專利名稱：方位感測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有方位感測(cè)系統(tǒng)的電子裝置，該方位感測(cè)系統(tǒng)包 括感測(cè)加速度的第一傳感器和感測(cè)磁場(chǎng)的第二傳感器。該方位感測(cè)系 統(tǒng)包括校準(zhǔn)系統(tǒng)。例如，該裝置是諸如移動(dòng)電話、掌上電腦、個(gè)人數(shù) 字助理之類的電子移動(dòng)裝置，或是用于陸上交通工具、船、飛機(jī)的獨(dú) 立的電子導(dǎo)航裝置等。本發(fā)明還涉及校準(zhǔn)這種系統(tǒng)的方法以及在微處 理器上執(zhí)行這種方法的軟件。
背景技術(shù)：
為了補(bǔ)償偏移、比例因子偏差、定位公差和磁性材料的影響， 對(duì)羅盤磁力計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。這種補(bǔ)償減小了計(jì)算出來的該裝置的方位中 的誤差。上述的影響，特別是磁性材料的影響，會(huì)隨著時(shí)間變化。通 常，在更換電池、在車上使用、或在暴露于強(qiáng)磁場(chǎng)之后需要再次校準(zhǔn)。 自動(dòng)校準(zhǔn)還可以用來代替一次性的工廠校準(zhǔn)，從而節(jié)省生產(chǎn)成本。
WO 02/46693公開了 一種對(duì)電子羅盤中的被測(cè)磁場(chǎng)值中的磁誤 差進(jìn)行數(shù)值補(bǔ)償以確定該羅盤的方位的三軸代數(shù)模型。這種模型基于 一些物理原理，并采用有助于》J4H嘗所需的參省進(jìn)行計(jì)算的線性代數(shù) 方法。在電子羅盤的校準(zhǔn)過程中，在多種方位和方位角的組合中的每 一種組合上的三個(gè)軸上的測(cè)量磁場(chǎng)和重力場(chǎng)。這組測(cè)得的磁場(chǎng)和重力 場(chǎng)被用來釆用方程組來計(jì)算矩陣補(bǔ)償系數(shù)和向量補(bǔ)償系數(shù)。這些補(bǔ)償 系數(shù)被存儲(chǔ)，然后在電子羅盤的正常工作過程中被用來校正所有隨后 測(cè)得的磁力計(jì)數(shù)據(jù)，以獲得地球磁場(chǎng)的校正值，根據(jù)這些校正值可以 計(jì)算正確的方位角。
WO 02/46693公開了一種用于3D磁力計(jì)的自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，該技 術(shù)不再需要獨(dú)立的航向校準(zhǔn)。羅盤具有3D加速計(jì)，在校準(zhǔn)過程中必 須保持在至少12個(gè)不同的在空間上大致均勻分布的定位上。這種已知技術(shù)局限于3D磁力計(jì)和3D加速計(jì)的組合。不能應(yīng)用于一個(gè)或兩 個(gè)傳感器只是2D的情況下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，該技術(shù)可以用于 2D或3D磁力計(jì)和2D或3D加速計(jì)的任意組合。
為了達(dá)成此目的，發(fā)明人提出了一種電子裝置，該電子裝置具 有用于在該裝置的操作應(yīng)用中確定該裝置方位的方位感測(cè)系統(tǒng)。該方 位感測(cè)系統(tǒng)包括第一傳感器和第二傳感器，第一傳感器用于提供表示 感測(cè)到的磁場(chǎng)向量的第一 向量，該感測(cè)到的磁場(chǎng)向量包括地磁場(chǎng)向 量，第二傳感器用于提供表示感測(cè)到的加速度向量的第二向量，該感 測(cè)到的加速度向量包括重力場(chǎng)向量。該方位感測(cè)系統(tǒng)還包括校準(zhǔn)裝 置，該校準(zhǔn)裝置耦接至第一傳感器和第二傳感器，并可操作來校準(zhǔn)該 感測(cè)系統(tǒng)以用于操作應(yīng)用。該校準(zhǔn)裝置采用第二向量來約束要確定的 地磁場(chǎng)向量在該裝置的多個(gè)方位的相應(yīng)方位上的相應(yīng)向量的可能方 向的范圍。該校準(zhǔn)裝置可以操作來數(shù)值地求解一個(gè)包括表示第一向量 的第一種量和表示第二向量的第二種量的方程組。對(duì)于每個(gè)第--種 量，該方程組包括對(duì)應(yīng)的方程(102)，見圖1，方程(102)包括等 價(jià)于參數(shù)矩陣與相應(yīng)的地磁場(chǎng)向量的矩陣乘法的項(xiàng)。
磁力計(jì)的輸出信號(hào)是一個(gè)取決于地磁場(chǎng)向量的向量。這種對(duì)地 磁場(chǎng)向量的依賴關(guān)系由作為具有地磁場(chǎng)向量的矩陣的乘積的項(xiàng)來表 示。地磁場(chǎng)向量是一個(gè)3D向量。WO 02/46693中的技術(shù)依靠采用這 個(gè)矩陣的逆矩陣，因此，該矩陣通常需要是3x3的方形矩陣。于是， WO 02/46693中的技術(shù)局限于采用3D磁力計(jì)。而且，WO 02/46693 采用3D加速計(jì)。因此，這種已知的方法不能應(yīng)用于采用2D磁力計(jì) 禾口/或2D加速計(jì)的配置。在本發(fā)明中，采用表示按照矩陣變換的3D 地磁場(chǎng)向量的磁力計(jì)輸出向量的方程不局限于3D磁力計(jì)和3D加速 計(jì)配置。本發(fā)明能夠采用2D或3D磁力計(jì)與2D或3D加速計(jì)的不同 組合。
如果采用了 3D磁力計(jì)和3D加速計(jì)，則對(duì)方程組進(jìn)行數(shù)值求解，
8對(duì)于每個(gè)方位，該方程組包括具有等價(jià)于參數(shù)矩陣與地磁場(chǎng)向量的矩 陣乘法的項(xiàng)的向量方程。該方程組還包括每個(gè)方位的標(biāo)量方程，表示 在獨(dú)立于方位感測(cè)系統(tǒng)的方位的意義上，地磁場(chǎng)在執(zhí)行測(cè)量的位置上 是恒定的事實(shí)。該方程組還包括每個(gè)方位的標(biāo)量方程，表示地磁場(chǎng)向 量和重力向量的點(diǎn)積在測(cè)量位置上獨(dú)立于方位的事實(shí)。為了求解該方 程組，至少需要7個(gè)不同的方位來求得補(bǔ)償所需的校準(zhǔn)參數(shù)值。
對(duì)于2D磁力計(jì)和3D加速計(jì)的組合，采用與上文討論過的3D/3D 配置中的方程組類似的方程組?，F(xiàn)在，需要至少9個(gè)不同的方位。
對(duì)于涉及2D或3D磁力計(jì)和2D加速計(jì)的組合，用包含矩陣變 換來將3D重力向量映射到其2D表示上的向量方程以及表示重力向 量的幅度在測(cè)量位置上獨(dú)立于方位的標(biāo)量方程來展開該方程組。在 3D磁力計(jì)和2D加速計(jì)的配置中，至少需要7個(gè)不同的方位來得到 這些校準(zhǔn)參數(shù)。在2D/2D配置中，至少需要9個(gè)不同的方位。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一種量中的每一個(gè)都是第一傳感 器所提供的多個(gè)第一向量的平均值。這種平均消除了振動(dòng)影響，從而
提咼了精度o
在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)第二種量是第二傳感器所提供的多個(gè) 第二向量的平均值。這種平均同樣消除了振動(dòng)影響，并從而提高了精 度。
在又一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)被考慮用于產(chǎn)生作為第一向量的特定 向量的第一平均值和產(chǎn)生作為第二向量的特定向量的第二平均值的 第二種量的相應(yīng)特定量，校準(zhǔn)裝置可操作地排除一個(gè)專門的第一向量
和一個(gè)實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的特定的第二向量，而且，如果特定的第一向量偏離 特定的第一向量的第一平均值的運(yùn)行版本的向量距離超過了第一閾 值，或者如果特定的第二向量偏離特定的第二向量的第二平均值的運(yùn) 行版本的向量距離超過了第二閾值，則停止產(chǎn)生特定的第一種量和停 止產(chǎn)生相應(yīng)的特定第二種量。
因此，只要第一傳感器或第二傳感器提供的采樣偏離目前建立 的運(yùn)行平均的距離超過了某個(gè)距離，就停止產(chǎn)生第一和/或第二向量 的平均值。如果根據(jù)小于某一最小量采樣的采樣產(chǎn)生了平均值，則丟棄這個(gè)平均值。這種方法減小了動(dòng)態(tài)方位改變和機(jī)械振動(dòng)對(duì)采集到的 數(shù)據(jù)的完整性的影響。
在又一個(gè)實(shí)施例中，如果特定的第二種量的大小偏離另一個(gè)預(yù) 定值超過了另一個(gè)閾值，則從要求解的方程組中排除一個(gè)特定的第一 種量和一個(gè)實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的特定的第二種量。
假定第二種量的大小表示重力的標(biāo)稱大小D如果第二種量的大 小偏離了標(biāo)稱大小，則該裝置受到了除重力之外的加速度的作用。第 二種量表示在某一時(shí)間間隔中該裝置經(jīng)歷的平均加速度的測(cè)量結(jié)果。 如果該裝置相對(duì)于地球保持靜止，或者在恒定的方向上勻速運(yùn)動(dòng)，則 感測(cè)到的加速度只是重力的良好表示。如果該裝置加速，則感測(cè)到的 合成加速度不表示重力。因此，求解方程組并從而得到校準(zhǔn)參數(shù)的計(jì) 算不再有效。那么，測(cè)量結(jié)果的條件排除保持了采集到的數(shù)據(jù)的完整 性。
在又一個(gè)實(shí)施例中，如果一方面在單個(gè)第一種量或單個(gè)第二種 量與另一方面包含在要求解的方程組中的第一或第二種量的其他量 之間的測(cè)量不一致小于又一個(gè)閾值，則從要求解的方程組中排除單個(gè) 的第一種量和單個(gè)的實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的第二種量。
如果包含在方程組中的第一 (或第二)種量相距彼此的距離超 過了某一距離，則會(huì)提髙校準(zhǔn)參數(shù)的精度。也就是說，它們各自的向 量空間中的同一小區(qū)域中的各個(gè)量沒有聚集(clustering)。聚集會(huì)導(dǎo) 致方程組近似奇異。
例如，可以在該裝置是手持或移動(dòng)型裝置的情況下，當(dāng)更換了 電池時(shí)偶爾操作校準(zhǔn)裝置?？商鎿Q地，在操作應(yīng)用中可以操作校準(zhǔn)裝 置作為后臺(tái)處理。
在又一個(gè)實(shí)施例中，第一傳感器包括2D磁力計(jì)；第二傳感器包 括3D加速計(jì)。在上文已經(jīng)簡(jiǎn)要地討論了這種配置。它的優(yōu)點(diǎn)在于較 低的實(shí)施成本。
本發(fā)明的上述實(shí)施例涉及一種實(shí)體裝置。以對(duì)方位感測(cè)系統(tǒng)進(jìn) 行校準(zhǔn)的方法的形式出現(xiàn)的本發(fā)明在商業(yè)上也是有吸引力的，并涉及 利用微處理器執(zhí)行這種方法的軟件。
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通過示例，參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋，其中
圖1、 3、 5和6給出了說明本發(fā)明的校準(zhǔn)過程的數(shù)學(xué)方程；
圖2是示出了與本發(fā)明的裝置相關(guān)的磁向量和重力向量的示圖4是本發(fā)明的校準(zhǔn)過程中的相關(guān)步驟的示圖7是本發(fā)明的裝置的框圖。
在這些圖中，用相同的附圖標(biāo)號(hào)或標(biāo)記來表示相似或?qū)?yīng)的特 征。在說明書中，用粗體字表示向量和矩陣量。
具體實(shí)施例方式
電子羅盤中的磁力計(jì)用來測(cè)量地磁場(chǎng)向量的那些分量。不過， 磁力計(jì)周圍的鐵材料會(huì)影響磁力計(jì)所測(cè)量的磁場(chǎng)。如果不知道這些材 料如何影響來自磁力計(jì)的測(cè)量結(jié)果，則羅盤的方位或航向角輸出不準(zhǔn) 確。需要進(jìn)行校準(zhǔn)來補(bǔ)償鐵材料對(duì)被測(cè)場(chǎng)的影響，以保持精度。
磁力計(jì)提供輸出信號(hào)向量MM，對(duì)于3D (三維)磁力計(jì)而言， 這是一個(gè)3D向量，對(duì)于2D磁力計(jì)而言，這是一個(gè)2D向量。向量 MM涉及相對(duì)于固定到羅盤的坐標(biāo)系而參照的3D地磁場(chǎng)向量$。上 標(biāo)c表示"全集"(拉丁語"體")。向量MM的表達(dá)式由圖1中的線 性矩陣方程(102)給出。對(duì)于3D磁力計(jì)而言，量SF^m是一個(gè)3x3 的比例因子矩陣，對(duì)2D磁力計(jì)而言，量SF^m是一個(gè)2x3的比例因 子矩陣。對(duì)于3D磁力計(jì)而言，量Pmm是3D偏移向量，對(duì)于2D磁 力計(jì)而言，量Pmm是2D偏移向量。偏移向量PMM是磁力計(jì)偏移和固 定在磁力計(jì)附近的硬磁材料的結(jié)果。硬磁材料是諸如永磁鐵之類的具 有它們自己的永久磁場(chǎng)的材料。比例因子矩陣SF^m說明磁力計(jì)傳感 器軸相對(duì)于上文所參照的固定坐標(biāo)系的靈敏性和(錯(cuò)誤)方位，而且 還說明磁力計(jì)周圍的軟磁性材料對(duì)地球磁場(chǎng)的局部強(qiáng)度和方向的影 響。
地磁場(chǎng)向量eB在給定位置具有恒定的大小。被測(cè)的向量$的 方向表示羅盤相對(duì)于地球磁場(chǎng)的方位。向量eB可以在體坐標(biāo)系中假定所有可能的方向。理想上，3D空間中相應(yīng)的3D MM向量的坐標(biāo) 位于橢球的表面上。類似地，2D空間中相應(yīng)的2D MM向量的坐標(biāo) 位于橢圓所界定的閉合區(qū)域中。
在通常的現(xiàn)有技術(shù)方法中，假定在操作應(yīng)用中羅盤只繞同一單 個(gè)軸旋轉(zhuǎn)(通常是對(duì)應(yīng)于方位角旋轉(zhuǎn)的垂直軸)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的方向 由單位長(zhǎng)度向量^1表示。向量CB也被限制到繞軸eQ的旋轉(zhuǎn)。換句 話說，對(duì)于向量eB的方向而言只有一個(gè)自由度。因此，對(duì)應(yīng)的2D MM 向量終止在2D空間的橢圓上。圖1中的方程104表明向量eB可以 被表示為平行于旋轉(zhuǎn)軸eQ的第一恒定分量eB 和垂直于旋轉(zhuǎn)軸eft的 第二恒定長(zhǎng)度分量^丄之和。第二分量的平方長(zhǎng)度由圖1中的方程106 給出。向量eB被假定為只繞具有單位向量eQ的軸旋轉(zhuǎn)的約束條件 被用來以方程(108)表示向量^。在表達(dá)式(108)中，向量^,表
示固定到羅盤機(jī)構(gòu)上的坐標(biāo)系的X軸。假定向量eft不平行于向量CCx，
角度a表示向量力1繞旋轉(zhuǎn)軸eJl旋轉(zhuǎn)離開向量^xCq的角度。這個(gè) 角度a表示被測(cè)向量^的單個(gè)自由度。為了以圖形方式表示這些向 量，見圖2，其中，部件202指的是固態(tài)羅盤的結(jié)構(gòu)。
將方程108代入方程102給出了表達(dá)式302。表達(dá)式302示出了 平行分量CBn在磁力計(jì)輸出信號(hào)向量MM中產(chǎn)生了其他的偏移，并示 出了垂直分量^Bi產(chǎn)生了取決于角度a的可變影響。
2D磁力計(jì)的自動(dòng)校準(zhǔn)的目標(biāo)在于確定由表達(dá)式304給出的2x2 復(fù)合矩陣的四個(gè)系數(shù)以及表達(dá)式306的復(fù)合偏移向量的兩個(gè)分量的 系數(shù)。如果角度a的范圍為0到2兀，則方程302的向量MM描述了 2D平面上的一個(gè)橢圓。通常，2D平面上的橢圓由五個(gè)獨(dú)立的參數(shù)來 描述兩個(gè)軸的長(zhǎng)度、表示它的軸相對(duì)于參考坐標(biāo)系的方位的角度、 它距參考坐標(biāo)系原點(diǎn)的2D偏移。因此，如果在角度a的不同(未知) 值對(duì)向量MM得到了至少五個(gè)測(cè)量結(jié)果，則可以將橢圓的五個(gè)參數(shù) 擬合到這些測(cè)量結(jié)果。不過，唯一地描述了擬合的橢圓的五個(gè)參數(shù)不 足以確定校準(zhǔn)模型的六個(gè)獨(dú)立參數(shù)(2x2矩陣的四個(gè)參數(shù)加上偏移向 量的兩個(gè)參數(shù))。偏移向量自身可以被唯一地確定為擬合橢圓的中心。 2x2矩陣的四個(gè)系數(shù)不能被唯一地確定。為了確定2x2矩陣的四個(gè)系數(shù)，五個(gè)測(cè)量結(jié)果中的至少一個(gè)的角度a的值必須已知。這個(gè)最后步
驟被稱為"航向校準(zhǔn)"，而且必須由用戶(人工地)執(zhí)行，例如，通過 將羅盤放在已知的參考方位中。這個(gè)航向校準(zhǔn)步驟對(duì)用戶而言是非常
不現(xiàn)實(shí)的不能指望用戶知道正確的參考方位(這是用戶需要羅盤的 原因)。而且，在校準(zhǔn)過程(以及正常使用)過程中羅盤需要在單個(gè) 平面上旋轉(zhuǎn)的事實(shí)也是極度不方便的，特別是對(duì)于手持移動(dòng)裝置。在 下列專利文件中給出了這種類型的校準(zhǔn)示例，并通過引用將所有這些 專利并入本文美國專利申請(qǐng)公開2004/0267505 、美國專利 4,953,305 、美國專利5,644,851 、美國專利6,047,237、美國專利 6,173,501、美國專利6,192,315、美國專利6,301,794。
如果磁力計(jì)具有3D功能，則可用的羅盤方位不局限于繞單個(gè)軸 旋轉(zhuǎn)。那么，3D磁力計(jì)的自動(dòng)校準(zhǔn)也不局限于單個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。如果地 磁場(chǎng)向量eB出現(xiàn)變化，則向量MM描述了位于3D空間中的橢球表 面上的路徑。橢球的主軸由3x3矩陣SFmm摘定，而它的中心被相對(duì) 于參考坐標(biāo)系偏移了 3D向量卩mm。 3D磁力計(jì)的自動(dòng)校準(zhǔn)現(xiàn)在的目 標(biāo)是確定3x3矩陣SF^m的九個(gè)系數(shù)和向量Pmm的三個(gè)分量。通常， 橢球由九個(gè)參數(shù)唯一地確定三個(gè)軸的長(zhǎng)度、表示它的方位相對(duì)于參 考坐標(biāo)系的三個(gè)角度、以及確定相對(duì)于參考坐標(biāo)系的橢球中心的3D 偏移向量的三個(gè)分量。因此，為了能夠唯一地將橢球的這些參數(shù)擬合 為測(cè)量結(jié)果，至少需要向量MM的九個(gè)不同的測(cè)量。不過，擬合的 橢球的九個(gè)參數(shù)不足以唯一地確定校準(zhǔn)模型的十二個(gè)參數(shù)3x3矩陣 SFmm的九個(gè)系數(shù)和偏移向量(3mm的三個(gè)分量?？梢晕ㄒ坏卮_定橢球 中心的坐標(biāo)，即偏移向量Pmm。不過，采用描述橢球的剩下的六個(gè)參 數(shù)不能唯一地確定矩陣SF^m的九個(gè)系數(shù)?，F(xiàn)在，為了確定矩陣SFMM 的系數(shù)，對(duì)于至少九個(gè)MM測(cè)量結(jié)果的至少兩個(gè)，必須知道向量3 的相應(yīng)方向。于是，和2D情況相同，用戶通過將羅盤放置在兩個(gè)己 知的參考方位上，來執(zhí)行航向校準(zhǔn)的這個(gè)麻煩步驟。
參照上文的背景技術(shù)部分，WO 02/46693公開了一種用于3D磁 力計(jì)的自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，這種技術(shù)不需要單獨(dú)的航向校準(zhǔn)。該技術(shù)基于 采用3D重力傳感器(或3D加速計(jì))，這種傳感器提供了用于校準(zhǔn)磁力計(jì)的參考方向。這種羅盤必須保持在至少十二個(gè)不同的方位上， 這十二個(gè)方位在空間上大致均分分布。這種己知技術(shù)局限于3D磁力 計(jì)和3D加速計(jì)的組合，不能應(yīng)用于一個(gè)或兩個(gè)傳感器只是2D的情 況下。
在方位感測(cè)系統(tǒng)和傾斜補(bǔ)償羅盤中，增加一個(gè)加速計(jì)來測(cè)量地
球重力加速度的方向eg。在可以從測(cè)量結(jié)果中得到^和eg的情況下，
通過計(jì)算圖3的方程(308)中給出的地磁參考坐標(biāo)系統(tǒng)的參考軸(東、 北、上)，可以確定羅盤的方位。根據(jù)這些量，可以計(jì)算其他的量， 例如羅盤的傾斜補(bǔ)償航向角。
在WO 02/46693中公開了還可以將通過加速計(jì)得到的eg的方向 的測(cè)量結(jié)果用作磁力計(jì)模型的所有參數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)的參考方向。這是
因?yàn)閷?duì)于地球上的給定位置，向量^和、之間的角度是恒定的。從
而，對(duì)于向量MM的每個(gè)特定的測(cè)量結(jié)果，知道eg的方向，就將相 應(yīng)的未知向量eB的可能方向限制在位于具有平行于eg的軸的錐表面 并與錐頂相交的那些方向上。這種自動(dòng)校準(zhǔn)方法使用戶不再需要執(zhí)行 航向校準(zhǔn)步驟。羅盤成了完全自校準(zhǔn)的。
在WO 02/46693中公開的技術(shù)完全著眼于3D磁力計(jì)和3D加速 計(jì)的結(jié)合。2D磁力計(jì)具有關(guān)于相對(duì)于3D磁力計(jì)的(例如)成本優(yōu) 勢(shì)。不過，這種已知技術(shù)并不適用于2D磁力計(jì)。
發(fā)明人現(xiàn)在提出了一種可替換的方法，該方法適用于對(duì)2D磁力 計(jì)和3D磁力計(jì)的磁力計(jì)模型參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。而且，還與已知技 術(shù)不同的是，除了用于3D磁力計(jì)，本發(fā)明中的方法還可以用于2D 磁力計(jì)。另外，根據(jù)本發(fā)明的可替換方法放寬了對(duì)必須對(duì)其進(jìn)行采樣 來校準(zhǔn)系統(tǒng)的方位的數(shù)量和空間分布的要求。
WO 02/46693的已知方法需要最少十二個(gè)、優(yōu)選十六個(gè)不同的 必須幾乎均勻分布的方位，來得到最初的線性擬合過程的良好的收斂 性。將本發(fā)明的方法適用于具有3D磁力計(jì)和3D加速計(jì)的羅盤，校 準(zhǔn)所需的方位的最小數(shù)量減少到7個(gè)或優(yōu)選的10個(gè)，只要方位沒有 聚集，它們的分布就不重要。這使得可以在沒有用戶主動(dòng)介入的情況 下采用本發(fā)明的方法。由于算法能夠在羅盤的操作應(yīng)用中的后臺(tái)處理中采集相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)，這極大地促進(jìn)了用戶友好性。
圖4是過程400的示圖，該示圖列出了根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)校準(zhǔn) 方法的主要步驟。過程400基于傳感器數(shù)據(jù)向量的采集樣本，每個(gè)向 量均包括所有的傳感器通道。每個(gè)被采樣的傳感器數(shù)據(jù)向量的每個(gè)分 量均表示該傳感器的輸出信號(hào)，這些輸出信號(hào)表示各個(gè)傳感器通道在 特定時(shí)刻采集的 和eg分量。對(duì)不同連續(xù)時(shí)刻采集的樣本求平均。 產(chǎn)生足夠量的平均樣本，以便能夠執(zhí)行擬合算法，來確定比例因子矩 陣SFmm和偏移向量Pmm的參數(shù)。
在步驟401開始這個(gè)過程。采集樣本的數(shù)量被設(shè)置為0。平均向 量組的大小設(shè)置為O。異常標(biāo)志位設(shè)置為"false"。采集標(biāo)志位設(shè)置 為"false"。從備份中重新得到當(dāng)前的參數(shù)。當(dāng)采集樣本時(shí)，在歩驟 402確定是否己經(jīng)采集了足夠的樣本來確定有意義的平均值。如果還 沒有得到足夠的樣本，則在步驟404檢索下一個(gè)樣本。在步驟406， 確定在羅盤在方位和加速方面有重大變化的時(shí)段內(nèi)是否得到了最近 的樣本。例如，確定羅盤是否有不希望的運(yùn)動(dòng)的方法如下。比較來自
每個(gè)傳感器通道的數(shù)據(jù)與在每個(gè)新的采樣時(shí)刻該通道的運(yùn)動(dòng)平均值。 如果對(duì)任何一個(gè)傳感器通道所獲得的當(dāng)前采樣對(duì)該通道的運(yùn)動(dòng)平均 值的偏離量大于預(yù)定的閾值，則可以得出該羅盤已經(jīng)經(jīng)歷了有效運(yùn) 動(dòng)。如果偏離量小于閾值，則在步驟408更新該運(yùn)動(dòng)平均值傳感器向 量，以使之包括新的樣本，過程400返回到步驟402來確定是否必須 下一個(gè)樣本。
如果在步驟406確定了在采樣時(shí)存在不期望的運(yùn)動(dòng)，則過程400 進(jìn)行到步驟409，其中，當(dāng)前采樣被丟棄。在步驟410，確定了目前 采集的樣本數(shù)是否已經(jīng)高于預(yù)定的最小值。如果樣本數(shù)低于最小值， 則過程400進(jìn)行到步驟411,其中，復(fù)位用于存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)平均的寄存器， 表示樣本數(shù)的變量被復(fù)位為零，然后，過程400返回步驟402。如果 采集的樣本數(shù)高于最小值，則過程400進(jìn)行到步驟412，其中，當(dāng)時(shí) 的運(yùn)動(dòng)平均值變成了確定的平均值。類似地，如果在步驟402判定己 經(jīng)采集了足夠的樣本數(shù)來得到有意義的平均值，則過程400進(jìn)行到步 驟412。在步驟413，對(duì)用于存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)平均值的寄存器進(jìn)行復(fù)位，使之能
夠開始計(jì)算下一個(gè)平均。在步驟414，確定明確的平均加速度向量的幅
度是否足夠接近重力向量的(歸一化)幅度。如果有足夠大的差異，
則在步驟415丟棄該平均值，過程400返回步驟402。如果測(cè)得的加速 度是可以接受的，則過程400進(jìn)行到步驟416，其中，確定平均向量是 否與磁力計(jì)校準(zhǔn)模型的當(dāng)前參數(shù)組一致。如果一致性不足，則在步驟 417中將異常標(biāo)志位設(shè)置為"true"，將采集標(biāo)志位設(shè)置為"true"。異常標(biāo) 志位表示最近的平均向量與當(dāng)前用來補(bǔ)償磁力計(jì)讀數(shù)的參數(shù)設(shè)置是否 一致?？蛇x地，可以采用異常標(biāo)志位的"false"值來在步驟418確認(rèn)本發(fā) 明的電子羅盤的用戶界面(未示出)上所提供的結(jié)果的可靠性。將采 集標(biāo)志位設(shè)置為"tme"是開始采集平均向量的觸發(fā)。也就是說，在已經(jīng) 檢測(cè)到第一異常之后開始產(chǎn)生一組平均向量。 一旦開始產(chǎn)生，可以增 加剛好與當(dāng)前設(shè)置一致的向量。在步驟419確定采集標(biāo)志位是否為 tme。如果不為tme，則在步驟420中丟棄確定的平均傳感器數(shù)據(jù)向量， 過程返回到步驟402。
如果采集標(biāo)志位為true，則在步驟421確定平均傳感器數(shù)據(jù)向量 是否與之前采集的所有其他的平均傳感器數(shù)據(jù)向量充分不同。例如， 通過確定它到每個(gè)之前采集的平均向量的距離是否足夠大，可以進(jìn)行 這個(gè)操作。如果距離足夠大，則在步驟422中將當(dāng)前平均傳感器數(shù)據(jù) 向量加到之前采集的平均傳感器數(shù)據(jù)向量的組中，并遞增變量"組大 小"。否則，在步驟423中丟棄平均傳感器數(shù)據(jù)，因此，過程400返回 步驟402?？梢杂煤芏喾绞絹肀硎具@個(gè)距離，例如，在維度等于傳感器 通道數(shù)的空間中測(cè)得的歐幾里德距離。例如，在某個(gè)傳感器軸的可靠 性比其他的軸差(噪聲多)的時(shí)候，可以將加權(quán)因子應(yīng)用于這些被比 較的向量的單個(gè)分量。還可以分別地對(duì)磁力計(jì)信號(hào)向量和加速計(jì)信號(hào) 向量確定這些距離。接受的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是這些距離中的各個(gè)距離大于各 自的某個(gè)閾值。
在步驟426中，確定這樣采集的平均向量組是否包含足夠數(shù)量 的向量。如果數(shù)量足夠，那么給定平均傳感器數(shù)據(jù)向量的組，在步驟 428中執(zhí)行擬合程序，來確定一個(gè)新的磁力計(jì)模型參數(shù)組。在步驟430
16中，確定擬合程序是否收斂于余數(shù)已經(jīng)變得小到足夠使被程序處理的 平均向量組自約束。如果程序不收斂，可能是磁異常已經(jīng)在采集平均 向量的過程中發(fā)生了變化。例如，執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)的電子羅盤在鐵物體 周圍停留了一段時(shí)間。這可能暗示程序不會(huì)收斂于與平均向量組的每 個(gè)成分一致的校準(zhǔn)參數(shù)組。在這種情況下，平均向量組被沖洗，變量 "組大小"被復(fù)位為零，在步驟432中恢復(fù)參數(shù)組的備份，而過程400 返回步驟402。不過，收斂(仍然)沒有發(fā)生的其他原因可能是目前 采集到的平均向量組沒有攜帶足夠的信息來使程序真正地收斂于校 準(zhǔn)參數(shù)組。在后一種情況下，在采集其他的平均向量之后可以實(shí)現(xiàn)收 斂。因此，在步驟434首先確定變量"組大小"是否已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定的 最大值。如果是，則過程400進(jìn)行到步驟432。如果不是，則過程400 進(jìn)行到步驟402以采集其他的平均向量。
如果在步驟430確定已經(jīng)出現(xiàn)了收斂，即，余數(shù)小到可以接受， 則過程400進(jìn)行到步驟436，其中，發(fā)布新的用于操作應(yīng)用的校準(zhǔn)參 數(shù)組。在步驟440中，對(duì)當(dāng)前的參數(shù)組進(jìn)行備份，將變量"組大小" 重置為零，將采集標(biāo)志位重置為"false"。只有在步驟438中確定了在 最大數(shù)量的平均向量的情況下是否已經(jīng)出現(xiàn)收斂之后才進(jìn)行這項(xiàng)操 作。這保證了備份的參數(shù)組的可靠性。如果還沒有達(dá)到最大數(shù)量的平 均向量，則在過程400返回步驟402時(shí)繼續(xù)采集平均向量。
例如，收斂測(cè)試包括計(jì)算(例如)均方根擬合殘差以及測(cè)試它 是否小于預(yù)定的閾值級(jí)別。
過程400的迭代擬合程序不僅涉及磁力計(jì)數(shù)據(jù)向量MMi，還涉 及加速計(jì)數(shù)據(jù)向量AMi，而不是直接計(jì)算不同的傳感器配置的重力向 量egi，其中，2D加速計(jì)與2D或3D磁力計(jì)結(jié)合使用。為了達(dá)到此 目的，方程502給出了包含被(2D或3D)加速計(jì)測(cè)量的向量eg的 表達(dá)式，方程502具有等價(jià)于表達(dá)式102的結(jié)構(gòu)。這里，量SFam是 比例因子矩陣(說明相對(duì)于結(jié)構(gòu)坐標(biāo)軸的方位的靈敏性和精度)，pAM
是偏移向量。假定SFam和卩am均是通過工廠校準(zhǔn)過程確定的。作為 這個(gè)過程的一部分，選擇標(biāo)定SFAM，使得將向量eg的長(zhǎng)度置為一。 現(xiàn)在，考慮從羅盤的第i個(gè)方位的測(cè)量結(jié)果MMi和AMi中獲得的信息。根據(jù)傳感器配置(2D或3D磁力計(jì)、加速計(jì))，對(duì)每個(gè)方 位i獲得介于四個(gè)和六個(gè)不同的標(biāo)量信號(hào)之間的采樣(即，四到六維 傳感器數(shù)據(jù)向量)。由于每個(gè)方位i具有事先并不知道的三個(gè)自由度， 同樣引入了三個(gè)未知的參數(shù)。這意味著每個(gè)其他方位的四到六維傳感 器數(shù)據(jù)向量能夠確定一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)原始未知參數(shù)的值。不過，在 3D加速計(jì)的情況下，加速計(jì)提供的數(shù)據(jù)向量能夠確定只有兩個(gè)方向 的自由度(向量eg的方向)。因而，每個(gè)其他方位的四到六維傳感 器數(shù)據(jù)向量能夠確定一個(gè)或兩個(gè)原始未知參數(shù)的值。
在下文中，詳細(xì)地討論了各種采用2D或3D磁力計(jì)和2D或3D 加速計(jì)的不同組合的羅盤配置。
第一種配置采用了 3D磁力計(jì)和3D加速計(jì)。在這種情況下，考 慮到磁力計(jì)校準(zhǔn)模型中的十二個(gè)未知參數(shù)，在矩陣SFmm中有九個(gè)未 知的系數(shù)，在向量Pmm中有三個(gè)未知的分量。對(duì)于每個(gè)方位i，直接 根據(jù)作為方程(502)的逆反函數(shù)的方程(504)得到向量egi。磁力
計(jì)采樣MMi均涉及相應(yīng)的具有三個(gè)未知分量的地磁場(chǎng)向量eBi。對(duì)eBi
已知的是它的大小對(duì)所有的方位i是相同的(在不放棄一般性的情況 下，將向量力i的長(zhǎng)度設(shè)置為一)，它與向量、的點(diǎn)積對(duì)所有的方位 i必須相同。因而，對(duì)于N個(gè)方位(或N個(gè)傳感器數(shù)據(jù)向量)，可以 獲得在圖5中通過參考標(biāo)號(hào)(506)所表示的一組5N個(gè)非線性方程。 點(diǎn)積K被認(rèn)為是另一個(gè)未知(標(biāo)量)常量。從而，在這組5N個(gè)方程 中的未知量的總數(shù)等于13+3N:矩陣SFmm中的九個(gè)未知量，向量卩mm 中的三個(gè)未知量，未知的點(diǎn)積K和N個(gè)不同方位上向量力i的N個(gè) 測(cè)量結(jié)果的3N個(gè)未知量。如果5N〈13+3N，則這組方程具有維度為 13-2N的連續(xù)解析空間。對(duì)于N〉7，解析空間是離散的(維度為0)。 由于方程是非線性的，離散解析的數(shù)量可以大于1。簡(jiǎn)言之，為了能 夠解這個(gè)方程組，需要至少7個(gè)不同的方位的傳感器數(shù)據(jù)向量。N=7 的要求暗示著34個(gè)未知量的35個(gè)標(biāo)量方程。
第二種配置采用3D磁力計(jì)和2D加速計(jì)。與第一種配置不同， SFAM是一個(gè)非方形矩陣，不能通過方程502的逆反函數(shù)直接得到向 量egi。因此，現(xiàn)在測(cè)得的向量￡&是其他的未知量，要解的方程組是在圖5中由參考標(biāo)號(hào)508表示的方程組。現(xiàn)在有13+6N個(gè)未知量， 標(biāo)量方程的數(shù)量等于8N。如果8N〉13+6N，從而，如果N〉7，則 解析空間是離散的。與第一種配置中一樣，為了解這個(gè)方程組，需要 來自至少7個(gè)不同方位的傳感器數(shù)據(jù)向量，對(duì)于N二7，這個(gè)方程組有 具有55個(gè)未知量的56個(gè)方程組成。
第三種配置采用2D磁力計(jì)和3D加速計(jì)?，F(xiàn)在有包含在組合的 矩陣SFmm以及向量Pmm中的8個(gè)未知的原始參數(shù)。點(diǎn)積K是第九 個(gè)位置參數(shù)。與第一種配置類似，可以從方程504中直接得到向量 egl。在圖6中通過參考標(biāo)號(hào)602示出了這組方程的結(jié)果。向量MMi 現(xiàn)在是2D向量。這組方程中的未知量的總量為9+3N，標(biāo)量方程的 數(shù)量為4N。如果4N〉9+3N，這意味著N>9，則可以得到離散解析 空間。于是，為了解方程組602，需要至少9個(gè)不同方位的傳感器數(shù) 據(jù)向量。對(duì)于N^9，方程組602由36個(gè)未知量的36個(gè)標(biāo)量方程組成。
第四種配置采用2D磁力計(jì)和2D加速計(jì)。同樣，有包含在組合 的矩陣SFmm以及向量Pmm中的8個(gè)未知的原始參數(shù)。點(diǎn)積K是第 九個(gè)未知參數(shù)。圖6中的參考標(biāo)號(hào)604給出了要求解的這組方程?，F(xiàn) 在，在7N個(gè)標(biāo)量方程中有總的9+6N個(gè)未知量。如果N〉9，則解析 空間是離散的。對(duì)于Ni，這個(gè)方程組由63個(gè)未知量的63個(gè)方程組 成。
應(yīng)當(dāng)提及的是，在上述所有的四種配置中，方程組是高度稀疏 的，盡管方程組的維度很大。這是因?yàn)橹辉诤苌倭康姆匠讨谐霈F(xiàn)了每
個(gè)未知的向量^i和egi。這種稀疏極大地降低了求解這些方程組的計(jì)
算復(fù)雜度。
求解N個(gè)未知量的N個(gè)非線性方程組是一種多維度求根問題， 這是一種很難的數(shù)值問題。多維度求根的一種已知的基本算法是 Newton-Raphson方法，這是 一 種基于計(jì)算非線性函數(shù)的導(dǎo)出矩陣(雅 可比)和采用迭代過程的算法。Newton-Raphson方法在接近根的時(shí) 候會(huì)快速(二次)收斂，而在遠(yuǎn)離根的時(shí)候也可能非常不可靠。為了 改進(jìn)全局收斂特性，需要實(shí)施一些改進(jìn)(線性搜索)。這些是多維度 求根的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，在本領(lǐng)域是已知的。圖7是本發(fā)明的電子裝置700的框圖。例如，裝置700是諸如 專用導(dǎo)航設(shè)備或移動(dòng)電話或個(gè)人數(shù)字助理之類的手持設(shè)備?？商鎿Q 地，裝置700可以嵌入在(例如)汽車中來在使用汽車的過程中提供 導(dǎo)航幫助。裝置700包括方位感測(cè)系統(tǒng)702，該方位感測(cè)系統(tǒng)702確 定裝置700相對(duì)于地球磁場(chǎng)和重力的方位。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，系統(tǒng) 702具有磁力計(jì)704和加速計(jì)706。系統(tǒng)702還具有校準(zhǔn)裝置708， 該校準(zhǔn)裝置708通過確定使系統(tǒng)700精確確定它的方位所需的參數(shù)值 來對(duì)系統(tǒng)702進(jìn)行校準(zhǔn)。在上文已經(jīng)詳細(xì)地討論了這些校準(zhǔn)過程。校 準(zhǔn)裝置708在存儲(chǔ)器710中存儲(chǔ)相關(guān)的參數(shù)值，以使它們可用于系統(tǒng) 700的操作應(yīng)用。在操作應(yīng)用中，系統(tǒng)700采用這些包括比例因子矩
陣SFmm和偏移向量pmm的系數(shù)的參數(shù)來精確地確定方位。
可以用采用了電子電路的硬件來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)裝置708?？商鎿Q地， 可以用采用了微處理器來執(zhí)行軟件指令的軟件來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)裝置708。 可以用諸如CD、存儲(chǔ)卡或集成電路模塊之類的物理載體上的供應(yīng)者 提供該軟件?？商鎿Q地，可以通過諸如互聯(lián)網(wǎng)之類的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)下載該 軟件，以使其安裝在根據(jù)本發(fā)明的電子裝置上。例如，考慮移動(dòng)電話， 生產(chǎn)商使該移動(dòng)電話裝備了磁力計(jì)和加速計(jì)，但沒有裝備軟件來實(shí)施 本發(fā)明的方位感測(cè)系統(tǒng)。通過獲得作為另外付費(fèi)的售后附件或升級(jí)的 軟件可以使方位感測(cè)功能成為可能。
于是，本發(fā)明的電子裝置具有用于確定該裝置方位的方位感測(cè) 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括磁力計(jì)和加速計(jì)。該系統(tǒng)還具有校準(zhǔn)裝置，來校準(zhǔn) 該感測(cè)系統(tǒng)以用于操作應(yīng)用。加速計(jì)提供了用來約束要確定的外部磁 場(chǎng)的可能方向的范圍的測(cè)量結(jié)果。校準(zhǔn)裝置用數(shù)值方法求解方程組， 同樣地適用于與2D或3D加速計(jì)組合的2D或3D磁力計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種電子裝置(700)，其具有用于在所述裝置的操作應(yīng)用中確定所述裝置方位的方位感測(cè)系統(tǒng)(702)，其中所述方位感測(cè)系統(tǒng)包括第一傳感器(704)，其用于提供表示被感測(cè)的磁場(chǎng)向量的第一向量，被感測(cè)的磁場(chǎng)向量包括地磁場(chǎng)向量；第二傳感器(706)，其用于提供表示被感測(cè)的加速度向量的第二向量，被感測(cè)的加速度向量包括重力場(chǎng)向量；校準(zhǔn)裝置(708)，其耦接至第一傳感器和第二傳感器，用于對(duì)感測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)以進(jìn)行操作應(yīng)用；所述校準(zhǔn)裝置采用第二向量來約束要確定的地磁場(chǎng)向量在所述電子裝置的多個(gè)方位的相應(yīng)方位上的相應(yīng)向量的可能方向的范圍；所述校準(zhǔn)裝置用于對(duì)一個(gè)方程組(506；508；602；604)進(jìn)行數(shù)值求解，所述方程組包括表示第一向量的第一種量和表示第二向量的第二種量；以及對(duì)于每個(gè)第一種量，所述方程組包括相應(yīng)的方程(102)，該方程包括等價(jià)于參數(shù)矩陣與相應(yīng)的地磁場(chǎng)向量的矩陣乘法的項(xiàng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，至少每個(gè)第一種量 是第一傳感器所提供的多個(gè)第一向量的平均值(412)，或至少每個(gè) 第二種量是第二傳感器所提供的多個(gè)第二向量的平均值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子裝置，其中，根據(jù)考慮產(chǎn)生 作為第一向量中的專門的一些向量的第一平均值的第一種量的一個(gè) 專門的量和產(chǎn)生作為第二向量中的專門的一些向量的第二平均值的 第二種量的相應(yīng)的一個(gè)專門的量，所述校準(zhǔn)裝置用于排除(409)第 一向量中的一個(gè)特定向量和第二向量中的一個(gè)實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的特定向量， 以及在下列情況下停止產(chǎn)生該專門的第一種量和停止產(chǎn)生該相應(yīng)的 專門的第二種量特定的第一向量偏離專門的第一向量的第一平均值的運(yùn)行版本 的向量距離超過了第一閾值；或者特定的第二向量偏離專門的第二向量的第二平均值的運(yùn)行版本 的向量距離超過了第二閾值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電子裝置，如果特定的第二 種量偏離另一個(gè)預(yù)定值的大小超過了另一個(gè)閾值，則從要求解的所述 方程組中排除(415)第一種量的一個(gè)特定量和第二種量的一個(gè)實(shí)時(shí) 對(duì)應(yīng)的特定量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的電子裝置，其中，如果，一方面第一種量中的單個(gè)量或第二種量中的實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的單個(gè)量和另 一方面包括在所述方程組中的第一種量或第二種量的其他的量之間 的測(cè)量不一致小于又一個(gè)閾值(421)，則從要求解的方程組中排除 (423)所述單個(gè)第一種量和所述實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的單個(gè)第二種量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l或2或3或4或5所述的電子裝置，其中， 在所述電子裝置的操作應(yīng)用過程中，在后臺(tái)處理中操作所述校準(zhǔn)裝 置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中 第一傳感器包括2D磁力計(jì)； 第二傳感器包括3D加速計(jì)；所述方程組(602)由權(quán)利要求1中所提及的第一方程(102)、 第二方程和第三方程所組成，第二方程說明所述地磁場(chǎng)向量在所述多 個(gè)方位上的每個(gè)相應(yīng)方位上的大小，第三方程說明所述地磁場(chǎng)向量與 所述多個(gè)方位的每個(gè)相應(yīng)方位上的重力場(chǎng)向量的點(diǎn)積的值。
8. —種校準(zhǔn)(400)用來確定系統(tǒng)方位的方位感測(cè)系統(tǒng)(702) 的方法，其中，所述系統(tǒng)包括第一傳感器(704)和第二傳感器(706)，第一傳感器用于提供表示感測(cè)到的磁場(chǎng)向量的第一向量，所述感測(cè)到 的磁場(chǎng)向量包括地磁場(chǎng)向量；第二傳感器用于提供表示感測(cè)到的加速 度向量的第二向量，所述感測(cè)到的加速度向量包括重力場(chǎng)向量；其中，所述方法包括采用第二向量來約束要被確定的地磁場(chǎng)向量在所述系統(tǒng)的多個(gè) 方位的相應(yīng)方位上的相應(yīng)向量的可能方向的范圍；以及數(shù)值求解包含表示第一向量的第一種量和表示第二向量的第二 種量的方程組(506; 508; 602; 604)，其中，對(duì)于每個(gè)第一種量， 所述方程組包括相應(yīng)的方程(102)，所述方程(102)包括等價(jià)于參數(shù)矩陣與相應(yīng)的每個(gè)地磁場(chǎng)向量的矩陣乘法的項(xiàng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其至少包括對(duì)形成第一種量的 第一向量的多個(gè)向量求平均(412)或?qū)π纬傻诙N量的第二向量的 多個(gè)向量求平均。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，包括根據(jù)考慮產(chǎn)生作為第 一向量中的專門的一些向量的第一平均值的第一種量的一個(gè)專門的 量和產(chǎn)生作為第二向量中的專門的一些向量的第二平均值的第二種 量的相應(yīng)的一個(gè)專門的量，排除(409)第一向量中的一個(gè)特定向量 和第二向量中的一個(gè)實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的特定量，并在下列情況下停止產(chǎn)生專門的第一種量和停止產(chǎn)生相應(yīng)的專門的第二種量特定的第一向量偏離專門的第一向量的第一平均值的運(yùn)行版本 的向量距離超過了第一閾值；或特定的第二向量偏離專門的第二向量的第二平均值的運(yùn)行版本 的向量距離超過了第二閾值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8或9或IO所述的方法，其包括如果特定的第二種量偏離另一個(gè)預(yù)定值的大小超過了另一個(gè)閾值，則從要求解的方程組中排除(415)第一種量的一個(gè)特定量和第二種量的一個(gè)實(shí) 時(shí)對(duì)應(yīng)的特定量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8或9或10或ll所述的方法，其包括如果一方面第一種量中的單個(gè)量或第二種量中的實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的單個(gè)量和另 一方面包括在所述方程組中的第一種量或第二種量的其他量之間的測(cè)量不 一 致小于又 一個(gè)閾值(421)，則從要求解的方程組中排除(423) 所述單個(gè)第一種量和所述實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的單個(gè)第二種量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8或9或10或11或12所述的方法，其作為 所述系統(tǒng)的操作應(yīng)用中的后臺(tái)處理操作。
14. 一種用于校準(zhǔn)用來確定系統(tǒng)方位的方位感測(cè)系統(tǒng)(702)的 軟件，其中，所述系統(tǒng)包括第一傳感器(704)和第二傳感器(706)， 第一傳感器用于提供表示感測(cè)到的磁場(chǎng)向量的第一向量，所述感測(cè)到 的磁場(chǎng)向量包括地磁場(chǎng)向量；第二傳感器用于提供表示感測(cè)到的加速 度向量的第二向量，所述感測(cè)到的加速度向量包括重力場(chǎng)向量；其中，所述軟件包括用于采用第二向量來約束要被確定的地磁場(chǎng)向量在所述系統(tǒng)的 多個(gè)方位的相應(yīng)方位上的相應(yīng)向量的可能方向的范圍的指令；以及用于數(shù)值求解包含表示第一向量的第一種量和表示第二向量的 第二種量的方程組(506; 508; 602; 604)的指令，其中，對(duì)于每個(gè) 第一種量，所述方程組包括相應(yīng)的方程(102)，所述方程(102)包 括等價(jià)于參數(shù)矩陣與相應(yīng)的每個(gè)地磁場(chǎng)向量的矩陣乘法的項(xiàng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的軟件，其包括用于產(chǎn)生每一個(gè)作為 第一傳感器或第二傳感器所提供的多個(gè)第一向量或第二向量的平均 值(412)的第一種量或第二種量的指令(408)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的軟件，其包括用于執(zhí)行下列 操作的指令-根據(jù)考慮產(chǎn)生作為第一向量中的專門的一些向量的第一平均值的第一種量的專門的量和產(chǎn)生作為第二向量中的專門的一些向量的第二平均值的第二種量的相應(yīng)的一個(gè)專門的量，棑除(409)第一向 量中的一個(gè)特定向量和第二向量中的一個(gè)實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的特定量，并在下 列情況下停止產(chǎn)生專門的第一種量和停止產(chǎn)生相應(yīng)的專門的第二種的第一平均值的運(yùn)行版本的第二平均值的運(yùn)行版本
17. 根據(jù)權(quán)利要求14或15或16所述的軟件，其包括執(zhí)行下列 操作的指令如果特定的第二種量偏離另一個(gè)預(yù)定值的大小超過了另一個(gè)閾 值，則從要求解的方程組中排除(415)第一種量的一個(gè)特定量和第 二種量的一個(gè)實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的特定量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14或15或16或17所述的軟件，其包括執(zhí)行 下列操作的指令如果一方面第一種量中的單個(gè)量或第二種量中的實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的單 個(gè)量和另一方面包括在所述方程組中的第一種或第二種量的其他量 之間的測(cè)量不一致小于又一個(gè)閾值(421),則從要求解的方程組中 排除(423)所述單個(gè)第一種量和所述實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的單個(gè)第二種量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14或15或16或17或18所述的軟件，其包 括在所述系統(tǒng)的操作應(yīng)用中的后臺(tái)處理中執(zhí)行校準(zhǔn)的指令。特定的第一向量偏離專門的第一向量 的向量距離超過了第一閾值；或特定的第二向量偏離專門的第二向量 的向量距離超過了第二閾值。
全文摘要
一種電子裝置具有用于確定該裝置方位的方位感測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括磁力計(jì)和加速計(jì)。該系統(tǒng)還具有校準(zhǔn)裝置，來校準(zhǔn)該感測(cè)系統(tǒng)以用于操作應(yīng)用。加速計(jì)提供了用來約束要被確定的外部磁場(chǎng)的可能方向的范圍的測(cè)量結(jié)果。校準(zhǔn)裝置數(shù)值地求解方程組，同樣適用于與2D或3D加速計(jì)組合的2D或3D磁力計(jì)。
文檔編號(hào)G01C17/38GK101652631SQ200880011490
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月4日
發(fā)明者哈里斯·迪里克, 漢斯·馬克·貝爾特·貝維, 特尼斯·讓·伊金克 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司