本披露涉及磁傳感器領域，并且更具體地涉及的磁傳感器的校準。

背景技術：

便攜式電子設備(諸如智能電話、智能手表、平板計算機、可穿戴式設備等等)在市場上越來越受歡迎。這類設備執(zhí)行許多功能。在促進那些功能的執(zhí)行上，這類設備可以包含各種傳感器，諸如加速計、陀螺儀、氣壓計和磁強計。

磁強計可以起到檢測磁場的功能，包括地球沿著其軸線的磁場。在操作時，這類磁強計產(chǎn)生與地球沿著軸線的磁場的強度和極性成比例的電壓，磁強計根據(jù)該軸線定向。從這個電壓中可以計算或估計沿著那條軸線的磁場的強度。

此磁場信息可以用于確定電子設備相對于地球磁北的取向，例如，或者可以用于確定電子設備的取向變化、或其他類型的信息。由于期望實現(xiàn)高精度確定相對于磁北的航向，需要校準這類磁強計的準確和精確的方法(其受到多個因素影響，諸如硬鐵效應、軟鐵效應、和磁異常)。

技術實現(xiàn)要素：

提供本概述以引入在以下詳細描述中進一步描述的一系列概念。本概述并不旨在標識所要求保護的主題的關鍵或必要特征，也不旨在用于幫助限制所要求保護的主題的范圍。

本文中所披露的一種方法包括從磁強計采集磁數(shù)據(jù)，并且在處理設備中，以及用于高精度校準磁強計傳感器的方法和步驟從而輸出 可靠的測量結果。

根據(jù)進一步方面，本文所描述的校準過程可以自動計算校準質(zhì)量、確定傳感器的校準需要、并且從使用者正常移動和8模式運動中收集所需的磁強計數(shù)據(jù)。計算校準質(zhì)量的過程基于多個參數(shù)，諸如自最近成功校準以來經(jīng)過的時間、上次異常檢測事件、和整個磁場的絕對變化。

該校準過程包括檢測異常從而防止計算不準確的校準參數(shù)。使用異常檢測過程計算校準參數(shù)的精度顯著提高了校準過程的穩(wěn)定性和精度。

該校準方法可以是橢球擬合或球狀擬合。橢球表征內(nèi)在誤差，諸如軟鐵效應、硬鐵效應、和磁強計傳感器的機械誤差(軸線的非正交性)。進一步地，該過程通過對唯一存儲的磁強計測量結果執(zhí)行穩(wěn)健的橢球擬合來隔離錯誤數(shù)據(jù)。如果校準狀態(tài)指示符指示自上次校準以來經(jīng)過的時間超過閾值經(jīng)過時間并且如果該校準狀態(tài)指示符指示磁數(shù)據(jù)的異常，則可以生成校準參數(shù)。

用于執(zhí)行校準的所存儲的磁數(shù)據(jù)可以被解釋為尺寸減小的最小數(shù)據(jù)集，從而執(zhí)行穩(wěn)定的校準。該過程可以為存儲器和計算效率減小數(shù)據(jù)集。該磁數(shù)據(jù)集可以被存儲，這樣使得其具有相對于相鄰元素間隔固定歐式距離并且在給定時間間隔期間被采集的元素。

檢查磁數(shù)據(jù)集對于該校準方法而言是否是足夠的過程可以包括確定磁數(shù)據(jù)集中的唯一樣本的數(shù)量、確定磁數(shù)據(jù)集中的唯一樣本的范圍，并且如果該唯一樣本數(shù)量超過唯一樣本的閾值數(shù)量并且如果每條軸線的范圍超過每條軸線的閾值范圍則確定磁數(shù)據(jù)集是足夠的。

還可以基于健全性檢查指示所存儲的唯一磁數(shù)據(jù)集不可用于校準方法而生成校準參數(shù)。對所存儲的磁數(shù)據(jù)集執(zhí)行健全性檢查可以包括由磁數(shù)據(jù)集形成的互相關矩陣的本征值比較、和顯著運動速度檢查。

校準參數(shù)可以被生成作為新生成的校準參數(shù)集。這些參數(shù)可以被 存儲作為多個先前存儲的校準參數(shù)集。一致性檢查可以包括將新生成的校準參數(shù)集與多個先前存儲的校準參數(shù)集進行比較并且丟棄與其他校準參數(shù)集最不一致的校準參數(shù)集。可以基于新校準參數(shù)的生成與先前存儲的校準參數(shù)之間的時間差并且基于這些校準參數(shù)與先前存儲的校準參數(shù)之間的一致性檢查以及對這些校準參數(shù)的質(zhì)量檢查來將新的校準參數(shù)存儲在校準參數(shù)緩沖區(qū)中。如果這些校準參數(shù)存儲在校準參數(shù)存儲器中，則對這些校準參數(shù)和先前存儲的校準參數(shù)加權從而產(chǎn)生加權校準參數(shù)。

新的校準參數(shù)和先前存儲的校準參數(shù)根據(jù)質(zhì)量和這些校準參數(shù)的生成與目前時間之間的差被加權。

磁強計可以是便攜式電子設備的一部分，并且該磁強計可以按照校準設置操作并且根據(jù)磁強計改變便攜式電子設備的圖形顯示器。當結合加速度數(shù)據(jù)使用時，校準后的磁場強度測量結果可以用于確定設備相對于磁北的取向。上述步驟可以在處理設備中在少于兩秒內(nèi)執(zhí)行。應認識到，設備對等物也在本披露的范圍內(nèi)。

附圖說明

圖1是如可以與本文中披露的技術一起使用的便攜式電子設備的框圖。

圖2是校準便攜式電子設備的磁傳感器的方法的流程圖。

圖3是示出了圖2的流程圖中的充分性測試的單獨步驟的流程圖。

圖4是示出了圖2的流程圖中的健全性測試的單獨步驟的流程圖。

具體實施方式

參照附圖進行本描述，圖中示出了示例實施例。然而，可以使用許多不同的實施例，并且因此本描述不應被解釋為被限制到在此列出的實施例。而是，提供這些實施例從而使得本披露將是透徹的和 完整的。貫穿全文相同的附圖標記是指相同的元件。

將在本文中描述用于在電子設備中使用的校準磁傳感器、或磁強計的方法和技術?，F(xiàn)在將參照圖1描述這類樣本電子設備100。電子設備100是便攜式的并且可以是智能電話、智能手表、平板計算機，或者可以具有另一個合適的形狀因數(shù)。電子設備100包括產(chǎn)生與地球沿著軸線的磁場的強度和極性成比例的電壓的磁傳感器或磁強計102，磁強計根據(jù)該軸線定向。處理設備104(諸如微處理器、可編程邏輯設備、現(xiàn)場可編程門陣列、微控制器、或片上系統(tǒng))被聯(lián)接成接收磁強計102的輸出。顯示器106聯(lián)接至處理設備104用于顯示輸出目的，并且為了接收輸入目的可以是觸敏式的。

參照圖2的流程圖200，現(xiàn)在描述校準磁強計102的方法。應理解的是，本文中所描述的任何步驟可以由處理設備104執(zhí)行，即使是沒有如此具體描述。磁數(shù)據(jù)由處理設備104從磁強計102(框202)以有規(guī)律間隔(諸如一秒的有規(guī)律間隔)采集。在每次數(shù)據(jù)采集之后，處理設備104檢查在那次采集過程中或在某一時間段(包括采集)期間收集的數(shù)據(jù)的異常(框204)。異常檢查是通過查看磁數(shù)據(jù)的量值來執(zhí)行的，諸如通過看磁數(shù)據(jù)中的元素的量值和是否超過閾值。如果檢測到異常，則不期望使用那項磁數(shù)據(jù)，并且甚至可能不期望使用在那項磁數(shù)據(jù)收集那次之前的一段時期內(nèi)收集的磁數(shù)據(jù)，從而存儲磁數(shù)據(jù)(和先前收集的磁數(shù)據(jù))的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或數(shù)據(jù)存儲器被擦除或刪除(框206)，并且然后采集新的磁數(shù)據(jù)(返回到框202)。

如果沒有發(fā)現(xiàn)異常，則檢查磁數(shù)據(jù)以確定磁強計102在數(shù)據(jù)采集過程中是靜止還是在運動(框208)。這類運動可能是由于使用者指令移動電子設備100的模式引起的，如圖8。通過將磁數(shù)據(jù)的范圍與閾值范圍進行比較來確定磁強計102是靜止還是在運動。如果磁強計102是靜止的，則磁數(shù)據(jù)不適合用于校準目的，并且該方法然后返回到采集磁數(shù)據(jù)(返回到框202)。

如果磁強計102在數(shù)據(jù)采集過程中是運動的，則計算校準狀態(tài)指 示符(框210)。根據(jù)自上次校準以來經(jīng)過的時間、是否發(fā)現(xiàn)異常和整個磁場的變化來計算校準狀態(tài)指示符。校準狀態(tài)指示符還可以根據(jù)電子設備100的周圍環(huán)境來進行計算，例如，通過審查磁強計102在過去某一間隔內(nèi)收集的數(shù)據(jù)并計算那些數(shù)據(jù)值的平均值和變化來確定。這些不同閾值是設計選項，并且它們最終確定在給定時間校準狀態(tài)指示符是否指示是進行還是不進行校準(框212)。如果不進行校準，諸如由于仍然認為上次校準有效，則該方法返回到采集磁傳感器測量數(shù)據(jù)(返回到框202)。

如果校準狀態(tài)指示符指示上次校準不再有效，則開始存儲用于校準的唯一磁數(shù)據(jù)集的過程(框214)。通過將先前存儲的磁數(shù)據(jù)與來自磁強計102的當前磁數(shù)據(jù)進行比較來提取唯一磁數(shù)據(jù)元組集。具體而言，計算先前存儲的磁數(shù)據(jù)與來自磁強計102的當前磁數(shù)據(jù)之間的時間差，并且計算當前磁數(shù)據(jù)與先前存儲的磁數(shù)據(jù)之間的歐式距離。丟棄比給定時間更早的先前存儲的磁數(shù)據(jù)，并且存儲當前磁數(shù)據(jù)的唯一項。這個步驟的目的是具有值(變化)范圍寬、并且優(yōu)選地與在歐氏距離方面值均勻間隔開的磁測量數(shù)據(jù)集。

一旦提取了磁數(shù)據(jù)集，就確定該磁數(shù)據(jù)集是否足夠用于校準過程(框216)?，F(xiàn)在另外參照圖3描述這種充分性檢查的細節(jié)。確定磁數(shù)據(jù)集的唯一樣本或成員的數(shù)量并且將其與樣本數(shù)量閾值進行比較(框216A)。如果唯一樣本的數(shù)量不足，則該方法返回到采集磁數(shù)據(jù)(返回到框202)。

如果唯一樣本的數(shù)量充足，則磁數(shù)據(jù)集的每條軸線的范圍與閾值范圍比較(框216B)。如果每條軸線的范圍不大于閾值范圍，則該方法返回到采集磁數(shù)據(jù)(返回到框202)。如果每條軸線的范圍大于閾值范圍，則執(zhí)行健全性檢查(塊218)。

現(xiàn)在另外參照圖4描述這種健全性檢查的細節(jié)。首先，計算磁強計數(shù)據(jù)的互相關矩陣的本征值(框218A)。所產(chǎn)生的本征值表示磁數(shù)據(jù)沿著三條正交軸線(其可以或可以不與磁強計102的軸線不同)的變化。如果大本征值與小本征值之比大于閾值比(框218B)，則 沿著有待用于校準的磁數(shù)據(jù)集的一條軸線的旋轉(zhuǎn)不足，或者沿著一條軸線存在過大變化，這引起不期望磁數(shù)據(jù)集用于校準，并且該方法返回到采集磁數(shù)據(jù)(框202)。

如果該比率小于閾值比，則健全性檢查通過，并且該方法繼續(xù)進行校準(框220)。該校準是經(jīng)由橢球擬合來執(zhí)行的，其中，首先生成拋物曲線的參數(shù)，并且約束條件用于檢查這些參數(shù)是否滿足橢球體約束條件。以下將給出橢球擬合的進一步細節(jié)。

在執(zhí)行校準之后，對新校準參數(shù)執(zhí)行一致性檢查(框222)。一致性檢查確定新計算的校準參數(shù)是否與先前存儲的校準參數(shù)一致和是否在特定范圍內(nèi)。如果基于偏置和比例因數(shù)的比較，新計算的校準參數(shù)與先前存儲的校準參數(shù)不一致，則它將不被存儲，并且該方法返回到采集磁數(shù)據(jù)(返回到框202)。接下來，新計算的(并且現(xiàn)在在框228存儲的)校準參數(shù)與先前存儲的校準參數(shù)一起被加權(框230)。根據(jù)質(zhì)量、與校準參數(shù)的其余部分的一致性、以及每個校準參數(shù)集與目前時間之間經(jīng)過的時間來執(zhí)行此加權。然后，根據(jù)加權校準參數(shù)生成校準設置(框232)，諸如通過計算比例和偏置的加權平均值。然后，這些結果可用于供處理設備104用于從磁強計102收集數(shù)據(jù)。然后，所收集的磁強計值可以用于生成使用者輸出、影響使用者輸入、和做出使用者接口決策和操作。

現(xiàn)在將給出經(jīng)由橢球擬合進行校準的細節(jié)。磁數(shù)據(jù)受到硬鐵(HI)偏置和軟鐵(SI)偏置影響。數(shù)學上，這可以表示為：

式中，B^m是來自磁強計102的、受到硬鐵(HI)偏置和軟鐵(SI)偏置影響的磁傳感器測量數(shù)據(jù)，并且是真值。HI將會將生成的球體移位到非零原點，并且SI將會使球體變形成橢球體。整個磁場可以表示為：

和

(B^m-HI)^T(SI^T*SI)*(B^m-HI)＝H² (3)

(B^m-HI)^T*R*(B^m-HI)＝H² (4)

此處，R是對稱且方形的矩陣。橢球體擬合算法將能夠計算R矩陣，但是計算R的SI矩陣存在問題，因為R沒有唯一解。由于R矩陣是對稱的并且具有6個未知參數(shù)并且原始SI矩陣具有9個未知變量，因此SI矩陣不能被直接計算。

以另一種方式闡述，當球體轉(zhuǎn)動時，結果將仍然是球體。因此最終，由于平方運算而失去角度信息。為了克服這一問題，施加一條軸線與其原始方向完全對準的約束條件。使用這個約束條件，Sl矩陣可以用以下格式表示：

因此，可以通過執(zhí)行U-D因式分解從R計算SI矩陣。以扭曲的橢球形式重新排列各項引起：

然后，這個二次曲線方程的擬合可以通過使平方距離和最小化來求解，這可以表示為：

這個最小化具有許多解并且按照橢球體擬合，系數(shù)應滿足以下條件：

4(ab+bc+ac-d²-e²-f²)＞(a+b+c)² (8)

方程8可以用以下格式書寫：

A^TCA＝λ

式中，A＝[a,b,c,d,e,f,g,h,I,G]]，λ為正并且C為：

在對該方程求解之后，得到參數(shù)，并且然后計算橢球體的軌跡、旋轉(zhuǎn)和半徑。一旦該計算完成，該算法就檢查系數(shù)的適值和比例因數(shù)的范圍。如果二者都在范圍內(nèi)，則該算法已經(jīng)成功。這種算法將返回最有可能的橢球體而不是二次曲線系數(shù)。

應認識到，上述技術提供了一種磁強計102，該磁強計提供經(jīng)改善的(即，更精確的和更精確的)結果，并且因此改進了磁強計102本身的功能。還應認識到，上述各種技術必須執(zhí)行得比人在紙上可以執(zhí)行它們更快，以便該方法起效。實際上，圖2的流程圖200的步驟在3秒內(nèi)、或在2秒內(nèi)執(zhí)行。還應理解到，由于處理設備104被配置成用于執(zhí)行本文中所描述步驟，內(nèi)部的各晶體管已被偏置并且以特定配置被配置，從而使得處理設備104(正如其在本文中運行的那樣)形成特定用途的處理設備104。

校準設置被磁強計102用來調(diào)整其收集的數(shù)據(jù)的、或者被處理設備104用來計算和提供校準后的磁場強度、磁強計102收集的數(shù)據(jù)。根據(jù)校準設置，磁強計102收集的數(shù)據(jù)然后可以用于各種功能，諸如確定設備取向和確定設備相對于地球磁北的取向。

許多修改和其他實施例對于受益于前面的描述和附圖中呈現(xiàn)的教導的本領域技術人員來說將是顯而易見的。因此，理解的是各種 修改和實施例旨在被包括在所附權利要求書的范圍之內(nèi)。