用于磁力計校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法
【專利摘要】本文公開了用于磁力計校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法。系統(tǒng)包括：慣性測量單元，其包括配置成測量繞著三個獨立軸中的相應(yīng)軸的角速度的一個或多個陀螺儀，和配置成測量沿著三個獨立軸中的相應(yīng)軸的比力的一個或多個加速度計；磁力計，其配置成測量沿著三個獨立軸中的每個的局部磁場的強(qiáng)度；以及處理設(shè)備，其耦合到慣性測量單元和磁力計；處理設(shè)備配置成基于從磁力計和慣性測量單元接收的測量來計算系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)。處理設(shè)備還配置成當(dāng)位置數(shù)據(jù)是不可用的時使用第一技術(shù)計算磁力計測量校準(zhǔn)參數(shù)，且當(dāng)位置數(shù)據(jù)是可用的時使用第二技術(shù)計算磁力計測量校準(zhǔn)參數(shù)。
【專利說明】用于磁力計校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于磁力計校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁羅盤可用于確定車輛的航向角或作為確定車輛的姿態(tài)角（側(cè)傾和俯仰角）和航 向角的矢量匹配算法的部分。即使車輛傾斜了俯仰和側(cè)傾角的某些值，測量地球的磁場的 所有三個分量的三軸磁力計仍然可用于確定車輛的航向角。然而，磁力計的測量可能由于 磁力計附近的各種類型的磁擾動而變形。諸如鐵磁材料的一些類型的磁擾動被稱為"硬鐵" 偏磁，并可加到由磁力計測量的磁場。被稱為"軟鐵"偏磁的其它類型的磁擾動可改變磁力 計附近的磁場的大小和方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在一個實施例中，提供了一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：慣性測量單元，其包括配置成測 量繞著三個獨立軸中的相應(yīng)軸的角速度的一個或多個陀螺儀，和配置成測量沿著三個獨立 軸中的相應(yīng)軸的比力的一個或多個加速度計；磁力計，其配置成測量沿著三個獨立軸中的 每個的局部磁場的強(qiáng)度；以及處理設(shè)備，其耦合到慣性測量單元和磁力計；處理設(shè)備配置 成基于從磁力計和慣性測量單元接收的測量來計算系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)。處理設(shè)備還配置 成當(dāng)位置數(shù)據(jù)是不可用的時使用第一技術(shù)計算磁力計測量校準(zhǔn)參數(shù)，且當(dāng)位置數(shù)據(jù)是可用 的時使用第二技術(shù)計算磁力計測量校準(zhǔn)參數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004] 理解附圖僅描繪示例性實施例，且因此不應(yīng)被考慮為在范圍上是限制性的，將通 過使用附圖以額外的特異性和細(xì)節(jié)描述示例性實施例，其中： 圖1是用于磁力計校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)的一個實施例的方框圖。
[0005] 圖2是描繪校準(zhǔn)磁力計測量的示例性方法的一個實施例的流程圖。
[0006] 圖3是描繪當(dāng)位置信息是可用的時計算校準(zhǔn)參數(shù)的示例性方法的一個實施例的 流程圖。
[0007] 圖4是描繪當(dāng)位置信息是不可用的時計算校準(zhǔn)參數(shù)的示例性方法的一個實施例 的流程圖。
[0008] 圖5是描繪補(bǔ)償磁力計測量的示例性方法的一個實施例的流程圖。
[0009] 圖6是描繪補(bǔ)償磁力計測量的另一示例性方法的一個實施例的流程圖。
[0010] 根據(jù)通常實踐，各種描述的特征并沒有按比例被繪制，而是繪制成強(qiáng)調(diào)與示例性 實施例有關(guān)的特定特征。

【具體實施方式】
[0011] 在下面的詳細(xì)描述中，參考形成其一部分的附圖，且其中作為說明示出特定的說 明性實施例。然而，應(yīng)理解，可利用其它實施例，以及可做出邏輯、機(jī)械和電氣變化。此外， 在附圖和說明書中給出的方法不應(yīng)被解釋為限制單獨的步驟可被執(zhí)行的順序。下面的詳細(xì) 描述因此不應(yīng)在限制性的意義上被理解。
[0012] 圖1是用于磁力計校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)100的一個實施例的方框圖。系統(tǒng)100包括 三軸磁力計102、慣性測量單元104和處理設(shè)備106。慣性測量單元aMU)104包括一個或多 個速率陀螺儀108和一個或多個加速度計110。每個速率陀螺儀108配置成測量繞著相應(yīng) 軸的角速度。類似地，每個加速度計110配置成測量沿著相應(yīng)軸的比力（specific force)。 在一些實施例中，頂U(kuò) 104包括用于測量沿著三個獨立軸中的每個的角速度的三軸陀螺儀 108和用于測量沿著三個獨立軸中的每個的比力的三軸加速度計110。三軸磁力計102測 量沿著三個獨立軸的局部磁場的強(qiáng)度。在一些實施例中，三個獨立軸是正交的。在其它實 施例中，三個獨立軸不是正交的，但仍然獨立于彼此。
[0013] 在一些實施例中，系統(tǒng)100還可選地包括一個或多個輔助傳感器114。輔助傳感器 114提供用于計算系統(tǒng)100的運(yùn)動狀態(tài)的額外測量。輔助傳感器的一些例子包括但不限于 高度計、照相機(jī)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)接收機(jī)、光探測和測距（LIDAR)傳感器、無線電 探測和測距（RADAR)傳感器、星體跟蹤器、太陽傳感器和真實空速傳感器。這樣的示例性輔 助傳感器是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的，且沒有在本文被更詳細(xì)地描述。
[0014] 處理設(shè)備106可包括中央處理單元（CPU)、微控制器、微處理器(例如數(shù)字信號處 理器（DSP))、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)、專用集成電路（ASIC)和其它處理設(shè)備。存儲器設(shè) 備112可包括有形介質(zhì)，例如磁或光介質(zhì)。例如，有形介質(zhì)可包括常規(guī)硬盤、光盤(例如只讀 或可重寫)、易失性或非易失性介質(zhì)，例如隨機(jī)存取存儲器（RAM)(包括但不限于同步動態(tài)隨 機(jī)存取存儲器（SDRAM)、雙數(shù)據(jù)速率（DDR)RAM、RAMBUS動態(tài)RAM (RDRAM)、靜態(tài)RAM (SRAM) 等)、只讀存儲器（ROM)、電可擦除可編程ROM (EEPR0M)和閃速存儲器等。例如，在該實施例 中，處理設(shè)備106被實現(xiàn)為包括軟件程序、固件或存儲在存儲器設(shè)備112上的其它計算機(jī)可 讀指令或以軟件程序、固件或存儲在存儲器設(shè)備112上的其它計算機(jī)可讀指令運(yùn)轉(zhuǎn)的中央 處理單元，所述軟件程序、固件或存儲在存儲器設(shè)備112上的其它計算機(jī)可讀指令用于實 行用于磁力計校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)母鞣N方法、過程任務(wù)、計算和控制功能。例如，在該實施例中存 儲在存儲器設(shè)備112上的是在下面更詳細(xì)描述的校準(zhǔn)和補(bǔ)償指令116和濾波指令118。此 夕卜，在該實施例中，存儲器設(shè)備112包括地球磁場模型（EMFM) 120。
[0015] 在操作中，頂U(kuò) 104、磁力計102和可選地一個或多個輔助傳感器114向處理設(shè)備 106提供相應(yīng)的測量。處理設(shè)備106執(zhí)行濾波指令118以基于所接收的測量來計算系統(tǒng)100 的運(yùn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如速度、角定向和/或位置。例如，濾波指令118可實現(xiàn)濾波器115,例 如卡爾曼濾波器?？柭鼮V波器的操作是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的，且不在本文被更詳 細(xì)地描述。
[0016] 處理設(shè)備106執(zhí)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償指令116以基于運(yùn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)來計算磁力計補(bǔ)償參 數(shù)并基于所計算的參數(shù)來補(bǔ)償磁力計測量。為了說明的目的，圖1將由處理設(shè)備106執(zhí)行的 操作中的數(shù)據(jù)流表示為在處理設(shè)備106內(nèi)的虛線。如圖1所示，處理設(shè)備基于從頂U(kuò) 104、 磁力計102和可選地一個或多個輔助傳感器114接收的測量來計算運(yùn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)。處理設(shè) 備接著基于運(yùn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)來校準(zhǔn)并補(bǔ)償磁力計測量。在一些實施例中，位置數(shù)據(jù)在運(yùn)動狀 態(tài)數(shù)據(jù)中是不可用的。在這樣的實施例中，處理設(shè)備106仍然能夠計算校準(zhǔn)參數(shù)以校準(zhǔn)并 補(bǔ)償磁力計測量。
[0017] 特別地，下面關(guān)于圖2-5討論關(guān)于磁力計校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)念~外細(xì)節(jié)。關(guān)于圖2-5描 述的方法可由執(zhí)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償指令116的處理設(shè)備106實現(xiàn)。然而，應(yīng)理解，處理設(shè)備106 不是必須執(zhí)行在圖2-5中給出的方法中的每個步驟。例如，方法400討論在塊402構(gòu)想出 分批模型和在塊404以矩陣形式重寫該模型。這樣的步驟可先驗地被配置，且不需要當(dāng)執(zhí) 行校準(zhǔn)和補(bǔ)償指令116時作為處理設(shè)備106所執(zhí)行的功能的部分而被執(zhí)行。
[0018] 圖2是描繪校準(zhǔn)磁力計測量的示例性方法200的流程圖。在塊202,在處理設(shè)備 106處從磁力計102接收磁力計測量。在塊204,得到姿態(tài)和航向估計或測量。例如，處理 設(shè)備106可基于從IMU 104、磁力計102和/或一個或多個可選的輔助傳感器114接收的數(shù) 據(jù)來計算姿態(tài)和航向。在塊206,確定位置數(shù)據(jù)是否是可用的。位置數(shù)據(jù)指示系統(tǒng)100的近 似當(dāng)前地理位置。例如，在一些實施例中，處理設(shè)備106能夠基于從MU 104、磁力計102和 /或可選的輔助傳感器114中的一個或多個接收的數(shù)據(jù)來計算當(dāng)前地理地點或位置數(shù)據(jù)。 然而，在其它實施例中，不足的數(shù)據(jù)可用來確定地理地點。
[0019] 如果在塊206位置數(shù)據(jù)是可用的，則在塊208基于位置數(shù)據(jù)從地球磁場模型得到 參考磁場值。例如，地球磁場的一個這樣的模型被稱為國際地磁參考場（IGRF)，國家海洋和 大氣管理局（Ν0ΑΑ)使得其公開可得到。在塊210,基于來自EMFM的參考磁場值并基于來自 磁力計102的所測量的磁場值來計算校準(zhǔn)參數(shù)。下面關(guān)于圖3更詳細(xì)描述了當(dāng)位置信息是 可用的時計算校準(zhǔn)參數(shù)的示例性方法。在塊212,基于所計算的參數(shù)來補(bǔ)償磁力計測量。下 面關(guān)于圖5更詳細(xì)描述了補(bǔ)償磁力計測量的示例性方法。
[0020] 如果在塊206位置數(shù)據(jù)是不可用的，則在塊214在不使用位置信息的情況下基于 磁力計測量來計算校準(zhǔn)參數(shù)。例如，參考磁場值沒有被得到，因為位置數(shù)據(jù)是不可用的。因 此，在沒有參考磁場值的情況下計算校準(zhǔn)參數(shù)。下面更詳細(xì)描述在沒有位置數(shù)據(jù)的情況下 計算校準(zhǔn)參數(shù)的示例性方法。在計算校準(zhǔn)參數(shù)之后，在塊212補(bǔ)償磁力計測量，如在下面更 詳細(xì)描述的。
[0021] 圖3是描繪當(dāng)位置信息是可用的時計算校準(zhǔn)參數(shù)的方法300的流程圖。方法300 可用于實現(xiàn)在方法200中的塊210處執(zhí)行的計算。在塊302,構(gòu)想出分批測量模型。例如， 磁力計測量模型可被陳述為： 等式1

【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)（100)，包括： 慣性測量單元（104)，其包括配置成測量繞著三個獨立軸中的相應(yīng)軸的角速度的一個 或多個陀螺儀（108)，和配置成測量沿著所述三個獨立軸中的相應(yīng)軸的比力的一個或多個 加速度計（110); 磁力計（102)，其配置成測量沿著所述三個獨立軸中的每個的局部磁場的強(qiáng)度；以及 處理設(shè)備（106)，其耦合到所述慣性測量單元和所述磁力計；所述處理設(shè)備配置成基 于從所述磁力計和所述慣性測量單元接收的測量來計算所述系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)； 其中所述處理設(shè)備還配置成當(dāng)位置數(shù)據(jù)是不可用的時使用第一技術(shù)計算磁力計測量 校準(zhǔn)參數(shù)，且當(dāng)位置數(shù)據(jù)是可用的時使用第二技術(shù)計算磁力計測量校準(zhǔn)參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中為了當(dāng)位置數(shù)據(jù)是不可用的時計算磁力計測量校 準(zhǔn)參數(shù)，所述處理設(shè)備配置成： 根據(jù)包含基于磁力計測量的條目的矩陣的矩陣分解來計算硬鐵偏磁矢量；以及 使用所述磁力計測量和所述硬鐵偏磁矢量來計算軟鐵偏磁矩陣、比例因子誤差矩陣和 未對準(zhǔn)誤差矩陣中的至少一個。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中為了在位置數(shù)據(jù)是可用的時計算磁力計測量校準(zhǔn) 參數(shù)，所述處理設(shè)備配置成： 確定包含基于所述位置數(shù)據(jù)從地球磁場圖（EMFM)得到的估計磁場值的矩陣的列軼； 如果矩陣具有滿列軼則計算磁力計測量模型的所有磁力計測量校準(zhǔn)參數(shù)；以及 如果矩陣沒有滿列軼則計算磁力計測量校準(zhǔn)參數(shù)的子集。
【文檔編號】G01C25/00GK104296776SQ201410334942
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】M.R.埃爾格斯馬, V.L.貝奇什瓦, R.D.克雷肖夫 申請人:霍尼韋爾國際公司