磁罗盘的干扰补偿方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及电磁干扰补偿技术领域，具体而言，涉及一种磁罗盘的干扰补偿方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前，在针对磁罗盘进行干扰补偿的解决方案中，专利号为CN114440870A的发明专利公开了通过自适应滤波算法进行补偿的方案，专利号为CN111982089A的发明专利公开了通过磁罗盘罗差进行校正与补偿的方案。另外，常见的磁罗盘校正补偿方法还包括椭圆假设法、分步校准法、椭球假设法、幅值约束法和位置翻转法等。

然而在无人机飞行过程中，磁罗盘极易受到电池这一大电流物体的强磁干扰，进而影响无人机飞行控制和飞行安全，对此，现有的仅考虑软磁干扰和硬磁干扰的磁罗盘校准技术并不适用。因此，亟需一种能够高效准确地消除电池对磁罗盘干扰的方法。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种磁罗盘的干扰补偿方法、装置、设备及存储介质，用以高效准确地消除电池对磁罗盘的干扰。

第一方面，本申请实施例提供了一种磁罗盘的干扰补偿方法，包括：

获取无人机在静置工况下的测量数据集；其中，所述测量数据集记录有不同油门大小及其对应的磁罗盘测量值；

基于所述测量数据集构建与所述无人机对应的磁罗盘数值补偿模型；

基于所述磁罗盘数值补偿模型，获取与所述无人机的当前油门大小对应的补偿数值；

基于所述补偿数值对当前的磁罗盘原始测量值进行补偿处理。

在本申请实施例中，通过获取无人机静置工况下的油门大小与磁罗盘测量数据的对应关系，构建得到相应的磁罗盘数值补偿模型，从而在实际飞行中能够根据该磁罗盘数值补偿模型补偿电池产生磁场对磁罗盘读数的影响，进而能够高效准确地消除电池对磁罗盘的干扰。

在一些可能的实施例中，所述基于所述测量数据集构建与所述无人机对应的磁罗盘数值补偿模型，包括：

基于所述测量数据集进行多项式拟合，并基于拟合结果构建与所述无人机对应的磁罗盘数值补偿模型。

在本申请实施例中，通过多项式拟合的方式构建磁罗盘数值补偿模型，能够提高补偿数值的完整性，从而提高对磁罗盘进行干扰补偿的准确性。

在一些可能的实施例中，所述基于所述测量数据集进行多项式拟合，并基于拟合结果构建与所述无人机对应的磁罗盘数值补偿模型，包括：

基于所述测量数据集进行多项式拟合，得到油门大小与磁罗盘测量值的第一拟合函数；

基于所述第一拟合函数获取对应于所述测量数据集的磁罗盘预测值集合；

根据所述磁罗盘预测值集合以及所述测量数据集的各个磁罗盘测量值计算所述第一拟合函数的拟合优度指标；

若判断所述拟合优度指标大于预设的阈值，则基于拟合得到的第一拟合函数构建与所述无人机对应的磁罗盘数值补偿模型。

在本申请实施例中，通过评估拟合函数的拟合优度，作为判断拟合函数是否满足相关性要求的依据，确保了构建得到的补偿模型具有较高的适用性，从而进一步提高了对磁罗盘进行干扰补偿的准确性。

在一些可能的实施例中，所述基于所述测量数据集构建与所述无人机对应的磁罗盘数值补偿模型，包括：

确定采集所述测量数据集对应的目标区域，并根据预设的全球地磁模型与所述目标区域的经纬度信息确定所述目标区域的地磁场标准模长区间；

若判断对应于所述测量数据集的磁罗盘测量数值模长均处于所述地磁标准模长区间之内，则基于所述测量数据集构建与所述无人机对应的磁罗盘数值补偿模型。

在本申请实施例中，通过根据磁罗盘测量数值与该区域的标准地磁场模长进行比对，并根据比对结果作为判断是否构建磁罗盘数值补偿模型的依据，确保构建得到的补偿模型具有较高的适用性，从而进一步提高了对磁罗盘进行干扰补偿的准确性。

在一些可能的实施例中，所述获取无人机在静置工况下的测量数据集，包括：

基于所述无人机的悬停油门确定目标油门大小区间；

根据所述目标油门大小区间控制所述无人机运行于静置工况，并获取所述无人机在所述静置工况下的测量数据集。

在本申请实施例中，通过悬停油门确定用于控制无人机运行于静置工况的目标油门大小区间，避免无人机在获取测量数据过程中受到起飞等因素的影响，从而提高了测量数据集获取的准确性，进一步提高了对磁罗盘进行干扰补偿的准确性。

在一些可能的实施例中，所述根据所述目标油门大小区间控制所述无人机运行于静置工况，并获取所述无人机在静置工况下的测量数据集，包括：

根据所述目标油门大小区间重复多次控制所述无人机运行于静置工况，并获取对应的无人机在所述静置工况下的多组初始测量数据集；其中，每一组所述初始测量数据集记录有不同油门大小及其对应的磁罗盘初始测量值；

根据所述多组初始测量数据集进行平均计算，获取得到所述无人机在所述静置工况下的测量数据集。

在本申请实施例中，通过重复多次控制无人机运行于静置工况，并获取对应的多组初始测量数据集，再将对多组初始测量数据集进行平均计算的结果作为无人机在静置工况下的测量数据集，从而进一步提高了对磁罗盘进行干扰补偿的准确性。

在一些可能的实施例中，所述补偿数值包括分别对应于磁罗盘三轴分量的三轴补偿数值；

所述基于所述补偿数值对当前的磁罗盘原始测量值进行补偿处理，包括：

基于所述三轴补偿数值分别对当前的磁罗盘原始测量值的相应分量进行补偿处理。

在本申请实施例中，通过分别获取对应于磁罗盘三轴分量的三轴补偿数值，并分别对当前的磁罗盘原始测量值的相应分量进行补偿处理，从而进一步提高了磁罗盘的干扰补偿的准确性。

第二方面，本申请实施例提供了一种磁罗盘的干扰补偿装置，包括：

数据获取模块，用于获取无人机在静置工况下的测量数据集；其中，所述测量数据集记录有不同油门大小及其对应的磁罗盘测量值；

模型构建模块，用于基于所述测量数据集构建与所述无人机对应的磁罗盘数值补偿模型；

补偿获取模块，用于基于所述磁罗盘数值补偿模型，获取与所述无人机的当前油门大小对应的补偿数值；

数值补偿模块，用于基于所述补偿数值对当前的磁罗盘原始测量值进行补偿处理。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时可实现第一方面任一实施例所述的方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，所述的计算机程序产品包括计算机程序，其中，所述的计算机程序被处理器执行时可实现第一方面任一实施例所述的方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时可实现第一方面任一实施例所述的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种磁罗盘的干扰补偿方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种磁罗盘的干扰补偿装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，现有的磁罗盘校准技术大多只是考虑软磁干扰和硬磁干扰，前者针对磁罗盘本身的特性，后者针对地磁场之外的恒定干扰磁场。但是，在无人机等应用场景中，由于电池与磁罗盘的安装位置较为接近，因此电池电流对磁罗盘造成的干扰磁场不能被忽略，并且该干扰磁场并不是一个能够被硬磁干扰参数补偿的恒定干扰磁场，其强度随着电流的变化而变化，因此，现有的仅考虑软磁干扰和硬磁干扰的磁罗盘校准技术并不适用。

另外，在针对电池对磁罗盘干扰的解决方案中，主要依赖于电池电流对应的电磁干扰模型，需要测量电流以及获取电池与磁罗盘之间的相对位置等数据，计算过程复杂繁琐，对磁罗盘进行干扰补偿的计算效率不高。

针对于上述现有技术存在的问题，如图1所示，本申请实施例提供了一种磁罗盘的干扰补偿方法，可以包括步骤：

S1、获取无人机在静置工况下的测量数据集；其中，测量数据集记录有不同油门大小及其对应的磁罗盘测量值。

可以理解的是，磁罗盘在静置时，无人机的航向保持不变，因此磁罗盘的三轴测量数据理应恒定不变。但是收到电池电流产生电磁场的影响，电流的变化可能导致磁罗盘数据的变化。因此，在本申请实施例中，可以确保无人机运行在静置工况的前提下，以不同的油门大小控制无人机运行，并记录不同油门大小下对应的磁罗盘测量值，这些不同的油门大小及其对应的磁罗盘测量值构成了测量数据集。

需要说明的是，由于干扰磁场或电流等数据在无人机飞行过程中难以采集，且采集的数据存在准确性不高的问题，因此本申请实施例通过直接采集油门大小及其对应的磁罗盘测量值作为数据基础，使得磁罗盘数值补偿模型的拟合相关性更好，对磁罗盘进行干扰补偿的准确性更高。

在一些可能的实施例中，步骤S1可以包括：

基于无人机的悬停油门确定目标油门大小区间；

根据目标油门大小区间控制无人机运行于静置工况，并获取无人机在静置工况下的测量数据集。

需要说明的是，无人机的油门大小可以采用0-1的数值范围来表示，油门大小为0表示无人机未产生电池电流的情况，油门大小为1表示无人机四个电机均达到最大值（此时电池电流产生最大值）的情况。为了确保无人机在获取磁罗盘测量值过程中处于静置工况，避免无人机起飞，可以选择悬停油门的80%作为控制的最大值，即确定目标油门大小区间为（0，悬停油门的80%），在该目标油门大小区间之内，可以任意调节油门大小，并记录油门大小与磁罗盘测量数值的对应关系。

在一些可能的实施例中，根据目标油门大小区间控制无人机运行于静置工况，并获取无人机在静置工况下的测量数据集，包括：

根据目标油门大小区间重复多次控制无人机运行于静置工况，并获取对应的无人机在静置工况下的多组初始测量数据集；其中，每一组初始测量数据集记录有不同油门大小及其对应的磁罗盘初始测量值；

根据多组初始测量数据集进行平均计算，获取得到无人机在静置工况下的测量数据集。

需要说明的是，通过重复多次控制无人机运行于静置工况，并获取对应的多组初始测量数据集，再将对多组初始测量数据集进行平均计算的结果作为无人机在静置工况下的测量数据集，能够确保获取的测量数据集的可靠性，从而进一步提高对磁罗盘进行干扰补偿的准确性。

S2、基于测量数据集构建与无人机对应的磁罗盘数值补偿模型。

在一些可能的实施例中，步骤S2可以包括：

基于测量数据集进行多项式拟合，并基于拟合结果构建与无人机对应的磁罗盘数值补偿模型。

需要说明的是，由于不同的无人机可能采用不同种类、规格的电池，且不同的无人机中电池与磁罗盘的安装位置不同，因此不同的无人机对应的磁罗盘数值补偿模型并不相同。故而，根据不同的无人机获取得到的测量数据集，可以构建与该无人机对应的磁罗盘数值补偿模型。

需要说明的是，通过多项式拟合的方式获取测量数据集对应的第一拟合函数，并根据第一拟合函数构建磁罗盘数值补偿模型，能够将离散的数据对应关系转化为连续的函数形式，从而能够提高补偿数值的完整性，进而提高对磁罗盘进行干扰补偿的准确性。

S3、基于磁罗盘数值补偿模型，获取与无人机的当前油门大小对应的补偿数值。

可以理解的是，磁罗盘数值补偿模型可以是一个数值对应关系表格，该表格记录了不同油门大小及其相应的磁罗盘数值补偿值；磁罗盘数值补偿模型也可以是一个函数，基于该函数，对于任意输入的油门大小，可以输出得到一个相应的磁罗盘数值补偿值。

S4、基于补偿数值对当前的磁罗盘原始测量值进行补偿处理。

在获取得到当前油门大小对应的补偿数值之后，即可基于该补偿数值对当前的磁罗盘原始测量值进行补偿处理，从而抵消电池电流产生磁场对于磁罗盘测量数值的影响，实现了实际测量的磁罗盘数据与电流干扰的分离，最终获取得到更准确的磁罗盘测量数据。

基于此，通过获取无人机静置工况下的油门大小与磁罗盘测量数据的对应关系，构建得到相应的磁罗盘数值补偿模型，从而在实际飞行中能够根据该磁罗盘数值补偿模型补偿电池产生磁场对磁罗盘读数的影响，有效提高了磁罗盘的干扰补偿计算效率。

在一些可能的实施例中，由于最小二乘法具有较快的收敛速度，可以采用最小二乘法对测量数据集进行多项式拟合。

需要说明的是，磁罗盘测量数据可以分为x、y、z三轴测量数据，相应地，根据三轴测量数据分别进行拟合可以获取得到x、y、z三个方向对应的磁罗盘数值补偿模型，进而分别从x、y、z三个方向上对磁罗盘测量数值进行补偿处理。具体地，下面以油门-磁罗盘z轴测量值为例对补偿模型的计算进行说明（x、y两个方向的计算方式同理）：

令油门为自变量

对于步骤S1采集到的测量数据集：{(

最小二乘法的目标是最小化残差平方和（即实际观测值与模型预测值之间的差异的平方和），表示为：

在这个公式中，每个数据点的残差为

最小二乘法通过优化模型（函数）的参数，以最小化预测值与实际观测值之间的差距，从而得到一个能够较好地拟合数据的模型。

需要说明的是，对于数据拟合过程还可以采用更高次数的多项式进行拟合，在此不做限定，只要能够得到数据点与输出关系和趋势的函数均可，比如三次多项式，则相应的拟合参数为[

在一些可能的实施例中，基于测量数据集进行多项式拟合，并基于拟合结果构建与无人机对应的磁罗盘数值补偿模型，可以包括：

基于测量数据集进行多项式拟合，得到油门大小与磁罗盘测量值的第一拟合函数；

基于第一拟合函数获取对应于测量数据集的磁罗盘预测值集合；

根据磁罗盘预测值集合以及测量数据集的各个磁罗盘测量值计算第一拟合函数的拟合优度指标；

若判断拟合优度指标大于预设的阈值，则基于拟合得到的第一拟合函数构建与无人机对应的磁罗盘数值补偿模型。

需要说明的是，为了确保磁罗盘数值补偿模型的可用性，需要首先对补偿模型进行相关性和有效性判定。对于相关性的判断，可以计算拟合函数的拟合优度指标，当拟合优度指标大于预设阈值时，才认为其拟合结果具有统计学意义，拟合函数才会被采用，从而保证了补偿结果的可靠性和准确性。

具体地，可以通过

其中，

作为举例，预设的阈值可以设为0.8，也就是说，当计算得到

残差平方和

其中，

总平方和

其中，

需要说明的是，虽然

在一些可能的实施例中，基于测量数据集构建与无人机对应的磁罗盘数值补偿模型，包括：

确定采集测量数据集对应的目标区域，并根据预设的全球地磁模型与目标区域的经纬度信息确定目标区域的地磁场标准模长区间；

若判断对应于测量数据集的磁罗盘测量数值模长均处于地磁标准模长区间之内，则基于测量数据集构建与无人机对应的磁罗盘数值补偿模型。

需要说明的是，构建得到的磁罗盘数值补偿模型需要在一个尽可能去除强磁场干扰的环境中使用，以减少磁罗盘测量数值本身的不确定性对校准结果的影响，因此还需要对补偿模型的有效性进行判断。

在本申请实施例中，对于补偿模型有效性的判断，在已知校准地（需要进行干扰补偿的目标区域）经纬度和全球地磁模型的情况下，可以根据磁罗盘测量数值模长与地磁场标准模长之间的差值来判断补偿模型是否适用。可以理解的是，模长即向量的大小或长度，在本申请实施例中用于表示磁场强度，可以通过磁罗盘测量数值计算得到。具体地，可以首先确定目标区域的地磁场标准模长区间，若获取到的磁罗盘测量数值模长处于该地磁场标准模长区间内，则说明补偿模型有效；若存在磁罗盘测量数值模长明显超出该地磁场标准模长区间的情况，则说明补偿模型无效。

请参考图2，图2示出了本申请的一些实施例提供的磁罗盘的干扰补偿装置的组成框图。应理解，该磁罗盘的干扰补偿装置与上述图1方法实施例对应，能够执行上述方法实施例涉及的各个步骤，该磁罗盘的干扰补偿装置的具体功能可以参见上文中的描述，为避免重复，此处适当省略详细描述。

图2的磁罗盘的干扰补偿装置包括至少一个能以软件或固件的形式存储于存储器中或固化在磁罗盘的干扰补偿装置中的软件功能模块，该磁罗盘的干扰补偿装置包括：

数据获取模块210，用于获取无人机在静置工况下的测量数据集；其中，测量数据集记录有不同油门大小及其对应的磁罗盘测量值；

模型构建模块220，用于基于测量数据集构建与无人机对应的磁罗盘数值补偿模型；

补偿获取模块230，用于基于磁罗盘数值补偿模型，获取与无人机的当前油门大小对应的补偿数值；

数值补偿模块240，用于基于补偿数值对当前的磁罗盘原始测量值进行补偿处理。

可以理解的是上述装置项实施例，是与本发明方法项实施例相对应的，本发明实施例提供的一种磁罗盘的干扰补偿装置，可以实现本发明任意一项方法项实施例提供的磁罗盘的干扰补偿方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。

如图3所示，本申请的一些实施例提供一种电子设备300，该电子设备300包括：存储器310、处理器320以及存储在存储器310上并可在处理器320上运行的计算机程序，其中，处理器320通过总线330从存储器310读取程序并执行所述程序时可实现如上述磁罗盘的干扰补偿方法包括的任意实施例的方法。

处理器320可以处理数字信号，可以包括各种计算结构。例如复杂指令集计算机结构、结构精简指令集计算机结构或者一种实行多种指令集组合的结构。在一些示例中，处理器320可以是微处理器。

存储器310可以用于存储由处理器320执行的指令或指令执行过程中相关的数据。这些指令和/或数据可以包括代码，用于实现本申请实施例描述的一个或多个模块的一些功能或者全部功能。本公开实施例的处理器320可以用于执行存储器310中的指令以实现上述所示的方法。存储器310包括动态随机存取存储器、静态随机存取存储器、闪存、光存储器或其它本领域技术人员所熟知的存储器。

本申请的一些实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行方法实施例所述的方法。

本申请的一些实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行方法实施例所述的方法。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。