海洋浮標(biāo)，是一種投放在相關(guān)海域中兼具觀測(cè)和測(cè)量作用的信息采集設(shè)備。浮標(biāo)主要是利用自身所攜帶的各類(lèi)傳感器，來(lái)獲取周?chē)Ｑ蟓h(huán)境中的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括海洋水文、氣象等幾十種參數(shù)。在大多數(shù)的海洋浮標(biāo)中，安裝有太陽(yáng)能電池板以自行供電，從而實(shí)現(xiàn)全天候、不間斷的測(cè)量。

這些測(cè)量數(shù)據(jù)能幫助人們研究和認(rèn)識(shí)海洋，對(duì)人類(lèi)開(kāi)發(fā)和利用海洋具有重要意義。但在此之前，確定浮標(biāo)的實(shí)時(shí)測(cè)量位置及變動(dòng)情況是第一步，因此，在大多數(shù)的海洋浮標(biāo)中，搭載GPS模塊是必不可少的，而GPS模塊往往需要搭配電子羅盤(pán)使用。

電子羅盤(pán)的前世今生

電子羅盤(pán)，也叫數(shù)字羅盤(pán)、數(shù)字指南針，是利用地磁場(chǎng)來(lái)定北極的一種方法。

電子羅盤(pán)最早可追溯到公元前3世紀(jì)戰(zhàn)國(guó)末期的司南與唐宋時(shí)期的指南針。之后，經(jīng)過(guò)發(fā)展演變成把方向刻度盤(pán)和磁針連接在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的磁羅經(jīng)。隨著先進(jìn)工藝的發(fā)展，現(xiàn)在一般采用磁阻傳感器和磁通門(mén)加工而成的電子羅盤(pán)。

電子羅盤(pán)是導(dǎo)航系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。目前廣為使用的是三軸捷聯(lián)磁阻式電子羅盤(pán)，這種羅盤(pán)具有抗振性、航向精度較高、對(duì)干擾場(chǎng)有電子補(bǔ)償、可以集成到控制回路中進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)器人、航海、車(chē)輛自主導(dǎo)航等領(lǐng)域。

電子羅盤(pán)的工作原理?

電子羅盤(pán)可以分為平面電子羅盤(pán)和三維電子羅盤(pán)。平面電子羅盤(pán)要求用戶(hù)在使用時(shí)必須保持羅盤(pán)的水平，否則當(dāng)羅盤(pán)發(fā)生傾斜時(shí)，也會(huì)給出航向的變化而實(shí)際上航向并沒(méi)有變化。雖然平面電子羅盤(pán)對(duì)使用時(shí)要求很高，但如果能保證羅盤(pán)所附載體始終水平的話，平面羅盤(pán)是一種性?xún)r(jià)比很好的選擇。

三維電子羅盤(pán)克服了平面電子羅盤(pán)在使用中的嚴(yán)格限制，因?yàn)槿S電子羅盤(pán)在其內(nèi)部加入了傾角傳感器，如果電子羅盤(pán)發(fā)生傾斜時(shí)可以對(duì)羅盤(pán)進(jìn)行傾斜補(bǔ)償，這樣即使羅盤(pán)發(fā)生傾斜，航向數(shù)據(jù)依然準(zhǔn)確無(wú)誤。有時(shí)為了克服溫度漂移，羅盤(pán)也可內(nèi)置溫度補(bǔ)償，最大限度減少傾斜角和指向角的溫度漂移。

三維電子羅盤(pán)由三維磁阻傳感器、雙軸傾角傳感器和MCU構(gòu)成。

三維磁阻傳感器用來(lái)測(cè)量地球磁場(chǎng)，傾角傳感器是在磁力儀非水平狀態(tài)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償；MCU處理磁力儀和傾角傳感器的信號(hào)以及數(shù)據(jù)輸出和軟鐵、硬鐵補(bǔ)償。

三維磁阻傳感器采用三個(gè)互相垂直的磁阻傳感器，每個(gè)軸向上的傳感器檢測(cè)在該方向上的地磁場(chǎng)強(qiáng)度。

向前的方向稱(chēng)為x方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在x方向的矢量值；向左或Y方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在Y方向的矢量值；向下或Z方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在Z方向的矢量值。每個(gè)方向的傳感器的靈敏度都已根據(jù)在該方向上地磁場(chǎng)的分矢量調(diào)整到最佳點(diǎn)，并具有非常低的橫軸靈敏度。傳感器產(chǎn)生的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行放大后送入MCU進(jìn)行處理。

電子羅盤(pán)在海洋浮標(biāo)GPS輔助定位中的應(yīng)用

舉例聲納浮標(biāo)。?

聲納浮標(biāo)因具有使用方便、搜潛速度快、搜索面積大、效率高、隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為航空反潛艇最常用的方法之一。利用聲納浮標(biāo)進(jìn)行水下目標(biāo)定位首先需要進(jìn)行浮標(biāo)本身的定位，浮標(biāo)相對(duì)于飛機(jī)位置的精度，將直接影響系統(tǒng)對(duì)水下目標(biāo)的定位精度。

利用GPS對(duì)聲納浮標(biāo)定位能大大縮短載機(jī)達(dá)到指定浮標(biāo)的時(shí)間，從而提高對(duì)水下目標(biāo)的搜索速度，GPS聲納浮標(biāo)在海面工作，由于海流和海浪起伏等因素，浮標(biāo)的姿態(tài)是隨機(jī)變化的，這將影響系統(tǒng)的定位精度。

此時(shí)，可采用電子羅盤(pán)來(lái)對(duì)浮標(biāo)姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)更正。在實(shí)際使用過(guò)程中，通常會(huì)采用三軸電子羅盤(pán)來(lái)輔助GPS進(jìn)行定位，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的姿態(tài)和方位角，對(duì)浮標(biāo)姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)坐標(biāo)更正。

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