专利名称：以降低的存储器要求进行3d磁场校准的自动数据采集算法的制作方法
以降低的存储器要求进行3D磁场校准的自动数据采集算
法
背景技术：
磁性罗盘通常与扭曲地球磁场的其他组件集成，从而损害了罗盘的准确度。这些干扰通常利用确定补偿系数以校正磁场读数的场补偿机制来校正。补偿系数的质量依赖于所取的磁场样本的数据集，其通常跨越三维空间在样本的取向(orientation)上有足够的变化。这些方法可能要求用户执行乏味且耗时的任务，如当数据被采集时在若干取向上保持设备稳定，以预定方式移动设备，或手动选择数据。手动输入数据通常很繁重，因为典型的嵌入式应用很少有用于用户输入的用户接口元件。此外，可能需要大存储器容量来在嵌入式应用中存储足够的数据样本，在嵌入式应用中小尺寸通常是很重要的。
发明内容
一个实施例针对磁性罗盘，其包括用于取磁场读数的磁强计和校准磁性罗盘的处理单元。该处理单元被配置为验证(validate)预定数量的磁场样本并从已验证的磁场样本计算校准系数。每个已验证的磁场样本与每个其他已验证的磁场样本相隔至少最小分离角度(minimum separation angle)。
图1是在设备中集成的磁性罗盘的一个实施例的框图。图2A是说明磁场的硬铁干扰(hard iron disturbance)的图。图2B是说明受干扰磁场的样本向量的一个示例集的图。图3是验证磁场样本的方法的一个实施例的流程图。图4是校准磁性罗盘的方法的一个实施例的流程图。类似的附图标记和名称在不同附图中表示类似的元素。
具体实施例方式这里描述的实施例校准磁性罗盘以补偿由于与磁性罗盘集成的设备和组件而导致的地球磁场中的硬铁干扰。在一些实施例中，与所有其他样本相隔至少最小分离角度的磁场样本被用来计算补偿系数。在一些实施例中，最小分离角度和样本的总数量是预定的以确保磁场的三维跨度(span)。图1是在设备100中集成的磁性罗盘120的一个实施例的框图。磁性罗盘120 包括至少一个磁强计122，其对磁强计所暴露于的磁场进行测量并向设备100提供导向 (heading)信息。磁性罗盘120进一步包括处理单元102和存储器104。在图1中示出的实施例中，磁性罗盘120还包括至少一个加速计124。设备100包括功能电路142和显示设备110。设备100是使用导向信息的任何系统或设备，诸如，例如，导航设备、车辆或任何其他设备之类。功能电路142是使用导向信息的任何电路，例如，用于导航或瞄准。设备100 的组件根据需要使用适合的接口和互连而彼此通信地耦合。
例如，显示设备110显示磁性罗盘读数或请求用户输入。显示设备110的实施例包括数字显示器、IXD监视器、LED显示器或类似物。用户接口 140与显示设备110集成在一起并包括用于用户输入的物理或逻辑按钮。在图1示出的实施例中，校准例程134和计算例程133在由处理单元102所执行的软件132中实施。软件132包括存储在适合的存储设备或介质130上的程序指令。适合的存储设备或介质130包括，例如，非易失性存储器的形式，举例来说，包括半导体存储设备 (例如可擦可编程只读存储器(EPROM)，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，和闪存设备)、 磁盘(例如本地硬盘和可移动磁盘)，和光盘(例如，只读光盘存储器(⑶-ROM)盘)。此外， 存储设备或介质130不必在设备100本地。在一个实施例中，存储设备或介质130被集成在磁性罗盘120中。典型地，由处理单元102执行的软件132的一部分以及在执行期间由软件132使用的一个或多个数据结构被存储在存储器104中。在这种实施例的一种实施方式中，存储器104包括，现在已知或以后开发的随机存取存储器(RAM)的任何适合形式，例如动态随机存取存储器(DRAM)。在其他实施例中，其他类型的存储器被使用。计算例程133从磁性罗盘读数计算导向。在其他实施例中，计算例程133还计算设备100的横滚(roll)和俯仰(pitch)。准确的罗盘读数涉及补偿集成磁性罗盘120的操作环境的变化磁场。例如，即使磁性罗盘120可能在工厂被以最大准确度校准，一旦它与其他组件集成，周围环境所引入的干扰就会影响磁性罗盘120。校准例程134补偿对磁性罗盘 120的操作环境的磁干扰。校准例程134包括选择例程136和补偿例程138。选择例程136验证彼此相隔至少最小分离角度的多个磁场样本。验证磁场样本选择用于校准磁性罗盘的样本并且该样本被存储在存储器104中；而无效的(invalidated)磁场样本被丢弃。最小分离角度是用于验证磁场样本和每一个已验证磁场样本之间的角度的最小角度值。补偿例程138从已验证磁场样本计算补偿系数以补偿硬铁干扰。补偿例程130用任何现在已知或以后开发的方法计算，包括，例如，数值搜索或最小二乘法。硬铁干扰源自罗盘平台上的永久磁铁和磁化材料。这些干扰保持恒定以及针对给定安装相对于磁性罗盘120在所有的导向取向上固定。在无干扰磁场中，地球的磁场具有恒定大小。当以3D方式绘制时，无干扰场是以原点为中心的球。硬铁干扰的存在增加了使该球的中心移位的恒定大小的场分量。软铁干扰源自地球的磁场与罗盘附近的软磁材料之间的相互作用。软铁干扰造成该球变形为椭球并依赖于罗盘120取向。软铁和硬铁干扰的组合将产生中心从原点移开的椭球。该椭球也可以依赖于干扰的性质而被旋转。校准例程 134将椭球干扰磁场变换为定位在原点的球。图2A是说明对磁场的硬铁干扰的图200。为了简单起见，该图200作为三维(3D) 磁场的二维OD)投影被示出，并且这里讨论的主题可扩展到3D。示出的无干扰磁场210围绕原点为中心且具有半径Hm。在一个实施例中，无干扰磁场210是地球的磁场。在这个例子中，硬铁干扰使无干扰磁场210在正χ方向上移动了 Hx，在正y方向上移动了 Hy。当无干扰磁场210被硬铁干扰所干扰时，该球的中心移动，但受干扰磁场220的形状保持为具有半径Hm的球。与硬铁干扰集成的磁性罗盘测量以(Hx，Hy)为中心的受干扰磁场220。原点和受干扰磁场220的y轴上的最高和最低点之间的角度，从χ轴开始测量，分别是θ_222和emin224。这些角度如下给出
权利要求
1.一种用于校准磁性罗盘(120)的程序产品，该程序产品包括其上包含程序指令的处理器可读介质(130)，其中所述程序指令在由耦合到所述磁性罗盘的至少一个可编程处理器(10 执行时可操作来使得磁性罗盘取多个磁场样本052-1至252-8)； 验证所述多个磁场样本G30)，其中验证包括通过递归地比较磁场样本与所有先前已验证的磁场样本之间的角度来验证磁场样本， 以确保该磁场样本与所有先前已验证的磁场样本相隔至少最小分离角度；以及从已验证的磁场样本计算校准系数； 以及利用所述校准系数来校准所述磁性罗盘。
2.如权利要求1的程序产品，其中所述程序指令进一步可操作来使得磁性罗盘 验证第一磁场样本；以及当下一磁场样本与第一磁场样本之间的角度和下一磁场样本与第二磁场样本之间的角度两者都大于或等于最小分离角度时，验证该下一磁场样本。
3.一种磁性罗盘(120)，包括:用于取磁场读数的磁强计(122)；以及校准磁性罗盘的处理单元(102)，其中所述处理单元被配置为 验证预定数量的磁场样本052-1至252-8)，其中每个已验证的磁场样本与每个其他已验证的磁场样本(430)相隔至少最小分离角度；以及从已验证的磁场样本(450)计算校准系数。
全文摘要
本发明涉及以降低的存储器要求进行3D磁场校准的自动数据采集算法。提供了磁性罗盘，其包括用于取磁场读数的磁强计和校准磁性罗盘的处理单元。该处理单元被配置为验证预定数量的磁场样本并且从已验证的磁场样本计算校准系数。每个已验证的磁场样本与每个其他已验证的磁场样本相隔至少最小分离角度。
文档编号G01C17/02GK102313544SQ20111024649
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月8日
发明者T·武 申请人:霍尼韦尔国际公司