專利名稱：用于便攜式設(shè)備中的電子羅盤的校準(zhǔn)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于計(jì)算和去除來自3軸磁傳感器的輸出的干擾局部偏移磁場(chǎng)的影響以獲得地球的地磁場(chǎng)的精確讀數(shù)的技術(shù)。也描述了其它實(shí)施例。
背景技術(shù)：
諸如蜂窩式電話或智能電話的便攜式設(shè)備現(xiàn)在可配有電子羅盤。羅盤計(jì)算并向其用戶提供可以是“指向(heading)”(一般相對(duì)于地球的地磁場(chǎng)給出該“指向”)的方向和/ 或指向正北的箭頭。例如，可對(duì)于用戶自身的導(dǎo)航知識(shí)提供方向信息，以在他在不熟悉的環(huán)境中行走或駕車時(shí)告訴他哪面是北。對(duì)于可在設(shè)備中運(yùn)行的導(dǎo)航或地圖應(yīng)用，方向信息對(duì)于使用也是有益的。電子羅盤通過使用3軸磁傳感器獲得存在于其直接的環(huán)境中的磁場(chǎng)的測(cè)量作為三分量(例如，沿X方向、y方向和Z方向)矢量。感測(cè)的場(chǎng)包含地球磁場(chǎng)的影響和所謂的局部干擾場(chǎng)的影響。后者是由便攜式設(shè)備的局部環(huán)境中的部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)。它可包含諸如內(nèi)置于設(shè)備中的揚(yáng)聲器之類的接近傳感器的任何磁部件所帶來的影響。諸如當(dāng)用戶駕駛汽車、乘坐火車或公共汽車或騎自行車或摩托車時(shí)，由于在接近設(shè)備的外部環(huán)境中存在的磁元件所產(chǎn)生的干擾場(chǎng)也可帶來影響。在大多數(shù)情況下，干擾場(chǎng)相對(duì)于地球場(chǎng)不是可忽略不計(jì)的。因此，為了允許羅盤此時(shí)計(jì)算正確的方向，需要校準(zhǔn)過程以從傳感器的測(cè)量中去除干擾場(chǎng)的影響。存在幾種類型的3軸校準(zhǔn)過程。在一種這種技術(shù)中，用戶被指示按照一組在幾何上不同的取向和方位角旋轉(zhuǎn)設(shè)備(包含羅盤)，同時(shí)通過羅盤以及通過取向傳感器所得到的測(cè)量被收集和分析以分離或求解干擾場(chǎng)。然后從通過磁傳感器取得的測(cè)量中減去求解的干擾場(chǎng)，以產(chǎn)生地磁場(chǎng) (然后可被進(jìn)一步校正成正北方向)。在另一 3軸校準(zhǔn)技術(shù)中，在設(shè)備被用戶以平時(shí)的習(xí)慣使用或攜帶的同時(shí)，不是指示用戶有意地以預(yù)定的方式旋轉(zhuǎn)設(shè)備，而是在某一時(shí)間段中連續(xù)地從羅盤收集許多測(cè)量。 這一般導(dǎo)致設(shè)備的隨機(jī)然而充分的旋轉(zhuǎn)，使得羅盤測(cè)量限定希望的大致球形的測(cè)量空間。 球體(sphere)以表示干擾場(chǎng)的充分大的部分(如果不是全部的話)的未知偏移矢量，偏離地磁場(chǎng)矢量的坐標(biāo)系的原點(diǎn)。然后執(zhí)行測(cè)量的數(shù)學(xué)處理以重新回到球體的中心，即，求解偏移矢量。因此，希望該技術(shù)對(duì)于用戶是透明的，原因在于不需要用戶通過其中他必須有意地旋轉(zhuǎn)設(shè)備經(jīng)過一組特定取向的過程。

發(fā)明內(nèi)容
為了提供良好的精度，3軸校準(zhǔn)技術(shù)需要從磁傳感器收集足夠數(shù)量的很好地分布的測(cè)量點(diǎn)(以限定所需的球形測(cè)量空間)。但是，即使對(duì)于可很容易地由其用戶旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生這些測(cè)量點(diǎn)的便攜式設(shè)備，這種數(shù)據(jù)也不總是可用的。例如，考慮用戶正在駕駛汽車并且已?？炕蛘邔⑵浔銛y式設(shè)備固定于汽車的儀表板上的情況。這種情況下的設(shè)備(包含其羅盤)保持水平，即，它很難傾斜很多或者圍繞水平面旋轉(zhuǎn)。這意味著磁傳感器不產(chǎn)生典型的
43軸傳感器校準(zhǔn)過程所需要的測(cè)量點(diǎn)，使得上述“透明的”校準(zhǔn)過程不再給出精確的方向讀數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有使用三軸磁傳感器的羅盤功能的便攜式設(shè)備具有至少兩個(gè)羅盤校準(zhǔn)器。基于其偏移場(chǎng)的解釋，每個(gè)校準(zhǔn)器通過使用傳感器獲得的測(cè)量來計(jì)算地磁場(chǎng)。第一校準(zhǔn)器(也稱為三維(3D)校準(zhǔn)器)基于由傳感器獲得的限定大致球面 (generally spherical surface)的一組磁場(chǎng)測(cè)量計(jì)算其偏移場(chǎng)。當(dāng)設(shè)備圍繞水平面進(jìn)行充分的旋轉(zhuǎn)時(shí)，這種傳感器測(cè)量是可用的。第二校準(zhǔn)器(稱為兩維QD)校準(zhǔn)器)基于限定大致圓形路徑的一組磁場(chǎng)測(cè)量(由傳感器獲得)計(jì)算其偏移場(chǎng)。當(dāng)例如設(shè)備沿水平面移動(dòng)但在這樣做時(shí)保持基本上水平時(shí)， 這種測(cè)量是可用的。羅盤方向輸出模塊選擇兩個(gè)校準(zhǔn)器中的哪一個(gè)用于提供其方向輸出。選擇可依賴于便攜式設(shè)備由其用戶如何攜帶。例如，設(shè)備可被設(shè)計(jì)為自動(dòng)推斷它被固定或附著到汽車的儀表板上，從而應(yīng)在旁邊設(shè)定3D校準(zhǔn)器，而不是2D校準(zhǔn)器。然后，當(dāng)設(shè)備確定它返回到 “3D使用模式”時(shí)，提供輸出方向的責(zé)任被委托給3D校準(zhǔn)器。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，計(jì)算羅盤方向輸出的精度的估計(jì)；如果精度提高，則將這種指示提供給用戶。例如，如果基于2D校準(zhǔn)器的更新的方向輸出被估計(jì)以產(chǎn)生比基于3D 校準(zhǔn)器的結(jié)果精確的結(jié)果，則便攜式設(shè)備的用戶界面模塊被信號(hào)指示(signaling)通知用戶羅盤精度提高。精度指示可包含為更新的方向輸出估計(jì)的誤差界限(例如，單位為度)。以上的發(fā)明內(nèi)容不包含本發(fā)明的所有方面的詳盡列表?？梢栽O(shè)想，本發(fā)明包含可根據(jù)以上概括的各種方面以及在以下的具體實(shí)施方式
中并且特別是在通過本申請(qǐng)?zhí)峤坏臋?quán)利要求中指出的各方面的所有適當(dāng)組合實(shí)施的所有系統(tǒng)和方法。這些組合具有在以上的發(fā)明內(nèi)容中沒有具體陳述的特別優(yōu)點(diǎn)。


在附圖中，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件，作為例子而不是限制示出了本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意在本公開中提到的本發(fā)明的“一個(gè)”或“一種”實(shí)施例未必是同一實(shí)施例，并且它們意味著至少一個(gè)。圖1是在用于便攜式設(shè)備中的電子羅盤的示例性3D校準(zhǔn)過程中出現(xiàn)的磁測(cè)量空間的示圖。圖2是在示例性2D校準(zhǔn)過程中出現(xiàn)的磁測(cè)量空間的示圖。圖3示出便攜式設(shè)備被固定于駕駛中的汽車的儀表板上的示例性2D使用模式。圖4示出在用戶的手中保持便攜式設(shè)備的示例性3D使用模式。圖5示出用戶騎著她的固定有便攜式設(shè)備的自行車的另一可能的2D使用模式。圖6是便攜式設(shè)備的框圖，其示出便攜式設(shè)備的涉及其羅盤功能的某些功能部件。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖解釋本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。雖然闡述了大量的細(xì)節(jié)，但應(yīng)理解，可以在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明的一些實(shí)施例。在其它的實(shí)例中，公知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)沒有被詳細(xì)示出以便不會(huì)模糊對(duì)本說明書的理解。羅盤指示方向，其為指向或指示正北的箭頭。電子羅盤具有不能告知地磁場(chǎng)與局部干擾場(chǎng)之間的差異的也稱為磁力計(jì)的磁傳感器。因此，使用校準(zhǔn)過程以找到和去除干擾場(chǎng)，以確定地磁場(chǎng)。根據(jù)以下描述的本發(fā)明的實(shí)施例，3軸羅盤配備有幾種不同類型的校準(zhǔn)過程，以在各種不同的使用模式或用戶情境(user context)中提高羅盤精度的可能性。從圖1開始，該圖是由便攜式設(shè)備100中的3軸磁傳感器102產(chǎn)生的磁測(cè)量空間的示圖。注意，圖中示出的設(shè)備100是包含揚(yáng)聲器104的智能電話，該揚(yáng)聲器104是對(duì)干擾場(chǎng)的產(chǎn)生貢獻(xiàn)較大的示例性部件。但是，這里描述的羅盤校準(zhǔn)技術(shù)也適用于諸如專用導(dǎo)航設(shè)備之類的具有內(nèi)置羅盤的其它類型的便攜式設(shè)備。在圖1中，測(cè)量空間是可在3D羅盤校準(zhǔn)過程中產(chǎn)生的測(cè)量空間，這里，設(shè)備100圍繞水平面或x_y面進(jìn)行了充分地傾斜或旋轉(zhuǎn)(同時(shí)，傳感器102收集用于校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)點(diǎn))。 圖4表示便攜式設(shè)備被保持在其用戶的手中的示例性3D使用模式。如圖1的示圖所示，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)可以是其在3D坐標(biāo)空間中的相應(yīng)端點(diǎn)是未知偏移場(chǎng)和地磁場(chǎng)(也是未知的)的和的磁場(chǎng)矢量。在幾種用戶情境中，對(duì)偏移場(chǎng)貢獻(xiàn)最大的部件可被視被固定于便攜式設(shè)備上，使得它們可與磁傳感器102 —起移動(dòng)。換句話說，當(dāng)便攜式設(shè)備100圍繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏移場(chǎng)以相同的方式旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。這與在設(shè)備100圍繞水平面旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)時(shí)保持靜止的地磁場(chǎng)相反。以另一種方式從傳感器102的觀點(diǎn)來看，當(dāng)其坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)時(shí)，該坐標(biāo)系中的地磁場(chǎng)的方向改變，但是偏移場(chǎng)保持相同。地磁場(chǎng)與偏移場(chǎng)之間的該關(guān)系的結(jié)果是，如所示的那樣， 磁傳感器102產(chǎn)生限定大致球體或位于大致球體上的測(cè)量軌跡(locus)或數(shù)據(jù)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)注意，這里提到的“大致球體”意味著，為了方便，被理解為不僅包含完美的球體(perfect sphere)，而且包含諸如橢球的畸變球體。這是由于，干涉效應(yīng)可被模型化為具有兩個(gè)分量可基本上恒定的附加偏移矢量；和施加于隨方向改變(由此導(dǎo)致輕微畸變的測(cè)量表面，而不是完美的球面)的地磁場(chǎng)矢量上的縮放因子。將局部磁干涉效應(yīng)模型化的其它方式是可能的。仍然參照?qǐng)D1，可以看出，當(dāng)便攜式設(shè)備100并由此連同其集成的磁傳感器102圍繞X軸、y軸和Z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器的采樣的輸出改變，由此產(chǎn)生限定大致球面的點(diǎn)軌跡。還應(yīng)注意，球體根據(jù)偏移場(chǎng)而偏離坐標(biāo)系的原點(diǎn)。如上面解釋的那樣，在許多情況下，該偏移場(chǎng)可被假定為是恒定的(由于便攜式設(shè)備圍繞軸旋轉(zhuǎn))。因此，很顯然，為了校準(zhǔn)羅盤，需要確定或求解未知的偏移場(chǎng)。一旦完成，就可通過從由傳感器102輸出的測(cè)量矢量中減去求解的偏移矢量而獲得地磁場(chǎng)矢量。為了找到球體的中心，可以向一組傳感器測(cè)量的矢量(稱為校準(zhǔn)緩沖器)施加諸如最小二乘法之類的已知的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)估計(jì)技術(shù)。對(duì)于測(cè)量矢量的數(shù)量足夠多的不同實(shí)例，這可以是使計(jì)算出的地磁場(chǎng)的足夠數(shù)量的實(shí)例中的變化最小化的矢量或3D空間中的點(diǎn)，該變化被估計(jì)為測(cè)量的矢量與假定的偏移矢量之間的差異。當(dāng)以這種方式求解測(cè)量球體的中心時(shí)，3D校準(zhǔn)過程然后基于從由磁傳感器102產(chǎn)生的下一測(cè)量矢量中減去計(jì)算的偏移場(chǎng)矢量來計(jì)算新的地磁矢量。3D校準(zhǔn)過程需要地磁球體上的很好地分布的一組測(cè)量點(diǎn)，即足以允許數(shù)學(xué)估計(jì)算法迅速和精確地求解球體的中心的一組測(cè)量點(diǎn)。如上面提出的那樣，即使對(duì)于可很容易地旋轉(zhuǎn)的便攜式設(shè)備，這種數(shù)據(jù)也不總是可用的。特別地，圖2示出用戶駕駛汽車并且已將其便攜式設(shè)備100?？炕蛘吖潭ǖ嚼缙嚨膬x表板上的情況。雖然設(shè)備隨汽車移動(dòng)，但是羅盤保持水平，原因是它在正常的駕駛條件下很難傾斜很多或者圍繞水平面旋轉(zhuǎn)。這意味著磁傳感器102不產(chǎn)生典型的3D校準(zhǔn)過程所需要的數(shù)據(jù)點(diǎn)，使得透明或自動(dòng)的3D校準(zhǔn)過程不再給出精確的方向。在這些情況下，如上所述，可以調(diào)用2D校準(zhǔn)過程來替代3D過程。如圖2的示圖所示，通過2D校準(zhǔn)過程尋求的磁測(cè)量空間(示為地磁測(cè)量球體的表面上的數(shù)據(jù)點(diǎn))可一般是圓形路徑。換句話說，當(dāng)由于在正常的條件下駕駛汽車而使得設(shè)備100盡管緩慢然而圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁傳感器102也圍繞Z軸緩慢地旋轉(zhuǎn)，由此在X-y面或水平面(而不是整個(gè)球體)上產(chǎn)生圓形路徑。由于傳感器102基本上保持水平并且沒有充分地圍繞水平面傾斜或旋轉(zhuǎn)，因此所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都位于圓形路徑上。圖3和圖5示出2D 使用模式的其它例子，這里，便攜式設(shè)備在圍繞水平面移動(dòng)的同時(shí)保持基本上水平，即，通過固定于駕駛中的汽車的儀表板上或者通過固定于用戶騎著的自行車的車把上。2D模式使用的其它方案包含例如在用戶將設(shè)備固定于航行中的船的儀表板上時(shí)。注意，圖3和圖5示出了便攜式設(shè)備100被保持為豎向中的情況，其中由羅盤計(jì)算的指向矢量位于磁傳感器的x-z面中(參見圖1)。但是，這里描述的技術(shù)也適用于諸如平面向上(其中指向矢量位于χ-y面中)的其它取向。返回圖2，在2D校準(zhǔn)處理中，由傳感器102進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量被假定為限定大致圓形路徑或被其最佳地?cái)M合。注意，這里提到的“大致圓形路徑”是為了方便，應(yīng)被理解為不僅包含完美的圓，而且包含諸如橢圓的畸變的圓。如上面解釋的那樣，這可能是由于某些類型的磁性材料(其效應(yīng)可通過隨方向改變(由此導(dǎo)致畸變的路徑，而不是完美的圓形路徑) 的縮放因子來模型化)所導(dǎo)致的干涉效應(yīng)。出于2D校準(zhǔn)的目的將局部磁干涉效應(yīng)模型化的其它方式是可能的。2D校準(zhǔn)過程可被視為比3D校準(zhǔn)過程的限制少，原因是它可被設(shè)計(jì)為接受偏移場(chǎng)矢量的沿球體的中心軸設(shè)置的基本上任意解。換句話說，不是要求求解的偏移矢量為指向球體中心的那個(gè)解，而是2D過程允許沿中心軸指向基本上任意位置的解。這些解中的任一個(gè)可能給出正確的方向輸出。與3D校準(zhǔn)相比，2D校準(zhǔn)會(huì)是更簡(jiǎn)單并且計(jì)算強(qiáng)度更低的過程，同時(shí)仍然提供精確的方向輸出。并且，只要傳感器102基本上停留在相同的單個(gè)面中 (即，在圍繞水平面移動(dòng)并且僅圍繞ζ軸旋轉(zhuǎn)時(shí))，2D解就可被假定為保持精確。2D校準(zhǔn)過程可以是3D過程的修改版，其中最小二乘法現(xiàn)在對(duì)于允許的解(偏移矢量)具有更少的限制?？蓪?duì)于典型的3D校準(zhǔn)過程進(jìn)行的附加修改是降低磁傳感器輸出的采樣率，以改善沿圓形路徑的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的區(qū)別(differentiation)。如上面提到的那樣，在諸如在正常駕駛條件下駕駛汽車時(shí)之類的典型2D模式使用中，便攜式設(shè)備圍繞ζ軸相對(duì)緩慢地旋轉(zhuǎn)。 通過在采樣之間等待更長(zhǎng)以給予便攜式設(shè)備更多的時(shí)間圍繞ζ軸旋轉(zhuǎn)，降低采樣率由此改善沿圓形路徑的數(shù)據(jù)點(diǎn)的區(qū)別。特別是在相對(duì)緩慢并且不頻繁地執(zhí)行典型的在駕駛的同時(shí)轉(zhuǎn)向的情況下，以這種方式降低采樣率還幫助降低太多的數(shù)據(jù)點(diǎn)溢出校準(zhǔn)緩沖器的可能性。為了實(shí)現(xiàn)2D校準(zhǔn)可對(duì)于典型的3D過程進(jìn)行的附加修改是去除確認(rèn)過程的某些方面或某些類型的確認(rèn)過程。典型的3D校準(zhǔn)過程包含檢查給定解(偏移矢量)對(duì)于提供羅盤的輸出方向來說足夠精確的可能性的至少一種確認(rèn)過程?？蓪?duì)于2D過程簡(jiǎn)化這些過程。
如圖6的框圖所示，可以實(shí)現(xiàn)在便攜式設(shè)備100中具有兩個(gè)不同的羅盤校準(zhǔn)器的上述概念。圖6的框圖是示出涉及羅盤功能的某些功能部件的便攜式設(shè)備100的框圖。設(shè)備100具有2D校準(zhǔn)器606和3D校準(zhǔn)器608，兩者均基于由3軸磁傳感器102產(chǎn)生的磁場(chǎng)測(cè)量計(jì)算它們各自的偏移場(chǎng)。如上面解釋的那樣，2D校準(zhǔn)器606基于其輸入磁場(chǎng)測(cè)量限定大致圓形路徑的假定進(jìn)行操作，而3D校準(zhǔn)器608期望其輸入測(cè)量限定大致球面。為了在兩個(gè)校準(zhǔn)器之間選擇，提供羅盤方向輸出模塊610，以最終決定羅盤的方向輸出。方向輸出然后可被供給到向用戶呈現(xiàn)方向輸出的用戶界面模塊612，S卩，以便攜式設(shè)備100的顯示屏 614上的羅盤坐標(biāo)顯示的形式呈現(xiàn)，或者，呈現(xiàn)為通過使用語(yǔ)音合成功能的揚(yáng)聲器104說出的指向。方向輸出模塊610可根據(jù)便攜式設(shè)備100被其用戶如何攜帶進(jìn)行其選擇。例如，用戶界面功能可包含于模塊610中，以允許用戶手動(dòng)選擇對(duì)于羅盤執(zhí)行哪種類型的校準(zhǔn)。在另一實(shí)施例中，羅盤方向輸出模塊610響應(yīng)于用戶情境檢測(cè)器611。用戶情境檢測(cè)器611是可通過使用自動(dòng)檢測(cè)(即，不需要來自用戶的特定輸入)推斷便攜式設(shè)備100被用戶如何攜帶的機(jī)構(gòu)。用戶情境檢測(cè)器可響應(yīng)于集成于設(shè)備100中的位置、取向和移動(dòng)(POM)傳感器613 中的一個(gè)或更多個(gè)，POM傳感器613可感測(cè)設(shè)備100的位置、取向或移動(dòng)的變化。這些傳感器可包含加速計(jì)、慣性傳感器、陀螺儀傳感器、傾斜傳感器、偏航傳感器(yaw sensor)和/ 或俯仰傳感器(pitch sensor) 0 POM傳感器613還可包含基于射頻三角測(cè)量的定位設(shè)備， 諸如全球定位系統(tǒng)(GPS)。POM傳感器613可被集成到便攜式設(shè)備100中，并且尤其是，可被機(jī)械地固定以使得在它與磁傳感器102之間不存在相對(duì)移動(dòng)。作為例子，POM傳感器可采取安裝于與電子羅盤芯片(包含磁力計(jì)電路)相同的電路板上的加速計(jì)芯片的物理形式， 這里，電路板容納于設(shè)備100內(nèi)。由POM傳感器613產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)可被羅盤方向輸出模塊610和/或用戶情境檢測(cè)器611處理，以檢測(cè)例如設(shè)備100圍繞水平面進(jìn)行了充分的旋轉(zhuǎn)或傾斜，以使得3D校準(zhǔn)器608應(yīng)被選擇(而不是2D校準(zhǔn)器606)以提供方向輸出。另外，該信息可被用于確定設(shè)備100在移動(dòng)(例如，由于被附著于汽車或船上)時(shí)保持水平達(dá)到足夠長(zhǎng)的時(shí)間段，使得在前進(jìn)時(shí)2D校準(zhǔn)器606應(yīng)被選擇以提供方向輸出。在另一實(shí)施例中，用戶情境檢測(cè)器611可基于已分析的當(dāng)前統(tǒng)計(jì)POM傳感器輸出數(shù)據(jù)，結(jié)合事先已知且存儲(chǔ)的POM傳感器數(shù)據(jù)模式，來推斷當(dāng)前存在汽車使用模式(其中例如設(shè)備被固定于駕駛中的汽車上)?？梢栽谶@種分析中使用可包含控制系統(tǒng)算法的統(tǒng)計(jì)技術(shù)。對(duì)于汽車模式，羅盤方向輸出模塊610可選擇由2D校準(zhǔn)器606產(chǎn)生的地磁場(chǎng)為方向輸出(不是由3D校準(zhǔn)器608產(chǎn)生的地磁場(chǎng))。在另一方案中，如果用戶情境檢測(cè)器611推斷步行模式(其中設(shè)備可被保持在用戶的手中并且用戶正站立或行走)，則羅盤方向輸出模塊610在這種情況下可決定選擇由3D校準(zhǔn)器608產(chǎn)生的地磁場(chǎng)，而不是由2D校準(zhǔn)器606 產(chǎn)生的解。用于確定用戶情境(出于選擇2D或3D校準(zhǔn)的目的)的另一種技術(shù)是監(jiān)視在統(tǒng)計(jì)上由磁傳感器102產(chǎn)生的測(cè)量，以確定測(cè)量是否限于圓形路徑(例如，環(huán)形)或者它們的分布是否導(dǎo)致大致球面。基于這種分析，方向輸出模塊610然后可推斷例如2D校準(zhǔn)模式應(yīng)被調(diào)用(假定磁場(chǎng)測(cè)量限于圓形路徑)。然后，這種決定也可通過監(jiān)視POM傳感器613中的一個(gè)或更多個(gè)的輸出而被確認(rèn)，以確定設(shè)備的物理取向是否基本上保持水平(建議2D校準(zhǔn)模式應(yīng)被保持)。POM傳感器613可繼續(xù)被監(jiān)視以檢測(cè)便攜式設(shè)備什么時(shí)候已離開其面或水平取向狀態(tài)，并開始以使得3D校準(zhǔn)模式應(yīng)被調(diào)用的方式圍繞水平面充分地傾斜或旋轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然圖6示出在設(shè)備100中存在校準(zhǔn)器606、608 二者，但是，實(shí)際上，為了節(jié)省計(jì)算和存儲(chǔ)資源以及電池能量，可能會(huì)更希望去激活未被選擇的校準(zhǔn)器。用于操作便攜式設(shè)備100以提供羅盤功能的機(jī)器實(shí)現(xiàn)的方法可被描述如下(其中以下操作不需要按描述的次序被實(shí)現(xiàn))在便攜式設(shè)備被其最終用戶攜帶(例如，在汽車中或步行時(shí))并且不需要最終用戶在收集輸出數(shù)據(jù)的同時(shí)有意地旋轉(zhuǎn)或定位設(shè)備的同時(shí)，從磁傳感器收集測(cè)量數(shù)據(jù)-這是透明或自動(dòng)的校準(zhǔn)過程；(在設(shè)備被其最終用戶攜帶并且不需要最終用戶在收集輸出數(shù)據(jù)的同時(shí)有意地旋轉(zhuǎn)或定位設(shè)備的同時(shí))，還從便攜式設(shè)備中的一個(gè)或更多個(gè)POM傳感器收集測(cè)量數(shù)據(jù)；和處理從磁傳感器和POM傳感器中的一個(gè)或二者收集的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且，作為響應(yīng)， 2D羅盤校準(zhǔn)過程或3D羅盤校準(zhǔn)過程被信號(hào)指示要對(duì)磁傳感器執(zhí)行?？苫趶拇艂鞲衅魇占南薅ù笾聢A形路徑而不是球體的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過求解未知的偏移磁場(chǎng)矢量來執(zhí)行2D羅盤校準(zhǔn)過程。另外，2D校準(zhǔn)過程允許未知偏移矢量的可指向沿不需要處于路徑中心的大致圓形路徑的垂直中心軸的位置的解。相反，雖然也可通過用類似的算法求解未知偏移磁場(chǎng)矢量來執(zhí)行3D羅盤校準(zhǔn)過程，但是，在這種情況下收集的測(cè)量數(shù)據(jù)被假定為限定大致球面。3D校準(zhǔn)過程可要求未知偏移矢量的指向大致球面的中心的解。另一方面，也可執(zhí)行從POM傳感器收集的測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，以確定設(shè)備是否圍繞水平面進(jìn)行了充分的旋轉(zhuǎn)或傾斜-在這種情況下，在響應(yīng)中信號(hào)指示3D校準(zhǔn)過程而不是2D校準(zhǔn)過程。可以以各種不同的方式實(shí)現(xiàn)便攜式設(shè)備100的與其羅盤功能相關(guān)的上述功能部件。作為當(dāng)前和將來便攜式設(shè)備的典型，通過使用包含硬接線電路的硬件和軟件的組合實(shí)現(xiàn)其中的功能。特別地，設(shè)備100可具有可編程電路，該可編程電路事先已由制造商配置或執(zhí)行存儲(chǔ)于設(shè)備100中的用戶可下載程序，以執(zhí)行上述功能中的多個(gè)功能?？赏ㄟ^例如諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的固定易失性或非易失性固態(tài)存儲(chǔ)器、諸如快擦寫存儲(chǔ)卡的可去除非易失性存儲(chǔ)器和諸如光學(xué)或磁可重寫盤驅(qū)動(dòng)器的固定海量存儲(chǔ)器的各種類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)中的一種或更多種，來實(shí)現(xiàn)程序存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器可包含幾個(gè)程序模塊，包含例如掌控校準(zhǔn)器606、608的功能以及羅盤方向輸出模塊610、用戶界面模塊612和用戶情境檢測(cè)器611的功能的那些模塊。編程的處理器可包含一般可用于便攜式設(shè)備的可編程邏輯處理電路的任意適當(dāng)?shù)慕M合，諸如集成于典型的多功能智能電話中的應(yīng)用處理器、諸如可在專用便攜式數(shù)字照相機(jī)或膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)中找到的CPU之類的中央處理單元(CPU)和專用微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片。雖然圖中沒有明確示出，但是不同的功能單元塊之間的耦合被理解為包含用于連接在不同類型的信號(hào)指示和集成電路布局之間的所有必要的模擬和/或數(shù)字電路。最后，在大多數(shù)情況下，可通過使用集成于便攜式設(shè)備100的外殼內(nèi)的固態(tài)和集成電路封裝實(shí)現(xiàn)圖6所示的所有功能。為了簡(jiǎn)化，沒有描述便攜式設(shè)備100的附加特征，諸如作為可充電主電源的電池、用于與諸如電話網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之類的網(wǎng)絡(luò)通信的通信接口和諸如鍵盤和觸摸屏之類的物理或虛擬用戶界面。 雖然在附圖中描述和示出了某些實(shí)施例，但應(yīng)理解，由于本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到各種其它修改，因此，這些實(shí)施例對(duì)于廣泛的本發(fā)明而言僅是解釋性的而不是限制性的，并且，本發(fā)明不限于示出和描述的特定的構(gòu)成和配置。例如，雖然圖6將兩個(gè)校準(zhǔn)器示為與同一功能3軸磁傳感器102耦合，但是，實(shí)際上，3軸磁傳感器102可被實(shí)現(xiàn)為兩個(gè)單獨(dú)的磁傳感器芯片或同一芯片上的兩個(gè)單獨(dú)的磁傳感器電路，每個(gè)專用于校準(zhǔn)器606、608中的一個(gè)相應(yīng)的校準(zhǔn)器。因此，描述應(yīng)被視為解釋性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種便攜式設(shè)備，包括三軸磁傳感器；第一羅盤校準(zhǔn)器，用于基于由所述傳感器獲得的限定大致球面的一組磁場(chǎng)測(cè)量來計(jì)算第一偏移場(chǎng)，并使用所述第一偏移場(chǎng)計(jì)算第一地磁方向；第二羅盤校準(zhǔn)器，用于基于由所述傳感器獲得的限定大致圓形路徑的一組磁場(chǎng)測(cè)量來計(jì)算第二偏移場(chǎng)，并使用所述第二偏移場(chǎng)計(jì)算第二地磁方向；和羅盤方向輸出模塊，用于根據(jù)所述便攜式設(shè)備被其用戶如何攜帶來選擇所述第一和第二地磁場(chǎng)中的一個(gè)為其方向輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式設(shè)備，還包括用戶情境檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述便攜式設(shè)備被其用戶如何攜帶，其中，所述羅盤方向輸出模塊要響應(yīng)于所述用戶情境檢測(cè)器而從所述第一和第二地磁場(chǎng)中進(jìn)行選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式設(shè)備，還包括位置、取向或移動(dòng)(POM)傳感器，其中，所述用戶情境檢測(cè)器響應(yīng)于所述POM傳感器指示所述設(shè)備已保持水平達(dá)一時(shí)間段。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式設(shè)備，其中，當(dāng)所述設(shè)備被固定于駕駛中的汽車上時(shí)， 所述檢測(cè)器指示汽車模式，當(dāng)處于所述汽車模式中時(shí)，所述羅盤方向輸出模塊選擇所述第二地磁場(chǎng)而不是所述第一地磁場(chǎng)，作為其方向輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式設(shè)備，其中，當(dāng)所述設(shè)備保持于用戶的手中并且用戶正在行走時(shí)，所述檢測(cè)器指示步行模式，當(dāng)處于所述步行模式中時(shí)，所述羅盤方向輸出模塊選擇所述第一地磁場(chǎng)而不是所述第二地磁場(chǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式設(shè)備，其中，當(dāng)所述設(shè)備保持于用戶的手中并且用戶正在行走時(shí)，所述檢測(cè)器指示步行模式，當(dāng)處于所述步行模式中時(shí)，所述羅盤方向輸出模塊選擇所述第一地磁場(chǎng)而不是所述第二地磁場(chǎng)。
7.一種制造物品，包括其中存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述數(shù)據(jù)對(duì)處理器編程以對(duì)具有3軸磁傳感器的電子羅盤執(zhí)行校準(zhǔn)例程以計(jì)算所述羅盤的偏移場(chǎng)，其中，所述校準(zhǔn)例程要確定所述磁傳感器在沿水平面移動(dòng)的同時(shí)至少在一預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)基本上保持水平，其中所述磁傳感器沒有圍繞水平面旋轉(zhuǎn)，并且作為響應(yīng)而選擇用于計(jì)算干擾場(chǎng)的要對(duì)所述傳感器執(zhí)行的2D校準(zhǔn)過程，并且其中所述校準(zhǔn)例程要確定所述傳感器圍繞所述水平面被充分地傾斜或旋轉(zhuǎn)，并且作為響應(yīng)而選擇用于計(jì)算所述干擾場(chǎng)的要對(duì)所述傳感器執(zhí)行的3D校準(zhǔn)過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造物品，其中，所述2D校準(zhǔn)過程接受所述干擾場(chǎng)的多于一個(gè)的解，其中，只要所述傳感器在移動(dòng)的同時(shí)基本上停留在所述水平面中，可接受的解就位于地磁測(cè)量球體的中心軸上并沿所述地磁測(cè)量球體的中心軸分隔開。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造物品，其中，所述3D校準(zhǔn)過程要找到干擾場(chǎng)的位于所述地磁測(cè)量球體的中心處的解。
10.一種用于操作具有磁傳感器的便攜式設(shè)備以提供羅盤功能的機(jī)器實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括在所述設(shè)備被其最終用戶攜帶并且不需要最終用戶在收集輸出數(shù)據(jù)的同時(shí)有意地旋轉(zhuǎn)或定位所述設(shè)備的同時(shí)，從所述便攜式設(shè)備中的所述磁傳感器收集測(cè)量數(shù)據(jù)；在所述設(shè)備被其最終用戶攜帶并且不需要最終用戶在收集輸出數(shù)據(jù)的同時(shí)有意地旋轉(zhuǎn)或定位所述設(shè)備的同時(shí)，從所述便攜式設(shè)備中的一個(gè)或更多個(gè)位置、取向或移動(dòng)(POM) 傳感器收集測(cè)量數(shù)據(jù)；和處理從所述磁傳感器和所述POM傳感器中的一個(gè)或兩個(gè)收集的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且作為響應(yīng)而信號(hào)指示對(duì)所述磁傳感器執(zhí)行2D羅盤校準(zhǔn)過程和3D羅盤校準(zhǔn)過程中的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括通過基于從所述磁傳感器收集的測(cè)量數(shù)據(jù)求解未知的偏移磁場(chǎng)矢量，來所述執(zhí)行2D 羅盤校準(zhǔn)過程，其中，從所述磁傳感器收集的測(cè)量數(shù)據(jù)限定大致圓形路徑而不是球體，并且其中，所述2D校準(zhǔn)過程允許未知偏移矢量的能夠指向沿所述大致圓形路徑的垂直中心軸的不需要處于所述路徑的中心的位置的解。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括通過基于從所述磁傳感器收集的測(cè)量數(shù)據(jù)求解未知的偏移磁場(chǎng)矢量，來執(zhí)行所述3D 羅盤校準(zhǔn)過程，其中，從所述磁傳感器收集的測(cè)量數(shù)據(jù)限定大致球面，并且其中，所述3D校準(zhǔn)過程需要未知偏移矢量的指向所述大致球面的中心的解。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述處理收集的測(cè)量數(shù)據(jù)包含執(zhí)行從所述POM傳感器收集的測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析以確定所述設(shè)備是否基本上保持水平，其中，響應(yīng)于確定所述設(shè)備基本上保持水平，信號(hào)指示所述2D校準(zhǔn)過程而不是所述 3D校準(zhǔn)過程。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述處理收集的測(cè)量數(shù)據(jù)包含執(zhí)行從所述POM傳感器收集的測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析以確定所述設(shè)備是否圍繞所述水平面進(jìn)行了充分地旋轉(zhuǎn)或傾斜，其中，響應(yīng)于確定所述設(shè)備圍繞所述水平面進(jìn)行了充分地旋轉(zhuǎn)或傾斜，信號(hào)指示所述3D校準(zhǔn)過程而不是所述2D校準(zhǔn)過程。
全文摘要
本公開涉及用于便攜式設(shè)備中的電子羅盤的校準(zhǔn)技術(shù)。在設(shè)備被其最終用戶攜帶并且不需要最終用戶在收集輸出數(shù)據(jù)的同時(shí)有意地旋轉(zhuǎn)或定位所述設(shè)備的同時(shí)，從便攜式設(shè)備中的磁傳感器收集測(cè)量數(shù)據(jù)。例如，所述設(shè)備可保持在行走或站立的用戶的手中，或者它可被固定于汽車或船的儀表板上。也可從一個(gè)或更多個(gè)定位、取向或移動(dòng)傳感器收集測(cè)量數(shù)據(jù)。從磁傳感器和位置、取向或移動(dòng)傳感中的一個(gè)或二者收集的測(cè)量數(shù)據(jù)被處理。作為響應(yīng)，信號(hào)指示執(zhí)行2D羅盤校準(zhǔn)過程或3D羅盤校準(zhǔn)過程。其它實(shí)施例也被描述和要求權(quán)利。
文檔編號(hào)G01C17/38GK102460069SQ201080030411
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者P·S·皮蒙特, P·帕特爾, R·K·黃, R·梅厄 申請(qǐng)人:蘋果公司