用于三轴磁力计和三轴加速度计的数据融合的方法和装置的制造方法_3

文档序号:8909006阅读:来源:国知局
-(X(7) *c-x巧)*f) *(d*f-b*e)) / ((a*f-d*e)* (b*c-f*f)-(d*c-c*f)* (d*f-b*e))/2 ;
[0078] h2= (0. 5*(f*x(6)-e*x口))-(a*f-d*e)*h1)/(d*f-b*e);
[0079]ti3=(X(7) -2*d*h1-2冲曲2) /fO/2;
[0080]a = 1-x(1)-X(2);
[0081]b = l-x(l)+2*x(2);
[00間c = l+2*x(l)-x(2);
[008引d = -2*x做;
[0084] e = -x(4);
[00化]f = -X巧);
[0086]t=X巧);
[0087] 可W形成软铁校正矩阵S,如下:
[00能]S = (1-7)
[0089] 其中,所述矩阵U和D是矩阵A的特征分解的结果。所述矩阵D是包含特征值的 对角矩阵;并且所述矩阵U由它们的相应特征向量组成;
[0092]参考图6,在根据本发明的实施例的另一种校正方法中,=轴磁力计采用第一和第 二卡尔曼滤波器,其中,第一卡尔曼滤波器504包括通用楠球体的9个变量。基于当地地球 磁场向量的幅度恒定原理,所述第一卡尔曼滤波器504估算状态向量W平衡保持之前状态 的需求和校正的需求。所估算的楠球体参数508被用于形成硬铁和软铁校正矩阵512。基 于当地地球磁场向量和重力加速度向量间的角度恒定的原理,所述第二卡尔曼滤波器604 建模并估算禪合的软铁/偏差校正矩阵608。所述禪合的软铁/偏差校正矩阵608对经第 一卡尔曼滤波器504校正后的剩余软铁和=轴磁力计和=轴加速计间的偏差进行建模。理 想情况下,磁力计的=轴分别平行于加速计的=轴。然而,在生产过程中,可能产生偏差,且 偏差的出现是显著的。对剩余软铁,第二卡尔曼滤波器604无法将剩余软铁从偏差中分离 出来,但被设计来估算所述禪合的矩阵(剩余软铁矩阵和偏差矩阵的乘积)。
[0093] 通过将第一软铁矩阵512乘W612禪合的软铁/偏差校正矩阵608,形成最终的软 铁校正矩阵616,如下所述。
[0094]通过对来自S轴磁力计的XYZ原始测量应用硬铁和软铁校正矩阵(1-6)和(1-7), Magm,校正的磁力计向量变为;
[00巧]
(1-8)
[0096] 第二卡尔曼滤波器604被设计W微调软铁校正矩阵608,通过
[0097]
(1-9)
[009引其中,Sf由第二卡尔曼滤波器604估算出,其表示由第一卡尔曼滤波器504校正过 后剩余的软铁W及=轴磁力计和=轴加速度计之间的偏差。
[0099] 如已知的,在当地地球磁场向量和重力加速度向量之间的角度恒定。用Accel= [a,,ay,ajT表示S轴加速度计的测量。在准静态时刻(即在物体处于静态或非加速状态的 时刻),地球磁场向量和重力加速度向量的点积恒定:
[0100] Magee*Accel-const= 0 (1-10)
[0101] 第二卡尔曼滤波器604将经过微调的软铁校正矩阵Sf608和未知点积建模为状态 向量,并且使用等式(1-10)作为用于估算该状态向量的测量等式。
[0102] 参照图6,第二卡尔曼滤波器604通过时间传播和测量更新来递归地估算它的状 态向量。第二卡尔曼滤波器604的输入是已经由第一卡尔曼滤波器504校正的磁力计数据、 校准的加速度计数据、W及准静态检测326输出。图7示出了卡尔曼滤波器的时间传播和 测量更新。
[0103] 参照图8,滤波器306、308的设计目标是减少白噪声和检测/消除在传感器测量中 的离群值。滤波器306、308由加权移动平均值(WMA)和假设检验(HT)操作(分别应用于 磁力计和加速度计测量上)组成。
[0104] 因此,方法800开始于步骤804,接收所原始加速度计和磁力计数据304、302,并且 如果确定(步骤808)该数据是第一数据,则控制转到步骤812,其中处理被初始化,并且随 后步骤816,计算加权移动平均值。初始化步骤实现了W下内容:
[010引 (1)将移动平均窗口的长度初始化为某默认数值,例如5。
[0106] (2)将连续离群值的数量初始化为0 ;
[0107] (3)将在移动平均窗口中的所有数据点初始化为该第一数据;
[0108] (4)将数据点所有对应的余项初始化为0。每个数据的余项被定义为平均数据和 数据点之间的差的绝对值;W及
[0109] (5)将每个数据点的权重初始化为1。
[0110] 加权移动平均值是先前n次测量〇1〇配有可变权重(wt)的平均值。例如,10个 传感器测量样本的加权移动平均值是先前10次传感器测量的平均值。基于如下面所讨论 的假设检验824确定和分配每个数据点的权重(Wt)。
[0111]
[0112] 在步骤820处计算余项。
[0113] 假设检验824通过检验余项来确定来到移动平均窗口的最新数据是否为离群值。 该个步骤824的一般过程包括;设置相关的空和替代假设。
[0114] H〇;m t二0 (非罔群值)
[0115] 声0(罔群值)
[0116] 其中,假设H。意味着最新数据是离群值;假设Hi意味着最新数据不是离群值。
[0117] 该种假设检验824的检验统计被体现为如下。在步骤828计算优选的检验统计 T,W及在步骤832确定该检验统计是否在F分布(具有显著性水平a)的置信区间(临界 区)之内。
[011引
[0119] 其中= (y是测量化及羞是从高斯-马尔可夫模型的估算,y=A?x+e, rk(A) =m),n是测量的次数,化及rif=T。
[0120] 作出"接受册"或"拒绝册"的决定(如果T在F分布(a= 0. 05)的置信区间 内,接受册;W及如果T不在F分布的置信区间内,拒绝册)。如果作出"接受册"的决定, 则将最新数据的权重设置为0,并且在步骤836中重新计算移动平均窗口的平均值。
[0121] 现在返回到步骤808,如果该不是所述第一组数据,控制转到步骤848,此处将离 群值的数量与预定数量(例如,5)进行比较,用于确定是否需要增加移动平均窗口的长度。 如果离群值的数量大于所述预定数量,则在步骤852,窗口大小递增1并且控制转到步骤 816。否则控制从步骤848直接转到步骤816而不改变窗口大小。
[0122] 输出840由经滤波的磁力计和加速计数据307、309组成。
[0123] 参照图9,准静态检测处理326检测到传感器平台的准静态时刻。准静态检测处 理326接收经滤波的传感器和经校正的传感器数据315、319和软巧螺仪处理328的角速率 329W及阔值来确定准静态时刻。与巧螺仪设备的物理硬件进行比较,"软巧螺仪"是基于 软件的巧螺仪。软巧螺仪处理328通过利用载体的动力学和该载体经历的物理条件,从加 速度计和磁力计数据315、319计算角速率。由于软巧螺仪处理328不设及实际的巧螺仪, 将其引入到该处理没有相关联的成本。准静态检测处理326使用阔值机械化W确定准静态 时刻。
[0124] 参照图10,在磁场干扰检测324中,经滤波的磁场向量1004的幅度1008是高通滤 波的1012。如果经滤波的幅度大于第一预定阔值(步骤1016),确定当地磁场发生了磁场 干扰(步骤1018)。如果经滤波的幅度1008小于第二预定阔值(步骤1020),确定干扰消 失并且当地磁场是稳定的(步骤1024)。所述第一预定阔值大于所述第二预定阔值。
[01巧]在移动设备应用中,期望磁力计校准在很短的时间段内取得高精确度。硬/软铁 的完整的模型自然地需要更多具有良好几何形状和较长收敛时间的数据,因此,总是W硬/ 软铁的完整的模型开始校准W同时取得较快的校准时间和较高的精确度是不太好的。参照 图11,数据缓冲器1104存储分布在3-D空间中的XYZ磁力计数据。在开始时采用简化模 型1108用于估算硬铁和最大/最小轴软铁,W使得校准处理能够借助有限数量的磁力计数 据,快速地获得重大误差。然后,完整的硬/软铁模型1112接替该校准估算W细化精确度。 借助缓冲的磁力计数据,可W实现向前和向后处理。缓冲的XYZ磁力计数据
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