后台校准的装置和方法

后台校准的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般地涉及可能在包括传感器（例如磁强计或运动传感器）的移动设备正 在移动时，作为后台过程校准传感器。
【背景技术】
[0002] 在位置发现和跟踪中，建议一种使用地球磁场（EMF)的技术。它特别适合于其中 基于卫星的跟踪不适用的室内环境。在此类基于EMF的跟踪中，重要的是磁强计和运动传 感器提供的值可靠。

【发明内容】

[0003] 根据本发明的一个方面，提供一种如在权利要求1中指定的装置。
[0004] 根据本发明的一个方面，提供一种如在权利要求15中指定的方法。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种如在权利要求16中指定的计算机程序产品。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种装置，所述装置包括用于执行如在所附权利要 求中描述的任何实施例的部件。
[0007] 本发明的实施例在从属权利要求中限定。
【附图说明】
[0008] 以下将参考各实施例和附图更详细地描述本发明，这些附图是：
[0009] 图1示出建筑物的实例平面图；
[0010] 图2示出根据一个实施例的实例磁强计读数；
[0011] 图3示出根据一个实施例的在输入数据中存在偏差的情况下位置估计可能如何 包括错误；
[0012] 图4示出根据一个实施例的方法；
[0013] 图5A至5E示出根据某些实施例的用于确定磁强计的偏差的情形；
[0014] 图6A至6C示出根据某些实施例的可如何确定校准过程的加权因子；
[0015] 图7示出根据某些实施例的可如何将某些EMF测量对确定为无效；
[0016] 图8示出有关何时可以启动校准过程的一个实施例；
[0017] 图9示出根据一个实施例的有关可如何确定和纠正运动传感器的偏差的一个实 例；以及
[0018] 图10和11示出根据某些实施例的装置。
【具体实施方式】
[0019] 以下实施例是示例性的。尽管本说明书可以在文中的数个位置引用"某个"、"一 个"或"某一（某些）"实施例，但这不一定意味着每个引用都是针对相同实施例进行的，或 者特定特性仅适用于单个实施例。还可以组合不同实施例的单个特性以便提供其它实施 例。
[0020] 为了实现定位，基于GPS的位置发现和/或跟踪是已知的。但是，GPS位置发现可 能不适合于室内，因为没有卫星接收覆盖。对于基于室内的位置跟踪，可以使用基于RF的 位置发现和位置跟踪。在此类系统中，例如可以确定RF信号到用户设备所连接到的室内基 站的往返时间，或者接收的RF信号的功率。可以适用于室内的某些其它已知定位措施例如 包括机器视觉、运动传感器和距离测量。但是，这些措施可能需要安装在整个建筑物内的昂 贵测量设备和装备。作为进一步选择，可以应用对地球磁场（EMF)的使用。
[0021] 用于构造建筑物的材料可以影响室内可测量的EMF，并且还可以影响室内建筑物 周围的EMF。例如，钢、钢筋混凝土和电气系统可以影响EMF。EMF可以在建筑物内的不同 位置之间显著变化，并且因此可以基于建筑物内部的EMF局部偏差，在建筑物内部实现精 确的位置发现和跟踪。另一方面，与建筑物材料等导致的影响相比，放在建筑物内的某一位 置的设备可能不会显著影响EMF。因此，即使设备和/或家具等的布局和数量改变，测量的 EMF也可能不会显著改变。
[0022] 图1中示出建筑物100的一个实例，建筑物100具有5个房间、一个走廊和一个大 厅。应该注意，本发明的实施例还适用于其它类型的建筑物，包括多层建筑物。建筑物100 的平面图可以以某一参考系表示。参考系可以指坐标系或一组轴，例如在其中测量移动设 备200的位置、定向等。图1实例中的建筑物的此类参考系可以是XY坐标系，在本申请中 也被称为世界坐标系。当需要考虑垂直维度时，建筑物100的坐标系还可以是三维的。垂 直维度被称为Z，而X和Y-起定义水平二维点（X，Y)。在图1中，开始于点（XI，Yl)并且 结束于点（Χ2，Υ2)的箭头可以被视为与移动设备200关联的用户穿过的路径102。为了简 单起见，垂直Z维度被省略。
[0023] 后面详述移动设备200,但现在可以说，移动设备200可以包括磁强计或者能够测 量EMF的任何其它传感器，例如霍尔传感器或数字罗盘。磁强计可以包括至少一个垂直测 量轴。但是，在一个实施例中，磁强计可以包括三维（3D)测量能力。仍在一个实施例中，磁 强计可以是组磁强计或磁强计阵列，其同时从多个分开的位置提供磁场观测。磁强计可以 是精确的传感器，其能够检测EMF的任何变化。除了磁场（磁通量）的强度（也被称为大 小、强度或密度）之外，磁强计还可以能够确定所测量的EMF矢量的3D方向。为此，应该注 意，在任何位置，地球磁场都可以由3D矢量表示。假设罗盘指针在一端被系到线上，以便指 针可以沿着任何方向旋转。指针指向的方向是地球磁场矢量的方向。
[0024] 如上所述，个人在移动设备200中携带的磁强计（在图1中穿过路径102)能够确 定3D磁场矢量。图2中示出EMF矢量的实例三个分量以及总强度，它们贯穿从（XI，Yl)到 (Χ2，Υ2)的路径102。实线110可以表示磁场矢量的总强度，并且三条其它线112至116可 以表示3D磁场矢量的三个分量。例如，点虚线112可以表示Z分量（垂直分量），虚线114 可以表示X分量，并且虚线116可以表示Y分量。从该信息，可以提取所测量的磁场矢量的 大小和方向。
[0025] 在基于EMF测量的移动设备200或者在建筑物100内移动的任何目标物体的位置 跟踪/发现中，可以将个人携带的移动设备200测量的每个EMF矢量与现有信息相比较，其 中所述信息可以包括在建筑物100或多个建筑物内的数个位置中的EMF矢量强度和方向。 因此，所述信息可以示出室内地球磁场图。因为EMF图（通常覆盖多个建筑物）中的数据 量可以很大，所以可以将EMF图存储在云中，例如存储在数据库实体250或服务器中，而不 是存储在通常具有有限计算能力的移动设备200中。
[0026] 如图3中所示，移动设备200可以通过网络将EMF测量结果300传输到数据库实 体250,即传输到云，云执行与EMF图的比较。移动设备200可以进一步传输运动数据310， 运动数据310例如指示移动设备200在与传输的EMF测量结果对应的时间窗口内的直线和 /或角运动。数据库实体350然后可以将位置估计320返回到移动设备200。但是，在另一 个实施例中，移动设备200本身可以应用存储的EMF测量结果300以便进行位置/路径估 计。在这种情况下，数据库实体250如在描述中使用的那样，可以位于移动设备200内部。 在这种情况下，移动设备200例如还可以存储建筑物100的EMF图。
[0027] 为了提供精确的位置发现，重要的是磁强计提供可靠的EMF测量300。但是，通常 磁强计结果（即，磁强计提供的测量结果）包括偏差，例如相加偏差（additive bias)，其 可以使测量失真以致磁强计的读数不同于EMF在该位置的真实读数。例如，3轴磁强计可 以包括一个或多个方向上的偏差。相加偏差意味着偏差值被总计到原始测量，如Mbiased = Mraw+b，其中b代表偏差。该偏差例如不同于相乘偏差（multiplicative bias)，其中Mbiased=b*Mraw。因此，估计的位置320可能不对应于移动设备200的真实位置322。在本申请中 考虑b表示相加偏差。
[0028] 传感器的成功校准可以补偿偏差并且因此提供更精确的测量。可以在其中预测量 EMF的某些预定位置执行校准磁强计以便考虑偏差。然后可以将该预测量的真实EMF读数 与移动设备200的磁强计测量的值相比较。但是，不是每个建筑物内都存在此类位置，并且 磁强计可能在任何给定时间变得失真（例如由于相加偏差）。此外，该校准过程可能需要移 动设备200的用户执行操作。因此，需要作为后台过程容易并且可靠地在运行中校准磁强 计。
[0029] 因此，建议一种用于补偿偏差的方法，如图4中所示。在一个实施例中，假设偏差 bmag"在校准过程中基本上保持不变。执行所述实施例的装置可以包括至少一个处理器和至 少一个存储器，所述至少一个存储器包括计算机程序代码，其中所述至少一个存储器和所 述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起导致所述装置至少执行图4的方 法。执行图4的步骤的装置例如可以被包括在移动设备200或数据库实体250中，具体取 决于校准系统的实现。为了使描述简单起见，假设所述方法由移动设备200执行。
[0030] 在步骤400,移动设备200可以获得一组EMF测量的结果300,其中每个EMF测量由 包括在移动设备200中的磁强计执行，并且指示与移动设备200在测量时的定向相关的所 测量的EMF值。该组EMF测量结果300可以包括两个或更多测量结果。在3D坐标系（X，Y，Z) 中，每个EMF值M可以指示指向测量的EMF值M的EMF矢量。因此，每个EMF值M可以是一 个矢量，其具有对应于3D坐标系的三个元素，被定义为M = [X，y，z]τ，其中上标T表示转置 矩阵。对于二维（2D)情况，M= [x，y]T。还可以注意，如图3中所示，移动设备200可以相 对于以下至少一个轴旋转：水平X轴、水平Y轴和垂直Z轴，如分别使用X'、Y'和Z'所示。
[0031] 接收的EMF测量结果可以形成EMF测量对。每个EMF测量对可以指示第一和第二 测量的EMF值MjPM2。在一个实施例中，给定测量对对应于两个连续EMF测量结果。在另 一个实施例中，给定测量对不对应于两个连续EMF测量结果，但可以存在表示第一和第二 EMF值札和M 2的第一和第二EMF测量之间的某些EMF测量结果。
[0032] 假设读数乂和M 2表示在两个不同时间点的单个位置的静态磁场，并且设备200的 3D(或2D)定向在EMF测量对期间变化。进一步假设传感器没有偏差，并且测量不包含噪 声。
[0033] 进一步，如上所述，磁强计读数札和^可以取决于设备200的定向。但是，两个矢 量的范数（即，长度）相同。更准确地说，因为假设设备200在静态地球磁场中旋转，所以 如果以相反方向旋转与设备200相同的量，则第二测量的磁场矢量B (对应于值M2)应该与 第一矢量A (对应于值M1)相同。在附图中，Rmagl^示矢量A与B之间的旋转。
[0034] 在步骤402,移动设备200可以获得运动数据310,运动数据310指示移动设备200 在多个EMF测量对中的每一个期间经历的角旋转R，其中每个EMF测量对指示第一和第二测 量的EMF值乂和M 2，并且运动数据310由包括在移动设备200中的至少一个运动传感器测 量。运动传感器例如可以包括惯性运动传感器、陀螺仪、加速度传感器。
[0035] 因此，运动数据310可以指示移动设备200的3维定向如何在对应于第一 EMF值 的时间点与对应于第二EMF值的时间点之间变化。此类定向变化可能是由于持有移动设备 200的个人摆动他/她的手臂，由于个人转身等所致。使用两个测量点之间的运动传感器测 量，可以计算设备200的净定向变化。移动设备200从（X' i，Y' i，Z' D到（X' 2，Y' 2，Z' 2) 的这种定向变化可以由移动设备200的运动传感器检测。
[0036] 可以使用旋转矩阵R描述设备200定向的任何变化。运动数据310可以指示设备 2