專利名稱：以降低的存儲器要求進行3d磁場校準(zhǔn)的自動數(shù)據(jù)采集算法的制作方法
以降低的存儲器要求進行3D磁場校準(zhǔn)的自動數(shù)據(jù)采集算
法
背景技術(shù)：
磁性羅盤通常與扭曲地球磁場的其他組件集成，從而損害了羅盤的準(zhǔn)確度。這些干擾通常利用確定補償系數(shù)以校正磁場讀數(shù)的場補償機制來校正。補償系數(shù)的質(zhì)量依賴于所取的磁場樣本的數(shù)據(jù)集，其通常跨越三維空間在樣本的取向(orientation)上有足夠的變化。這些方法可能要求用戶執(zhí)行乏味且耗時的任務(wù)，如當(dāng)數(shù)據(jù)被采集時在若干取向上保持設(shè)備穩(wěn)定，以預(yù)定方式移動設(shè)備，或手動選擇數(shù)據(jù)。手動輸入數(shù)據(jù)通常很繁重，因為典型的嵌入式應(yīng)用很少有用于用戶輸入的用戶接口元件。此外，可能需要大存儲器容量來在嵌入式應(yīng)用中存儲足夠的數(shù)據(jù)樣本，在嵌入式應(yīng)用中小尺寸通常是很重要的。

發(fā)明內(nèi)容
一個實施例針對磁性羅盤，其包括用于取磁場讀數(shù)的磁強計和校準(zhǔn)磁性羅盤的處理單元。該處理單元被配置為驗證(validate)預(yù)定數(shù)量的磁場樣本并從已驗證的磁場樣本計算校準(zhǔn)系數(shù)。每個已驗證的磁場樣本與每個其他已驗證的磁場樣本相隔至少最小分離角度(minimum separation angle)。


圖1是在設(shè)備中集成的磁性羅盤的一個實施例的框圖。圖2A是說明磁場的硬鐵干擾(hard iron disturbance)的圖。圖2B是說明受干擾磁場的樣本向量的一個示例集的圖。圖3是驗證磁場樣本的方法的一個實施例的流程圖。圖4是校準(zhǔn)磁性羅盤的方法的一個實施例的流程圖。類似的附圖標(biāo)記和名稱在不同附圖中表示類似的元素。
具體實施例方式這里描述的實施例校準(zhǔn)磁性羅盤以補償由于與磁性羅盤集成的設(shè)備和組件而導(dǎo)致的地球磁場中的硬鐵干擾。在一些實施例中，與所有其他樣本相隔至少最小分離角度的磁場樣本被用來計算補償系數(shù)。在一些實施例中，最小分離角度和樣本的總數(shù)量是預(yù)定的以確保磁場的三維跨度(span)。圖1是在設(shè)備100中集成的磁性羅盤120的一個實施例的框圖。磁性羅盤120 包括至少一個磁強計122，其對磁強計所暴露于的磁場進行測量并向設(shè)備100提供導(dǎo)向 (heading)信息。磁性羅盤120進一步包括處理單元102和存儲器104。在圖1中示出的實施例中，磁性羅盤120還包括至少一個加速計124。設(shè)備100包括功能電路142和顯示設(shè)備110。設(shè)備100是使用導(dǎo)向信息的任何系統(tǒng)或設(shè)備，諸如，例如，導(dǎo)航設(shè)備、車輛或任何其他設(shè)備之類。功能電路142是使用導(dǎo)向信息的任何電路，例如，用于導(dǎo)航或瞄準(zhǔn)。設(shè)備100 的組件根據(jù)需要使用適合的接口和互連而彼此通信地耦合。
例如，顯示設(shè)備110顯示磁性羅盤讀數(shù)或請求用戶輸入。顯示設(shè)備110的實施例包括數(shù)字顯示器、IXD監(jiān)視器、LED顯示器或類似物。用戶接口 140與顯示設(shè)備110集成在一起并包括用于用戶輸入的物理或邏輯按鈕。在圖1示出的實施例中，校準(zhǔn)例程134和計算例程133在由處理單元102所執(zhí)行的軟件132中實施。軟件132包括存儲在適合的存儲設(shè)備或介質(zhì)130上的程序指令。適合的存儲設(shè)備或介質(zhì)130包括，例如，非易失性存儲器的形式，舉例來說，包括半導(dǎo)體存儲設(shè)備 (例如可擦可編程只讀存儲器(EPROM)，電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)，和閃存設(shè)備)、 磁盤(例如本地硬盤和可移動磁盤)，和光盤(例如，只讀光盤存儲器(⑶-ROM)盤)。此外， 存儲設(shè)備或介質(zhì)130不必在設(shè)備100本地。在一個實施例中，存儲設(shè)備或介質(zhì)130被集成在磁性羅盤120中。典型地，由處理單元102執(zhí)行的軟件132的一部分以及在執(zhí)行期間由軟件132使用的一個或多個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被存儲在存儲器104中。在這種實施例的一種實施方式中，存儲器104包括，現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的隨機存取存儲器(RAM)的任何適合形式，例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)。在其他實施例中，其他類型的存儲器被使用。計算例程133從磁性羅盤讀數(shù)計算導(dǎo)向。在其他實施例中，計算例程133還計算設(shè)備100的橫滾(roll)和俯仰(pitch)。準(zhǔn)確的羅盤讀數(shù)涉及補償集成磁性羅盤120的操作環(huán)境的變化磁場。例如，即使磁性羅盤120可能在工廠被以最大準(zhǔn)確度校準(zhǔn)，一旦它與其他組件集成，周圍環(huán)境所引入的干擾就會影響磁性羅盤120。校準(zhǔn)例程134補償對磁性羅盤 120的操作環(huán)境的磁干擾。校準(zhǔn)例程134包括選擇例程136和補償例程138。選擇例程136驗證彼此相隔至少最小分離角度的多個磁場樣本。驗證磁場樣本選擇用于校準(zhǔn)磁性羅盤的樣本并且該樣本被存儲在存儲器104中；而無效的(invalidated)磁場樣本被丟棄。最小分離角度是用于驗證磁場樣本和每一個已驗證磁場樣本之間的角度的最小角度值。補償例程138從已驗證磁場樣本計算補償系數(shù)以補償硬鐵干擾。補償例程130用任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的方法計算，包括，例如，數(shù)值搜索或最小二乘法。硬鐵干擾源自羅盤平臺上的永久磁鐵和磁化材料。這些干擾保持恒定以及針對給定安裝相對于磁性羅盤120在所有的導(dǎo)向取向上固定。在無干擾磁場中，地球的磁場具有恒定大小。當(dāng)以3D方式繪制時，無干擾場是以原點為中心的球。硬鐵干擾的存在增加了使該球的中心移位的恒定大小的場分量。軟鐵干擾源自地球的磁場與羅盤附近的軟磁材料之間的相互作用。軟鐵干擾造成該球變形為橢球并依賴于羅盤120取向。軟鐵和硬鐵干擾的組合將產(chǎn)生中心從原點移開的橢球。該橢球也可以依賴于干擾的性質(zhì)而被旋轉(zhuǎn)。校準(zhǔn)例程 134將橢球干擾磁場變換為定位在原點的球。圖2A是說明對磁場的硬鐵干擾的圖200。為了簡單起見，該圖200作為三維(3D) 磁場的二維OD)投影被示出，并且這里討論的主題可擴展到3D。示出的無干擾磁場210圍繞原點為中心且具有半徑Hm。在一個實施例中，無干擾磁場210是地球的磁場。在這個例子中，硬鐵干擾使無干擾磁場210在正χ方向上移動了 Hx，在正y方向上移動了 Hy。當(dāng)無干擾磁場210被硬鐵干擾所干擾時，該球的中心移動，但受干擾磁場220的形狀保持為具有半徑Hm的球。與硬鐵干擾集成的磁性羅盤測量以(Hx，Hy)為中心的受干擾磁場220。原點和受干擾磁場220的y軸上的最高和最低點之間的角度，從χ軸開始測量，分別是θ_222和emin224。這些角度如下給出
權(quán)利要求
1.一種用于校準(zhǔn)磁性羅盤(120)的程序產(chǎn)品，該程序產(chǎn)品包括其上包含程序指令的處理器可讀介質(zhì)(130)，其中所述程序指令在由耦合到所述磁性羅盤的至少一個可編程處理器(10 執(zhí)行時可操作來使得磁性羅盤取多個磁場樣本052-1至252-8)； 驗證所述多個磁場樣本G30)，其中驗證包括通過遞歸地比較磁場樣本與所有先前已驗證的磁場樣本之間的角度來驗證磁場樣本， 以確保該磁場樣本與所有先前已驗證的磁場樣本相隔至少最小分離角度；以及從已驗證的磁場樣本計算校準(zhǔn)系數(shù)； 以及利用所述校準(zhǔn)系數(shù)來校準(zhǔn)所述磁性羅盤。
2.如權(quán)利要求1的程序產(chǎn)品，其中所述程序指令進一步可操作來使得磁性羅盤 驗證第一磁場樣本；以及當(dāng)下一磁場樣本與第一磁場樣本之間的角度和下一磁場樣本與第二磁場樣本之間的角度兩者都大于或等于最小分離角度時，驗證該下一磁場樣本。
3.一種磁性羅盤(120)，包括:用于取磁場讀數(shù)的磁強計(122)；以及校準(zhǔn)磁性羅盤的處理單元(102)，其中所述處理單元被配置為 驗證預(yù)定數(shù)量的磁場樣本052-1至252-8)，其中每個已驗證的磁場樣本與每個其他已驗證的磁場樣本(430)相隔至少最小分離角度；以及從已驗證的磁場樣本(450)計算校準(zhǔn)系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及以降低的存儲器要求進行3D磁場校準(zhǔn)的自動數(shù)據(jù)采集算法。提供了磁性羅盤，其包括用于取磁場讀數(shù)的磁強計和校準(zhǔn)磁性羅盤的處理單元。該處理單元被配置為驗證預(yù)定數(shù)量的磁場樣本并且從已驗證的磁場樣本計算校準(zhǔn)系數(shù)。每個已驗證的磁場樣本與每個其他已驗證的磁場樣本相隔至少最小分離角度。
文檔編號G01C17/02GK102313544SQ20111024649
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者T·武 申請人:霍尼韋爾國際公司