专利名称：用于补偿测量值偏差的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定多轴方向传感器的测量值偏差的方法。
背景技术：
方向传感器经常用在小型设备中，如相机、电话和望远镜中，以便确定设备相对于恒定物理量的定向。所述物理量例如可以是地磁场。经常与其他传感器、例如加速度传感器相结合地使用这种传感器。局部的干扰影响可能对方向确定的结果产生不利影响。例如，这种多维磁场传感器的周围环境中的磁体或电流导线可能引起所确定的方向在预先确定方向上的恒定偏差。 为了补偿这种偏差(“offset”)，在现有技术中已知了用于补偿的不同方法。US 7，340，362 B2示出一种用于三维磁场传感器的偏差补偿的方法。在预先确定的校准阶段期间检测测量值。如果前后相继的测量值不同，则存储新检测到的测量值，直到达到预先确定数量的测量值。随后，由所存储的数据确定测量值的偏差。US 7，275，008 B2示出另一种变型方案，其中，确定一个几何体，一些测量值位于所述几何体的表面上。确定一些参数，这些参数定义所述几何体的形状与一个球体的几何参考形状的偏差。所述参数用于映射，以便补偿测量值。然而，已知补偿方法中的大多数方法或者是不准确的或者需要高的计算开销，所述计算开销往往超过移动设备中的处理装置的计算能力。
发明内容
本发明的任务在于，说明一种所述类型的补偿方法，所述补偿方法精确地工作并且仅仅需要较少计算开销。本发明通过具有权利要求1的特征的方法解决所述任务。从属权利要求给出有利的实施方式。根据本发明，在用于通过叠加的信号确定多轴方向传感器的测量值的偏差的方法中，首先记录多个多轴的测量值。在方向传感器的不同方向上记录的测量值在由传感器的测量轴给出的坐标系中形成一个几何形状，所述几何形状的理想形状是已知的，并且所述几何形状的理想的中心落在测量轴的原点上。在两轴传感器的情形中所述几何形状是圆形，在三轴传感器的情形中所述几何形状是球体。通过所述几何形状的中心相对于测量轴的原点的偏移反映由于干扰引起的叠加。通过确定所述偏移检测叠加，从而可以使新记录的测量值校正所述偏移。为此定义一些集群(“Cluster”)，并且将所记录的测量值分配给这些集群中的一个，或者如果所述测量值所分配给的集群已经分配了预先确定数量的测量值，则丢弃所述测量值。对于由于其几何位置而可能较少地贡献于待确定的偏移的改善的测量值执行所述丢弃。因此，可以使用于存放测量值的存储器更小，并且可以基于更少数量的测量值实施偏差的计算，从而可以在不损害所述方法的精度的情况下减小计算负荷。
优选地，只有当预先确定数量的集群中的每一个分配了预先确定数量的测量值时，才进行偏差的确定。通过这个容易确定的条件确保所存储的测量值的几何分布足以在所要求的精度和/或可靠性上确定偏差。集群可以沿测量轴均勻地分布。例如，只有当所定义的集群中的10%分别具有一个测量值时才可以确定形状的偏差。已经分配有一个测量值的集群的数量可以用作聚集测量值时的进度指示。集群的大小可以是2的幂，并且分配可以包括多轴测量值除以2的幂的除法。在通过微处理器处理二进制编码的测量值时，分配给一个集群可以作为测量值无余数地除以集群大小的除法。其中，集群大小可以是整数或者也可以是2的幂。在后一种变型方案中， 有利的是，可以通过向右按位平移二进制数来非常简单地实现除以2的幂的除法。因此，可以使执行所述方法的计算设备的负荷较小。在确定偏差之后，可以记录其他测量值并且将所述其他测量值分配给集群，并且可以更新偏差。由此，可以在正常的测量运行期间通过新记录的测量值连续地跟踪偏差的确定(“(使用中校准)in-use calibration”)。因此，偏差确定的精度也可以随着测量持续时间的提高而提高。尤其可以在确定偏差之后使控制所述方法的参数改变。在所述方法的一个实施方式中，所述参数可以包括以下中的至少一个测量轴之一上的集群的数量、每个集群中预先确定的测量值的数量和具有所分配的测量值的集群的预先确定的数量。由此可以在对存储器或计算性能的要求保持不变的情况下改进所述方法的确定质量和/或在确定质量保持不变的情况下降低要求。在一个优选的实施方式中，所述方向传感器是磁场传感器，测量轴的数量是3并且几何形状是球体。优选借助于最小二乘的已知方法确定所述形状作为对所存储的测量值的逼近。由此，对于运行所述方法的确定装置而言，可以使整个方法的计算负荷较小。所述方法可以以具有程序代码单元的计算机程序产品的形式存储在计算机可读的数据载体上或者在执行装置上运行。
以下参考附图更详细地描述本发明。附图示出图1 用于确定多轴传感器的偏差的系统的框图；图2 测量值和用于确定偏差的经过滤的测量值的示图；图3 用于确定偏差的方法的流程图；图4 经扩展的根据图3的方法的框图。
具体实施例方式图1示出用于确定多轴传感器的测量值的偏差的系统100的框图。系统100包括多轴传感器110、处理装置120、存储器130和接口 140。所述处理装置120与多轴传感器 110、存储器130和接口 140连接。所述多轴传感器110是磁场传感器，其确定磁场在三个相互垂直的分量χ、y和ζ 上的分量。多轴传感器Iio例如可以微机械地构造为微机电系统(“MEMS”)。
所述处理装置120通常是数字的处理装置，如微处理器系统。用于使模拟地提供的测量值匹配于处理装置120的数字处理的数字化模块没有示出。存储器130优选是数字的半导体存储器。处理装置120和存储器130可以是微处理器控制的移动设备——例如移动电话的组成部分。接口 140可以物理地(通过硬件)和/或虚拟地(通过软件)构造并且能够输出或者转发经处理的和未经处理的测量值和中间结果，如所记录的测量值的所确定的偏差。图2示出用于根据图1的系统100确定测量值偏差的、所记录和经过滤的测量值的示图。左侧示图210和右侧示图220分别包括一个笛卡尔坐标系，所述笛卡尔坐标系对应于图1中的多轴传感器110的测量轴。在左侧示图210中，借助于多轴传感器110记录的测量值表示为黑点。所记录的测量值位于第一球体215的表面上，所述第一球体的表面通过沿ζ轴分布的环来表示。第一球体215的中心位于测量轴χ、y和ζ的零点以外。左侧示图210中的测量值是非均勻地分布的。在第一球体215的表面的一些区域中，所记录的测量值彼此紧靠，而在其他区域中存在较少测量值或者甚至不存在测量值。右侧示图220对应于左侧示图210，差别在于仅仅借助于根据本发明的方法来确定测量值的偏差的测量值表示为黑点。经过滤的测量值位于第二球体225的表面上。经过滤的测量值的数量明显少于左侧示图210中所记录的测量值的数量并且相邻的经过滤的测量值彼此具有一个最小距离。根据本发明的方法的主题是，有利地使对应于左侧示图210的所记录的测量值减少到对应于右侧示图220的测量值，其中，应当保持球体215或225相对于测量轴x、y和ζ 的原点的偏差的可确定性。图3示出根据图1和2用于确定偏差的方法300的流程图。根据所述方法，在第一步骤305中记录测量值。在第二步骤310中，对所记录的测量值进行过滤，以便检验所记录的测量值是否改进现有的信息基础，并且在这种情况下存储测量值。通过一些所存储的测量值形成信息基础，稍后应当基于这些所存储的测量值确定测量值的偏差。为了进行过滤，检验以所述测量值为基础的方向是否已经由其他测量值支持。步骤310中的过滤的基础在于，将每个所记录的测量值分配给预先确定数量的集群，其中，集群代表所确定的磁场的不同方向。在涉及相同的所确定的方向的测量值中，仅仅存预先确定数量的测量值，其他测量值被丢弃。如果信息基础足够大，例如已经存储了预先确定数量的足够的彼此间隔的测量值，则以步骤320继续所述方法300。在步骤320中，基于所存储的测量值确定偏差，所述偏差涉及所有测量值。为此， 借助于数值方法——例如最小二乘法、牛顿法或卡尔曼滤波在由测量轴展开的空间中逼近一个几何形状，其中，测量值位于所述几何形状的表面上。在图1中的系统100的情形中， 所述几何形状是一个球体。所述球体相对于测量轴的原点的偏差是所寻找的所有测量值的偏差。在随后的步骤330中，可以使所记录的测量值修正所述偏差。替换地也可以仅仅提供在步骤320中确定的偏差作为方法300的结果。在测量运行期间也可以在步骤320中第一次确定偏差之后继续所述方法300，其方式是，继续在步骤310中对新进来的测量值进行过滤并且随后在步骤320中基于所存储的测量值重新确定偏差。例如可以分别在存储预先确定数量的新测量值后或者时间控制地进行步骤320中的偏差确定。步骤310中的测量值过滤由参数选择决定。在所述方法300的第一轮(Durchlauf) 中，对于这些参数必需使用预先确定的值，在随后的几轮中参数可以匹配于所记录的测量值。也可以在参数之一变化后删除、改变或保留在步骤310的在前的一轮中所存储的测量值。一种这样的参数是集群的数量或大小。另一个参数是必须向其分配测量值以便在步骤 320中确定偏差的集群的数量。以下给出确定所述参数的可行方案。在图2中示出的球体的半径为 半径=地磁场*传感器灵敏度
(公式1)集群中的每一个被定义为一个空间元素，所述空间元素通过沿相应测量轴的测量区域除以一个常数来确定。可能的实现1 参数的可能确定常数对于所有测量轴是相同的并且应当是2的幂
权利要求
1.用于通过一叠加的信号确定多轴方向传感器(110)的测量值的偏差的方法(300， 400)，所述方法包括下面的步骤记录(30 多个多轴的测量值；确定(320，460) —个几何形状(215,25 作为对所述多个多轴的测量值的逼近； 基于所述形状(215,25 相对于所述形状015，255)的无干扰位置的偏差来确定 (320,460)所述测量值的偏差； 其特征在于，将一个所记录的测量值分配给多个预先确定的集群中的一个；以及如果该测量值所分配给的集群已经被分配了预先确定数量的测量值，则丢弃该测量值。
2.根据权利要求1所述的方法(300，400)，其中，只有当预先确定数量的集群中的每一个分配了预先确定数量的测量值时，才进行所述偏差的确定(320，460)。
3.根据权利要求1或2所述的方法(300，400)，其中，所述集群是沿测量轴均勻地分布的。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法(300，400)，其中，所述集群的数量是2的幂，并且所述分配(430)包括所述多轴的测量值除以2的幂的除法。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法(300，400)，所述方法还包括以下步骤将分配给一个集群的测量值存储(440)在一个存储器(130)中。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法(300，400)，其中，在确定(320，460)所述偏差之后记录其他的测量值(305,41 并且将所述其他的测量值分配给所述集群，并且更新所述偏差(320，460)。
7.根据权利要求6所述的方法(300，400)，其中，在确定(320，460)所述偏差之后实施以下步骤确定所述形状的延伸尺度；根据所述延伸尺度匹配G10)以下至少一个在所述测量轴中的一个上所述集群的数量、每个集群中预先确定的测量值的数量以及具有所分配的测量值的集群的预先确定的数量。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法(300，400)，其中，所述方向传感器是磁场传感器(110)，所述测量轴的数量是3并且所述形状是球体015，225)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法(300，400)，其中，借助于最小二乘法(460) 确定所述形状。
10.具有程序代码单元的计算机程序产品，用于当所述计算机程序产品存储在计算机可读的数据载体上或者在执行装置上运行时实施根据以上权利要求中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过叠加的信号确定多轴方向传感器的测量值的偏差的方法，在所述方法中首先记录多个多轴的测量值。在方向传感器的不同方向上记录的测量值在由传感器的测量轴给出的坐标系中形成一个几何形状，所述几何形状的理想形状是已知的，并且所述几何形状的理想的中心落在测量轴的原点上。在两轴传感器的情形中所述几何形状是圆形，在三轴传感器的情形中所述几何形状是围绕原点的球体。通过所述几何形状的中心相对于测量轴的原点的偏移反映由于干扰引起的叠加。通过确定所述偏移检测叠加。
文档编号G01C25/00GK102353385SQ201110157708
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者J·巴托洛迈奇克, S·沙伊尔曼 申请人:罗伯特·博世有限公司