專利名稱：磁數(shù)據(jù)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁數(shù)據(jù)處理裝置、磁數(shù)據(jù)處理方法和磁數(shù)據(jù)處理程序，更具體地說，涉及用于校正二維和三維磁探測器的偏差量的技術(shù)。

背景技術(shù)：
安裝在移動物體(例如移動電話或車輛)上的傳統(tǒng)磁探測器檢測地球磁場或地磁的方向。所述磁探測器包括一組磁探測器模塊，用以檢測在相互垂直方向上的磁場矢量的標量分量。從磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)由所述磁探測器模塊的輸出組合構(gòu)成，并因此所述磁數(shù)據(jù)是這樣的矢量數(shù)據(jù)，其是相互垂直單位矢量(基本矢量)的線性組合。磁數(shù)據(jù)的方向和幅度與由所述磁探測器檢測的磁場的方向和幅度相對應(yīng)。當基于磁探測器的輸出指定了地磁場的方向或幅度時，需要執(zhí)行校正磁探測器的輸出的處理以便消除由移動物體的磁化或磁探測器的內(nèi)在溫度特性引起的測量誤差。該校正處理的控制值被稱之為偏差量并且用于獲得該偏差量的處理被稱之為校正(例如，參見國際專利公開第2004-003476號)。當外磁場的強度是零時，所述偏差量還是矢量數(shù)據(jù)并且被定義為從磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)。這種測量誤差是通過用從磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)減去所述偏差量消除的。在二維(2D)磁探測器中，所述偏差量對應(yīng)于一個分布了磁數(shù)據(jù)集的圓周中心的位置矢量。然而，實際上，從所述2D磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)集的分布并不會形成一個完美的圓周。其原因是磁探測器模塊的輸出本質(zhì)上具有遵循高斯分布的測量誤差，因為實際上并不存在完全一致的磁場，所以由2D磁探測器測量的磁場在存儲統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集以計算所述偏差量的期間會發(fā)生變化，并且在AD轉(zhuǎn)換期間會發(fā)生計算誤差。
在包括了安裝在其上的2D磁探測器的移動物體旋轉(zhuǎn)以使得2D磁探測器繞與垂直于其磁探測器模塊的正交探測方向的方向平行的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時，所述2D磁探測器會輸出一個導(dǎo)出所述偏差量所需的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集。為了將移動物體(例如以三維方式移動的移動電話或車輛)以這種方式移動，用戶需要有意識的操作移動物體使得它以這樣一種方式移動。因此，對于磁數(shù)據(jù)處理裝置的用于獲得2D磁探測器偏差量的偏差量導(dǎo)出算法是在下述假設(shè)的情況下設(shè)計的，即要明確告知用戶校正的開始時間，并且由用戶適當?shù)夭僮魉鲆苿游矬w。然而，由用戶來執(zhí)行校正的操作是麻煩和復(fù)雜的。在傳統(tǒng)的校正方法中，通過二進制判定來確定是否已經(jīng)存儲了可靠的統(tǒng)計群體的數(shù)據(jù)集，并當用戶還未正確執(zhí)行用于校正的操作時，在沒有存儲可靠的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的情況下所述校正會失敗。這就需要用戶重復(fù)用于存儲可靠統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的操作。
安裝在移動物體(例如，移動電話或車輛)上的傳統(tǒng)3維(3D)磁探測器檢測地球磁場的方向。3D磁探測器通常包括用來在三個正交方向上檢測磁場的標量分量的三個磁探測器模塊。從3D磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)由所述3個磁探測器模塊的輸出組合構(gòu)成，并因此所述磁數(shù)據(jù)是3D矢量數(shù)據(jù)，其是相互垂直的單位矢量(基本矢量)的線性組合。所述磁數(shù)據(jù)的方向和幅度與由3D磁探測器檢測的磁場的方向和幅度相對應(yīng)。當基于3D磁探測器的輸出指定地球磁場的方向或幅度時，需要執(zhí)行校正3D磁探測器的輸出的處理以便消除由移動物體的磁化或磁探測器的內(nèi)在溫度特性引起的測量誤差。該校正處理的控制值被稱之為偏差量。該偏差量是一個矢量數(shù)據(jù)，表示由3D磁探測器檢測的移動物體的磁化分量引起的磁場。這種測量誤差是通過用從3D磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)減中去所述偏差量來消除的。能夠通過獲得分布了磁數(shù)據(jù)集的球表面的中心來計算所述偏差量。
然而，實際上，磁數(shù)據(jù)的分布并不會形成一個理想的球面。其原因是3D磁探測器的輸出本質(zhì)上具有遵循高斯分布的測量誤差，因為實際上并不存在完全一致的磁場，所以由3D磁探測器測量的磁場在存儲計算所述偏差量所需的磁數(shù)據(jù)期間會發(fā)生變化，并且直到從3D磁探測器的輸出中獲得數(shù)字值都會出現(xiàn)計算誤差。
用于獲得磁探測器偏差量的傳統(tǒng)方法存儲大量的磁數(shù)據(jù)并通過對存儲的磁數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理來導(dǎo)出所述偏差量。因此，在該傳統(tǒng)的方法中，精確更新所述偏差量所需的磁數(shù)據(jù)集并不會被存儲，除非用戶有意改變移動物體的姿態(tài)或姿勢，并且在發(fā)生需要更新所述偏差量的情況之后，需要較長的時間來更新所述偏差量。通常，因為安裝在車輛上的磁探測器的姿態(tài)很少發(fā)生大的三維變化，所以存儲了僅以二維分布的磁數(shù)據(jù)。因此，一直到在球面上均勻分布的磁數(shù)據(jù)集被存儲以便精確更新安裝在所述車輛上的磁探測器的偏差量，都不得不需要進行等待。
國際專利公開第2005-061990號披露了一種即使磁數(shù)據(jù)集的分布是二維的也能校正所述偏差量的算法。然而，因為所述算法是復(fù)雜的，所以并不能容易的實現(xiàn)根據(jù)國際專利公開第2005-061990號公開中所述算法的程序。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是改進二維(2D)磁探測器和三維(3D)磁探測器的可用性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種磁數(shù)據(jù)處理裝置、磁數(shù)據(jù)處理方法和磁數(shù)據(jù)處理程序和一種磁測量設(shè)備，其能夠通過簡單的處理使用存儲的磁數(shù)據(jù)集來校正偏差量，而與所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布無關(guān)。
在本發(fā)明的第一方面中，用于實現(xiàn)上述目的的磁數(shù)據(jù)處理裝置包括用于順序地輸入從一個二維(2D)磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)的輸入裝置，所述磁數(shù)據(jù)是2D矢量數(shù)據(jù)，其是一組第一基本矢量的線性組合；存儲裝置，用于把多個所述輸入的磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲以便用一個新偏差量更新磁數(shù)據(jù)的舊偏差量；和偏差量導(dǎo)出裝置，用于在下述約束條件下基于舊偏差量和統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出新偏差量，所述約束條件為新偏差量作為舊偏差量和一個校正矢量的和而被獲得；其中所述校正矢量是在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主軸方向上定義的一組第二基本矢量的線性組合，并且所述代表了校正矢量的第二基本矢量的線性組合其各自的系數(shù)是通過根據(jù)所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值之比對與舊偏差量相關(guān)的臨時偏差量的臨時位置矢量的各個系數(shù)進行加權(quán)而獲得的，所述臨時偏差量是在沒有使用舊偏差量的情況下從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，所述臨時位置矢量是第二基本矢量的線性組合。
在本發(fā)明的第二方面中，一種用于實現(xiàn)上述目的的磁數(shù)據(jù)處理裝置包括用于順序地輸入從一個三維(3D)磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)的輸入裝置，所述磁數(shù)據(jù)是3D矢量數(shù)據(jù)，其是一組第一基本矢量的線性組合；存儲裝置，用于把多個所述輸入的磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲以便用一個新偏差量更新磁數(shù)據(jù)的舊偏差量；和偏差量導(dǎo)出裝置，用于在下述約束條件下基于舊偏差量和統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出新偏差量，所述約束條件為新偏差量作為舊偏差量和一個校正矢量的和而被獲得；其中所述校正矢量是在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主軸方向上定義的一組第二基本矢量的線性組合，并且所述代表了校正矢量的第二基本矢量的線性組合其各自的系數(shù)是通過根據(jù)所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值之比對與舊偏差量相關(guān)的臨時偏差量的位置矢量的各個系數(shù)進行加權(quán)而獲得的，所述臨時偏差量是在沒有使用舊偏差量的情況下從所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，所述臨時偏差量的位置矢量是第二基本矢量的線性組合。



圖1是本發(fā)明第一方面的實施例的示意圖； 圖2是本發(fā)明第一方面的實施例的示意圖； 圖3是本發(fā)明第一方面的實施例的方框圖； 圖4是本發(fā)明第一方面的實施例的方框圖； 圖5是本發(fā)明第一方面的第一實施例的流程圖； 圖6是本發(fā)明第一方面的第一實施例的示意圖； 圖7是本發(fā)明第一方面的第一實施例的示意圖； 圖8是本發(fā)明第一方面的第二實施例的流程圖 圖9是與本發(fā)明第一方面的第二實施例相關(guān)的示圖； 圖10為與本發(fā)明第一方面的第二實施例相關(guān)的示圖； 圖11為本發(fā)明第二方面的實施例的示意圖； 圖12是本發(fā)明第二方面的實施例的示意圖； 圖13是本發(fā)明第二方面的實施例的方框圖； 圖14是本發(fā)明第二方面的實施例的方框圖； 圖15是本發(fā)明第二方面的第一實施例的流程圖； 圖16是本發(fā)明第二方面的第一實施例的示意圖； 圖17是本發(fā)明第二方面的第一實施例的示意圖； 圖18是本發(fā)明第二方面的第二實施例的流程圖。

具體實施例方式 下面將參照圖1說明在本發(fā)明第一方面中所使用的原理和算法。該算法的關(guān)鍵點是在具有較大離差的主軸方向上分布的磁數(shù)據(jù)集被估計為是用于更新所述偏差量的統(tǒng)計學(xué)群體的最有效的元素，而在具有較小離差的主軸方向上分布的磁數(shù)據(jù)集被估計為是用于更新所述偏差量的統(tǒng)計學(xué)群體的最無效的元素。舊偏差量c0、新偏差量c和對應(yīng)于與原點“O”相關(guān)的結(jié)束點“g”的位置矢量的臨時偏差量中的每一個都是2D位置矢量數(shù)據(jù)，其是磁數(shù)據(jù)的基本矢量集的線性組合。即，所述偏差量中的每一個都是xy坐標系統(tǒng)中表示的矢量數(shù)據(jù)。新偏差量c是基于舊偏差量c0和被存儲以用新偏差量c更新舊偏差量c0的磁數(shù)據(jù)集而獲得的。
作為被存儲的用于以新偏差量c更新舊偏差量的磁數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集可包括在預(yù)定時間周期中被存儲的磁數(shù)據(jù)集并且可包括包含預(yù)定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)的磁數(shù)據(jù)集，還可包括包含在某一時間(例如，在做出偏差量更新請求的時刻)已經(jīng)存儲的任意數(shù)量的磁數(shù)據(jù)?？墒褂门c新偏差量c相同的方法來獲得舊偏差量c0，并且舊偏差量也可以是預(yù)定的。
雖然臨時偏差量被定義成是在沒有使用舊偏差量c0的情況下從統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集中獲得的，但該定義被引入用于定義導(dǎo)出新偏差量c的約束條件，并且臨時偏差量實際上并不是必須要獲得的數(shù)據(jù)。如果臨時偏差量實際上是在沒有使用舊偏差量c0的情況下從統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集獲得的，則臨時偏差量就是在其附近分布統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的圓周中心的位置矢量。然而，如果所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集在為從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集獲得的圓周的一部分的較窄圓心角弧度附近是不均勻分布的，則所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集中的每個元素中包括的誤差將會極大的影響所述圓周的導(dǎo)出結(jié)果，并因此可能導(dǎo)出遠離真實偏差量的臨時偏差量。例如，假定一個統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集在一個窄圓心角弧度附近是不均勻分布的，并且所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的相互正交的特征向量是u1和u2，如圖1所示。在這種情況下，因為所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的變化在對應(yīng)于較小主值的分布的特征向量u2的方向上較小，所以很可能從所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集獲得的臨時偏差量偏離在特征向量u2方向上的真實偏差量。另一方面，在這種情況下，因為所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的變化在所述分布的特征向量u1的方向上較大，所以很可能從所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集獲得的臨時偏差量接近特征向量u1方向上的真實偏差量。
因為所述分布的主軸方向上的變化可使用所述分布的主值λ1和λ2作為所述分布的指標來表達，所以該裝置根據(jù)主值λ1和λ2的比來估計在分別與所述主值相對應(yīng)的方向上分布的統(tǒng)計學(xué)群體的元素。具體地說，首先，為與舊偏差量c0相關(guān)的新偏差量c的位置矢量的校正矢量f和為與舊偏差量c0相關(guān)的臨時偏差量的位置矢量的臨時位置矢量g可在具有與所述分布的主軸方向一致的坐標軸α和β的坐標系統(tǒng)中進行定義。即，可將校正矢量f和臨時位置矢量g中的每一個定義成是所述分布的主軸方向的基本矢量的線性組合。這與變換成主軸值的過程相應(yīng)。如果校正矢量f的分量fα和fβ是通過根據(jù)所述分布的相應(yīng)主值u1和u2的量度對與舊偏差量c0相關(guān)的臨時偏差量的位置矢量g的分量gα和gβ進行加權(quán)而導(dǎo)出的，則能夠通過在具有較大離差的方向上提高統(tǒng)計學(xué)群體的元素的可靠性并且在具有較小離差的方向上降低統(tǒng)計學(xué)群體元素的可靠性來導(dǎo)出校正矢量f。然而，校正矢量f和臨時位置矢量g的這種定義也被引入用于定義導(dǎo)出新偏差量c的約束條件，并且校正矢量f和臨時位置矢量g中的每一個實際上并不是需要導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。
通過在將新偏差量c獲得作為如上所述所定義的舊偏差量c0和校正矢量f的和的約束條件下來導(dǎo)出新偏差量c，能夠與所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布無關(guān)地導(dǎo)出新偏差量，同時估計在具有較大離差的主軸方向上分布的磁數(shù)據(jù)集是統(tǒng)計學(xué)群體的最有效元素，并且在具有較小離差的主軸方向上分布的磁數(shù)據(jù)集是統(tǒng)計學(xué)群體的最無效元素。用于以這種方式導(dǎo)出新偏差量的一個示例技術(shù)將把所述分布用公式表達為最佳化問題。不管用戶針對校正執(zhí)行什么樣的操作，該裝置都能導(dǎo)出最可能的新偏差量，并且因此不需要用戶執(zhí)行預(yù)定的操作，所述新偏差量是從實際執(zhí)行的操作獲得的。
在本發(fā)明的磁數(shù)據(jù)處理裝置中，所述約束條件可以是如果較小的主值與較大的一個主值的比等于或小于一個預(yù)定的閾值，則對在與較小的一個主值相應(yīng)的主軸方向上的第二基本矢量的系數(shù)所使用的臨時位置矢量的加權(quán)因子將是0。
該裝置對所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布進行離散估計并根據(jù)所述離散估計結(jié)果對與舊偏差量c0相關(guān)的臨時偏差量的位置矢量的系數(shù)進行離散加權(quán)。具體地說，在所述分布的值是相對較小的方向上的臨時位置矢量g的系數(shù)的權(quán)是“0”。即，在所述分布的值小于一個閾值的方向上沒有估計統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集。
在本發(fā)明的磁數(shù)據(jù)處理裝置中，所述約束條件可以是校正矢量的系數(shù)應(yīng)該是通過用與統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值之比連續(xù)對應(yīng)的加權(quán)因子來對臨時位置矢量的系數(shù)進行加權(quán)而獲得的值。
該裝置可提高統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的實際使用效率，因為加權(quán)因子與所述分布連續(xù)相關(guān)。另外，所述裝置可簡化偏差量更新處理，因為能夠根據(jù)統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布在沒有改變所述處理的情況下獲得新偏差量。
在本發(fā)明的磁數(shù)據(jù)處理裝置中，可通過把對在與較大主值相應(yīng)的主軸方向上的第二基本矢量的系數(shù)所使用的加權(quán)因子設(shè)置為1來使對臨時位置矢量的系數(shù)所使用的各個加權(quán)因子標準化。
在引入與所述分布的主值不同的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布的估計指標的情況下，并不需要通過將較大加權(quán)因子設(shè)置為1來對加權(quán)因子進行標準化。例如，可根據(jù)與較大主值相應(yīng)的主軸方向(即，主方向)上的磁數(shù)據(jù)之間的最大距離和一個圓半徑之間的比將最大加權(quán)因子設(shè)置成小于1，所述圓是基于所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集作為一個圓周導(dǎo)出的，其具有統(tǒng)計學(xué)群體的磁數(shù)據(jù)集分布在其附近的部分。
在用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的磁數(shù)據(jù)處理裝置中，所述偏差量導(dǎo)出裝置可在所述約束條件下導(dǎo)出使下述目標函數(shù)f(c)最小的“c” f(c)＝(Xc-j)T(Xc-j)， 其中當磁數(shù)據(jù)由qi＝(qix，qiy)(i＝0，1，2，…)表示時，“X”和“j”如下 在本說明書中，所有向量都是列向量，并且行向量都被表示為列向量的轉(zhuǎn)置矩陣。在其右上側(cè)或側(cè)角處對每個轉(zhuǎn)置矩陣都附加一個符號“T”(即，形如()T)。
因為該裝置是使用約束條件作為分布的最佳化問題來導(dǎo)出新偏差量的，所以能夠通過如對后面在實施例中所述的簡單聯(lián)立線性方程求解來導(dǎo)出新偏差量。即，不管所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布如何，該裝置都能夠通過簡單的處理來導(dǎo)出最可能的新偏差量，所述最可能的新偏差量可從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出。
本發(fā)明的裝置中包括的所述多個裝置中的每一個的功能是通過其功能是由其構(gòu)成確定的硬件資源和其功能是由程序確定的硬件資源或這些資源的組合實現(xiàn)的。所述多個裝置中的每一個的功能不一定是由物理上獨立的硬件資源實現(xiàn)的。不僅通過裝置，還可通過程序、在其上記錄所述程序的記錄介質(zhì)和方法來詳列本發(fā)明。只要沒有技術(shù)障礙，權(quán)利要求中所述方法的操作不一定是按照權(quán)利要求中所述的順序執(zhí)行的，并且可以以任何其它的順序或同時來執(zhí)行所述操作。
將按照下述順序來說明本發(fā)明第一方面的實施例。
A.第一實施例 [1.一般說明] 1-1.硬件結(jié)構(gòu) 1-2.軟件結(jié)構(gòu) [2.過程] 2-1.全面流程 2-2.緩沖器更新 2-3.分布估計 2-4.通過最佳化問題導(dǎo)出新偏差量 2-5.當分布是二維時的新偏差量的導(dǎo)出 2-6.當分布基本是一維時的新偏差量的導(dǎo)出 2-7.總結(jié) B.第二實施例 ·概述 ·分布估計 ·新偏差量的導(dǎo)出 C.其它實施例 [1.一般說明] 1-1.硬件結(jié)構(gòu) 圖2是作為應(yīng)用本發(fā)明的一個移動物體的示例的汽車2的外觀的示意圖。汽車2包括一個二維(2D)磁探測器4。2D磁探測器4通過檢測在兩個正交方向(x，y)上的磁場的各自強度來檢測磁場的方向和強度。構(gòu)成安裝在汽車2上的導(dǎo)航系統(tǒng)的一部分的2D磁探測器4用于指定汽車2的行駛方向。
圖3是一個磁測量裝置的方框圖，所述磁測量裝置包括一個2D磁探測器4和一個磁數(shù)據(jù)處理裝置1。2D磁探測器4包括x軸和y軸探測器30和32，其用于檢測由于地磁引起的磁場矢量的x和y方向分量。x和y軸探測器30和32中的每一個都包括一個磁阻元件、霍爾探測器或類似元件，其可以是假設(shè)具有方向性的任何類型的1維磁探測器。固定x和y軸探測器30和32使得它們的探測方向相互正交。x和y的輸出是時分的并被輸入給磁探測器接口(I/F)22。在對所述輸入進行放大之后，磁探測器接口22對來自x和y軸探測器30和32的輸入進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。通過總線5將從磁探測器接口22輸出的數(shù)字磁數(shù)據(jù)輸入給磁數(shù)據(jù)處理裝置1。
磁數(shù)據(jù)處理裝置1是包括CPU 40、ROM 42和RAM 44的計算機。CPU 40控制例如所述導(dǎo)航系統(tǒng)的整體操作。ROM 42是一個非易失存儲介質(zhì)，其用于存儲磁數(shù)據(jù)處理程序或用于執(zhí)行導(dǎo)航系統(tǒng)的功能的各種程序，所述程序是由CPU 40執(zhí)行的。RAM 44是一個易失存儲介質(zhì)，其用于暫時存儲將要由CPU 40處理的數(shù)據(jù)?？梢詫⒋艛?shù)據(jù)處理裝置1和2D磁探測器4構(gòu)成為一個單片磁測量裝置。
1-2.軟件結(jié)構(gòu) 圖4是一個磁數(shù)據(jù)處理程序90的方框圖。磁數(shù)據(jù)處理程序90被存儲在ROM 42中以向定位器98提供方向數(shù)據(jù)。所述方向數(shù)據(jù)是表示地磁場的方向的2D矢量數(shù)據(jù)。磁數(shù)據(jù)處理程序90被構(gòu)成為一組模塊，例如緩沖器管理模塊92、偏差量導(dǎo)出模塊94和方向?qū)С瞿K96。
緩沖器管理模塊92是這樣一個程序部分，其接收從磁探測器4連續(xù)輸出的多個磁數(shù)據(jù)并在緩沖器中存儲所述接收的磁數(shù)據(jù)以便在偏差量更新中使用所述磁數(shù)據(jù)。緩沖器管理模塊92允許CPU 40、RAM44和ROM 42用作輸入裝置和存儲裝置。該緩沖器不但可以通過硬件還可以通過軟件來實施。存儲在該緩沖器中的磁數(shù)據(jù)集現(xiàn)在將被稱之為統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集。
偏差量導(dǎo)出模塊94是這樣一個程序部分，其基于由緩沖器管理模塊92保存的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集和偏差量導(dǎo)出模塊94保存的舊偏差量導(dǎo)出一個新偏差量并用所述新偏差量更新所述舊偏差量。偏差量導(dǎo)出模塊94允許CPU 40、RAM 44和ROM 42用作偏差量導(dǎo)出裝置。因為用新偏差量更新舊偏差量會使新偏差量變成舊偏差量，所以在上下文中“舊偏差量”將被簡單的稱為“偏差量”而不引起歧義。實際上，用于方向數(shù)據(jù)校正的偏差量被設(shè)置在一個變量中并且新偏差量作為與那個變量不同的變量被導(dǎo)出。當導(dǎo)出新偏差量時，它被設(shè)置在用于方向數(shù)據(jù)校正的變量中。因此，用于方向數(shù)據(jù)校正的變量是存儲舊偏差量的變量。
方向?qū)С瞿K96是這樣一個程序部分，其使用由偏差量導(dǎo)出模塊94保存的偏差量對從磁探測器順序輸出的磁數(shù)據(jù)進行校正以創(chuàng)建方向數(shù)據(jù)。具體地說，方向?qū)С瞿K96輸出作為方向數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，其包括通過用為2D矢量數(shù)據(jù)的磁數(shù)據(jù)分量減去所述偏差量的分量獲得的2個分量。
定位器98是一個公知的程序，其通過自動導(dǎo)航來指定汽車2的當前位置。具體地說，定位器98根據(jù)所述方向數(shù)據(jù)來指定汽車2的行駛方向并根據(jù)行駛方向和行駛距離來指定汽車2相對于一個基準點的位置。方向數(shù)據(jù)不但可用于在屏幕上通過字母或箭頭顯示南、北、東和西，而且還可用于對在所述屏幕上顯示的地圖進行航向地圖處理。
[2.過程] 2-1.全面流程 圖5為表示新偏差量導(dǎo)出過程的流程圖。當做出偏差量更新請求時，CPU 40通過執(zhí)行所述緩沖器管理模塊和偏差量導(dǎo)出模塊94來執(zhí)行圖5的過程。偏差量更新請求可以以預(yù)定的時間間隔做出，也可以通過驅(qū)動器的確切指令產(chǎn)生。
2-2.緩沖器更新 在步驟S100，刪除存儲在緩沖器中的所有磁數(shù)據(jù)，其中存儲有用于導(dǎo)出新偏差量的磁數(shù)據(jù)集(統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集)。結(jié)果，在該處理中，一個用于導(dǎo)出舊偏差量的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集就被刪除。
在步驟S102，輸入用于導(dǎo)出新偏差量的數(shù)據(jù)并將其存儲在所述緩沖器中。當在汽車2的行駛方向上幾乎沒有變化的從磁探測器4連續(xù)輸入多個磁數(shù)據(jù)時，兩個連續(xù)輸入的磁數(shù)據(jù)(或值)之間的間隔較小。在有限容量的緩沖器中存儲多個相近的磁數(shù)據(jù)會浪費存儲器資源并會引發(fā)不必要的緩沖器更新處理。另外，如果新偏差量是基于一組相近的磁數(shù)據(jù)導(dǎo)出的，則存在根據(jù)不均勻分布的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出不精確的新偏差量的可能性?？梢砸韵率龇绞酱_定是否需要更新緩沖器。例如，如果最后輸入的磁數(shù)據(jù)和恰即最后輸入的磁數(shù)據(jù)之前存儲在緩沖器中的磁數(shù)據(jù)之間的間隔小于一個給定的閾值，則確定不需要更新緩沖器并丟棄最后輸入的磁數(shù)據(jù)而不將其存儲在緩沖器中。
在步驟S104，確定是否已經(jīng)將導(dǎo)出一個準確的新偏差量所需的規(guī)定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)存在了緩沖器中。即，統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的元素數(shù)量是預(yù)定的。設(shè)置統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的元素為一個較小的數(shù)量可改進對偏差量更新請求的響應(yīng)。重復(fù)步驟S102和S104的處理直到將規(guī)定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)存儲在緩沖器中。
2-3.分布估計 一旦將規(guī)定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)存儲在緩沖器中，就對統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布進行估計(步驟S106)?；诜植嫉闹髦祦砉烙嬎龇植?。當由下面的等式(1)來表示磁數(shù)據(jù)集時，所述分布的主值就是使用從所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的中心(平均值)開始的并以各個磁數(shù)據(jù)結(jié)束的矢量和來通過等式(2)、(3)和(4)定義的對稱矩陣A的特征值。
qi＝(qix，qiy)(i＝0，1，2，…)…(1) A＝XTX…(2) 其中 因為還可以將矩陣A重寫為等式(5)，所以矩陣A等于方差-協(xié)方差矩陣的N倍。
使λ1和λ2是按照升序的矩陣A的特征值。使u1和u2是與λ1和λ2對應(yīng)的相互正交的特征向量，并且已經(jīng)被標準化為尺寸1。在本實施例中，假設(shè)矩陣A是非奇異矩陣并且λ1和λ2的范圍是λ1＞0且λ2＞0。當矩陣A的較小特征值λ2為0時，即當矩陣A的秩是1或更小時，就不要再考慮它，因為所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的元素數(shù)量是1或所述分布是一條完美的直線。每個特征值必須是0或正的實數(shù)，因為矩陣A依其定義是一個正半定矩陣。
根據(jù)較小特征值與較大特征值的比λ2/λ1來估計所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布。
在步驟S106，確定所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布是否充分為二維的。具體地說，當滿足下述條件(6)時，所述確定是肯定的，而當不滿足時，所述確定是否定的。
λ2/λ1＞t…(6) 當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集沿一個特定的圓周分布在一個較寬的范圍上時，滿足條件(6)。
如果步驟S106的確定是否定的，則所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布基本上就是一維的。當所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集在所述特定圓周的一個較窄圓心角弧度上是不均勻分布的，則所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布基本上就是一維的。
2-4.通過最佳化問題導(dǎo)出新偏差量 現(xiàn)在將說明用于導(dǎo)出新偏差量的最佳化問題。
當統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集包括3個未出現(xiàn)在同一直線上的磁數(shù)據(jù)時，其上分布所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的圓在沒有使用統(tǒng)計技術(shù)的情況下被唯一指定。該圓周的中心的位置矢量c＝(cx，cy)是通過對聯(lián)立方程(7)求解獲得的。雖然對于兩個變量存在三個等式約束，但等式(7)必須具有一個解，因為三個等式約束之一是多余的。
其中 當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的元素數(shù)量是4或者更多時，“j”通過下述等式(9)來定義。
這里，如果針對“c”的聯(lián)立線性方程(10)有解，則該解為其上分布了統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的圓周的中心。
Xc＝j(luò)…(10) 然而，如果考慮2D磁探測器4的固有測量誤差，則對于等式(10)來說實際上不可能有解。引入通過下式(11)定義的矢量“e”以通過一種統(tǒng)計技術(shù)獲得一個似乎合理的解。
E＝Xc-j…(11) 使||e||22(即，eTe)最小的“c”作為最靠近所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布的圓的中心可被看作是似乎合理的。當矩陣A是非奇異矩陣時，用于找出使||e||22最小的值“c”的問題是用于使下述等式(12)的目標函數(shù)最小的最佳化問題。
f(c)＝(Xc-j)T(Xc-j)…(12) 2-5.當分布是二維時的新偏差量的導(dǎo)出 如圖6所示，當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布是二維時，所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集整體上是足夠可靠的，并因此通過獲得在沒有任何約束條件的情況下使等式(12)的目標函數(shù)f(c)最小的“c”來導(dǎo)出新偏差量(S108)。當在本實施例中假設(shè)的XTX是非奇異矩陣時，在沒有任何約束條件下使目標函數(shù)f(c)最小的值“c”可被寫作等式(13)。
c＝(XTX)-1XTj…(13) 當已經(jīng)導(dǎo)出滿足等式(13)的“c”時，基于所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集在沒有使用舊偏差量的情況下導(dǎo)出一個新偏差量，該新偏差量可通過校正兩個方向上的舊偏差量獲得。
當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集是充分二維時，在導(dǎo)出新偏差量時就不需要使用舊偏差量。用于基于所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集而沒有使用舊偏差量來導(dǎo)出新偏差量的算法可以是這樣一種算法如在本實施例中，其使用已經(jīng)建議的各種統(tǒng)計技術(shù)中的一種，并且也可以是沒有使用統(tǒng)計技術(shù)的算法。
2-6.當分布基本是一維時的新偏差量的導(dǎo)出 如圖7所示，當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布在所述特定圓周的一個較窄圓心角弧度上并因此所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布基本上是一維(即，線性的)時，通過對其中舊偏差量被校正到所述分布的一個主方向上的方向進行限制來導(dǎo)出一個新偏差量(S110)。當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布在一條特定直線附近時，在所述直線方向上的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布是完全可靠的，而在其它方向上的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布是不可靠的。在該情況中，在所述直線方向之外的其它方向上并不對舊偏差量進行校正，由此可防止基于不可靠的信息更新所述偏差量。
當統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布在一條特定直線附近時，所述直線的方向與對應(yīng)于較大特征值λ1的特征向量u1的方向(即，主方向)一致，而對應(yīng)于較小特征值λ2的特征向量u2的方向垂直于所述直線。因此，為了僅在所述直線的方向上導(dǎo)出一個新偏差量，在由下述等式(14)表示的約束條件下找到一個使等式(12)的目標函數(shù)最小的新偏差量c。
可使用拉格朗日乘子的方法將用于在等式(14)的約束條件下對等式(12)的最佳化問題求解的等式修改成其等效的聯(lián)立方程。當未知的約束乘子ρ被引入并且“x”是通過下述的等式(15)定義的時，“x”的聯(lián)立線性方程(16)就是上述的聯(lián)立方程。
B3x＝b3…(16) 其中 從上述的說明可以理解，如果統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集大體上是一維的，則步驟S110處的用于導(dǎo)出新偏差量的處理將對所述聯(lián)立線性方程(16)求解。解“x”必須是唯一指定的，因為矩陣B3的秩必須是3。
2-7.總結(jié) 現(xiàn)在將參照圖6和7使用空間概念來說明步驟S108和S110的處理。如果假設(shè)所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集是完全可靠的，則由下述等式(19)通過將新偏差量c看作是舊偏差量c0和一個圓的中心的位置矢量(即，臨時位置偏差量)g的和來定義新偏差量c，所述圓僅是從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，該新偏差量與舊偏差量c0相關(guān)。
c＝c0+g…(19) 新偏差量的位置矢量“c”可被看作是舊偏差量“c0”與校正矢量“f”的和，所述校正矢量f是與所述分布的特征向量u1和u2相同方向上的基本矢量的線性組合。因此，與從位置矢量“g”根據(jù)對應(yīng)于所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的中心的位置矢量“g”的分量的各自可靠度校正的矢量相應(yīng)的校正矢量“f”可通過按照在相應(yīng)主軸方向上的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的各自可靠程度對位置矢量“g”的系數(shù)gα和gβ進行加權(quán)來獲得。
在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布如圖6所示是充分二維時所執(zhí)行的步驟S108的處理中，使等式(12)的目標函數(shù)最小的“C”如上所述是在沒有任何約束條件的情況下獲得的。然而，可以考慮在將新偏差量“c”獲得作為舊偏差量c0和校正矢量“f”的和的約束條件下執(zhí)行該處理，所述校正矢量“f”是通過用加權(quán)因子“1”對所述分布的兩個主軸方向上的臨時位置矢量“g”的分量gα和gβ進行加權(quán)而獲得的。在圖6中，因為它與位置矢量“g”一致，所以并未示出校正矢量“f”。
在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布如圖7所示基本是一維時所執(zhí)行的步驟S110的處理中，當基于舊偏差量c0和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出新偏差量時施加下述約束條件。所述約束條件是新偏差量c作為舊偏差量c0和校正矢量“f”的和而被獲得，所述校正矢量“f”是通過用臨時位置矢量“g”的加權(quán)因子“1”對與所述分布的較大主值(即，與較大特征值λ1相應(yīng))相應(yīng)的所述分布的一個主軸方向(或主方向)上的臨時位置矢量“g”的系數(shù)gα進行加權(quán)和通過用位置矢量“g”的加權(quán)因子“0”對與所述分布的較小主值(即，與較小的特征值λ2相應(yīng))相應(yīng)的所述分布的一個主軸方向上的系數(shù)gβ進行加權(quán)而獲得的。
本實施例中的算法的關(guān)鍵點是使等式(12)的目標函數(shù)最小的“c”是在下述約束條件下獲得的，即如果所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布的主值之比大于一個預(yù)定的閾值“t”，則將對臨時位置矢量“g”的兩個分量所使用的加權(quán)因子設(shè)置為“1”，而如果所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布的主值之比小于或等于所述預(yù)定的閾值“t”，則將對在所述分布的主方向上的臨時位置矢量“g”的分量所使用的加權(quán)因子設(shè)置為“1”并且將對在具有較小分布等級的分布的主方向上的臨時位置矢量“g”的分量所使用的加權(quán)因子設(shè)置為“0”。
B.第二實施例 *概述 在第一實施例中，當所述分布是充分二維的并且當所述分布基本上是一維時，對統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布進行離散估計，并且新偏差量“c”是使用不同的技術(shù)導(dǎo)出的。在第二實施例中，將給出一種簡單、高精度的算法的說明，所述算法可消除第一實施例中的根據(jù)分布的估計來執(zhí)行不同處理的需要，并且通過有效使用所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集還可導(dǎo)出更加可能的新偏差量。
圖8是表示新偏差量導(dǎo)出處理的流程圖。以與第一實施例中相同的方式，CPU 40在做出偏差量更新請求時通過執(zhí)行偏差量導(dǎo)出模塊94來執(zhí)行圖8的過程。步驟S200的處理與上面在第一實施例中說明的步驟S100的處理相同。步驟S202的處理與上面在第一實施例中說明的步驟S102的處理相同。步驟S204的處理與上面在第一實施例中說明的步驟S104的處理相同。
·分布估計 在步驟S206，導(dǎo)出所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布指標。具體地說，通過導(dǎo)出通過下述等式(20)定義的m2作為分布指標而將所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布估計作為連續(xù)的值。
這里，“k2”是預(yù)定的正常數(shù)。k2的值確定了主值和統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的相應(yīng)主軸方向的可靠度之間的聯(lián)系。這里，“m2”必須滿足下述條件(21)。
0≤m2＜1…(21) 現(xiàn)在將參照圖1說明m2的空間概念。當在所述分布的主軸方向上的臨時位置矢量g的分量的系數(shù)按照相應(yīng)主值的降序由gα和gβ表示，且在所述分布的主軸方向上的位置矢量f的分量的系數(shù)按照相應(yīng)主值的降序由fα和fβ表示時，在本實施中臨時位置矢量g、校正矢量f和m2之間的關(guān)系由下面的等式(22)和(23)表示。
與相應(yīng)于最大主值的主軸方向的分量相關(guān)的加權(quán)因子fα/gα可被設(shè)置為小于“1”。另外，如果滿足下面的條件，則可對m2做出任何定義，m2被確定使得所述加權(quán)因子與所述主值的比連續(xù)對應(yīng)，而未將其限制于等式(20)的定義。
·m2的值的范圍是
或其子集。
·當λ2/λ1＝1時，m2≠1。
·如果允許λ2＝0，則當λ2/λ1＝0時，m2＝1。
·隨著λ2/λ1增加，m2在寬泛的意義下單調(diào)降低。
具體地說，可例如通過下式(24)來定義m2。
其中，“s”和“k”是非負實數(shù)，sgn是由下式表示的符號函數(shù)。
因為需要大量的計算來導(dǎo)出由等式(24)定義的m2，所以可將使用輸入λ1和λ2的等式(24)的計算結(jié)果存儲在一個2D查找表中，然后就可參照所述2D查找表來獲得m2的近似值。
因為加權(quán)效果會根據(jù)它們的值發(fā)生改變，所以指數(shù)“s”和“k”是按照實施例設(shè)置的。圖9和10為表示根據(jù)指數(shù)“s”和“k”發(fā)生改變的加權(quán)效果的曲線圖。圖9表示在等式(24)中將“s”固定為1并將“k”設(shè)置為1/4、1和4時特征值(λ2/λ1)的比與加權(quán)因子m2之間的關(guān)系。圖10表示在等式(24)中將“k”固定為1/4并將“s”設(shè)置為1/2、1和2時特征值(λ2/λ1)的比與加權(quán)因子m2之間的關(guān)系。
當將磁探測器安裝在類似移動電話或個人數(shù)字助理(PDA)的移動物體或?qū)ο笊蠒r，所述移動物體或?qū)ο蟮淖藨B(tài)或姿勢以較高的角速度或速度變化，能夠預(yù)期存儲在某一時期上的磁數(shù)據(jù)集的分布平均來說將是相對較寬的。在磁數(shù)據(jù)的分布不是如此寬的情況下，因為這種磁數(shù)據(jù)集具有較低的可靠性，所以如果通過對具有較小主值的主軸方向的磁數(shù)據(jù)集進行有效評估來執(zhí)行偏差量校正，則偏差量精度將被大大降低。因此，在將本發(fā)明應(yīng)用于其中磁數(shù)據(jù)集的分布趨于變得相對較寬的移動對象的情況下，應(yīng)該設(shè)置參數(shù)s和k的值使得只有在磁數(shù)據(jù)的分布是相當寬的情況下才對具有較小主值的主軸方向的磁數(shù)據(jù)集進行有效評估。這里，因為等式(24)中的m2的值變得較小，所以意味著在具有較小主值的分布的主軸方向上的權(quán)值變得較大。因此，如果將等式(24)應(yīng)用于以較快的角速度改變其姿態(tài)的移動對象時，期望以相對較大的值設(shè)置參數(shù)s并且以相對較小的值設(shè)置參數(shù)k。
另一方面，當將磁探測器安裝在類似汽車的移動物體或?qū)ο笊蠒r，所述移動物體或?qū)ο蟮淖藨B(tài)或姿勢以較低的角速度改變，假定存儲在某一時期中的磁數(shù)據(jù)集的分布平均來說將是相對較窄的。在這種情況下，當磁數(shù)據(jù)的分布不是如此寬時，雖然這種磁數(shù)據(jù)集不是如此可靠的，但是如果在未用較重的權(quán)值對具有較小主值的主軸方向的磁數(shù)據(jù)集進行評估的同時來執(zhí)行偏差量校正，偏差量的精度也將不會得到改進。因此，在將等式(24)應(yīng)用于以較低角速度改變其姿態(tài)的移動對象時，期望以相對較小的值設(shè)置參數(shù)s并且以相對較大的值設(shè)置參數(shù)k。
·新偏差量的導(dǎo)出 當在一特定的約束條件下難于對所述最佳化問題導(dǎo)出一個解時，可引入通過放寬約束條件來求解最佳化問題的松弛問題。通過應(yīng)用該松弛問題，該實施例實現(xiàn)了用于將新偏差量c導(dǎo)出作為舊偏差量c0和校正矢量f的和的處理，所述校正矢量f是通過用與所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布的主值之比連續(xù)對應(yīng)的加權(quán)因子來對上述的臨時位置矢量g(參見圖1)的系數(shù)gα和gβ進行加權(quán)而獲得的。下述是該處理的細節(jié)。
一個未知的常數(shù)乘子ρ被定義為所述處理期間計算所需的變量，并且c和ρ被一起集合成一個矢量“x”，所述矢量“x”是通過下述等式(26)定義的。
另外，通過等式(27)來定義矩陣“B”，而通過等式(28)來定義矢量“b”。
步驟S208的用于導(dǎo)出新偏差量的處理將求得下述聯(lián)立方程(29)的解。因為矩陣B必須是非奇異矩陣，所以矢量x是唯一確定的。
Bx＝b…(29) 求得聯(lián)立方程(29)的解等價于在下述約束條件下對用于使等式(12)的目標函數(shù)最小的最佳化問題求解，所述約束條件為新偏差量作為舊偏差量c0和校正矢量f的和而被獲得，校正矢量f的分量是通過用與所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布的主值之比連續(xù)對應(yīng)的因數(shù)fα/gα和fβ/gβ對所述分布的主軸方向上的位置矢量g的系數(shù)進行加權(quán)而獲得的值。
在第二實施例中，因為如上所述不需要根據(jù)統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布對新偏差量導(dǎo)出處理進行分支，所以容易開發(fā)或改進偏差量導(dǎo)出模塊94，并且也減小了偏差量導(dǎo)出模塊94的數(shù)據(jù)大小。另外，因為可在所述分布的主軸方向上通過與統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的主值之比連續(xù)對應(yīng)的間隔來校正舊偏差量，除非任何一個主值是0，所以第二實施例提高了偏差量導(dǎo)出模塊94使用所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的使用效率，并且還允許方向?qū)С瞿K使用最可能的偏差量校正磁數(shù)據(jù)。
C.其它實施例 本發(fā)明的第一方面并不局限于上述的實施例，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，各種實施例都是可能的。例如，也可將本發(fā)明的第一方面應(yīng)用于安裝在PDA、移動電話、雙輪摩托車、輪船等上的磁探測器。
下面，將參照圖11詳細說明在本發(fā)明第二方面中使用的原理和算法。該算法的關(guān)鍵點是分布在具有較大離差的主軸方向上的磁數(shù)據(jù)集被估計成是用于更新所述偏差量的統(tǒng)計學(xué)群體的最有效的元素，而分布在具有較小離差的主軸方向上的磁數(shù)據(jù)集被估計成是用于更新所述偏差量的統(tǒng)計學(xué)群體的最無效的元素。細節(jié)如下。舊偏差量c0、新偏差量c和與相對于原點“O”的“g”的結(jié)束點的位置相應(yīng)的臨時偏差量中的每一個都是3D位置矢量數(shù)據(jù)，該矢量數(shù)據(jù)是磁數(shù)據(jù)基本矢量集的線性組合。即，每個所述偏差量都是在xyz坐標系統(tǒng)中表示的矢量數(shù)據(jù)。新偏差量c是基于舊偏差量c0和存儲用于以新偏差量c更新舊偏差量c0的磁數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的。
為存儲用于以新偏差量c更新舊偏差量的磁數(shù)據(jù)集的所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集可包括已經(jīng)在預(yù)定時期中存儲的磁數(shù)據(jù)集，并可包括含有預(yù)定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)的磁數(shù)據(jù)集，還可包括含有已經(jīng)在某一時間(例如，在做出偏差量更新請求時)存儲的任意數(shù)量的磁數(shù)據(jù)的磁數(shù)據(jù)集。
可使用與新偏差量c相同的方法來導(dǎo)出舊偏差量c0，并且舊偏差量也可以是預(yù)定的。
雖然臨時偏差量是在沒有使用舊偏差量c0的情況下從統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，但該限定被引入是用于定義導(dǎo)出新偏差量c的約束條件，并且臨時偏差量實際上并不是必須要導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。如果臨時偏差量實際上是在沒有使用舊偏差量c0的情況下從統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，則臨時偏差量是統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集分布在其附近的球面中心的位置矢量。然而，如果所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集在從統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的球面的一部分上是不均勻分布的，則在所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的每個元素中包括的誤差將極大影響球面的導(dǎo)出結(jié)果，并因此可能導(dǎo)出偏離真實偏差量的臨時偏差量。例如設(shè)想一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集是以具有相互正交的特征向量u1、u2和u3的環(huán)形分布圖案分布的，并且所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的方差在與最小主值對應(yīng)的特征向量u3的方向上被最小化，如圖11所示。在這種情況下，因為統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的變化在所述分布的特征向量u3的方向上較小，所以很可能從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的臨時偏差量的位置在特征向量u3的方向上會偏離真實偏差量的位置。另一方面，在該情況下，因為統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的變化在所述分布的特征向量u1的方向上較大，所以很可能從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的臨時偏差量的位置在特征向量u1的方向上接近真實偏差量的位置。
因為在所述分布的主軸方向上的變化可使用分布的主值λ1、λ2和λ3作為所述分布的指標來表達，所以該裝置根據(jù)主值λ1、λ2和λ3的比對在分別與所述主值相對應(yīng)的方向上分布的統(tǒng)計學(xué)群體的元素進行估計。具體地說，首先，作為與舊偏差量c0相關(guān)的新偏差量c的位置矢量的校正矢量f和作為與舊偏差量c0相關(guān)的臨時偏差量的位置矢量g可在具有與所述分布的主軸方向一致的坐標軸α、β和γ的坐標系統(tǒng)中進行定義。即，可將校正矢量f和位置矢量g中的每一個定義成是所述分布的主軸方向的基本矢量的線性組合。這與變換成主軸值的過程相應(yīng)。如果校正矢量f的分量fα、fβ和fγ是通過根據(jù)所述分布的相應(yīng)主值u1、u2和u3的量度對與舊偏差量c0相關(guān)的臨時偏差量的位置矢量g的分量gα、gβ和gγ進行加權(quán)導(dǎo)出的，則能夠通過在具有較大離差的方向上提高統(tǒng)計學(xué)群體的元素的可靠性并且在具有較小離差的方向上降低統(tǒng)計學(xué)群體元素的可靠性來導(dǎo)出校正矢量f。然而，校正矢量f和位置矢量g的這種定義也被引入用于定義導(dǎo)出新偏差量c的約束條件，并且校正矢量f和位置矢量g中的每一個實際上并不是需要導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。
通過在將新偏差量c獲得作為如上所述所定義的舊偏差量c0和校正矢量f的和的約束條件下來導(dǎo)出新偏差量c，能夠?qū)С鲂缕盍?，同時估計在具有較大離差的主軸方向上分布的磁數(shù)據(jù)集是用于更新所述偏差量的統(tǒng)計學(xué)群體的最有效元素，并且在具有較小離差的主軸方向上分布的磁數(shù)據(jù)集是用于更新所述偏差量的統(tǒng)計學(xué)群體的最無效元素。用于以這種方式導(dǎo)出新偏差量的一個示例技術(shù)將把所述分布用公式表達為最佳化問題。如果將偏差量導(dǎo)出作為具有一種約束條件的所述分布的最佳化問題，則可通過如在后面實施例中所述的求解簡單聯(lián)立線性方程來導(dǎo)出新偏差量。即，不管用戶統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布如何，該裝置都能通過簡單的處理導(dǎo)出最可能的新偏差量，所述新偏差量可從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出。
在本發(fā)明的磁數(shù)據(jù)處理裝置中，所述約束條件可以是如果所述主值的一個中間主值與所述主值的最大主值之比高于一個預(yù)定的閾值并且最小主值與最大主值之比等于或小于一第二閾值，則對在與所述主值中的最小主值相應(yīng)的主軸方向之一上的第二基本矢量之一的系數(shù)所使用的位置矢量的加權(quán)因子應(yīng)是0，而如果所述中間主值與所述最大主值之比等于或小于所述第一預(yù)定閾值并且最小主值與最大主值之比等于或小于所述第二閾值，則對在與所述最小主值相應(yīng)的主軸方向上的第二基本矢量的系數(shù)和對在與所述中間主值相應(yīng)的主軸方向之一上的第二基本矢量中的另一個的系數(shù)所使用的位置矢量的各自加權(quán)因子應(yīng)是0。
該裝置對所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布進行離散估計并根據(jù)所述離散估計結(jié)果對與舊偏差量c0相關(guān)的臨時偏差量的位置矢量的系數(shù)進行離散加權(quán)。具體地說，在所述分布的值是最小值的方向上的位置矢量g的系數(shù)的權(quán)是“0”。另外，如果所述分布的值在所述方向上是較小的，則在所述分布的值是中間值的方向上的位置矢量g的系數(shù)的權(quán)是“0”。即，在所述分布的值小于一個閾值的方向上沒有對磁數(shù)據(jù)進行估計。
在本發(fā)明的磁數(shù)據(jù)處理裝置中，所述約束條件可以是校正矢量的系數(shù)應(yīng)該是通過用與統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布的主值之比連續(xù)對應(yīng)的加權(quán)因子對位置矢量的系數(shù)進行加權(quán)而獲得的值。
因為加權(quán)因子與所述分布連續(xù)相關(guān)，所以該裝置可提高統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的實際使用效率。另外，因為能夠根據(jù)統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布在沒有改變所述處理的情況下獲得新偏差量，所以所述裝置可簡化偏差量更新處理。
在本發(fā)明的磁探測器偏差量導(dǎo)出裝置中，用于位置矢量的系數(shù)的各自加權(quán)因子可通過將對在與最大主值相應(yīng)的主軸方向上的第二基本矢量的系數(shù)所使用的加權(quán)因子設(shè)置為1來進行標準化。
在引入與所述分布的主值不同的統(tǒng)計學(xué)群體的磁數(shù)據(jù)集的分布的估計指標的情況下，并不需要通過將最大加權(quán)因子設(shè)置為1來對加權(quán)因子進行標準化。例如，可根據(jù)與最大主值相應(yīng)的主軸方向(即，主方向)上的磁數(shù)據(jù)之間的最大距離和一個球面半徑之間的比將最大加權(quán)因子設(shè)置成小于1，所述球體是基于所述統(tǒng)計學(xué)群體的磁數(shù)據(jù)集作為一個球面導(dǎo)出的，其具有統(tǒng)計學(xué)群體的磁數(shù)據(jù)集分布在其附近的部分。
在本發(fā)明的磁數(shù)據(jù)處理裝置中，所述偏差量導(dǎo)出裝置可在所述約束條件下導(dǎo)出使下述目標函數(shù)f(c)最小的“c” f(c)＝(Xc-j)T(Xc-j) 其中當磁數(shù)據(jù)由qi＝(qix，qiy，qiz)(i＝0，1，2，…)表示時，“X”和“j”如下 因為該裝置是使用約束條件作為分布的最佳化問題來導(dǎo)出新偏差量的，所以能夠通過對后面在實施例中所述的簡單聯(lián)立線性方程求解來導(dǎo)出新偏差量。即，不管所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布如何，該裝置都能夠通過簡單的處理來導(dǎo)出最可能的新偏差量，所述最可能的新偏差量可從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出。
本發(fā)明的磁測量設(shè)備包括上述的磁數(shù)據(jù)處理裝置；和3D磁探測器。
不管所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布如何，該裝置都能夠通過簡單的處理來導(dǎo)出最可能的新偏差量，所述最可能的新偏差量可從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出。
本發(fā)明的裝置中所包括的所述多個裝置中的每一個的功能是通過其功能是由其構(gòu)成確定的硬件資源和其功能是由程序確定的硬件資源或這些資源的組合來實現(xiàn)的。所述多個裝置中的每一個的功能不一定是由物理上獨立的硬件資源實現(xiàn)的。不僅通過裝置，還可通過程序、在其上記錄了所述程序的記錄介質(zhì)和方法來詳列本發(fā)明。只要沒有技術(shù)障礙，權(quán)利要求中所述方法的操作不一定是按照權(quán)利要求中所述的順序執(zhí)行的，并且可以以任何其它的順序或同時來執(zhí)行所述操作。
將按照下述順序來說明本發(fā)明第二方面的實施例。
A.第一實施例 [1.一般說明] 1-1.硬件結(jié)構(gòu) 1-2.軟件結(jié)構(gòu) [2.過程] 2-1.整體流程 2-2.緩沖器更新 2-3.分布估計 2-4.通過最佳化問題導(dǎo)出新偏差量 2-5.當分布是二維時的約束條件 2-6.當分布基本是一維時的約束條件 2-7.當分布是三維時的新偏差量的導(dǎo)出 2-8.總結(jié) B.第二實施例 ·概述 ·分布估計 ·新偏差量的導(dǎo)出 C.其它實施例 [1.一般說明] 1-1.硬件結(jié)構(gòu) 圖12是作為應(yīng)用本發(fā)明的一個移動物體的示例的移動電話3的外觀的示意圖。移動電話3包括一個3維(3D)磁探測器4。3D磁探測器4通過檢測在三個正交方向(x，y，z)上的磁場的各自強度來檢測磁場的方向和強度。移動電話3的顯示器2顯示各種字符或圖像信息。例如，顯示器2顯示地圖和代表方向(或方位)的箭頭或字符。
圖13是一個磁測量裝置的方框圖，所述磁測量裝置包括一個3D磁探測器4和一個磁數(shù)據(jù)處理裝置1。3D磁探測器4包括x軸、y軸和z軸探測器30、32和34，其用于檢測由于地磁引起的磁場矢量的x、y和z方向分量。x、y和z軸探測器30、32和34中的每一個都包括一個磁阻元件、霍爾探測器或類似元件，其可以是假設(shè)具有方向性的任何類型的1維磁探測器。x、y和z軸探測器30、32和34被固定使得它們的探測方向彼此垂直。x、y和z軸探測器30、32和34的輸出是時分的并被輸入給磁探測器接口(I/F)22。在對所述輸入進行放大之后，磁探測器接口22對來自x、y和z軸探測器30、32和34的輸入進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。通過總線5將從磁探測器接口22輸出的數(shù)字磁數(shù)據(jù)輸入給磁數(shù)據(jù)處理裝置1。
磁數(shù)據(jù)處理裝置1是包括CPU 40、ROM 42和RAM 44的計算機。CPU 40控制例如所述移動電話3的整體操作。ROM 42是一個非易失存儲介質(zhì)，其用于存儲磁數(shù)據(jù)處理程序或用于執(zhí)行移動物體的功能的各種程序(例如，導(dǎo)航程序)，所述程序是由CPU 40執(zhí)行的。RAM 44是一個易失存儲介質(zhì)，其用于暫時存儲將要由CPU 40處理的數(shù)據(jù)?？梢詫⒋艛?shù)據(jù)處理裝置1和3D磁探測器4構(gòu)成為一個單片磁測量裝置。
1-2.軟件結(jié)構(gòu) 圖14是一個磁數(shù)據(jù)處理程序90的方框圖。磁數(shù)據(jù)處理程序90被存儲在ROM 42中以向?qū)Ш匠绦?8提供方向數(shù)據(jù)。所述方向數(shù)據(jù)是表示地磁場的方向的2D矢量數(shù)據(jù)。作為用于例如移動物體的姿態(tài)檢測的3D矢量數(shù)據(jù)，可以將所述方向數(shù)據(jù)提供給其它應(yīng)用程序。磁數(shù)據(jù)處理程序90被構(gòu)成為一組模塊，例如緩沖器管理模塊92、偏差量導(dǎo)出模塊94和方向?qū)С瞿K96。
緩沖器管理模塊92是這樣一個程序部分，其接收從磁探測器4連續(xù)輸出的多個磁數(shù)據(jù)并在緩沖器中存儲所述接收的磁數(shù)據(jù)以便在偏差量更新中使用所述磁數(shù)據(jù)。緩沖器管理模塊92允許CPU 40、RAM44和ROM 42用作輸入裝置和存儲裝置。該緩沖器不但可以通過硬件還可以通過軟件來實施。存儲在該緩沖器中的磁數(shù)據(jù)集現(xiàn)在將被稱之為統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集。
偏差量導(dǎo)出模塊94是這樣一個程序部分，其基于由緩沖器管理模塊92保存的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集和偏差量導(dǎo)出模塊94保存的舊偏差量導(dǎo)出一個新偏差量并用所述新偏差量更新所述舊偏差量。偏差量導(dǎo)出模塊94允許CPU 40、RAM 44和ROM 42用作偏差量導(dǎo)出裝置。因為用新偏差量更新舊偏差量會使新偏差量變成舊偏差量，所以在上下文中“舊偏差量”將被簡單的稱為“偏差量”而不引起歧義。實際上，用于方向數(shù)據(jù)校正的偏差量被設(shè)置在一個變量中并且新偏差量被導(dǎo)出作為與那個變量不同的變量。當導(dǎo)出新偏差量時，它被設(shè)置在用于方向數(shù)據(jù)校正的變量中。因此，用于方向數(shù)據(jù)校正的變量是存儲舊偏差量的變量。
方向?qū)С瞿K96是這樣一個程序部分，其使用由偏差量導(dǎo)出模塊94保存的偏差量對從磁探測器順序輸出的磁數(shù)據(jù)進行校正以創(chuàng)建方向數(shù)據(jù)。方向?qū)С瞿K96允許CPU 40、RAM 44和ROM 42用作方向?qū)С鲅b置。具體地說，方向?qū)С瞿K96輸出作為方向數(shù)據(jù)的所有三個分量或其中的兩個，所述三個分量是通過用為3D矢量數(shù)據(jù)的磁數(shù)據(jù)分量減去所述偏差量的分量而獲得的。
導(dǎo)航程序98是一個公知的程序，其搜索到達目的地的路線并在地圖上顯示所述路線。因為容易識別地圖，所以地圖被顯示使得地圖的方位與真實世界的方向相匹配。因此，例如，當旋轉(zhuǎn)移動電話3時，在顯示器2上顯示的地圖會相對于顯示器2旋轉(zhuǎn)使得地圖相對于地球不發(fā)生旋轉(zhuǎn)。方向數(shù)據(jù)被用于該地圖顯示處理。當然，方向數(shù)據(jù)可通過字符或箭頭只用于顯示南、北、西、東。
[2.過程] 2-1.整體流程 圖15為表示新偏差量導(dǎo)出過程的流程圖。當做出偏差量更新請求時，CPU 40通過執(zhí)行所述偏差量導(dǎo)出模塊94來執(zhí)行圖15的過程。
2-2.緩沖器更新 在步驟S100，刪除存儲在緩沖器中的所有磁數(shù)據(jù)，該緩沖器中存儲有用于導(dǎo)出新偏差量的磁數(shù)據(jù)集(統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集)。即，在該處理中，一個用于導(dǎo)出舊偏差量的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集就被刪除。
在步驟S102，輸入用于導(dǎo)出新偏差量的數(shù)據(jù)并將其存儲在所述緩沖器中。當移動電話3的姿態(tài)幾乎沒有變化地從磁探測器4連續(xù)輸入多個磁數(shù)據(jù)時，兩個連續(xù)輸入的磁數(shù)據(jù)(或值)之間的間隔較小。在有限容量的緩沖器中存儲多個相近的磁數(shù)據(jù)會浪費存儲器資源并會引發(fā)不必要的緩沖器更新處理。另外，如果新偏差量是基于一組相近的磁數(shù)據(jù)導(dǎo)出的，則存在根據(jù)不均勻分布的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集導(dǎo)出不精確的新偏差量的可能性。可以以下述方式確定是否需要更新緩沖器。例如，如果最后輸入的磁數(shù)據(jù)和恰即最后輸入的磁數(shù)據(jù)之前被存儲在緩沖器中的磁數(shù)據(jù)之間的間隔小于一個給定的閾值時，則確定不需要更新緩沖器并丟棄最后輸入的磁數(shù)據(jù)而不將其存儲在緩沖器中。
在步驟S104，確定是否已經(jīng)將導(dǎo)出一個準確的新偏差量所需的規(guī)定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)存儲在緩沖器中。即，統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的元素數(shù)量是預(yù)定的。設(shè)置統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的元素為一個較小的數(shù)量可改進對偏差量更新請求的響應(yīng)。重復(fù)步驟S102和S104的處理直到將規(guī)定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)存儲在緩沖器中。
2-3.分布估計 一旦將規(guī)定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)存儲在緩沖器中，就對統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布進行估計(步驟S106和S108)?；诜植嫉闹髦祦砉烙嬎龇植?。當由下面的等式(31)來表示磁數(shù)據(jù)集時，所述分布的主值就是使用從所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的中心(平均值)開始并以各個磁數(shù)據(jù)結(jié)束的矢量和來通過等式(32)、(33)和(34)定義的對稱矩陣A的特征值。
qi＝(qix，qiy，qiz)(i＝0，1，2，…)…(31) A＝XTX …(32) 其中 還可以將矩陣A重寫為等式(35)。
使λ1、λ2和λ3是按照升序的矩陣A的特征值。使u1、u2和u3是與λ1、λ2和λ3對應(yīng)的相互正交的特征向量，并且已經(jīng)被標準化為尺寸1。在本說明書中處置的λ1、λ2和λ3的范圍是λ1＞0、λ2＞0且λ3≥0。當矩陣A的兩個或多個特征值為0時，即當矩陣A的秩是1或更小時，就不需要再考慮它，因為所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的元素數(shù)量是1或所述分布是一條完美的直線。因為矩陣A依其定義是一個正半定矩陣，所以每個特征值必須是0或正的實數(shù)。
根據(jù)最小特征值與最大特征值的比λ3/λ1和中間特征值與最大特征值的比λ2/λ1來估計所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布。
在步驟S106，確定所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布是否充分為三維的。具體地說，當滿足下述條件(36)時，所述確定是肯定的，而當不滿足時，所述確定是否定的。
λ3/λ1＞t1且λ2/λ1＞t2…(36) 這里，t1和t2是預(yù)定的常數(shù)值。如何設(shè)置t1和t2的值是設(shè)計選擇權(quán)，并可基于如何確定偏差量的導(dǎo)出特性來對它們進行選擇性設(shè)置。當滿足條件(36)時，所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集從所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的中心是均勻分布的。統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集關(guān)于所述中心的均勻分布指示統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集在一個特定的球面附近是均勻分布的。
在步驟S108，確定所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布是否充分為二維的。具體地說，當滿足下述條件(37)時，所述確定是肯定的，而當不滿足時，所述確定是否定的。
λ3/λ1≤t1且λ2/λ1＞t2 …(37) 當滿足條件(37)時，所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集在一個特定平面附近限定的范圍中從所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的中心是均勻分布的。統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集關(guān)于在一個特定平面附近限定的范圍中的所述中心的均勻分布指示統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集在一個特定球面的部分圓的圓周附近是不均勻分布的。
如果步驟S108的確定是否定的，則所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布基本上就是一維的(即，線性的)。所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的基本線性的分布指示所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集在一個特定球面的部分圓的較短圓弧上或在所述部分圓的直徑的兩端上是不均勻分布的。
2-4.通過最佳化問題導(dǎo)出新偏差量 現(xiàn)在將說明用于導(dǎo)出新偏差量的最佳化問題。
當統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集包括4個未出現(xiàn)在相同平面上的磁數(shù)據(jù)時，其上分布了所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的球面在沒有使用統(tǒng)計技術(shù)的情況下被唯一指定。該球面的中心的位置矢量c＝(cx，cy，cz)是通過對聯(lián)立方程(38)求解獲得的。雖然對于三個變量存在四個等式約束，但等式(38)必須具有一個解，因為四個等式約束之一是多余的。
其中 當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的元素數(shù)量是5或者更多時，“j”通過下述等式(40)來定義。
這里，如果聯(lián)立線性方程(41)對于“c”有解，則所述解就是統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集分布在其上的球面的中心。
Xc＝j(luò)…(41) 然而，如果考慮3D磁探測器4的固有測量誤差，則對于等式(41)來說實際上不可能有解。引入通過下式(42)定義的矢量“e”以通過一種統(tǒng)計技術(shù)獲得一個似乎合理的解。
e＝Xc-j…(42) 使||e||22(即，eTe)最小的“c”作為最靠近所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布的球面的中心可被看作似乎是合理的。當矩陣A是非奇異矩陣時，用于找出使||e||22最小的值“c”的問題是用于使下述等式(43)的目標函數(shù)最小的最佳化問題。
目標函數(shù)f(c)＝(Xc-j)T(Xc-j)→min…(43) 2-5.當分布是二維時的約束條件 如圖16所示，當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布是二維(即，平面的)時，通過限制將舊偏差量校正至兩個正交方向上的方向來導(dǎo)出新偏差量(步驟S112)。當統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集分布在一個特定平面附近并且所述分布在垂直于所述平面的方向上是離散時，在平行于所述平面的方向上的所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布是足夠可靠的，而在垂直于所述平面的方向上的所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布是不可靠的。在這種情況下，在垂直于所述平面的方向上并不對舊偏差量進行校正，由此可防止根據(jù)不可靠的信息更新偏差量。
當統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集分布在一個特定平面附近并且所述分布在垂直于所述平面的方向上是離散時，垂直于所述平面的方向與相應(yīng)于最小特征值λ3的特征向量u3的方向一致，而平行于所述平面的正交方向與分別相應(yīng)于最大特征值λ1和中間特征值λ2的特征向量u1和u2的方向一致。因此，為了在沒有在垂直于所述平面的方向上校正舊偏差量的情況下導(dǎo)出新偏差量，在由下述等式(44)表示的約束條件下就找出一個使等式(43)的目標函數(shù)最小的新偏差量c。
c＝c0+β1u1+β2u2(β1，β2實數(shù))…(44) 等式(44)與下式(45)等價。
可使用拉格朗日乘子的方法將用于在等式(45)的條件下對等式(43)的最佳化問題求解的等式修改成其等價聯(lián)立方程。當引入未知的常數(shù)乘子ρ并通過下述等式(46)來定義“x”時，“x”的聯(lián)立線性方程(47)就是上述的聯(lián)立方程。
B4x＝b4…(47) 其中 從上述的說明能夠理解，如果統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布是二維的，則步驟S112的用于導(dǎo)出新偏差量的處理將對聯(lián)立線性方程(47)進行求解。因為矩陣B4的秩必須是4，所以解“x”必須是唯一確定的。
2-6.當分布基本上是一維時的約束條件 如圖17所示，當所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布基本上是一維(即，線性的)時，通過限制其中舊偏差量被校正在所述分布的一個主方向上的方向來導(dǎo)出一個新偏差量(S110)。當所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布在一條特定直線附近并且所述分布在所述直線方向上是離散的時，在所述直線方向上的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布是足夠可靠的，而在其它方向上的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布是不可靠的。在該情況中，在所述直線方向之外的其它方向上并不對舊偏差量進行校正，由此可防止基于不可靠的信息更新所述偏差量。
當統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布在一條特定直線附近并且所述分布在所述直線方向上是離散時，所述直線的方向與對應(yīng)于較大特征值λ1的特征向量u1的方向一致，而另外的方向與分別對應(yīng)于中間特征值λ2和最小特征值λ3的特征向量u2和u3的方向一致。因此，為了僅在所述直線的方向上導(dǎo)出一個新偏差量，在由下述等式(50)表示的約束條件下找到一個使等式(43)的目標函數(shù)最小的新偏差量c。
c＝c0+β1u1…(50) 等式(50)與下面的等式(51)等效。
u2T(c-c0)＝0和u3T(c-c0)＝0…(51) 可使用拉格朗日乘子的方法將用于在等式(51)的約束條件下對等式(43)的最佳化問題求解的等式修改成其等效的聯(lián)立方程。當未知的約束乘子ρ1和ρ2被引入并且“x”是通過下述的等式(52)定義時，“x”的聯(lián)立線性方程(53)就是上述的聯(lián)立方程。
B5x＝b5…(53) 其中 從上述的說明可以理解，如果統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布大體上是一維的，則步驟S110處的用于導(dǎo)出新偏差量的處理將對所述聯(lián)立線性方程(53)求解。因為矩陣B5的秩必須是5，所以解“x”必須是唯一確定的。
2-7.當分布是三維時的新偏差量的導(dǎo)出 當所述分布是三維時，在沒有限制其中舊偏差量被校正的方向的情況下導(dǎo)出新偏差量(步驟S114)。當所述分布是三維時，即，如果當從所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的中心看時，所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集在所有方向上都分布達到某一程度，則所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集在所有方向上都是足夠可靠的。因此，在這種情況下，為了導(dǎo)出新偏差量，不需要使用舊偏差量，并因此能夠基于所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集在沒有使用舊偏差量的情況下導(dǎo)出新偏差量。用于基于統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集在沒有使用舊偏差量的情況下導(dǎo)出新偏差量的算法可以是使用已經(jīng)提出的各種統(tǒng)計技術(shù)之一的算法，也可以是如在已經(jīng)由本發(fā)明申請人提交的日本專利申請第2005-337412和2006-44289號中所披露的沒有使用統(tǒng)計技術(shù)的算法。
在本實施例中，使用一種統(tǒng)計技術(shù)來導(dǎo)出新偏差量。即，在步驟S114，新偏差量“c”被導(dǎo)出作為用于在沒有任何約束條件的情況下使等式(43)的目標函數(shù)最小的最佳化問題的解。
2-8.總結(jié) 現(xiàn)在將參照圖1、6和7使用空間概念來說明步驟S110、S112和S114的處理。如果假設(shè)所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集是完全可靠的，則由下述等式(56)通過將新偏差量c看作是舊偏差量c0和一個球面的中心的位置矢量g的和來定義新偏差量c，所述球面僅是從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，該新偏差量與舊偏差量c0相關(guān)。
c＝c0+g…(56) 被導(dǎo)出作為用于在沒有任何約束條件的情況下使等式(43)的目標函數(shù)最小的最佳化問題的解的位置矢量g是與所述分布的特征向量u1、u2和u3相同方向上的基本矢量的線性組合。因此，與從位置矢量“g”根據(jù)位置矢量“g”的分量的各自可靠度校正的矢量相應(yīng)的校正矢量“f”可通過按照在相應(yīng)主軸方向上的統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的各自可靠程度對位置矢量“g”的系數(shù)gα、gβ和gγ進行加權(quán)來獲得(參見圖11)。
在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布如圖16所示是二維時所執(zhí)行的步驟S112的處理中，當基于舊偏差量c0和所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集導(dǎo)出新偏差量時，施加下述約束條件。該約束條件是新偏差量“c”作為舊偏差量c0和校正矢量“f”的和而被獲得，所述校正矢量“f”是通過用位置矢量“g”的加權(quán)因子“1”對與所述分布的最大主值相應(yīng)(即，與最大主值λ1相應(yīng))的所述分布的主軸方向上的位置矢量“g”的系數(shù)gα和與所述分布的中間主值相應(yīng)(即，與中間主值λ2相應(yīng))的所述分布的主軸方向上的系數(shù)gβ進行加權(quán)和用位置矢量“g”的加權(quán)因子“0”對與所述分布的最小主值相應(yīng)(即，與最小主值λ3相應(yīng))的所述分布的主軸方向上的系數(shù)gγ進行加權(quán)而獲得的。
在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布如圖17所示基本上是一維時所執(zhí)行的步驟S110的處理中，當基于舊偏差量c0和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出新偏差量時施加下述約束條件。所述約束條件是新偏差量c作為舊偏差量c0和校正矢量“f”的和而被獲得，所述校正矢量“f”是通過用位置矢量“g”的加權(quán)因子“1”對與所述分布的最大主值相應(yīng)(即，與最大主值λ1相應(yīng))的所述分布的主軸方向(或主方向)上的位置矢量“g”的系數(shù)gα進行加權(quán)并且用位置矢量“g”的加權(quán)因子“0”對與所述分布的中間主值相應(yīng)(即，與中間主值λ2相應(yīng))的所述分布的主軸方向上的系數(shù)gβ和與所述分布的最小主值相應(yīng)(即，與最小主值λ3相應(yīng))的所述分布的主軸方向上的系數(shù)gγ進行加權(quán)而獲得的。
在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布是三維時所執(zhí)行的步驟S110的處理中，不施加任何特定的約束條件。即，在步驟S110中，新偏差量作為舊偏差量c0和位置矢量“g”的和而被獲得，所述位置矢量g是作為用于在沒有任何約束條件的情況下使等式(43)的目標函數(shù)最小的最佳化問題的解獲得的。
B.第二實施例 *概述 在第一實施例中，對所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布是離散估計，并且當所述分布是二維時，新偏差量“c”是通過將在其中主值是最小值的主軸方向上的校正矢量“f”的分量設(shè)置為0來導(dǎo)出的，而當所述分布是一維時，新偏差量“c”是通過將在其中主值是中間值和最小值的兩個主軸方向上的校正矢量“f”的分量設(shè)置為0來導(dǎo)出的。在第二實施例中，將給出一種簡單、高精確的算法的說明，所述算法可消除第一實施例中的根據(jù)分布的估計來執(zhí)行不同處理的需要，并且通過有效使用所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集還可導(dǎo)出更加可能的新偏差量。
圖18是表示新偏差量導(dǎo)出處理的流程圖。以與第一實施例中相同的方式，CPU 40在做出偏差量更新請求時通過執(zhí)行偏差量導(dǎo)出模塊94來執(zhí)行圖18的過程。步驟S200的處理與上面在第一實施例中說明的步驟S100的處理相同。步驟S202的處理與上面在第一實施例中說明的步驟S102的處理相同。步驟S204的處理與上面在第一實施例中說明的步驟S104的處理相同。
·分布估計 在步驟S206，導(dǎo)出所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布指標。即，通過導(dǎo)出通過下述等式(57)和(58)定義的m2和m3作為分布指標而將所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布估計作為連續(xù)的值。
這里，“k2”和“k3”是預(yù)定的正常數(shù)。k2和k3的值確定了主值和統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的相應(yīng)主軸方向的可靠度之間的聯(lián)系。這里，“m2”和“m3”必須滿足下述條件(59)。
0≤m2＜1且0≤m3≤1…(59) 因為加權(quán)的效果取決于系數(shù)k2和k3的值，所以根據(jù)本發(fā)明的實施例系數(shù)k2和k3的值是適當確定的。如果將磁探測器安裝在便攜式對象(例如以相對較快的角速度改變其姿態(tài)的便攜式電話和PDA)上時，預(yù)期在一預(yù)定時間間隔中累積的磁數(shù)據(jù)集的分布平均來說變得相對較寬。在所述磁數(shù)據(jù)集的分布不是如此寬的情況下，因為這種數(shù)據(jù)組具有較低的可靠性，所以如果通過對具有較小主值的主軸方向的磁數(shù)據(jù)集進行有效加權(quán)來執(zhí)行偏差量校正，則偏差量的精度將大大降低。因此，在將本發(fā)明應(yīng)用于其中磁數(shù)據(jù)集的分布趨于變得較寬的便攜式對象的情況下，應(yīng)該設(shè)置系數(shù)k2和k3的值使得只有當磁數(shù)據(jù)的分布相當寬時，才用較重的權(quán)值來評估具有較小主值的主軸方向的磁數(shù)據(jù)集。
另一方面，在將磁探測器安裝在類似汽車的移動對象上的情況下，所述移動對象的姿態(tài)以相對較低的角速度改變，期望在一預(yù)定時間間隔積累的磁數(shù)據(jù)集的分布平均來說變得相對較窄。當磁數(shù)據(jù)的分布不是如此寬時，雖然這種磁數(shù)據(jù)集不是如此可靠，但是如果在未用較重的權(quán)值對具有較小主值的主軸方向的磁數(shù)據(jù)集進行評估的同時來執(zhí)行偏差量校正，偏差量的精度也將不會得到改進。因此，在將本發(fā)明應(yīng)用于其中磁數(shù)據(jù)集的分布趨于變得較窄的移動對象的情況下，應(yīng)該設(shè)置系數(shù)k2和k3的值使得甚至當磁數(shù)據(jù)的分布是較窄時，也用較重的權(quán)值來評估具有較小主值的主軸方向的磁數(shù)據(jù)集。
現(xiàn)在將參照圖11說明m2和m3的空間概念。當所述分布的主軸方向上的位置矢量g的分量的系數(shù)按照相應(yīng)主值的降序由gα、gβ和gγ表示并且所述分布的主軸方向上的位置矢量f的分量的系數(shù)按照相應(yīng)主值的降序由fα、fβ和fγ表示時，位置矢量g、校正矢量f和m2以及m3之間的關(guān)系由下述等式(60)、(61)和(62)表示。
所述被確定使得加權(quán)因子與主值之比連續(xù)對應(yīng)的關(guān)系等式并不限于等式(60)、(61)和(62)。另外，與對應(yīng)于最大主值的主軸方向的分量相關(guān)的加權(quán)因子fα/gα可被設(shè)值成小于“1”。
·新偏差量的導(dǎo)出 當在一特定的約束條件下難于對所述最佳化問題導(dǎo)出一個解時，可引入通過放寬約束條件來求解最佳化問題的松弛問題。通過應(yīng)用該松弛問題，該實施例實現(xiàn)了用于將新偏差量c導(dǎo)出作為舊偏差量c0和校正矢量f的和的處理，所述校正矢量f是通過用與所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布的主值之比連續(xù)對應(yīng)的加權(quán)因子對上述的位置矢量g(參見圖11)的系數(shù)gα、gβ和gγ進行加權(quán)而獲得的。下述是該處理的細節(jié)。
未知的常數(shù)乘子ρ1和ρ2被定義為所述處理期間計算所需的變量，并且c、ρ1和ρ2被一起集合成一個矢量“x”，所述矢量“x”是通過下述等式(63)定義的。
另外，通過等式(64)來定義矩陣“B”，而通過等式(65)來定義矢量“b”。
步驟S208的用于導(dǎo)出新偏差量的處理將求得下述聯(lián)立方程(66)的解。因為矩陣B必須是非奇異矩陣，所以矢量x是唯一確定的。
Bx＝b…(66) 求得聯(lián)立方程(66)的解等價于在下述約束條件下對用于使等式(43)的目標函數(shù)最小的最佳化問題求解，所述約束條件為新偏差量作為舊偏差量c0和校正矢量f的和而被獲得，校正矢量f的分量是通過用與所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的分布的主值之比連續(xù)對應(yīng)的因子fα/gα、fβ/gβ和fγ/gγ對與所述主值相應(yīng)的所述分布的主軸方向上的位置矢量g的系數(shù)進行加權(quán)而獲得的值。
在第二實施例中，因為如上所述不需要根據(jù)統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的分布對新偏差量導(dǎo)出處理進行分支，所以容易開發(fā)或改進偏差量導(dǎo)出模塊94，并且也減小了偏差量導(dǎo)出模塊94的數(shù)據(jù)大小。另外，因為可在所述分布的主軸方向上通過與統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的主值之比連續(xù)對應(yīng)的間隔來校正舊偏差量，除非任何一個主值是0，第二實施例提高了偏差量導(dǎo)出模塊94使用所述統(tǒng)計學(xué)群體數(shù)據(jù)集的使用效率，并且還允許方向?qū)С瞿K使用最可能的偏差量校正磁數(shù)據(jù)。
C.其它實施例 本發(fā)明的第二方面并不局限于上述的實施例，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，各種實施例都是可能的。例如，也可將本發(fā)明應(yīng)用于安裝在PDA上的磁探測器或安裝在車輛上的磁探測器。
權(quán)利要求
1.一種磁數(shù)據(jù)處理裝置，包括
輸入裝置，用于順序地輸入從一個三維磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)；
存儲裝置，用于把多個磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲；以及
偏差量導(dǎo)出裝置，用于基于先前計算出的舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出磁數(shù)據(jù)的新偏差量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置基于所述舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來獲得校正矢量，以及導(dǎo)出作為所述舊偏差量和所述校正矢量的和的所述新偏差量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集獲得臨時偏差量，然后獲得從所述舊偏差量開始并且在所述臨時偏差量結(jié)束的三維位置矢量，以及通過對所述三維位置矢量的三個系數(shù)進行加權(quán)來獲得所述校正矢量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置獲得作為在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主軸方向上定義的基本矢量的線性組合的三維位置矢量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置獲得均從臨時偏差量開始并且在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集中的多個磁數(shù)據(jù)中的每個磁數(shù)據(jù)結(jié)束的矢量的和，然后獲得作為所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值的矢量和的本征值，以及基于所述主值對所述三維位置矢量的三個系數(shù)進行加權(quán)，以獲得所述校正矢量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置通過將分布在具有較大離差的主軸方向上的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的磁數(shù)據(jù)估計成是最有效的，而將分布在具有較小離差的另一主軸方向上的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的磁數(shù)據(jù)估計成是最無效的，來導(dǎo)出所述新偏差量。
7.一種磁數(shù)據(jù)處理裝置，包括
輸入裝置，用于順序地輸入從一個三維(3D)磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)，所述磁數(shù)據(jù)是3D矢量數(shù)據(jù)，其是一組第一基本矢量的線性組合；
存儲裝置，用于把多個所述磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲以便用一個新偏差量更新磁數(shù)據(jù)的舊偏差量；以及
偏差量導(dǎo)出裝置，用于在下述約束條件下基于所述舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出所述新偏差量，所述約束條件為所述新偏差量作為所述舊偏差量和一個校正矢量的和而被獲得；
其中，所述校正矢量是在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主軸方向上定義的一組第二基本矢量的線性組合，并且代表了所述校正矢量的第二基本矢量的線性組合其各自的系數(shù)是通過根據(jù)所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值對相對于所述舊偏差量的臨時偏差量的位置矢量的各個系數(shù)進行加權(quán)而獲得的，所述臨時偏差量是在沒有使用所述舊偏差量的情況下從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，所述臨時偏差量的位置矢量是第二基本矢量的線性組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述約束條件是
如果所述主值中的中間主值大于第一閾值并且所述主值中的最小主值等于或小于第二閾值，則對與所述最小主值相應(yīng)的主軸方向之一上的第二基本矢量中的一個的系數(shù)所使用的位置矢量的加權(quán)因子應(yīng)該是0，以及
如果所述中間主值等于或小于所述第一閾值并且所述最小主值等于或小于所述第二閾值，則對在與所述最小主值相應(yīng)的主軸方向上的所述第二基本矢量的系數(shù)以及對在與所述中間主值相應(yīng)的主軸方向之一上的第二基本矢量中的另一個的系數(shù)所使用的位置矢量的各個加權(quán)因子應(yīng)該是0。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述約束條件是所述校正矢量的系數(shù)應(yīng)該是通過用與所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值連續(xù)對應(yīng)的加權(quán)因子來對所述位置矢量的系數(shù)進行加權(quán)而獲得的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中的任一所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中參照對與最大主值相應(yīng)的主軸方向上的所述第二基本矢量的系數(shù)所使用的并被設(shè)置為1的加權(quán)因子來標準化對所述位置矢量的系數(shù)所使用的各個加權(quán)因子。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-9中的任一所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置導(dǎo)出值“c”，所述值“c”在所述約束條件下使下述目標函數(shù)f(c)最小
f(c)＝(Xc-j)T(Xc-j)，
其中當磁數(shù)據(jù)由qi＝(qix，qiy，qiz)(i＝0，1，2，…)表示時，“X”和“j”如下
其中
12.一種磁測量設(shè)備，包括
根據(jù)權(quán)利要求1-4以及6-9中的任一所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置；和
3D磁探測器。
13.一種磁數(shù)據(jù)處理方法，包括
順序地輸入從一個三維磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)；
把多個磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲；以及
基于先前計算出的舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出磁數(shù)據(jù)的新偏差量。
14.一種磁數(shù)據(jù)處理方法，包括
順序地輸入從一個三維(3D)磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)，所述磁數(shù)據(jù)是3D矢量數(shù)據(jù)，其是一組第一基本矢量的線性組合；
把多個所述磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲以便用一個新偏差量更新磁數(shù)據(jù)的舊偏差量；以及
在下述約束條件下基于所述舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出所述新偏差量，所述約束條件為所述新偏差量作為所述舊偏差量和一個校正矢量的和而被獲得；
其中，所述校正矢量是在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主軸方向上定義的一組第二基本矢量的線性組合，并且代表了所述校正矢量的第二基本矢量的線性組合其各自的系數(shù)是通過根據(jù)所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值對相對于所述舊偏差量的臨時偏差量的位置矢量的各個系數(shù)進行加權(quán)而獲得的，所述臨時偏差量是在沒有使用所述舊偏差量的情況下從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，所述臨時偏差量的位置矢量是所述第二基本矢量的線性組合。
15.一種磁數(shù)據(jù)處理裝置，包括
輸入裝置，用于順序地輸入從一個二維磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)；
存儲裝置，用于把多個磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲；以及
偏差量導(dǎo)出裝置，用于基于先前計算出的舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出磁數(shù)據(jù)的新偏差量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置基于所述舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來獲得校正矢量，以及導(dǎo)出作為所述舊偏差量和所述校正矢量的和的所述新偏差量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集獲得臨時偏差量，然后獲得從所述舊偏差量開始并且在所述臨時偏差量結(jié)束的二維位置矢量，以及通過對所述二維位置矢量的兩個系數(shù)進行加權(quán)來獲得所述校正矢量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置獲得作為在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主軸方向上定義的基本矢量的線性組合的二維位置矢量。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置獲得均從臨時偏差量開始并且在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集中的多個磁數(shù)據(jù)中的每個磁數(shù)據(jù)結(jié)束的矢量的和，然后獲得作為所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值的矢量和的本征值，以及基于所述主值對所述二維位置矢量的兩個系數(shù)進行加權(quán)，以獲得所述校正矢量。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置通過將分布在具有較大離差的主軸方向上的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的磁數(shù)據(jù)估計成是最有效的，而將分布在具有較小離差的另一主軸方向上的統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集的磁數(shù)據(jù)估計成是最無效的，來導(dǎo)出所述新偏差量。
21.一種磁數(shù)據(jù)處理裝置，包括
輸入裝置，用于順序地輸入從一個二維(2D)磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)，所述磁數(shù)據(jù)是2D矢量數(shù)據(jù)，其是一組第一基本矢量的線性組合；
存儲裝置，用于把多個所述磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲以便用一個新偏差量更新磁數(shù)據(jù)的舊偏差量；以及
偏差量導(dǎo)出裝置，用于在下述約束條件下基于所述舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出所述新偏差量，所述約束條件為所述新偏差量作為所述舊偏差量和一個校正矢量的和而被獲得；
其中，所述校正矢量是在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主軸方向上定義的一組第二基本矢量的線性組合，并且代表了所述校正矢量的第二基本矢量的線性組合其各自的系數(shù)是通過根據(jù)所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值對相對于所述舊偏差量的臨時偏差量的位置矢量的各個系數(shù)進行加權(quán)而獲得的，所述臨時偏差量是在沒有使用所述舊偏差量的情況下從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，所述位置矢量是第二基本矢量的線性組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述約束條件是如果所述主值中的較小主值等于或小于一預(yù)定閾值，則對在與所述較小主值相應(yīng)的主軸方向上的第二基本矢量的系數(shù)所使用的位置矢量的加權(quán)因子應(yīng)該是0。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述約束條件是所述校正矢量的系數(shù)應(yīng)該是通過用與所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值連續(xù)對應(yīng)的加權(quán)因子來對所述位置矢量的系數(shù)進行加權(quán)而獲得的值。
24.根據(jù)權(quán)利要求21-23中的任一所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中參照對與較大主值相應(yīng)的主軸方向上的第二基本矢量的系數(shù)所使用的并被設(shè)置為1的加權(quán)因子來標準化對所述位置矢量的系數(shù)所使用的各個加權(quán)因子。
25.根據(jù)權(quán)利要求21-23中的任一所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏差量導(dǎo)出裝置導(dǎo)出值“c”，所述值“c”在所述約束條件下使下述目標函數(shù)f(c)最小
f(c)＝(Xc-j)T(Xc-j)，
其中當磁數(shù)據(jù)由qi＝(qix，qiy)(i＝0，1，2，…)表示時，“X”和“j”如下
其中
26.一種磁測量設(shè)備，包括
根據(jù)權(quán)利要求15-18以及20-23中的任一所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置；和
2D磁探測器。
27.一種磁數(shù)據(jù)處理方法，包括
順序地輸入從一個二維磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)；
把多個磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲；以及
基于先前計算出的舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出磁數(shù)據(jù)的新偏差量。
28.一種磁數(shù)據(jù)處理方法，包括
順序地輸入從一個二維(2D)磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)，所述磁數(shù)據(jù)是2D矢量數(shù)據(jù)，其是一組第一基本矢量的線性組合；
把多個所述磁數(shù)據(jù)作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來存儲以便用一個新偏差量更新磁數(shù)據(jù)的舊偏差量；以及
在下述約束條件下基于所述舊偏差量和所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出所述新偏差量，所述約束條件為所述新偏差量作為所述舊偏差量和一個校正矢量的和而被獲得；
其中，所述校正矢量是在所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主軸方向上定義的一組第二基本矢量的線性組合，并且代表了所述校正矢量的第二基本矢量的線性組合其各自的系數(shù)是通過根據(jù)所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集分布的主值對相對于所述舊偏差量的臨時偏差量的位置矢量的各個系數(shù)進行加權(quán)而獲得的，所述臨時偏差量是在沒有使用所述舊偏差量的情況下從所述統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的，所述位置矢量是第二基本矢量的線性組合。
全文摘要
在一種磁數(shù)據(jù)處理裝置中，一個輸入部分順序地輸入從一個二維或三維磁探測器輸出的磁數(shù)據(jù)。所述磁數(shù)據(jù)是二維或三維矢量數(shù)據(jù)，其是一組基本矢量的線性組合。所述磁數(shù)據(jù)處理裝置存儲多個所述輸入的磁數(shù)據(jù)來作為一個統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集以便用一個新偏差量更新磁數(shù)據(jù)的舊偏差量。一個偏差量導(dǎo)出裝置在下述約束條件下基于舊偏差量和統(tǒng)計學(xué)群體的數(shù)據(jù)集來導(dǎo)出新偏差量，該約束條件為新偏差量作為舊偏差量和一個校正矢量的和而被獲得。
文檔編號G01R33/02GK101762793SQ20091025218
公開日2010年6月30日 申請日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者半田伊吹 申請人:雅馬哈株式會社