地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備及其方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備及其方法。一種地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，包括：地磁傳感器，測(cè)量地磁場(chǎng)中的至少一個(gè)值；初始值估計(jì)器，通過(guò)使用第一線性函數(shù)估計(jì)關(guān)于地磁場(chǎng)的所述至少一個(gè)值的第一中心點(diǎn)；中心點(diǎn)估計(jì)器，通過(guò)使用第二線性函數(shù)和估計(jì)的第一中心點(diǎn)估計(jì)第二中心點(diǎn)；控制器；基于估計(jì)的第一中心點(diǎn)確定地磁傳感器的校準(zhǔn)是否為必要的，并且基于校準(zhǔn)是否為必要來(lái)控制中心點(diǎn)估計(jì)器估計(jì)第二中心點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備及其方法
[0001]本申請(qǐng)要求于2013年01月17日提交到韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的第10-2013-0005503號(hào)韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)通過(guò)引用完整地包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]與示例性實(shí)施例一致的設(shè)備和方法涉及一種測(cè)量地磁場(chǎng)的幅度和方向的地磁傳感器，更具體地講，涉及一種校正地磁傳感器的誤差的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，已開(kāi)發(fā)和提供了各種類(lèi)型的電子裝置，包括具有全球定位系統(tǒng)(GPS)功能和指南針功能的裝置。為了執(zhí)行這些功能，需要計(jì)算方位角的過(guò)程。陀螺儀傳感器或地磁傳感器廣泛用于計(jì)算方位角。例如，陀螺儀傳感器和地磁傳感器被安裝在諸如智能電話(huà)或平板個(gè)人電腦(PC)的電子裝置上，并執(zhí)行包括感測(cè)用戶(hù)運(yùn)動(dòng)和估計(jì)裝置的方向的各種服務(wù)或功能。
[0004]陀螺儀傳感器通過(guò)計(jì)算科里奧利力(Coriolis force)來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角速度。當(dāng)使用陀螺儀時(shí)，通過(guò)測(cè)量和積分加速度來(lái)計(jì)算速度，并且通過(guò)對(duì)所計(jì)算的速度進(jìn)行二重積分來(lái)獲得位移息。
[0005]地磁傳感器利用通過(guò)使用其它裝置的磁通門(mén)測(cè)量由地磁場(chǎng)誘發(fā)的電壓值的方法來(lái)測(cè)量地磁場(chǎng)。地磁傳感器可用兩個(gè)軸或三個(gè)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于從地磁傳感器的每個(gè)軸計(jì)算出的輸出值根據(jù)周?chē)拇艌?chǎng)的幅度而變化，可執(zhí)行地磁傳感器的輸出值映射到預(yù)設(shè)的范圍(例如，從-1到I)內(nèi)的歸一化。通過(guò)使用歸一化因子來(lái)執(zhí)行歸一化，諸如比例值(scalevalue)或偏移值。為了計(jì)算歸一化因子，在旋轉(zhuǎn)幾次地磁傳感器的同時(shí)計(jì)算輸出值，并且在輸出值中檢測(cè)最大值和最小值。通過(guò)使用歸一化因子歸一化的值用于校準(zhǔn)方位角。
[0006]然而，由于影響磁性的周?chē)沫h(huán)境因素的影響，使歸一化因子中的偏移值經(jīng)常失真。圖1是簡(jiǎn)化和表不在空間坐標(biāo)系中的磁場(chǎng)崎變的圖解。
[0007]對(duì)影響地磁傳感器的磁場(chǎng)畸變存在軟鐵效應(yīng)和硬鐵效應(yīng)。由軟鐵產(chǎn)生的效應(yīng)改變傳感器值的比例，并且由硬鐵產(chǎn)生的效應(yīng)影響傳感器值的偏移。由于由軟鐵產(chǎn)生的效應(yīng)通常是最小的，所以為校準(zhǔn)地磁傳感器的誤差，討論由硬鐵產(chǎn)生的效應(yīng)。
[0008]例如，當(dāng)?shù)卮艂鞲衅靼惭b在移動(dòng)電子裝置(諸如移動(dòng)電話(huà))的內(nèi)部時(shí)，在替換電池或關(guān)閉和打開(kāi)LCD文件夾時(shí)偏移值會(huì)被改變。當(dāng)湍流材料，諸如具有強(qiáng)磁性或鋼結(jié)構(gòu)的對(duì)象設(shè)置在地磁傳感器周?chē)鷷r(shí)，偏移值也可以被改變。當(dāng)通過(guò)使用失真的偏移值來(lái)執(zhí)行歸一化時(shí)，使歸一化的值失真。因此，最后計(jì)算出的方位角包括誤差。
[0009]圖2是示出在X、Y和Z三維坐標(biāo)上由硬鐵產(chǎn)生的影響的示圖。
[0010]韓國(guó)專(zhuān)利號(hào)10-0831373公開(kāi)了通過(guò)使用偏移值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值來(lái)校準(zhǔn)的地磁傳感器，從而對(duì)在地磁傳感器的感測(cè)值中由硬鐵的效應(yīng)引起的誤差作出解釋。
[0011]根據(jù)KR10-0831373，三軸地磁傳感器通過(guò)使用正交交叉的X、Y和Z軸的磁通門(mén)來(lái)計(jì)算與周?chē)拇艌?chǎng)對(duì)應(yīng)的輸出值。通過(guò)將X軸的磁通門(mén)中的輸出值、Y軸的磁通門(mén)中的輸出值以及Z軸的磁通門(mén)中的輸出值中的每個(gè)映射在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)(例如，從-1到I)來(lái)將來(lái)自三軸地磁傳感器的輸出值歸一化。在歸一化中使用的偏移值和比例值被預(yù)先確定并被存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。
[0012]三軸地磁傳感器的輸出值(X，Y, Z)和預(yù)設(shè)偏移值(XQP，Yop, Zqp)之間的距離(rp)可用以下數(shù)學(xué)公式來(lái)表示:
[0013]【公式I】
【權(quán)利要求】
1.一種地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，所述設(shè)備包括: 地磁傳感器，測(cè)量地磁場(chǎng)的值； 初始值估計(jì)器，通過(guò)使用第一線性函數(shù)從測(cè)量的地磁場(chǎng)的值估計(jì)第一中心點(diǎn)； 中心點(diǎn)估計(jì)器，通過(guò)使用第二線性函數(shù)和估計(jì)的第一中心點(diǎn)估計(jì)第二中心點(diǎn)； 控制器；基于估計(jì)的第一中心點(diǎn)確定地磁傳感器的校準(zhǔn)是否為必要的，并且當(dāng)確定校準(zhǔn)為必要時(shí)，控制中心點(diǎn)估計(jì)器估計(jì)第二中心點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，其中，所述地磁場(chǎng)的值用與空間坐標(biāo)的X軸、Y軸和Z軸有關(guān)的坐標(biāo)來(lái)表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，其中，所述第一線性函數(shù)使函數(shù)線性f=ri2-r2，其中
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，其中，所述第二線性函數(shù)使最小化函數(shù)線性化士=；^-!.。， 其中，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，其中，所述第一線性函數(shù)使最小化函數(shù)線性化di=ri-r， 其中，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，其中，所述控制器通過(guò)使用以下數(shù)學(xué)公式校準(zhǔn)中心點(diǎn)，
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，其中，所述控制器計(jì)算與從地磁傳感器輸出的多個(gè)采樣坐標(biāo)之間的距離有關(guān)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值以及估計(jì)的第一中心點(diǎn)，并根據(jù)計(jì)算的計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值中的至少一個(gè)是否超過(guò)預(yù)設(shè)值來(lái)確定地磁傳感器的校準(zhǔn)是否為必要的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，其中，所述地磁傳感器包括: X軸、Y軸和Z軸的磁通門(mén)，相互正交地排列； 驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，向X軸、Y軸和Z軸的磁通門(mén)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 信號(hào)處理器，當(dāng)X軸、Y軸和Z軸的磁通門(mén)由驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)并且輸出與周?chē)拇艌?chǎng)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)時(shí)，信號(hào)處理器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出數(shù)字信號(hào)； 地磁傳感器控制器，通過(guò)使用偏移值和預(yù)設(shè)比例值執(zhí)行歸一化以將信號(hào)處理器的輸出值映射到特定范圍內(nèi)，并輸出歸一化的三軸輸出值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備，其中，所述控制器計(jì)算地磁傳感器校準(zhǔn)設(shè)備的俯仰角和橫搖角，并通過(guò)使用所測(cè)量的地磁場(chǎng)的值、俯仰角和橫搖角來(lái)計(jì)算方位角。
10.一種地磁傳感器校準(zhǔn)方法，所述方法包括: 測(cè)量地磁場(chǎng)的值； 通過(guò)使用第一線性函數(shù)從測(cè)量的地磁場(chǎng)的值估計(jì)第一中心點(diǎn)； 通過(guò)使用第二線性函數(shù)和估計(jì)的第一中心點(diǎn)來(lái)估計(jì)第二中心點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的地磁傳感器校準(zhǔn)方法，其中，所述地磁場(chǎng)的值用關(guān)于空間坐標(biāo)的X軸、Y軸和Z軸來(lái)表示。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的地磁傳感器校準(zhǔn)方法，其中，所述第一線性函數(shù)使函數(shù)線性化 其中
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的地磁傳感器校準(zhǔn)方法，其中，所述第二線性函數(shù)使最小化函數(shù)線性化 其中，
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的地磁傳感器校準(zhǔn)方法，其中，所述第一線性函數(shù)使最小化函數(shù)線性化:<_=5—F，
其中
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的地磁傳感器校準(zhǔn)方法，所述方法還包括: 通過(guò)使用以下數(shù)學(xué)公式校準(zhǔn)中心點(diǎn):
【文檔編號(hào)】G01V13/00GK103941309SQ201410023883
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】崔恩碩, 俞浩濬, 崔相彥 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社