專利名稱：偏置估算方法、姿勢(shì)估算方法、偏置估算裝置及姿勢(shì)估算裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏置估算方法、姿勢(shì)估算方法、偏置估算裝置及姿勢(shì)估算裝置。
背景技術(shù)：
在所謂的無縫定位或運(yùn)動(dòng)傳感(motion sensing)、姿勢(shì)控制等各個(gè)領(lǐng)域中，慣性傳感器的運(yùn)用引人關(guān)注。作為慣性傳感器，公知有加速度傳感器或陀螺傳感器、壓力傳感器、磁性傳感器等。近年來，開發(fā)有裝載了多個(gè)軸(多軸)的慣性傳感器的傳感器模塊。該多個(gè)軸的傳感器模塊構(gòu)成為在正交的多個(gè)的軸上安裝有慣性傳感器，從而能夠進(jìn)行在三維空間中的傳感。不過，因向傳感器模塊安裝慣性傳感器不正確原因而導(dǎo)致在慣性傳感器的輸出中可能包含有安裝誤差(misalignment error，未校準(zhǔn)誤差)，從而成為了問題。鑒于涉及的問題，例如，在日本專利文獻(xiàn)1中公開有這樣的技術(shù)，計(jì)算出在多個(gè)軸的加速度傳感器中的其他軸的靈敏度，從而修正加速度傳感器的檢測值所包含的安裝誤差。日本專利文獻(xiàn)1 日本特開平10-267651號(hào)公報(bào)確實(shí)，根據(jù)日本專利文獻(xiàn)1的技術(shù)，也許能夠修正安裝誤差。不過，加速度傳感器的輸出可包含有典型的零偏置等的偏置成分。在慣性傳感器中，公知有每接通電源都會(huì)產(chǎn)生有偏置(所謂的導(dǎo)通偏置)，此外，偏置具有隨著經(jīng)過時(shí)間隨機(jī)地進(jìn)行變動(dòng)的隨機(jī)漂移特性。近年來，作為小型且廉價(jià)的慣性傳感器，應(yīng)用了半導(dǎo)體的微細(xì)加工技術(shù)的 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems 微機(jī)電系統(tǒng))傳感器被裝載到各種的民用設(shè)備上。MEMS傳感器是在一片硅晶片上，通過微細(xì)加工技術(shù)形成檢測出慣性力的機(jī)械部分和將慣性力變換成電信號(hào)的變換部分的傳感器。MEMS傳感器雖然具有小型、輕量、廉價(jià)、低功耗等的優(yōu)點(diǎn)，但是其相反一面，具有容易受到?jīng)_撞或振動(dòng)、溫度變化等的外界的影響的缺點(diǎn)。其中，外界的溫度變化對(duì)慣性傳感器的輸出影響較大。用于從慣性傳感器的輸出去除溫度依存成分的溫度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)也正在被設(shè)計(jì)。不過，即使進(jìn)行溫度補(bǔ)償，也因除導(dǎo)通偏置和溫度變化以外的外界的影響，導(dǎo)致慣性傳感器的輸出所包含的偏置值不為零而是不能忽略的大小，從而成為了問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種用于估算慣性傳感器的偏置值的新的方法。為了解決以上的問題，本發(fā)明第一方面涉及的偏置估算方法，包括以下步驟使用多個(gè)軸的加速度傳感器中的一軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)下的所述多個(gè)軸的檢測值，計(jì)算偏置被假定為零時(shí)的姿勢(shì)角即假定姿勢(shì)角；以及使用所述一軸的檢測值和所述假定姿勢(shì)角，估算所述一軸的檢測值所包含的偏置值。此外，本發(fā)明第七方面涉及的偏置估算裝置，包括假定姿勢(shì)角計(jì)算部，使用多個(gè)軸的加速度傳感器中的一軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)下的所述多個(gè)軸的檢測值，計(jì)算偏置被假定為零時(shí)的姿勢(shì)角即假定姿勢(shì)角；以及偏置估算部，使用所述一軸的檢測值和所述假定姿勢(shì)角，估算所述一軸的檢測值所包含的偏置值。根據(jù)該第一方面等，使用多個(gè)軸的加速度傳感器在校正用姿勢(shì)下的所述多個(gè)軸的檢測值，計(jì)算偏置被假定為零時(shí)的姿勢(shì)角即假定姿勢(shì)角。而且，使用朝向鉛直方向的一軸的檢測值和假定姿勢(shì)角，估算所述一軸的檢測值所包含的偏置值。在多個(gè)軸的加速度傳感器的檢測值中包含有因加速度傳感器的姿勢(shì)原因?qū)е碌臋z測軸方向的重力加速度成分和偏置成分的兩種成分。指定這些的成分以哪種程度的比例包含在加速度傳感器的檢測值中是很困難的。因而，計(jì)算出作為將偏置假定為零的姿勢(shì)角的假定姿勢(shì)角，并使用朝向鉛直方向的檢測軸的檢測值和假定姿勢(shì)角，從而作為了估算出所述檢測值所包含的偏置值。通過這樣，能夠分離重力加速度成分和偏置成分，從而能夠確切地估算出偏置值。此外，本發(fā)明第二方面是第一方面的偏置估算方法，而且，所述偏置估算方法還包括以下步驟使用所述假定姿勢(shì)角和所述偏置值的誤差方差，計(jì)算所述偏置值的估算誤差。更具體地說，例如，本發(fā)明第三方面在第二方面的偏置估算方法中，其中，所述一軸的檢測值所包含的偏置值的估算誤差可以使用所述假定姿勢(shì)角和所述假定姿勢(shì)角的誤差來近似，計(jì)算所述偏置值的估算誤差是指，基于可使用所述偏置值的誤差方差估算所述假定姿勢(shì)角的誤差，計(jì)算所述一軸的檢測值所包含的偏置值的估算誤差。根據(jù)該第三方面，根據(jù)使用偏置值的誤差方差可以估算假定姿勢(shì)角的誤差，計(jì)算出朝向鉛直方向的一軸的檢測軸所包含的偏置值的估算誤差。如果這樣計(jì)算出的偏置值的估算誤差小，則能夠估算出接近于真實(shí)的偏置值的偏置值。因此，使用所述偏置估算值來修正加速度傳感器的檢測值，能夠更準(zhǔn)確地求出加速度。此外，本發(fā)明第四方面是第一方面至第三方面中的任一方面的偏置估算方法，而且，所述加速度傳感器至少是溫度補(bǔ)償后的傳感器。根據(jù)該第四方面，由于加速度傳感器至少是被溫度補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鳎约铀俣葌鞲衅鞯臋z測值為降低了有溫度依存性的偏置成分的檢測值。此外，第五方面是第一方面至第三方面中的任意一方面的偏置估算方法，而且，所述偏置估算方法還包括以下步驟至少進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以補(bǔ)償所述加速度傳感器的輸出來獲得所述檢測值。根據(jù)該第五方面，至少進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而補(bǔ)償加速度傳感器的輸出，并作為檢測值。因而，與第四方面同樣，加速度傳感器的檢測值為降低了有溫度依存性的偏置成分的檢測值。本發(fā)明第六方面涉及的姿勢(shì)估算方法，包括以下步驟使用通過第一方面至第五方面的任一方面的偏置估算方法估算出的偏置值和所述加速度傳感器的各軸的檢測值，估算所述加速度傳感器的姿勢(shì)。此外，本發(fā)明第八方面涉及的姿勢(shì)推定裝置，包括多個(gè)軸的加速度傳感器；第七方面的偏置估算裝置，用于估算所述加速度傳感器的所述多個(gè)軸的檢測值所包含的偏置值；以及姿勢(shì)估算部，使用由所述偏置估算裝置估算出的偏置值和所述加速度傳感器的所述多個(gè)軸的檢測值，估算所述加速度傳感器的姿勢(shì)。 根據(jù)該第六方面等，使用通過以上方面的偏置估算方法估算出的偏置值和加速度傳感器的各軸的檢測值，能夠估算加速度傳感器的姿勢(shì)。


圖1是加速度傳感器的說明圖。
圖2是設(shè)置面為水平時(shí)的說明圖。
圖3是設(shè)置面傾斜時(shí)的說明圖。
圖4是示出偏置估算方法的流程的流程圖。
圖5是表示姿勢(shì)角和偏置估算誤差的對(duì)應(yīng)關(guān)系的曲線圖。
圖6是設(shè)置面的傾斜判定的說明圖。
圖7是設(shè)置面的傾斜判定的說明圖。
圖8是導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成的說明圖。
圖9是表示導(dǎo)航裝置的功能構(gòu)成的框圖。
圖10是初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)構(gòu)成。
圖11是安裝時(shí)初始設(shè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)構(gòu)成。
圖12是示出主處理的流程的流程圖。
圖13是示出初始校準(zhǔn)處理的流程的流程圖。
圖14是示出安裝時(shí)初始設(shè)定處理的流程的流程圖。
圖15是線路(route)試驗(yàn)的說明圖。
圖16(A)是速度的南北成分的時(shí)間變化的曲線圖，圖16(B)是速度的東西成分的
時(shí)間變化的曲線圖，圖16(C)是速度的高度成分的時(shí)間變化的曲線圖。圖17(A)是速度的南北成分的時(shí)間變化的曲線圖，圖17(B)是速度的東西成分的時(shí)間變化的曲線圖，圖17(C)是速度的高度成分的時(shí)間變化的曲線圖。圖18是示出溫度補(bǔ)償處理的流程的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施的一個(gè)例子進(jìn)行說明。但是，當(dāng)然可應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方式并不限定于以下說明的實(shí)施方式。1.原理圖1是本實(shí)施方式中的加速度傳感器的說明圖。加速度傳感器是多個(gè)軸(多軸) 的加速度傳感器，并被構(gòu)成為檢測預(yù)先設(shè)計(jì)的正交的三軸的軸方向各自的加速度。以下， 將加速度傳感器本身所設(shè)定的三軸的坐標(biāo)系稱為“局部坐標(biāo)系”。局部坐標(biāo)系在本實(shí)施方式中被定義為圖1所示那樣的右手三維直角坐標(biāo)系。將面向圖1把右方向視為正的左右方向作為X軸(翻滾軸)、將面向圖1把跟前方向視為正的前后方向作為Y軸(俯仰軸)、將面向圖1把下方向視為正的上下方向作為Z軸(偏航軸)。在本實(shí)施方式中，將圍繞X軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角定義為滾轉(zhuǎn)角“φ”、將圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角定義為俯仰角“ θ ”、將圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角定義為偏航角“Ψ”。此外，將加速度傳感器的各檢測軸的檢測值標(biāo)示(表記)為“f = (fx、fy、fz) ”、將加速度傳感器的各檢測軸的偏置值標(biāo)示為“ba= (bax、bay、baz) ”。下標(biāo)的“a”表示加速度、“x”、“y”、“z”分別表示 X軸、Y軸及Z軸。此外，在以下的說明中，將重力加速度標(biāo)示為“g”。此外，在本實(shí)施方式中，假設(shè)加速度傳感器的輸出至少被溫度補(bǔ)償而進(jìn)行說明。加速度傳感器的檢測值包含有零偏置或比例系數(shù)、二次靈敏度等的依存于溫度的成分(以下，稱為“溫度依存成分”)。這些溫度依存成分的溫度特性在加速度傳感器的制造階段被求出，從而加速度傳感器被溫度補(bǔ)償。另外，溫度補(bǔ)償既可以在加速度傳感器的內(nèi)部進(jìn)行，又可以在外部進(jìn)行。也就是說，既可以在加速度傳感器內(nèi)部設(shè)置溫度補(bǔ)償用的電路部，從而加速度傳感器的輸出值為已被溫度補(bǔ)償?shù)妮敵鲋?，又可以由與加速度傳感器分開(另行設(shè)置)的處理電路部對(duì)加速度傳感器的輸出值進(jìn)行溫度補(bǔ)償(更準(zhǔn)確地修正)。問題是即使進(jìn)行加速度傳感器的溫度補(bǔ)償，也因每接通電源就產(chǎn)生的導(dǎo)通偏置或溫度依存成分以外的偏置成分，導(dǎo)致加速度傳感器的檢測值所包含的偏置值不完全為零， 從而殘留有偏置值。本實(shí)施方式的目的之一是估算出殘留在該檢測值中的殘余偏置的大當(dāng)前，考慮加速度傳感器的Z軸朝向鉛直方向設(shè)置在水平的設(shè)置臺(tái)上的情況。另外，在本實(shí)施方式中，考慮加速度傳感器沒有安裝誤差。此外，為了簡便說明，考慮最初從Y 軸正方向觀察由X軸及ζ軸組成的XL平面的情況。在靜止?fàn)顟B(tài)下，只要設(shè)置臺(tái)為完全水平(θ = <ρ = 0)，則如圖2所示，加速度傳感器只涉及鉛直方向的重力。加速度傳感器被設(shè)計(jì)為檢測出重力以外的外力，在這種情況下，檢測出設(shè)置臺(tái)的垂直阻力。因此，理想情況為加速度傳感器的Z軸的檢測值為“-g” (fz = -g”)。不過，由于存在有Z軸的偏置值“baz”，所以實(shí)際的檢測值為“fz = -g+baz”。此外，X軸方向的加速度雖然在理想上為零，但是由于X軸的偏置值“bax”疊加在檢測值中，所以X軸的檢測值為“fx = bax”。其另一方面，在設(shè)置臺(tái)略有傾斜時(shí)，則變成圖3所示那樣。也就是說，如圖3所示， 例如，當(dāng)設(shè)置臺(tái)在間距(Pitch)方向上傾斜角度“ θ ”時(shí)，則產(chǎn)生重力加速度的X軸方向分量及Z軸方向分量。因此，當(dāng)考慮垂直阻力時(shí)，則加速度傳感器的X軸的檢測值變?yōu)椤癴x = g· sine +bax，，，Z 軸的檢測值變?yōu)?“fz = -g · cos θ +baz，，。雖然只要能提供完全水平的設(shè)置臺(tái)的環(huán)境則沒有問題，但是當(dāng)設(shè)置臺(tái)略有傾斜時(shí)，則如圖3所示，重力加速度就會(huì)對(duì)各檢測軸的檢測值造成影響。在本實(shí)施方式中，不但在產(chǎn)品出廠前在測試環(huán)境下估算偏置值的狀況，還在產(chǎn)品出廠后在實(shí)際環(huán)境下假想估算偏置值的狀況。在實(shí)際環(huán)境下，未必能提供完全水平的設(shè)置臺(tái)。因而，本申請(qǐng)發(fā)明人考慮了假想能提供大致水平的設(shè)置臺(tái)的環(huán)境，并在該環(huán)境中進(jìn)行加速度傳感器的偏置估算。1-1.偏置估算方法在上述中，雖然以X軸及Z軸的二維平面進(jìn)行考慮，但是在考慮了 Y軸的三維空間中也可以同樣地考慮。當(dāng)以三維空間進(jìn)行考慮時(shí)，考慮重力加速度的各檢測軸方向的分量及各檢測軸的偏置值，各檢測軸的檢測值由下式(1)來供給。(公式1)
公式(1)雖然為矩陣表示，但是當(dāng)改為不用矩陣的表示時(shí)，則變?yōu)槿缦率?2)那樣。由公式⑵可知，加速度傳感器的檢測值“f = (fx、fy、fz) ”包含有重力加速度的各檢測軸方向的成分和偏置成分的兩種成分。從加速度傳感器的檢測值分離該兩種成分是很難的。就是說，指定兩種成分分別以哪種程度的比例包含在檢測值中是很困難的。因而， 在本實(shí)施方式中，采用將偏置假定為零而計(jì)算出的姿勢(shì)角，估算加速度傳感器的檢測值所包含的偏置值。為了以下的說明，進(jìn)行變量的定義。將以公式(2)的滾轉(zhuǎn)角及俯仰角“(φ，θ)”規(guī)定的加速度傳感器的姿勢(shì)定義為“實(shí)際姿勢(shì)”，將其姿勢(shì)角定義為“實(shí)際姿勢(shì)角”。此外，由公式⑵付與的各檢測軸的偏置值“ba= (bax、bay、baz)”定義為“實(shí)際偏置值”。當(dāng)將各檢測軸的偏置假定為零時(shí)，則“ba= (bax、bay、baz) = (0、0、0)”成立。這時(shí)， 可以用加速度傳感器的各檢測軸的檢測值“(fx、fy、fz)”，計(jì)算出假定的姿勢(shì)角“(φ、θ)”。 這樣，將把偏置假定為零的姿勢(shì)角定義為“假定姿勢(shì)角”，將以假定姿勢(shì)角規(guī)定的加速度傳感器的姿勢(shì)定義為“假定姿勢(shì)”。此外，為了與實(shí)際姿勢(shì)角進(jìn)行區(qū)分，在假定姿勢(shì)角上附加上標(biāo)字符“t”，從而標(biāo)示為“(φ\⑷”。假定姿勢(shì)角“(cp\⑷”通過下式(3)被計(jì)算出。當(dāng)用上述的假定姿勢(shì)角(<ρ\ θΟ時(shí)，則能夠根據(jù)公式(2)倒推偏置值。這樣，將用假定姿勢(shì)角計(jì)算出的偏置值定義為“假定偏置值”，為了與實(shí)際偏置值進(jìn)行區(qū)分，附加上標(biāo)字符“t”進(jìn)行標(biāo)示。具體地說，將X軸、Y軸及Z軸的假定偏置值標(biāo)示為“ΙΛ= (b\x, b\y,此外，將假定姿勢(shì)角和實(shí)際姿勢(shì)角之間的差稱為“姿勢(shì)角誤差”，在姿勢(shì)角前附加“S(delta)”進(jìn)行標(biāo)示。具體地說，將姿勢(shì)角誤差標(biāo)示為“(δ<ρ = CPt""φ、δθ = θ1-θ)"ο “δφ”是滾轉(zhuǎn)角誤差，“ δ θ”是俯仰角誤差。此外，將假定偏置值和實(shí)際偏置值之間的差稱為“偏置誤差”，并在偏置值前附加“ δ ”進(jìn)行標(biāo)示。具體地說，將 X 軸、Y 軸及 Z 軸的偏置誤差標(biāo)示為"Sba= ( δ bax, δ 5bay, 5bJ = (btax-bax、b、-、、圖4是示出本實(shí)施方式中的偏置估算方法的流程的流程圖。首先，初始設(shè)定加速度傳感器的校正用姿勢(shì)(步驟Al)。具體地說，以三軸的檢測軸中的任意一軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)，將加速度傳感器設(shè)置在大致水平的設(shè)置臺(tái)上。接著，取得加速度傳感器的各檢測軸的檢測值“f = (fx、fy、fz)”(步驟A3)。 而且，將加速度傳感器的各檢測軸的偏置值假定為零，通過公式C3)計(jì)算出假定姿勢(shì)角 “(φ\ θΟ”(步驟 Α5)。接著，用在步驟A3中取得的在檢測值中的朝向鉛直方向的檢測軸的檢測值和在步驟A5中計(jì)算出的假定姿勢(shì)角“(<ρ\ θΟ”，估算所述檢測軸的偏置值(步驟Α7)。將該偏置值的估算值稱為“偏置估算值”。例如，在步驟Al中，以Z軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)設(shè)置了加速度傳感器。這時(shí)，用Z軸的檢測值“fz”和假定姿勢(shì)角“(<ρ\ θΟ”，利用公式⑵ 的最下段的公式計(jì)算出Z軸的假定偏置值“b\z”，并將其作為Z軸的偏置估算值。本實(shí)施方式的要點(diǎn)在于用假定姿勢(shì)角“(<ρ\ θΟ”，估算朝向鉛直方向的檢測軸的偏置值。著眼于朝向鉛直方向的檢測軸是有理由的。由于假定姿勢(shì)角“(‘⑷”自始自終是將偏置假定為零而求出的姿勢(shì)角，所以包含姿勢(shì)角誤差“(δ<ρ、δθ)”。因此，在用假定姿勢(shì)角“(φ\ θΟ”計(jì)算出的偏置值(假定偏置值)中也當(dāng)然包含有誤差。這樣，由于姿勢(shì)角誤差“(δφ、δθ)”對(duì)偏置值造成影響，所以本申請(qǐng)發(fā)明人考慮了選擇姿勢(shì)角誤差 “(δ(ρ、δθ)”對(duì)偏置值造成影響最小的檢測軸來估算偏置值是恰當(dāng)?shù)?。在這里，公式⑵示出在2軸朝向鉛直方向時(shí)的各檢測軸的檢測值“(&、‘&)”。 雖然在X軸及Y軸的檢測值“(fx、fy)，，的重力加速度成分中包含作為正弦的“Sin”，但是在 Z軸的檢測值“fz”中不包含有作為正弦的“sin”。在Z軸的檢測值“fz”的重力加速度成分中只包含有作為余弦的“cos”。本申請(qǐng)發(fā)明人著眼于該點(diǎn)。為了易于理解，用俯仰角“ θ ”來考慮。當(dāng)針對(duì)俯仰角誤差“ δ θ ”泰勒展開俯仰角 “ θ ”的余弦，保留到一次項(xiàng)時(shí)，則變成"cos (θ+δθ) NCOse——θ.δθ”。如果俯仰角“ θ ” 小，則由于將右邊第二項(xiàng)視為零，所以可近似為“cos (θ+δθ) —cose”。對(duì)滾轉(zhuǎn)角“φ”也同樣，如果滾轉(zhuǎn)角“φ”小，則可近似為“COS (φ + δφ) —COScp”。其另一方面，當(dāng)針對(duì)俯仰角誤差“ δ θ，，泰勒展開俯仰角“ θ，，的正弦時(shí)， 則變成"sin (θ + δθ) Nsine+cose- δθ”。如果俯仰角“ θ ”小，則雖然可近似為 “sin(e+5e)—sine+5e”(coseNl)，但是不能忽略俯仰角誤差“δ θ”。對(duì)滾轉(zhuǎn)角“φ”的正弦也是同樣的。根據(jù)以上，由于姿勢(shì)角誤差“(δ<ρ、δθ)”對(duì)朝向鉛直方向的檢測軸的重力加速度成分幾乎不起作用，所以可實(shí)質(zhì)地忽略姿勢(shì)角誤差“(δφ、δθ)”對(duì)朝向鉛直方向的檢測軸的偏置值造成的影響。就是說，姿勢(shì)角誤差“(δ(ρ、δθ)”對(duì)偏置值造成的影響最小的檢測軸
是朝向鉛直方向的檢測軸。因此，本申請(qǐng)發(fā)明人選擇朝向鉛直方向的檢測軸進(jìn)行偏置值估
笪弁。返回到圖4的流程圖，若估算出朝向鉛直方向的檢測軸的偏置值，則使用偏置值的誤差方差“ O ”和假定姿勢(shì)角“(φ\ θ0”，估算所述偏置估算值所包含的誤差(步驟Α9)。 在步驟A7中求出的偏置估算值自始自終是包含誤差的假定偏置值。因此，通過計(jì)算出偏置估算值所包含的偏置估算誤差，判定偏置估算值的可靠性。對(duì)偏置估算誤差的計(jì)算方法，進(jìn)行詳細(xì)地后述。
之后，判定是否對(duì)加速度傳感器的全部檢測軸，進(jìn)行了步驟A3至步驟A9的處理 (步驟All)。而且，當(dāng)存在未處理的檢測軸時(shí)(步驟All，否)，變更加速度傳感器的校正用姿勢(shì)(步驟Al； )。具體地說，以未處理的檢測軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)，將加速度傳感器設(shè)置在設(shè)置臺(tái)上。而且，返回到步驟A3，對(duì)未處理的檢測軸進(jìn)行偏置估算及偏置估算誤
差的計(jì)算。另一方面，當(dāng)判定出在步驟All中對(duì)全部的檢測軸進(jìn)行了處理時(shí)(步驟All，是)， 將各檢測軸的偏置估算值“b\ = (b\x、b\y、b\z) ”和偏置估算誤差“ δ ba = ( δ bax、δ bay、 S baz)”作為加速度傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)(步驟A15)。而且，結(jié)束偏置值的估算處理。于是，可以使用偏置值的誤差方差“O ”和假定姿勢(shì)角“(φ\ θΟ”實(shí)現(xiàn)偏置估算誤差的計(jì)算。偏置值的誤差方差“ ο ”就是意味著加速度傳感器的偏置值的誤差的擴(kuò)大。在本實(shí)施方式中，由于將加速度傳感器作為至少被溫度補(bǔ)償?shù)膫鞲衅?，所以檢測值所包含的偏置值為由溫度依存成分導(dǎo)致的誤差被降低的值。不過，因產(chǎn)品之間的偏差，對(duì)于所有的加速度傳感器，偏置值并不均等。產(chǎn)品之間的偏差能夠在加速度傳感器的制造階段中，諸如通過進(jìn)行采用測試裝置的試驗(yàn)來進(jìn)行測定。就是說，在分別對(duì)加速度傳感器的產(chǎn)品，進(jìn)行了溫度補(bǔ)償之后，通過測定加速度傳感器的檢測值所殘留的偏置值，求出偏置值的誤差分布。而且，根據(jù)該偏置值的誤差分布，求出偏置值的誤差的擴(kuò)大作為誤差方差。誤差方差諸如能夠作為偏置值的標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差值來求出。近年來，作為小型且廉價(jià)的慣性傳感器，應(yīng)用了半導(dǎo)體的微細(xì)加工技術(shù)的MEMS傳感器被裝載在各種民用設(shè)備上。當(dāng)以該MEMS傳感器為例時(shí)，則被溫度補(bǔ)償?shù)募铀俣葌鞲衅鞯钠弥禐椤癿g(g為重力加速度)=0. 001 · g”的常規(guī)(order)的值。在本實(shí)施方式中， 假想MEMS的加速度傳感器，并將偏置值的誤差方差標(biāo)示為“ σ mg = 0. 001 · σ · g”。1-2.偏置估算誤差的計(jì)算方法朝向鉛直方向的檢測軸的偏置估算誤差能夠根據(jù)姿勢(shì)角誤差“(δ(ρ = <^ -(P、50 = #-0)”的大小進(jìn)行計(jì)算/估算。在這里，以Z軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)下設(shè)置加速度傳感器的情況列舉為例，進(jìn)行說明。就是說，計(jì)算出Z軸的偏置估算值“b\z”所包含的偏置估算誤差“ δ baz ”的情況。當(dāng)偏置值假定為小于等于誤差方差時(shí)，則“ba = (bax、bay、baz) ( 0. 001 · σ *g”成立。這時(shí)，能夠從與公式⑵的最上段的X軸的檢測值“fax”有關(guān)的公式，導(dǎo)出下式G)。(公式4)fx-gsin θ = baxg(sin θ t-sin θ ) | = bax 彡 0· 001 σ · gIsinet-SineIi^(XOOlfG)但是，在從第一行到第二行的變形中，使用了根據(jù)公式(2) “fx = g · sin θ "成立。在這里，由于假定俯仰角“ θ 用俯仰角誤差“ δ θ ”表示為“ Ot = θ + δ θ ”，所以公式(4)能夠如下式(5)那樣的進(jìn)行變形。(公式5)
權(quán)利要求
1.一種偏置估算方法，包括使用多個(gè)軸的加速度傳感器中的一軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)下的所述多個(gè)軸的檢測值，計(jì)算偏置被假定為零時(shí)的姿勢(shì)角即假定姿勢(shì)角；以及使用所述一軸的檢測值和所述假定姿勢(shì)角，估算所述一軸的檢測值所包含的偏置值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏置估算方法，還包括使用所述假定姿勢(shì)角和所述偏置值的誤差方差，計(jì)算所述偏置值的估算誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏置估算方法，其中，所述一軸的檢測值所包含的偏置值的估算誤差可以使用所述假定姿勢(shì)角和所述假定姿勢(shì)角的誤差來近似，計(jì)算所述偏置值的估算誤差是指，基于可使用所述偏置值的誤差方差估算所述假定姿勢(shì)角的誤差，計(jì)算所述一軸的檢測值所包含的偏置值的估算誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏置估算方法，其中，所述加速度傳感器至少是溫度補(bǔ)償后的傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏置估算方法，還包括至少進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以補(bǔ)償所述加速度傳感器的輸出來獲得所述檢測值。
6.一種姿勢(shì)估算方法，其中，使用通過權(quán)利要求1所述的偏置估算方法估算出的偏置值和所述加速度傳感器的各軸的檢測值，估算所述加速度傳感器的姿勢(shì)。
7.一種偏置估算裝置，具備假定姿勢(shì)角計(jì)算部，使用多個(gè)軸的加速度傳感器中的一軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)下的所述多個(gè)軸的檢測值，計(jì)算偏置被假定為零時(shí)的姿勢(shì)角即假定姿勢(shì)角；以及偏置估算部，使用所述一軸的檢測值和所述假定姿勢(shì)角，估算所述一軸的檢測值所包含的偏置值。
8.一種姿勢(shì)估算裝置，具備多個(gè)軸的加速度傳感器；權(quán)利要求7所述的用于估算所述加速度傳感器的所述多個(gè)軸的檢測值所包含的偏置值的偏置估算裝置；以及姿勢(shì)估算部，使用由所述偏置估算裝置估算出的偏置值和所述加速度傳感器的所述多個(gè)軸的檢測值，估算所述加速度傳感器的姿勢(shì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏置估算方法、姿勢(shì)估算方法、偏置估算裝置及姿勢(shì)估算裝置。該偏置估算方法包括使用多個(gè)軸的加速度傳感器中的一軸朝向鉛直方向的校正用姿勢(shì)下的所述多個(gè)軸的檢測值，計(jì)算偏置被假定為零時(shí)的姿勢(shì)角即假定姿勢(shì)角；以及使用所述一軸的檢測值和所述假定姿勢(shì)角，估算所述一軸的檢測值所包含的偏置值。
文檔編號(hào)G01C9/00GK102313822SQ20111017723
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者丁熠玫, 內(nèi)田周志 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社