度
，如图1所示。
2验证试验
零磁空间实验室只提供单一方向可改变大小的均匀磁场，而磁强计在线性度标定以及三轴不正交度标定时需要分别对3个轴进行测量，需更改磁强计本体坐标方向，对磁强计进行精确的90。翻转，因此需要自制磁强计支架，用来满足翻转要求。支架要求有精确的平面度以及正交度，且无磁性。
2.1 线性度标定
在+70 000 nT～- 70 000 nT之间每次减小10 000 nT测量并记录数据。连接设备，按照线性度的标定方法对磁强计进行标定，重复做两次试验，试验间隔th，分别得到X、y、Z轴的两组测量数据。对得到的数据进行线性拟合，测量数据的分析结果如表1所示。
对比两次测试数据，可得磁强计在工作状态下无零点漂移；测量数据与拟合曲线的最大差值较小，并且最大差值均出现在给定磁场大小为- 70 000 nT或+70 000 nT时，所以磁强计的线性度较好。
2.2 灵敏度检测
给定磁场基准为30 000 nT，在此基础上每次增加（或减小）15 nT，观察磁强计测量示数变化，测量数据如表2所示．
磁强计显示数据单位为mGs，保留小数点后一位，即显示精度为0.1 mGs(10 nT)。给定磁场以每次15 nT(O. 15 mGs)增大或减小，显示值应该增大或减小0.1～0.2。由试验结果可以看出，磁强计的灵敏度在100uGs之内。
2.3 三轴不正交度标定
按照三轴不正交度标定方法进行磁强计三轴不正交度标定，得到的测量数据如表3所示。
经过数据计算，可以得到实际的X'轴、Y'轴、Z’轴的实际偏差方向及角度，分别如图3、图4、图5所示。
图3中，X'轴在YOZ平面的投影在第四象限，投影与y轴正方向夹角26. 502。，X'轴实际方向与X轴夹角0. 822。。
图4中，Y'轴在XOZ平面的投影在第二象限，投影与X轴正方向夹角37. 137。，Y'轴实际方向与y轴夹角0. 558。。
图5中，Z’轴在XOY平面的投影在第一象限，投影与X轴正方向夹角14. 197。，Z’轴实际方向与Z轴夹角0. 691。。
3结论
本文主要对三轴磁强计进行标定，首先分析测量误差来源，然后提出了一种简单的三轴磁强计标定的方法。通过试验验证，表明该方法可以对磁强计的线性度和三轴不正交度进行标定，可以为微小卫星的姿态确定及控制算法提供较为精确的校正数据。由于磁强计对电磁干扰非常敏感，电磁设备和含铁材料都会对磁强计的测量值造成影响，因此在卫星发射前，应该将磁强计连同整星一起（此时器件的相对位置已经确定）进行标定，再进行误差校正，作为最终的误差校正参考值，以减小误差。
4摘要：三轴磁强计作为卫星地磁导航中的姿态确定传感器，使用前对其进行标定尤为重要。阐述了一种简单的三轴磁强计标定方法，并且在零磁实验室中对Honeywell公司的HMR2300三轴磁强计进行零偏误差、线性度、灵敏度标定以及在均匀稳定的地磁场中进行三轴不正交度的标定。试验结果表明，该标定方法可以满足微小卫星姿态确定的要求。
