專利名稱：使用運動傳感器和附接至裝置的磁力計的測量數(shù)據(jù)估計該裝置在重力參照系中的偏航角 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通過使用磁力計和其它運動傳感器的測量數(shù)據(jù)來估計重力參照系中裝置的偏航角和/或確定用于提取修正動態(tài)近場的靜態(tài)磁場的參數(shù)的設(shè)備和方法。更具體地，通過使用并發(fā)測量數(shù)據(jù)，至少部分解析地提取用于將磁力計獲取的信號轉(zhuǎn)換成用于修正磁力計偏移、標度和交叉耦合/斜交、硬鐵效應和軟鐵效應、以及對準偏差的局部磁場的參數(shù)。重力參照系中裝置的偏航角可通過使用局部靜態(tài)磁場(即，去除了已被追蹤的近場的局部磁場)以及基于并發(fā)測量數(shù)據(jù)提取的當前滾動和俯仰來實時地估計。
背景技術(shù)：
日益流行和廣泛使用的移動裝置常常包括所謂的九軸傳感器，該名稱來源于3軸陀螺儀、3D加速計和3D磁力計。3D陀螺儀測量角速度。3D加速度計測量線性加速度。磁力計測量局部磁場向量(或其偏差)。盡管這些裝置已經(jīng)比較普及，但是這些九軸傳感器可預測的能力并未完全開發(fā)，原因在于難以校正并難以從磁力計測量數(shù)據(jù)去除不希望的影響，以及實踐中不能僅使用陀螺儀和加速計來可靠地估計偏航角。剛性主體(即，指定磁力計和運動傳感器所附接的任何裝置的剛性主體)相對于地固重力正交參照系的3維角度位置被唯一地限定。當使用磁力計和加速計時，方便地將重力參照系定義為具有沿重力的正Z軸、指向磁北的正X軸和指向東的正Y軸。加速計感測重力，雖然根據(jù)磁力計的測量數(shù)據(jù)，可從地球的指向北的磁場推測出重力(盡管已知地球的磁場與重力之間的角度可能不同于90° )。定義重力參照系的軸的這種方式不是用于限制。正交右手參照系的其它限定可基于兩個已知的方向(重力和磁北)而獲得。附接至3D主體的運動傳感器測量其在相對于三維主體限定的主體正交參照系中的位置(或其變化)。例如，如用于飛機的圖1所示，不失一般性地，物體參照系具有沿飛機的縱軸指向前的正X軸、沿右翼定向的正Y軸以及通過考慮右手正交參照系(右手法則)確定的正Z軸。如果飛機水平地飛行，則正Z軸沿重力方向與重力系統(tǒng)的Z軸對準。雖然可使用3D加速計和附接至主體的2D或3D旋轉(zhuǎn)傳感器并基于重力的已知方向來確定重力參照系中滾動和俯仰(例如，參見自由專利-美國專利第7，158，118號、第7，262，760號和第7，414，611號)，但是重力參照系中的偏航角更難以精確地估計，使得其更多地增加從磁力計測量數(shù)據(jù)得到的地球的磁場(或者更準確地來說為方位)的讀數(shù)?；跉W拉定理，物體參照系和重力參照系(如兩個正交的右手坐標系)可與繞坐標軸的旋轉(zhuǎn)序列(不多于三個)關(guān)聯(lián)，其中，順次旋轉(zhuǎn)繞不同的軸進行。這種旋轉(zhuǎn)序列被認為是歐拉角-軸序列。這種參照旋轉(zhuǎn)序列在圖2中示出。這些旋轉(zhuǎn)的角度為裝置在重力參照系中的角度位置。3D磁力計測量3D磁場，3D磁場表示3D靜態(tài)磁場(例如，地球的磁場)、硬鐵效應和軟鐵效應、以及因外部時間相關(guān)電磁場而產(chǎn)生的3D動態(tài)近場的重疊。所測量的磁場依賴于磁力計的實際方位。如果硬鐵效應、軟鐵效應和動態(tài)近場為零，則所測量的磁場的軌跡(當磁力計以不同的方向定位時)將為半徑等于地球的磁場大小的球體。非零值的硬鐵效應和軟鐵效應將所測量的磁場的軌跡從最初的形狀偏移成橢圓體。硬鐵效應由展示與地球的磁場重疊的恒定磁場的材料產(chǎn)生，從而產(chǎn)生所測量的磁場分量的恒定偏移。只要由于硬鐵效應而導致磁場的方位和位置相對于磁力計是不變的，則相應的偏移也是不變的。不同于使磁場與地球磁場重疊的硬鐵效應,軟鐵效應為影響、歪曲磁場(例如，鐵或鎳)的材料的結(jié)果，但不一定生成磁場本身。因此，軟鐵效應為所測量的磁場根據(jù)引起相對于磁力計和相對于地球磁場的效應的材料的位置和特性而產(chǎn)生變形。因此，軟鐵效應不能通過簡單的偏移補償，需要更復雜的過程。磁近場為所測量的磁場由于時間相關(guān)磁場而產(chǎn)生的動態(tài)變形。在缺少對三軸加速計和三軸旋轉(zhuǎn)傳感器的偏航的可靠估計的情況下(例如，因沒有觀察到絕對偏航角測量數(shù)據(jù)而引起的偏航角漂移問題)，磁近場補償?shù)拇帕τ嫓y量數(shù)據(jù)可提供使其能夠修正偏航角漂移的重要參照。通常，使用多個磁場測量數(shù)據(jù)來修正硬鐵和軟鐵效應。該方法耗時且消耗內(nèi)存。此夕卜，考慮到因硬鐵和軟鐵效應導致的變形的動態(tài)本質(zhì)，多個磁測量數(shù)據(jù)的差異也可能反映局部磁場在時間上的改變，使得當前測量過度修正或者修正不足。因此，期望提供能夠?qū)崟r、可靠地使用磁力計以及附接至裝置的運動傳感器來確定該裝置的方位(即，包括偏航角的角度位置)，并同時避免前述問題和缺陷的裝置、系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
使用來自包括磁力計的傳感器組合的并發(fā)測量數(shù)據(jù)獲得局部3D靜態(tài)磁場值，然后獲得3D主體的偏航角的改進值的裝置、系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個示例性實施方式，提供了使用運動傳感器和附接至裝置的磁力計來估計該裝置的物體參照系相對于重力參照系的偏航角的方法。方法包括:(A)從運動傳感器和磁力計接收測量數(shù)據(jù)；(B)基于所接收的測量數(shù)據(jù)，確定物體參照系中測量的3D磁場、裝置的滾動角、俯仰角和偏航角的概估；(C)從測量的3D磁場提取局部3D磁場；以及(D)基于所提取的局部3D磁場、滾動角、俯仰角和偏航角的概估，使用至少兩種不同的方法計算重力參照系中物體參照系的偏航角，其中，對于不同的方法，滾動角的估計誤差、俯仰角的估計誤差、以及提取的局部3D磁場對偏航角的誤差具有不同影響。根據(jù)另一示例性實施方式，提供了一種設(shè)備，其包括(A)具有剛性主體的裝置；(B)3D磁力計，安裝在裝置上并且被配置為生成與局部磁場對應的測量數(shù)據(jù)；(C)運動傳感器，安裝在裝置上并且被配置為生成與剛性主體的方位對應的測量數(shù)據(jù)；以及(D)至少一個處理單元。至少一個處理單元被配置為(I)從運動傳感器和磁力計接收測量數(shù)據(jù)；(2)基于所接收的測量數(shù)據(jù)，確定物體參照系中測量的3D磁場、裝置的滾動角、俯仰角和偏航角的概估；(3)從測量的3D磁場提取局部3D磁場；以及(4)基于所提取的局部3D磁場、滾動角、俯仰角和偏航角的概估，使用至少兩種不同的方法計算重力參照系中裝置的物體參照系的傾斜的補償偏航角，其中，對于至少兩種不同的方法，滾動角的估計誤差、俯仰角的估計誤差、以及提取的局部3D磁場的誤差對傾斜的補償偏航角的誤差具有不同影響。根據(jù)另一示例性實施方式，提供了一種被配置為非瞬時地存儲可執(zhí)行代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)，當可執(zhí)行代碼在計算機上執(zhí)行時使計算機執(zhí)行使用運動傳感器和附接至裝置的磁力計來估計裝置的物體參照系相對于重力參照系的偏航角的方法。該方法包括:(A)從運動傳感器和磁力計接收測量數(shù)據(jù)；(B)基于所接收的測量數(shù)據(jù)，確定物體參照系中測量的3D磁場、裝置的滾動角、俯仰角和偏航角的概估；(C)從測量的3D磁場提取局部3D磁場；以及(D)基于所提取的局部3D磁場、滾動角、俯仰角和偏航角的概估,使用至少兩種不同的方法計算重力參照系中物體參照系的偏航角，其中，對于不同的方法，滾動角的估計誤差、俯仰角的估計誤差、以及提取的局部3D磁場對偏航角的誤差具有不同影響。


在并入且構(gòu)成說明書的一部分的附圖中示出了一個或多個實施方式，附圖連同描述闡述了這些實施方式。在附圖中:圖1是3D物體參照系的示意圖；圖2是從重力參照系轉(zhuǎn)換為物體參照系的示意圖；圖3是根據(jù)示例性實施方式的傳感單元的框圖；圖4是根據(jù)示例性實施方式的使用傾斜的補償滾動角和俯仰角計算偏航角的方法300的框圖；圖5示出了地球的磁場相對于重力的定向；圖6是根據(jù)示例性實施方式的用于校正與姿態(tài)無關(guān)的參數(shù)的方法的框圖；圖7是根據(jù)示例性實施方式的為采集待用于校正與姿態(tài)無關(guān)的參數(shù)的數(shù)據(jù)所使用的系統(tǒng)的框圖；圖8是根據(jù)示例性實施方式的用于將3D磁力計與地固重力參照對準的方法的框圖；圖9是根據(jù)示例性實施方式的用于將3D磁力計在九軸系統(tǒng)中對準的方法的框圖；圖10是根據(jù)示例性實施方式的用于追蹤并補償磁近場的方法的框圖；圖11是根據(jù)示例性實施方式的用于追蹤并補償磁近場的方法的框圖12是根據(jù)示例性實施方式的用于融合偏航角估計以獲得最佳偏航角估計的方法的框圖；圖13是根據(jù)示例性實施方式的使用運動傳感器和附接至裝置的磁力計來估計該裝置的物體參照系相對于重力參照系的偏航角的方法的流程圖；以及圖14是根據(jù)示例性實施方式的使用運動傳感器和附接至裝置的磁力計的并發(fā)測量數(shù)據(jù)校正磁力計的方法的流程圖。
具體實施例方式下面參照附圖對示例性實施方式進行描述。不同附圖中的相同參考標號指示相同或相似的元件。下面的詳細描述不限制本發(fā)明。相反地，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。為了簡化，以下實施方式討論了關(guān)于包括運動傳感器和附接至剛性3D主體(“裝置”)的磁力計的傳感單元的術(shù)語和結(jié)構(gòu)。然而，接下來將要討論的實施方式不限于這些系統(tǒng)，而可用于包括具有相同性能的磁力計或其他傳感器的其他系統(tǒng)中。在整個說明書中提及的“一個實施方式”或“實施方式”指的是關(guān)于實施方式所描述的特殊性能、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明的至少一個實施方式中。因此，在整個說明書的各個位置出現(xiàn)的短語“在一個實施方式中”或“在實施方式中”并不全指同一實施方式。而且，特殊的性能、結(jié)構(gòu)或特性能夠以任何適當?shù)姆绞浇M合在一個或多個實施方式中。根據(jù)圖3所示的示例性實施方式，可附接至裝置以便監(jiān)控該裝置的方位的傳感單元100包括運動傳感器110和磁力計120，磁力計120附接至該裝置的剛性主體101。通過運動傳感器110和磁力計120進行的并發(fā)測量數(shù)據(jù)獲得信號，該信號經(jīng)由接口 140被發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元130。在圖3中，數(shù)據(jù)處理單元130位于剛性主體101上。然而，在替代的實施方式中，數(shù)據(jù)處理單元可以是遠程的，通過位于裝置上的發(fā)送器從磁力計和運動傳感器發(fā)送信號至數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)處理單元130包括至少一個處理器，并使用校正參數(shù)進行計算以將所接收的信號轉(zhuǎn)換成包括磁場的測量數(shù)據(jù)。可相對于裝置的主體101定義物體坐標系統(tǒng)(例如參見圖1)。被固定地附接至剛性主體101的運動傳感器110和磁力計120產(chǎn)生與物體參照系中的可觀察量(例如，磁場、角速度或線性加速度)有關(guān)的信號。然而，例如為了在參照系中獨立于裝置確定主體的方位，必須能夠?qū)⑦@些測量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)至觀察者參照系。可將觀察者的參照系考慮為慣性參照系，而將物體參照系考慮為非慣性參照系。對于位于地球上的觀察者，重力提供一個參照方向，磁北提供另一個參照方向。觀察者的參照系可相對于這些方向來定義。例如，重力參照系可定義為具有沿重力方向的z軸、在包括重力和磁北方向的平面上的y軸、以及使用右手法則朝向東指向的X軸。然而，該特殊定義并不限制本發(fā)明的實施方式。在以下的描述中，術(shù)語“重力參照系”被用于描述使用重力和磁北而定義的參照系。信號反映在物體參照系中測量的量。在物體參照系中的這些測量數(shù)據(jù)進一步通過數(shù)據(jù)處理單元130處理，從而被轉(zhuǎn)換為與重力參照系對應的量。例如，使用旋轉(zhuǎn)傳感器和3D加速計，可推斷出物體參照系到重力正交參照系的滾動和俯仰。為了在重力正交參照系中精確地估計裝置的偏航角，通過物體的參照系中所測量的磁場確定地球的磁場的方位是必要的。為了通過物體參照系中所測量的磁場確定地球的磁場的方位，數(shù)據(jù)處理單元130以預定的操作順序使用多種參數(shù)針對硬鐵效應、軟鐵效應、偏差和近場修正測量的3D磁場(其已使用校正參數(shù)通過磁力計信號理想地計算出)。一旦數(shù)據(jù)處理單元130完成所有這些修正，所得到的磁場可合理地認為是與地球磁場對應的局部靜態(tài)磁場。通過被稱為“傾角(dip angle)”的公知角度，地球磁場自然地指向北，稍微高于或低于與重力垂直的平面。下面描述可在系統(tǒng)100中進行的方法的工具包。數(shù)據(jù)處理單元130可連接至存儲可執(zhí)行代碼的計算機可讀介質(zhì)135，當可執(zhí)行代碼執(zhí)行時使得系統(tǒng)100執(zhí)行一種或多種方法。根據(jù)示例性實施方式，工具包可包括(將在本公開的單獨章節(jié)中描述以下方法類型中的每一種): ( I)用于計算傾斜補償偏航角的方法，(2)用于確定(校正)諸如偏置、標度和斜交(交叉耦合)的與姿態(tài)無關(guān)的磁力計參數(shù)的方法，(3)用于確定(校正)包括因周圍軟鐵導致的等同效應的與姿態(tài)相關(guān)的磁力計對準參數(shù)的方法，(4)用于追蹤并補償動態(tài)近場的方法，以及(5)用于融合不同的偏航角估計以獲得最佳偏航角估計的方法。除了磁力計數(shù)據(jù)之外，這些方法中的若干方法還使用重力參照系中的滾動角和俯仰角、以及經(jīng)受重力參照系中的初始未知偏移的裝置的相對偏航角。重力參照系中的滾動角和俯仰角例如可通過上面在自由專利中描述的3D加速計和3D旋轉(zhuǎn)傳感器來確定。然而，方法(I)-方法(5)不限于在重力參照系中獲得滾動角和俯仰角的方式和具體的運動傳感器。方法(2)-方法(4)用于校正并補償由磁力計測量的磁場值的無意干擾。方法(I)和方法(5 )聚焦于獲得偏航角的值。校正和補償?shù)卦胶?，通過方法(I)或方法(5 )所獲得的偏航角的值越精確。方法(I)和/或方法(5)可針對從磁力計和運動傳感器所接收的并發(fā)測量數(shù)據(jù)的每個數(shù)據(jù)集來進行。方法(2 )、( 3 )和(4 )也可針對從磁力計和運動傳感器所接收的并發(fā)測量數(shù)據(jù)的每個數(shù)據(jù)集來進行，但無需針對每個數(shù)據(jù)集執(zhí)行方法(2)、(3)和(4)中的一個、多個或全部。根據(jù)外部條件或用戶需求的改變，可針對并發(fā)測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集執(zhí)行一個、若干、全部方法或者不執(zhí)行任何方法。用于計算傾斜補償偏航角的方法提供了使用通過考慮到傾斜的角度信息所校正的磁力計測量數(shù)據(jù)來計算任何3D角位置(方位)的偏航角的方法。該方法在一些情況下比傳統(tǒng)方法更精確，并且在所有條件下精度更聞。根據(jù)示例性實施方式，圖4是使用滾動角和俯仰角測量數(shù)據(jù)和偏航角的粗略估計來計算傾斜的補償偏航角的方法300的框圖。由磁力計和運動傳感器進行的并發(fā)測量數(shù)據(jù)允許提供3D校正的磁力計測量數(shù)據(jù)310以及滾動、俯仰角傾斜的修正測量數(shù)據(jù)與偏航角的粗略估計320作為這些方法的輸入。算法330計算并輸出偏航角340的值和偏航角340的估計誤差350。傾斜為物體參照系的z軸相對于重力參照系的Z軸(重力)的傾斜。傾斜可通過將主體的線性加速度與重力進行比較來估算。使用解釋磁力計制造特性、硬鐵和軟鐵效應、對準和動態(tài)近場的多個參數(shù)通過從磁力計所接收的原始信號來獲得3D校正測力計測量數(shù)據(jù)310。因此，3D校正磁力計測量數(shù)據(jù)是物體參照系中的靜態(tài)局部3D磁場。
以下數(shù)學表達式所指的地固參照系xyz被定義為正的z軸以地球為中心地指向(向下)，在與重力垂直的平面中的X軸和I軸分別朝向磁北和東指向。下面的表I為闡述與方法300有關(guān)的算法所使用的符號列表。

表I
權(quán)利要求
1.使用運動傳感器和附接至裝置的磁力計來估計所述裝置的物體參照系相對于重力參照系的偏航角的方法(1100 )，所述方法包括: (SlllO)從所述運動傳感器和所述磁力計接收測量數(shù)據(jù)； (S1120)基于所接收的測量數(shù)據(jù)，確定所述物體參照系中所測量的3D磁場、所述裝置的滾動角、俯仰角和偏航角的概估； (SI 130)從所測量的3D磁場提取局部3D磁場；以及 (S1140)基于所提取的局部3D磁場、所述滾動角、所述俯仰角和所述偏航角的概估，使用至少兩種不同的方法計算所述重力參照系中所述裝置的所述物體參照系的傾斜的補償偏航角，其中，對于所述至少兩種不同的方法，所述滾動角的估計誤差、所述俯仰角的估計誤差、以及提取的局部3D磁場的誤差對所述傾斜的補償偏航角的誤差具有不同影響。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于軟鐵效應、硬鐵效應以及所述磁力計相對于所述物體參照系的相對對準中的一個或多個來修正所述局部3D磁場。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述局部3D磁場用于補償動態(tài)近場。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述重力參照系為相對于重力和地球的磁場方向限定的地固正交參照系。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所接收的測量數(shù)據(jù)為并發(fā)測量數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述局部3D磁場基于所測量的3D磁場的追蹤評估來補償動態(tài)近場。
7.如權(quán)利要求1 所述的方法，其中，使用與傳感器的本質(zhì)特性相關(guān)的參數(shù)計算所測量的3D磁場。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述與傳感器的本質(zhì)特性相關(guān)的參數(shù)包括偏移、標度和斜交/交叉耦合矩陣中的一個或多個。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述運動傳感器包括加速計，所述加速計使用測量數(shù)據(jù)來確定所述裝置的所述物體參照系相對于重力的斜度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述計算的步驟包括估計所述傾斜的補償偏航角的誤差。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述計算的步驟包括: 獲得與所述裝置相關(guān)的另一參照系中的滾動和俯仰，所述另一參照系具有沿重力方向的Z軸，以及 在所述重力參照系中估計靜態(tài)磁場。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述獲得的步驟包括對所述靜態(tài)局部磁場和與重力相反的方向之間的角度進行估計。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對使用所述至少兩種不同的方法中的每一種所計算的所述傾斜的補償偏航角的誤差進行估計，輸出與估計出的誤差的最小值對應的傾斜的補償偏航角的值。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少兩種方法中的一種方法將所述偏航角計 算為
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少兩種方法中的一種方法將所述偏航角計算為
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少兩種方法中的一種方法將所述偏航角計 算為
17.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，使用與不同的時步對應的所述測量的3D磁場的第一值和使用磁場模型預測的所述磁場的第二值追蹤動態(tài)近場，其中，對所述第一值和所述第二值進行比較以確定所述測量的3D磁場是否不同于所述磁場模型的預測。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，如果比較的結(jié)果為所測量的3D磁場與所述磁場模型的預測相同，則估計偏航角的誤差。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，如果比較的結(jié)果為所測量的3D磁場與所述磁場模型的預測相同，則估計滾動角的誤差。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，如果比較的結(jié)果為所測量的3D磁場與所述磁場模型的預測相同，則估計俯仰角的誤差。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，如果比較的結(jié)果為所測量的3D磁場與所述磁場模型的預測不同，則更新所述磁場模型。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述運動傳感器包括慣性傳感器，所述慣性傳感器的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生慣性傳感器偏航角，以及 所述計算的步驟包括基于所述傾斜的補償偏航角和所述慣性傳感器偏航角確定最優(yōu)偏航角估計， 其中，確定所述最優(yōu)偏航角估計包括計算與所述傾斜的補償偏航角和所述慣性傳感器偏航角關(guān)聯(lián)的誤差。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述確定的步驟包括使用適應性濾波器來組合所述傾斜的補償偏航角和所述慣性傳感器偏航角。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述確定的步驟包括基于校正精度、因傳感器噪聲導致的偏航角計算誤差、滾動和俯仰估計誤差、以及近場補償誤差中的一個或多個，使用計算出的總估計誤差計算適應性濾波器的增益系數(shù)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述適應性濾波器的系數(shù)為更新變量的絕對值與總估計誤差之比，所述更新變量為從磁力計測量數(shù)據(jù)推斷出的當前偏航角與從所述適應性濾波器的先前輸入得到的偏航角的預測最優(yōu)估計之差。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述適應性濾波器的系數(shù)為在使用所述慣性傳感器時預測的偏航誤差的第一平方值與所述總估計誤差的第二平方值之比。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，如果所述總估計誤差小于預定閾值，則所述適應性濾波器的系數(shù)為1，否則所述適應性濾波器的系數(shù)為所述更新變量的絕對值與在使用所述慣性傳感器時預測的偏航角誤差之比的函數(shù)，所述更新變量為從磁力計測量數(shù)據(jù)推斷出的當前偏航角與從所述適應性濾波器的先前輸入得到的偏航角的預測最優(yōu)估計之差。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，如果更新變量小于預定閾值，所述適應性濾波器的系數(shù)為1，否則所述適應性濾波器的系數(shù)為預定的較小值。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述適應性濾波器的系數(shù)為以下量中的兩個或更多個的乘積 (1)更新變量的絕對值與所述總估計誤差之比， (2)在使用所述慣性傳感器 時預測的偏航誤差的第一平方值與所述總估計誤差的第二平方值之比， (3)如果所述總估計誤差小于第一預定閾值則為1，否則為更新變量的絕對值與在使用所述慣性傳感器時預測的偏航角誤差之比的函數(shù)， (4)如果所述更新變量小于第二預定閾值則為1，否則為預定的較小值， 所述更新變量為從磁力計測量數(shù)據(jù)推斷出的當前偏航角與從所述適應性濾波器的先前輸入得到的偏航角的預測最優(yōu)估計之差。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述最優(yōu)偏航角估計為(A)和(B)之和，其中(A)為基于前一步驟的最優(yōu)偏航角估計通過所述慣性傳感器得到的預測偏航角，(B)為更新變量與所述適應性濾波器的系數(shù)的函數(shù)之積，所述更新變量為從磁力計測量數(shù)據(jù)推斷出的當前偏航角與從所述適應性濾波器的先前輸入得到的偏航角的預測最優(yōu)估計之差。
31.一種設(shè)備(100),包括: 具有剛性主體(101)的裝置； 3D磁力計(120)，安裝在所述裝置上并且被配置為生成與局部磁場對應的測量數(shù)據(jù)； 運動傳感器(110)，安裝在所述裝置上并且被配置為生成與所述剛性主體的方位對應的測量數(shù)據(jù)；以及 至少一個處理單元(130)，所述至少一個處理單元被配置為 (O從所述運動傳感器和從所述磁力計接收測量數(shù)據(jù)； (2)基于所接收的測量數(shù)據(jù)，確定物體參照系中所測量的3D磁場、所述裝置的滾動角、俯仰角和偏航角的概估； (3)從所測量的3D磁場提取局部3D磁場；以及 (4)基于所提取的局部3D磁場、所述滾動角、所述俯仰角和所述偏航角的概估，使用至少兩種不同的方法計算所述重力參照系中所述裝置的所述物體參照系的傾斜的補償偏航角，其中，對于所述至少兩種不同的方法，所述滾動角的估計誤差、所述俯仰角的估計誤差、以及提取的局部3D磁場的誤差對所述傾斜的補償偏航角的誤差具有不同影響。
32.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述至少一個處理單元包括設(shè)置在所述裝置中的并且被配置為執(zhí)行(1) - (4)中至少一個步驟的處理單元。
33.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述至少一個處理單元包括遠程地定位并且被配置為執(zhí)行(1) - (4)中至少一個步驟的處理單元，所述設(shè)備還包括發(fā)送器，所述發(fā)送器安裝在所述裝置上并且被配置為向遠程定位的處理單元發(fā)送數(shù)據(jù)。
34.一種被配置為存儲可執(zhí)行代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)(135)，當所述可執(zhí)行代碼在計算機上執(zhí)行時使所述計算機執(zhí)行使用運動傳感器和附接至裝置的磁力計來估計所述裝置的物體參照系相對于重力參照系的偏航角的方法，所述方法包括: (SlllO)從所述運動傳感器和所述磁力計接收測量數(shù)據(jù)； (S1120)基于所接收的測量數(shù)據(jù)，確定所述物體參照系中所測量的3D磁場、所述裝置的滾動角、俯仰角和偏航角的概估； (S1 130)從所測量的3D磁場提取局部3D磁場；以及 (S1140)基于所提取的局部3D磁場、所述滾動角、所述俯仰角和所述偏航角的概估，使用至少兩種不同的方法計算所述重力參照系中所述裝置的所述物體參照系的傾斜的補償偏航角，其中，對于所述至少兩種不同的方法，所述滾動角的估計誤差、所述俯仰角的估計誤差、以及提取的局部3D磁場的誤差對所述傾斜的補償偏航角的誤差具有不同影響。
全文摘要
提供了使用運動傳感器和附接至裝置的磁力計來估計該裝置的物體參照系相對于重力參照系的偏航角的方法。方法包括(A)從運動傳感器和磁力計接收測量數(shù)據(jù)；(B)基于所接收的測量數(shù)據(jù)，確定物體參照系中測量的3D磁場、裝置的滾動角、俯仰角和偏航角的概估；(C)從測量的3D磁場提取局部3D磁場；以及(D)基于所提取的局部3D磁場、滾動角、俯仰角和偏航角的概估，使用至少兩種不同的方法計算重力參照系中物體參照系的偏航角，其中，對于不同的方法，滾動角的估計誤差、俯仰角的估計誤差、以及提取的局部3D磁場對偏航角的誤差具有不同影響。
文檔編號B64D47/00GK103153790SQ201180046886
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
發(fā)明者盛華 申請人:希爾克瑞斯特實驗室公司