用于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法
【專(zhuān)利摘要】本文公開(kāi)了用于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法。系統(tǒng)包括：慣性測(cè)量單元，其包括配置成測(cè)量繞著三個(gè)獨(dú)立軸中的相應(yīng)軸的角速度的一個(gè)或多個(gè)陀螺儀，和配置成測(cè)量沿著三個(gè)獨(dú)立軸中的相應(yīng)軸的比力的一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)；磁力計(jì)，其配置成測(cè)量沿著三個(gè)獨(dú)立軸中的每個(gè)的局部磁場(chǎng)的強(qiáng)度；以及處理設(shè)備，其耦合到慣性測(cè)量單元和磁力計(jì)；處理設(shè)備配置成基于從磁力計(jì)和慣性測(cè)量單元接收的測(cè)量來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。處理設(shè)備還配置成當(dāng)位置數(shù)據(jù)是不可用的時(shí)使用第一技術(shù)計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)參數(shù)，且當(dāng)位置數(shù)據(jù)是可用的時(shí)使用第二技術(shù)計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)參數(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁羅盤(pán)可用于確定車(chē)輛的航向角或作為確定車(chē)輛的姿態(tài)角（側(cè)傾和俯仰角）和航 向角的矢量匹配算法的部分。即使車(chē)輛傾斜了俯仰和側(cè)傾角的某些值，測(cè)量地球的磁場(chǎng)的 所有三個(gè)分量的三軸磁力計(jì)仍然可用于確定車(chē)輛的航向角。然而，磁力計(jì)的測(cè)量可能由于 磁力計(jì)附近的各種類(lèi)型的磁擾動(dòng)而變形。諸如鐵磁材料的一些類(lèi)型的磁擾動(dòng)被稱(chēng)為"硬鐵" 偏磁，并可加到由磁力計(jì)測(cè)量的磁場(chǎng)。被稱(chēng)為"軟鐵"偏磁的其它類(lèi)型的磁擾動(dòng)可改變磁力 計(jì)附近的磁場(chǎng)的大小和方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：慣性測(cè)量單元，其包括配置成測(cè) 量繞著三個(gè)獨(dú)立軸中的相應(yīng)軸的角速度的一個(gè)或多個(gè)陀螺儀，和配置成測(cè)量沿著三個(gè)獨(dú)立 軸中的相應(yīng)軸的比力的一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)；磁力計(jì)，其配置成測(cè)量沿著三個(gè)獨(dú)立軸中的 每個(gè)的局部磁場(chǎng)的強(qiáng)度；以及處理設(shè)備，其耦合到慣性測(cè)量單元和磁力計(jì)；處理設(shè)備配置 成基于從磁力計(jì)和慣性測(cè)量單元接收的測(cè)量來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。處理設(shè)備還配置 成當(dāng)位置數(shù)據(jù)是不可用的時(shí)使用第一技術(shù)計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)參數(shù)，且當(dāng)位置數(shù)據(jù)是可用 的時(shí)使用第二技術(shù)計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)參數(shù)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004] 理解附圖僅描繪示例性實(shí)施例，且因此不應(yīng)被考慮為在范圍上是限制性的，將通 過(guò)使用附圖以額外的特異性和細(xì)節(jié)描述示例性實(shí)施例，其中： 圖1是用于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
[0005] 圖2是描繪校準(zhǔn)磁力計(jì)測(cè)量的示例性方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0006] 圖3是描繪當(dāng)位置信息是可用的時(shí)計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)的示例性方法的一個(gè)實(shí)施例的 流程圖。
[0007] 圖4是描繪當(dāng)位置信息是不可用的時(shí)計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)的示例性方法的一個(gè)實(shí)施例 的流程圖。
[0008] 圖5是描繪補(bǔ)償磁力計(jì)測(cè)量的示例性方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0009] 圖6是描繪補(bǔ)償磁力計(jì)測(cè)量的另一示例性方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0010] 根據(jù)通常實(shí)踐，各種描述的特征并沒(méi)有按比例被繪制，而是繪制成強(qiáng)調(diào)與示例性 實(shí)施例有關(guān)的特定特征。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 在下面的詳細(xì)描述中，參考形成其一部分的附圖，且其中作為說(shuō)明示出特定的說(shuō) 明性實(shí)施例。然而，應(yīng)理解，可利用其它實(shí)施例，以及可做出邏輯、機(jī)械和電氣變化。此外， 在附圖和說(shuō)明書(shū)中給出的方法不應(yīng)被解釋為限制單獨(dú)的步驟可被執(zhí)行的順序。下面的詳細(xì) 描述因此不應(yīng)在限制性的意義上被理解。
[0012] 圖1是用于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。系統(tǒng)100包括 三軸磁力計(jì)102、慣性測(cè)量單元104和處理設(shè)備106。慣性測(cè)量單元aMU)104包括一個(gè)或多 個(gè)速率陀螺儀108和一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)110。每個(gè)速率陀螺儀108配置成測(cè)量繞著相應(yīng) 軸的角速度。類(lèi)似地，每個(gè)加速度計(jì)110配置成測(cè)量沿著相應(yīng)軸的比力（specific force)。 在一些實(shí)施例中，頂U(kuò) 104包括用于測(cè)量沿著三個(gè)獨(dú)立軸中的每個(gè)的角速度的三軸陀螺儀 108和用于測(cè)量沿著三個(gè)獨(dú)立軸中的每個(gè)的比力的三軸加速度計(jì)110。三軸磁力計(jì)102測(cè) 量沿著三個(gè)獨(dú)立軸的局部磁場(chǎng)的強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，三個(gè)獨(dú)立軸是正交的。在其它實(shí) 施例中，三個(gè)獨(dú)立軸不是正交的，但仍然獨(dú)立于彼此。
[0013] 在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100還可選地包括一個(gè)或多個(gè)輔助傳感器114。輔助傳感器 114提供用于計(jì)算系統(tǒng)100的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的額外測(cè)量。輔助傳感器的一些例子包括但不限于 高度計(jì)、照相機(jī)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)接收機(jī)、光探測(cè)和測(cè)距（LIDAR)傳感器、無(wú)線電 探測(cè)和測(cè)距（RADAR)傳感器、星體跟蹤器、太陽(yáng)傳感器和真實(shí)空速傳感器。這樣的示例性輔 助傳感器是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的，且沒(méi)有在本文被更詳細(xì)地描述。
[0014] 處理設(shè)備106可包括中央處理單元（CPU)、微控制器、微處理器(例如數(shù)字信號(hào)處 理器（DSP))、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA)、專(zhuān)用集成電路（ASIC)和其它處理設(shè)備。存儲(chǔ)器設(shè) 備112可包括有形介質(zhì)，例如磁或光介質(zhì)。例如，有形介質(zhì)可包括常規(guī)硬盤(pán)、光盤(pán)(例如只讀 或可重寫(xiě))、易失性或非易失性介質(zhì)，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM)(包括但不限于同步動(dòng)態(tài)隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器（SDRAM)、雙數(shù)據(jù)速率（DDR)RAM、RAMBUS動(dòng)態(tài)RAM (RDRAM)、靜態(tài)RAM (SRAM) 等)、只讀存儲(chǔ)器（ROM)、電可擦除可編程ROM (EEPR0M)和閃速存儲(chǔ)器等。例如，在該實(shí)施例 中，處理設(shè)備106被實(shí)現(xiàn)為包括軟件程序、固件或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備112上的其它計(jì)算機(jī)可 讀指令或以軟件程序、固件或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備112上的其它計(jì)算機(jī)可讀指令運(yùn)轉(zhuǎn)的中央 處理單元，所述軟件程序、固件或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備112上的其它計(jì)算機(jī)可讀指令用于實(shí) 行用于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)母鞣N方法、過(guò)程任務(wù)、計(jì)算和控制功能。例如，在該實(shí)施例中存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備112上的是在下面更詳細(xì)描述的校準(zhǔn)和補(bǔ)償指令116和濾波指令118。此 夕卜，在該實(shí)施例中，存儲(chǔ)器設(shè)備112包括地球磁場(chǎng)模型（EMFM) 120。
[0015] 在操作中，頂U(kuò) 104、磁力計(jì)102和可選地一個(gè)或多個(gè)輔助傳感器114向處理設(shè)備 106提供相應(yīng)的測(cè)量。處理設(shè)備106執(zhí)行濾波指令118以基于所接收的測(cè)量來(lái)計(jì)算系統(tǒng)100 的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如速度、角定向和/或位置。例如，濾波指令118可實(shí)現(xiàn)濾波器115,例 如卡爾曼濾波器。卡爾曼濾波器的操作是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的，且不在本文被更詳 細(xì)地描述。
[0016] 處理設(shè)備106執(zhí)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償指令116以基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算磁力計(jì)補(bǔ)償參 數(shù)并基于所計(jì)算的參數(shù)來(lái)補(bǔ)償磁力計(jì)測(cè)量。為了說(shuō)明的目的，圖1將由處理設(shè)備106執(zhí)行的 操作中的數(shù)據(jù)流表示為在處理設(shè)備106內(nèi)的虛線。如圖1所示，處理設(shè)備基于從頂U(kuò) 104、 磁力計(jì)102和可選地一個(gè)或多個(gè)輔助傳感器114接收的測(cè)量來(lái)計(jì)算運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。處理設(shè) 備接著基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)并補(bǔ)償磁力計(jì)測(cè)量。在一些實(shí)施例中，位置數(shù)據(jù)在運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)數(shù)據(jù)中是不可用的。在這樣的實(shí)施例中，處理設(shè)備106仍然能夠計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)以校準(zhǔn)并 補(bǔ)償磁力計(jì)測(cè)量。
[0017] 特別地，下面關(guān)于圖2-5討論關(guān)于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)念~外細(xì)節(jié)。關(guān)于圖2-5描 述的方法可由執(zhí)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償指令116的處理設(shè)備106實(shí)現(xiàn)。然而，應(yīng)理解，處理設(shè)備106 不是必須執(zhí)行在圖2-5中給出的方法中的每個(gè)步驟。例如，方法400討論在塊402構(gòu)想出 分批模型和在塊404以矩陣形式重寫(xiě)該模型。這樣的步驟可先驗(yàn)地被配置，且不需要當(dāng)執(zhí) 行校準(zhǔn)和補(bǔ)償指令116時(shí)作為處理設(shè)備106所執(zhí)行的功能的部分而被執(zhí)行。
[0018] 圖2是描繪校準(zhǔn)磁力計(jì)測(cè)量的示例性方法200的流程圖。在塊202,在處理設(shè)備 106處從磁力計(jì)102接收磁力計(jì)測(cè)量。在塊204,得到姿態(tài)和航向估計(jì)或測(cè)量。例如，處理 設(shè)備106可基于從IMU 104、磁力計(jì)102和/或一個(gè)或多個(gè)可選的輔助傳感器114接收的數(shù) 據(jù)來(lái)計(jì)算姿態(tài)和航向。在塊206,確定位置數(shù)據(jù)是否是可用的。位置數(shù)據(jù)指示系統(tǒng)100的近 似當(dāng)前地理位置。例如，在一些實(shí)施例中，處理設(shè)備106能夠基于從MU 104、磁力計(jì)102和 /或可選的輔助傳感器114中的一個(gè)或多個(gè)接收的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算當(dāng)前地理地點(diǎn)或位置數(shù)據(jù)。 然而，在其它實(shí)施例中，不足的數(shù)據(jù)可用來(lái)確定地理地點(diǎn)。
[0019] 如果在塊206位置數(shù)據(jù)是可用的，則在塊208基于位置數(shù)據(jù)從地球磁場(chǎng)模型得到 參考磁場(chǎng)值。例如，地球磁場(chǎng)的一個(gè)這樣的模型被稱(chēng)為國(guó)際地磁參考場(chǎng)（IGRF)，國(guó)家海洋和 大氣管理局（Ν0ΑΑ)使得其公開(kāi)可得到。在塊210,基于來(lái)自EMFM的參考磁場(chǎng)值并基于來(lái)自 磁力計(jì)102的所測(cè)量的磁場(chǎng)值來(lái)計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)。下面關(guān)于圖3更詳細(xì)描述了當(dāng)位置信息是 可用的時(shí)計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)的示例性方法。在塊212,基于所計(jì)算的參數(shù)來(lái)補(bǔ)償磁力計(jì)測(cè)量。下 面關(guān)于圖5更詳細(xì)描述了補(bǔ)償磁力計(jì)測(cè)量的示例性方法。
[0020] 如果在塊206位置數(shù)據(jù)是不可用的，則在塊214在不使用位置信息的情況下基于 磁力計(jì)測(cè)量來(lái)計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)。例如，參考磁場(chǎng)值沒(méi)有被得到，因?yàn)槲恢脭?shù)據(jù)是不可用的。因 此，在沒(méi)有參考磁場(chǎng)值的情況下計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)。下面更詳細(xì)描述在沒(méi)有位置數(shù)據(jù)的情況下 計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)的示例性方法。在計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)之后，在塊212補(bǔ)償磁力計(jì)測(cè)量，如在下面更 詳細(xì)描述的。
[0021] 圖3是描繪當(dāng)位置信息是可用的時(shí)計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)的方法300的流程圖。方法300 可用于實(shí)現(xiàn)在方法200中的塊210處執(zhí)行的計(jì)算。在塊302,構(gòu)想出分批測(cè)量模型。例如， 磁力計(jì)測(cè)量模型可被陳述為： 等式1

【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)（100)，包括： 慣性測(cè)量單元（104)，其包括配置成測(cè)量繞著三個(gè)獨(dú)立軸中的相應(yīng)軸的角速度的一個(gè) 或多個(gè)陀螺儀（108)，和配置成測(cè)量沿著所述三個(gè)獨(dú)立軸中的相應(yīng)軸的比力的一個(gè)或多個(gè) 加速度計(jì)（110); 磁力計(jì)（102)，其配置成測(cè)量沿著所述三個(gè)獨(dú)立軸中的每個(gè)的局部磁場(chǎng)的強(qiáng)度；以及 處理設(shè)備（106)，其耦合到所述慣性測(cè)量單元和所述磁力計(jì)；所述處理設(shè)備配置成基 于從所述磁力計(jì)和所述慣性測(cè)量單元接收的測(cè)量來(lái)計(jì)算所述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)； 其中所述處理設(shè)備還配置成當(dāng)位置數(shù)據(jù)是不可用的時(shí)使用第一技術(shù)計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量 校準(zhǔn)參數(shù)，且當(dāng)位置數(shù)據(jù)是可用的時(shí)使用第二技術(shù)計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中為了當(dāng)位置數(shù)據(jù)是不可用的時(shí)計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量校 準(zhǔn)參數(shù)，所述處理設(shè)備配置成： 根據(jù)包含基于磁力計(jì)測(cè)量的條目的矩陣的矩陣分解來(lái)計(jì)算硬鐵偏磁矢量；以及 使用所述磁力計(jì)測(cè)量和所述硬鐵偏磁矢量來(lái)計(jì)算軟鐵偏磁矩陣、比例因子誤差矩陣和 未對(duì)準(zhǔn)誤差矩陣中的至少一個(gè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中為了在位置數(shù)據(jù)是可用的時(shí)計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量校準(zhǔn) 參數(shù)，所述處理設(shè)備配置成： 確定包含基于所述位置數(shù)據(jù)從地球磁場(chǎng)圖（EMFM)得到的估計(jì)磁場(chǎng)值的矩陣的列軼； 如果矩陣具有滿(mǎn)列軼則計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量模型的所有磁力計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)參數(shù)；以及 如果矩陣沒(méi)有滿(mǎn)列軼則計(jì)算磁力計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)參數(shù)的子集。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK104296776SQ201410334942
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】M.R.埃爾格斯馬, V.L.貝奇什瓦, R.D.克雷肖夫 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司