CN100535593C - 方位角测量装置和方位角测量方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种能够校准一磁性传感器而不会增加用户的工作量的方位角测量装置。当将一具有在进行灵敏度修正后得到的放大的输出值Sx、Sy、Sz的点设置在一xyz坐标系中作为x、y、z分量时，一偏差信息计算部分8计算其表面位于每个点的附近的球体的中心坐标，并计算该球体的中心坐标的x分量作为一x-轴霍耳元件HEx的当前的偏差Cx，该球体的中心坐标的y分量作为一y-轴霍耳元件HEy的当前的偏差Cy，和该球体的中心坐标的z分量作为一z-轴霍耳元件HEz的当前的偏差Cz。因此可校准该磁性传感器而不会增加用户的工作量。

Description

方位角测量装置和方位角测量方法

技术领域

本发明涉及一种方位角(azimuth)测量装置和方位角测量方法，并且尤其优选地应用于对一磁性传感器进行偏差(offset)校正。

技术背景

已知这样一种方位角测量装置，该装置将磁性传感器设置在两个或三个方向上，使用各个方向上的磁性传感器测量地磁，并测量方位角。

当一磁化部件例如扬声器靠近这种方位角测量装置的磁性传感器时，从该磁化部件泄漏出的磁场会使得该磁性传感器的输出出现偏差。

为了防止方位角计算由于磁性传感器的偏差而发生错误，上述方位角测量装置需要进行校准，以便校正该磁性传感器的偏差。

因此，一种传统的方位角测量装置例如通过以恒定的角速度围绕特定轴旋转来实现校准。

图12示出当一方位角测量装置以恒定的角速度围绕z-轴旋转时一磁性传感器的输出波形。

在图12中，当一便携式设备301以恒定的角速度ω围绕z-轴旋转时，安装在该便携式设备301上的一x-轴霍耳元件HEx的输出Srx由公式(1)表示：

Srx＝a_xM_xy cos(ωt+θ₀)+X₀       (1)

其中，a_x是该x-轴霍耳元件HEx的灵敏度，X₀是该x-轴霍耳元件HEx的偏差。

此外，

$M_{\mathrm{xy}}=\sqrt{(M_x^2+M_y^2)}$

θ₀＝tan^-1(M_x/M_y)

其中，M_x是地磁M的x-方向分量，M_y是地磁M的y-方向分量。

因此，可分别用以下公式(2)、(3)表示该x-轴霍耳元件HEx的输出Srx的最大值X_max和最小X_min：

X_max＝a_xM_xy+X₀      (2)

X_min＝-a_xM_xy+X₀     (3)

结果，从公式(2)、(3)，可用以下公式(4)计算该x-轴霍耳元件HEx的偏差X₀：

X₀＝(X_max+X_min)/2    (4)

图13是一种传统的方位角测量方法的流程图。

在图13中，按下便携式设备301的校准启动按钮(步骤S21)。

然后，在使安装有x-轴霍耳元件HEx的便携式设备301保持水平的同时，使便携式装置301以恒定的速度缓慢地旋转360°(步骤S22)。

在该便携式设备301转过360°之后，按下便携式设备301的校准结束按钮(S23)。

这里，当便携式设备301旋转360°时，搜索x-轴霍耳元件HEx的输出Srx的最大值X_max和最小值X_min，将这些值相加然后除以2得到的值可作为x-轴的偏差X₀，从而可对该x-轴进行校准。

但是，根据该传统的方位角测量方法，必须将便携式设备301在一特定平面上旋转360°或以上，以便搜索该x-轴霍耳元件HEx的输出Srx的最大值X_max和最小值X_min。

结果，当便携式设备301的旋转速度不位于一特定速度范围内时会出现问题，例如，当便携式设备301的旋转速度过高时可能漏掉该最大值X_max和最小值X_min，而旋转速度过低时，读出的数据量会变得非常庞大，从而使得存储器溢出。

出于此原因，用户需要反复试验和出错并将该便携式设备301旋转许多次，直到可以成功地实现校准。

因此，本发明的一个目标是提供一种能够校准磁性传感器而不会增加用户的工作量的方位角测量装置和方位角测量方法。

发明内容

为了实现上述目标，本发明的方位角测量装置包括具有2个或3个轴的地磁检测装置、输出数据获取装置、基准点估计装置和偏差信息计算装置，该地磁检测装置用于检测地磁，该输出数据获取装置用于重复预定次或更多次地在地磁检测装置改变方向并且两个轴的检测方向保持在一预定平面上时获取2-轴输出数据，或者在该地磁检测装置的方向在三维空间内改变时获取3-轴输出数据，该基准点估计装置用于在二维坐标系中确定一其坐标值对应于该2-轴输出数据的基准点，或者在一三维坐标系中确定一其坐标值对应于该3-轴输出数据的基准点，并使用一种统计技术来估计该基准点的坐标，从而使由该输出数据获取装置获取的该2-轴或3-轴输出数据组与该基准点之间的距离的变化最小，该偏差信息计算装置用于根据该基准点的坐标计算该地磁检测装置的输出数据的偏差信息。

这样，只要简单地在一预定平面上任意地或在三维空间中任意地改变该测量装置的方向，就可计算该检测装置的每个轴的输出的偏差信息。

这里，计算偏差信息仅需要该测量装置改变方向并且方向改变的范围会是有限的。例如，当使用2-轴地磁检测装置时该范围是可以是角度小于180°或小于90°，或当使用3-轴地磁检测装置时该范围可以是立体角小于2π或π。当该测量装置的方向改变时其位置也可改变。

因此，在校准偏差时不必使该测量装置朝向一特定方向或以一预定速度旋转该测量装置，从而减小用户在偏差校准时的工作量。

此外，即使偏差值由于温度变化等而急剧变化用户也不必有意识地重复偏差校准，当用户进行正常的方位角测量时偏差校准会自动进行，从而可减轻用户的负担。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，该基准点估计装置包括系数和常数项计算装置和联立线性方程分析装置，该系数和常数项计算装置用于从该2-轴和3-轴输出数据组计算出联立线性方程的系数和常数项，该些方程的未知数是该基准点的坐标，该联立线性方程分析装置用于通过对该些包含该些系数和常数项的联立线性方程求解来估计基准点的坐标。

这样，可准确地估计该基准点并增加偏差校准的准确度，而不会由于增加获取的输出数据块的数量和使用统计技术而增加计算时间。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，该地磁检测装置是一3-轴地磁检测装置，并且当3-轴输出数据组中变化量最小的轴的输出数据组的变化量等于或小于一预定值时，该基准点估计装置在一二维坐标系上确定一基准点，该基准点的坐标值对应于通过从该3-轴输出数据组中排除变化量最小的轴的输出数据组而生成的2-轴输出数据组的2-轴输出数据，并从该2-轴输出数据组估计该基准点的坐标。

在根据本发明的方位角测量装置中，当在地磁检测装置的方向在三维空间内改变的情况下通过移动或旋转该方位角检测装置来重复获取预定次或更多次3-轴输出数据时，如果该方位角测量装置仅在垂直于该地磁检测装置的三个轴中的任意一个(在本段中以下称为“特定轴”)的平面上移动或旋转，则该特定轴的输出数据几乎不变。出于此原因，如果从包括该特定轴的输出数据组的3-轴输出数据组中估计基准点的坐标，仍会不能得到基准点的坐标的准确值。在此情况下，可通过从除该特定轴的输出数据组之外的2-轴输出数据组中估计该基准点的坐标来得到准确值。

因此，即使当该方位角测量装置仅在垂直于该地磁检测装置的三个轴中的任意一个的平面上移动或旋转时，仍可较准确地估计该基准点的坐标。在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，该基准点估计装置包括用于计算该2-轴或3-轴输出数据组的每个轴的输出数据组中的输出数据的最大值和最小值之间的差值的第一差值计算装置，和用于判定由该第一差值计算装置计算出的差值是否等于或大于一预定值的第一差值判定装置，并且只有当由该第一差值计算装置计算出的差值等于或大于一预定值时，该基准点估计装置才使用该2-轴或3-轴输出数据组估计该基准值。

因此，当该便携式设备的方向固定或仅改变很少时，可以防止所计算的基准点的坐标具有很大的误差，并且可提高计算该基准点的坐标时的准确度，并使偏差校准保持高准确度。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，偏差信息计算装置包括变化量计算装置，其用于计算预定数量的最新由该基准点估计装置计算出的基准点的变化量，并且该偏差信息计算装置根据该变化量计算装置的计算结果丢弃由该基准点估计装置计算出的基准点。

因此，当噪声等使得检测到的地磁输出中包含大的误差时，或尤其当该2-轴地磁检测装置的方向偏离一预定平面时，可防止计算错误的偏差值和进行不适当的偏差校正。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，该变化量计算装置计算两个最新由该基准点估计装置计算出的基准点之间的差值。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，还包括第二变化量计算装置和可接受性信息生成装置，该第二变化量计算装置用于计算预定数量的最新由该基准点估计装置计算出的基准点的变化量，该可接受性信息生成装置用于根据该第二变化量计算装置的计算结果生成关于偏差信息的可接受性的可接受性信息。

根据该结构，该第二变化量计算装置计算预定数量的最新计算出的基准点的变化，并且该可接受性信息生成装置根据该变化量计算装置的计算结果生成可接受性信息。

这样，用户可参照该可接受性信息来识别该偏差信息的可接受性。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，该可接受性信息生成装置将偏差信息的可接受性程度分成多个类，根据由该第二变化量计算装置计算出的变化程度将该偏差信息归入到该些类的一类中，并根据该类显示可接受性程度。

根据该结构，该可接受性信息生成装置根据所计算的变化程度将该偏差信息归到该些类中的一类中，并生成指示对应于该类的可接受性程度的可接受性信息。

因此，可获得对应于每个类的可接受性程度(例如，诸如非常好、好和较好的可接受性程度)，从而更有助于识别该偏差信息的可接受性。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，该偏差信息计算装置包括用于计算输出数据组与该基准点的距离的距离计算装置，和用于判定该距离计算装置计算出的距离是否超过一预定范围的距离判定装置，并且当由该距离计算装置计算出的距离在该预定范围之外时该偏差信息计算装置丢弃该输出数据组。

根据该结构，该距离计算装置计算输出数据组与该基准点之间的距离，并且该距离判定装置判定该计算出的距离是否超过一预定范围。然后，当所计算出的距离在该预定范围之外时丢弃该输出。

因此，当存在一静态的外部环境磁场或地磁被屏蔽时，尽管没有正确地检测地磁，但是仍可以阻止测量方位角。

此外，在根据本发明的实施例的的方位角测量装置中，还包括第二距离计算装置和可靠性信息生成装置，该第二距离计算装置用于计算该输出数据组与基准点之间的距离，该可靠性信息生成装置用于根据由该第二距离计算装置计算出的距离生成关于方位角测量结果的可靠性的可靠性信息。

根据该结构，该第二距离计算装置计算输出数据组与该基准点之间的距离，并且该可靠性信息生成装置根据计算出的距离生成指示可靠性程度的可靠性信息。

这样，用户可参照该可靠性信息识别方位角测量结果的可靠性。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量装置中，可靠性信息生成装置将方位角测量结果分为多个类，将由该第二距离计算装置计算出的距离与多个阈值相比较，将该距离归入该些类的一类中，并显示对应于该类的可靠性程度。

根据该结构，可靠性信息生成装置将计算出的距离与多个阈值相比较，将该距离归入这些类中的一类中，并生成指示对应于该类的可靠性程度的可靠性信息。

这样，就可以获得对应于每个类的可接受性程度(例如，诸如非常好、好和较好的可靠性程度)，这更有助于识别方位角测量结果的可靠性。

此外，根据本发明的实施例的方位角测量装置中，输出数据获取装置包括第三差值计算装置和第三差值判定装置，该第三差值计算装置用于计算该地磁检测装置的输出数据和在此之前该输出数据获取装置刚获取的或者该地磁检测装置刚输出的预定数量的输出数据之间的差值，该第三差值判定装置用于判定由该第三差值计算装置计算出的差值是否小于一预定值，并且当由该第三差值计算装置计算出的差值小于该预定值时该输出数据获取装置不去获取而是丢弃该地磁检测装置的输出数据。

因此，即使在进行校准时该便携式设备的方向几乎不变的状态持续下去，仍可防止计算出错误的偏差值和进行不适当的偏差校正。

另一方面，为了实现上述目标，根据本发明的实施例的方位角测量方法包括，一改变两个轴的检测方向以便测量地磁而同时将这两个轴的检测方向保持在一预定平面上，或在三维空间中改变三个轴的检测方向的步骤，一当检测方向改变时获取该2-轴或3-轴输出数据以便测量地磁的步骤，一判定该输出数据是否已被获取预定次或更多次的步骤，一在一二维坐标系中确定一其坐标值对应于该2-轴输出值的基准点或在一三维坐标系中确定一其坐标值对应于该3-轴输出值的基准点，并使用一种统计技术估计该基准点的坐标从而由该被重复获取预定次或更多次的2-轴或3-轴输出数据组成的输出数据组与该基准点之间的距离的变化最小的步骤，以及一根据该基准点的坐标计算该2-轴或3-轴输出数据的偏差值的步骤。

因此，仅通过在一预定平面或在三维空间中任意改变该测量装置的方向，就可计算地磁的测量结果的偏差值并校准该偏差值。

这样，用户可在不注意到偏差校准的情况下实现偏差校准，从而减小用户在偏差校准时的工作量。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量方法中，该估计基准点的坐标的步骤包括一从该2-轴和3-轴输出数据组计算联立线性方程的系数和常数项的步骤，该些方程的未知数是该基准点的坐标，以及一对该些包含该些系数和常数项的联立线性方程求解并估计基准点的坐标的步骤。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量方法中，该改变检测方向的步骤将改变在一三维空间内的三个轴的检测方向，该估计基准点的坐标的步骤包括，一计算该3-轴输出数据组的每个轴的数据输出组的输出数据的变化程度，并得出变化程度最小的轴和变化程度的最小值的步骤，一判定该变化程度的最小值是否等于或小于一预定值的步骤，以及以下这一步骤，即当该变化程度的最小值等于或小于该预定值时在一二维坐标系中确定一基准点，该基准点的坐标值对应于这样的2-轴输出数据组的2-轴输出数据，其中从该3-轴输出数据组中排除变化程度最小轴的输出数据组而得到该2-轴输出数据组，并从该2-轴输出数据组估计该基准点的坐标。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量方法中，该估计测量基准点的坐标的步骤包括一计算该输出数据组的每个轴的输出数据组的输出数据的最大值和最小值之间的差的步骤，一判定该最大值和最小值之间的差是否等于或大于一预定值的步骤，以及一当该最大值和最小值之间的差等于或大于一预定值时估计该基准点的坐标的步骤。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量方法中，计算2-轴或3-轴输出值的偏差值的步骤包括一计算在该估计基准点的坐标的步骤中最新计算出的预定数量的基准点的变化的步骤，和一根据该变化的计算结果丢弃在该估计基准点的坐标的步骤中计算出的基准点。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量方法中，还包括一计算预定数量的最新估计的基准点的坐标的变化的步骤，和一根据该变化的计算结果生成关于在该计算偏差值的步骤中计算出的偏差值的可接受性的可接受性信息的步骤。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量方法中，该计算2-轴或3-轴输出数据的偏差值的步骤包括一计算该输出数据组与该基准点的距离的步骤，一判定该输出数据组与该基准点的距离是否超过一预定范围的步骤，以及一当该输出数据组与该基准点的距离大于该预定范围时丢弃该输出数据组的步骤。

此外，在根据本发明的实施例的方位角测量方法中，还包括一计算该输出数据组与该基准点的距离的步骤，和一根据该距离计算结果生成关于方位角测量结果的可靠性的可靠性信息的步骤。

附图说明

图1是一示出根据本发明的一实施例的便携式设备的整体结构的透视图。

图2是一示出根据本发明的一实施例的一种方位角测量装置的示意性构造的结构图。

图3示出根据本发明的一实施例的一种方位角测量方法的概念。

图4是根据本发明的一实施例的一种方位角测量方法的流程图。

图5是一示出根据一具有两个轴的实施例的一种便携式设备的整体结构的透视图。

图6是一示出根据一具有两个轴的实施例的一种方位角测量装置的整体结构的结构图。

图7示出根据一具有两个轴的实施例的一种方位角测量方法的概念。

图8是根据一具有两个轴的实施例的一种方位角测量方法的流程图。

图9的曲线图示出当该便携式装置的方向适当改变时，获取的Sx、Sy和Sz数据在时间轴上的变化。

图10的曲线图示出当该便携式装置的方向几乎不改变时，获取的Sx、Sy和Sz数据在时间轴上的变化。

图11示出当该便携式装置的方向仅在当获取Sx、Sy和Sz数据时短时间内改变时，Sx、Sy和Sz数据在时间轴上的变化。

图12示出当一方位角测量装置以恒定的角速度围绕z-轴旋转时，一磁性传感器的输出波形。

图13是一种传统的方位角测量装置的一种方位角测量方法的流程图。

具体实施方式

下面，将参照附图说明一种根据本发明的实施例的方位角测量装置和方位角测量方法。

图1是一示出根据本发明的一实施例的便携式设备的整体结构的透视图。

在图1中，一便携式设备201具有一显示部分202和一天线203，并包含一方位角测量装置，该装置在三个坐标轴上测量地磁以获得方位角。

这里，该方位角测量装置具有一测量地磁M的x-方向分量Mx的x-轴霍耳元件HEx，一测量地磁M的y-方向分量My的y-轴霍耳元件HEy和一测量地磁M的z-方向分量Mz的z-轴霍耳元件HEz，并且该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件Hez被设置成使它们各自的磁敏感表面垂直于各自的坐标轴。

图2是一示出根据本发明的一实施例的一种方位角测量装置的示意性构造的结构图。

在图2中，该方位角测量装置具有一3-轴的磁性传感器11，一磁性传感器驱动供电部分12，一断续装置部分13，一差分输入放大器14和A/D转换部分15，一校正计算部分16，一方位角计算部分17，一偏差信息计算部分18，一偏差信息存储部分19a和一灵敏度校正信息存储部分19b，并且该3-轴磁性传感器11具有一x-轴霍耳元件HEx、一y-轴霍耳元件HEy和一z-轴霍耳元件HEz。

该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件Hez将检测地磁，并优选地由化合物半导体例如InSb、InAS和GaAs构成或基于单片硅(Si monolithic)。

该断续装置部分13将在各端子之间转换以便驱动该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz，将来自该磁性传感器驱动供电部分12的驱动电压输出提供给该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz，并以分时方式将来自该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的信号输出输出给该差分输出放大器14。

这里，该断续装置部分13可使用90°断续装置驱动或360°断续装置驱动等。当驱动该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz时，该90°断续装置驱动可消除大部分包含在该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的输出中的霍耳元件本身的偏差项。

360°断续装置驱动，不仅可消除包含在该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的输出中的霍耳元件本身的偏差项，并且还可以容易地消除随后的差分输入放大器14本身的电偏差项。

该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的输出信号被该差分输入放大器14放大，在此放大的输出值被该A/D转换部分15转换成数字信号，然后被输入给该校正计算部分16。

这里，x-轴霍耳元件HEx的放大的输出值Srx可由以下公式(5)计算出，y-轴霍耳元件HEy的放大的输出值Sry可由以下公式(6)计算出，z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Srz可由以下公式(7)计算出：

Srx＝ax·Mx+Crx    (5)

Sry＝ay·My+Cry    (6)

Srz＝az·Mz+Crz    (7)

其中，ax是该x-轴霍耳元件HEx的灵敏度，Crx是该x-轴霍耳元件HEx的偏差量，ay是该y-轴霍耳元件HEy的灵敏度，Cry是该y-轴霍耳元件HEy的偏差量，az是该z-轴霍耳元件HEz的灵敏度，Crz是该z-轴霍耳元件HEz的偏差量，Mx是地磁M的x方向的分量，My是地磁M的y方向的分量，而Mz是地磁M的z方向的分量。

偏差信息存储部分19a存储该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的偏差量，灵敏度校正信息存储部分19b存储用于校正该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的灵敏度中的变化的校正信息。

当进行方位角测量时，校正计算部分16使用偏差信息和灵敏度校正信息校正该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Srx、Sry和Srz，并仅获得地磁M的x、y和z-轴的分量Mx、My以及Mz并将这些分量输出给方位角计算部分17。

方位角计算部分17根据地磁M的x、y和z-轴的分量Mx、My以及Mz的信号以及公式θ＝tan^-1(My/Mx)来计算方位角θ。

当进行偏差量校准时，该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Srx、Sry和Srz被输出给偏差信息计算部分18。

当便携式设备201的方向在三维空间内任意改变时，偏差信息计算部分18获取预定次数或更多次的该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Srx、Sry和Srz，并根据存储在灵敏度校正信息存储部分19b中的灵敏度校正信息校正灵敏度。

这里，在进行灵敏度校正后，该x-轴霍耳元件HEx的放大的输出值Sx、y-轴霍耳元件HEy的放大的输出值Sy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Sz可分别由以下公式(8)、(9)和(10)表示：

Sx＝a0/ax·Srx＝a0·Mx+Cx    (8)

Sy＝a0/ay·Sry＝a0·My+Cy    (9)

Sz＝a0/az·Srz＝a0·Mz+Cz    (10)

其中，a0/ax是x-轴霍耳元件HEx的灵敏度校正系数，a0/ay是y-轴霍耳元件HEy的灵敏度校正系数，a0/az是z-轴霍耳元件HEz的灵敏度校正系数，而a0是在该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz进行灵敏度校正之后得到的灵敏度。

另外，Cx是该x-轴霍耳元件HEx在进行灵敏度校正之后的偏差量，Cy是该y-轴霍耳元件HEy在进行灵敏度校正之后的偏差量，而Cz是该z-轴霍耳元件HEz在进行灵敏度校正之后的偏差量，并且

Cx＝a0/ax·Crx

Cy＝a0/ay·Cry

Cz＝a0/az·Crz

当将该放大的输出值Sx、Sy和Sz设置在一xyz坐标系上以分别作为x、y、z分量时，偏差信息计算部分18估计一基准点的坐标，该基准点与各点的距离尽可能地相等。

偏差信息存储部分19a将该基准点的坐标的x分量存储作为该x-轴霍耳元件HEx的当前的偏差量Cx，将该基准点的坐标的y分量存储作为该y-轴霍耳元件HEy的当前的偏差量Cy，并将该基准点的坐标的z分量存储作为该z-轴霍耳元件HEz的当前的偏差量Cz。

因为当使用便携式设备201时，该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的灵敏度几乎不变，所以，可仅在制造该便携式设备201时存储该x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的灵敏度校正信息一次。

图3示出根据本发明的一实施例的一种方位角测量方法的概念。

在图3中，便携式设备201的方向在一三维空间内任意改变，并且同时重复地获取x-轴霍耳元件HEx的放大的输出值Sx、y-轴霍耳元件HEy的放大的输出值Sy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Sz。然后，如图3所示，在其中Sx、Sy和Sz分别对应于x、y、z-轴方向上的分量的xyz空间中，将重复获取的Sx、Sy、Sz数据整理成P₁(S1x、S1y、S1z)、P₂(S2x、S2y、S2z)、P₃(S3x、S3y、S3z)，...。

当如下所示修正公式(8)、(9)、(10)时：

$\frac{S_x-C_x}{a_0}=M_x---\left(11\right)$

$\frac{S_y-C_y}{a_0}=M_y---\left(12\right)$

$\frac{S_z-C_z}{a_0}=M_z---\left(13\right)$

另一方面，Mx、My、Mz与地磁M之间的关系为：

$M=\sqrt{M_x^2+M_y^2+M_z^2}---\left(14\right)$

并且除非便携式设备201的位置剧烈变化，否则可认为地磁M是恒定的。

因此，如果假设

$r=a_0\sqrt{M_x^2+M_y^2+M_z^2}---\left(15\right)$

则可得到以下公式：

(S_x-C_x)²+(S_y-C_y)²+(S_z-C_z)²＝r²    (16)

即，在xyz空间中，P₁(S1x、S1y、S1z)、P₂(S2x、S2y、S2z)、P₃(S3x、S3y、S3z)，...与一基准点C1之间的距离均为恒定的r，该基准点C1的x、y、z轴坐标值由HEx、HEy、HEz的偏差量Cx、Cy、Cz组成。

因此，通过从P₁(S1x、S1y、S1z)、P₂(S2x、S2y、S2z)、P₃(S3x、S3y、S3z)，...估计出基准点C1，可从该基准点C1的x、y、z轴坐标值得到HEx、HEy、HEz的偏差量Cx、Cy、Cz。

存在多种计算方法来估计C1，并且可通过获取至少4次数据来估计C1。但是，因为实际获取的Sx、Sy、Sz的数据是大约为0.01mT的非常微弱的地磁的测量数据并且叠加有相当大的噪声，所以优选地，使用统计技术利用将获取的数量被设为5或10块或者有可能的话更多块的数据来估计C1。因此，使用将在下文中说明的计算方法通过使用一种统计技术可准确地估计C1，并且该计算方法可抑制计算时间增加。

在其x、y、z-轴方向上的分量分别由Sx、Sy、Sz组成的xyz空间中，已在第i个时间获取的Sx、Sy、Sz的数据P₁(S1x、S1y、S1z)与C1之间的距离di如下：

$d_i=\sqrt{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_z-C_z)}^2}---\left(17\right)$

将公式(17)与上述公式(16)相比较可见，如果获取的Sx、Sy、Sz数据上没有叠加有噪声并且已理想地估计出C1，则di必定等于r。但是，这两者不一定相等，因此di的平方值与r的平方值之间的差定义为以下公式所示的C1在P_i(Six、Siy、Siz)处的估计误差ε_i：

${\mathrm{\ϵ}}_i=d_i^2-r^2={({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_z-C_z)}^2-r^2---\left(18\right)$

此外，ε_i的平方和被定义为S，由以下公式表示。

S＝∑ε_i ²＝∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²+(Si_z-C_z)²-r²}²    (19)

获得可使该平方和S最小化的Cx、Cy、Cz是适合的估计方法。

当S为最小值时，S对Cx、Cy、Cz和r的导数都为0。各个导数如下：

$\frac{\∂S}{\∂C_x}=-4\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_z-C_z)}^2-r^2\}({\mathrm{Si}}_x-C_x)---\left(20\right)$

$\frac{\∂S}{\∂C_y}=-4\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_z-C_z)}^2-r^2\}({\mathrm{Si}}_y-C_y)---\left(21\right)$

$\frac{\∂S}{\∂C_z}=-4\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_z-C_z)}^2-r^2\}({\mathrm{Si}}_z-C_z)---\left(22\right)$

$\frac{\∂S}{\∂r}=-4\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_z-C_z)}^2-r^2\}---\left(23\right)$

当所有这些导数都为0时，可得到下列公式。

∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²+(Si_z-C_z)²-r²}(Si_x-C_x)＝0    (24)

∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²+(Si_z-C_z)²-r²}(Si_y-C_y)＝0    (25)

∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²+(Si_z-C_z)²-r²}(Si_z-C_z)＝0    (26)

∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²+(Si_z-C_z)²}-Nr²＝0           (27)

其中，N为得到的数据块的数量。

当用上述公式(27)对r²求解时，该公式变成：

$r^2=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_z-C_z)}^2\}---\left(28\right)$

将公式(28)代入公式(24)、(25)、(26)中并重新整理，可得到以下公式：

$C_x\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})+C_y\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})+C_z\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})$

$=\frac{1}{2}\mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})---\left(29\right)$

$C_x\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})+C_y\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})+C_z\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})$

$=\frac{1}{2}\mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_z})---\left(29\right)$

$C_x\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})+C_y\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})+C_z\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})$

$=\frac{1}{2}\mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})---\left(29\right)$

其中

$\stackrel{\‾}{S_x}=\frac{1}{N}{\mathrm{Si}}_x---\left(32\right)$

$\stackrel{\‾}{S_y}=\frac{1}{N}{\mathrm{Si}}_y---\left(33\right)$

$\stackrel{\‾}{S_z}=\frac{1}{N}{\mathrm{Si}}_z---\left(34\right)$

公式(29)、(30)和(31)的矩阵形式如下：

$\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_x\\ C_y\\ C_z\end{array}\right]$

$=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\\ \mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})\end{array}\right]---\left(35\right)$

上述公式(35)是对于Cx、Cy和Cz的联立线性方程，并可使用众所周知的联立线性方程的解法例如LU分解进行求解。因此，当S为最小时，可计算Cx、Cy和Cz，同时抑制计算时间的增加。

从上述公式(35)还可得出以下方程，从而可选择一便于求解的公式。

$\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_x\\ C_y\\ C_z\end{array}\right]$

$=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\\ \mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})\end{array}\right]---\left(36\right)$

$\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x^2-N{\stackrel{\‾}{S_x}}^2& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x{\mathrm{Si}}_y-N\stackrel{\‾}{S_x{S}_y}& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x{\mathrm{Si}}_z-N\stackrel{\‾}{S_x{S}_z}\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x{\mathrm{Si}}_y-N\stackrel{\‾}{S_x{S}_y}& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y^2-N{\stackrel{\‾}{S_y}}^2& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y{\mathrm{Si}}_z-N\stackrel{\‾}{S_y{S}_z}\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x{\mathrm{Si}}_z-N\stackrel{\‾}{S_x{S}_z}& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y{\mathrm{Si}}_z-N\stackrel{\‾}{S_y{S}_z}& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_z^2-N{\stackrel{\‾}{S_z}}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_x\\ C_y\\ C_z\end{array}\right]---\left(37\right)$

$=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\\ \mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_z^2)({\mathrm{Si}}_z-\stackrel{\‾}{S_z})\end{array}\right]$

此外，如果获取的数据块的数量增加并且使用上述计算方法估计计算基准点C1，则在图3中重复获取的Sx、Sy、Sz数据P₁(S1x、S1y、S1z)、P₂(S2x、S2y、S2z)、P₃(S3x、S3y、S3z)，...不需要总是分布在从C1所见的所有方向上，而是也可局限于一个范围例如立体角大约为2π到π的范围内。即，从C1朝向P₁(S1x、S1y、S1z)、P₂(S2x、S2y、S2z)、P₃(S3x、S3y、S3z)，...的方向对应于当获取各个轴的数据块时便携式设备201的方向，因此，当校正偏差值时不一定要均匀地将便携式设备201朝向所有方向，而是便携式设备201的方向可局限于一个范围例如立体角大约为2π到π的范围内。

图4是根据本发明的一实施例的一种方位角测量方法的流程图。

在图4中，偏差信息计算部分18提供一数据缓冲器，该缓冲器用于存储x-轴霍耳元件HEx的放大的输出值Sx、y-轴霍耳元件HEy的放大的输出值Sy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Sz各10个(步骤S11)。

然后，偏差信息计算部分18获取x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Sx、Sy、Sz各10个(步骤S12、S13)，根据存储在灵敏度校正信息存储部分19b中的灵敏度校正信息，分别用灵敏度校正系数乘以x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Srx、Sry、Srz，以得到经过灵敏度校正后的x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Sx、Sy、Sz。

在得到经过灵敏度校正后的x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Sx、Sy、Sz各10个之后，偏差信息计算部分18从数据缓冲器中删除最旧的数据，将剩余的数据移位，并添加这次获取的放大的输出值Sx、Sy、Sz(步骤S14)。

然后，偏差信息计算部分18判定经过灵敏度校正后的x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的各10个过去的放大的输出值Sx、Sy、Sz的最大值和最小值之间的差是否大于一预定值例如大约1/3a0M(步骤S15)。

当在步骤S15中判定最大值和最小值之间的差等于或小于该预定值时，偏差信息计算部分18丢弃这次得到的放大的输出值Sx、Sy、Sz，返回步骤S12并重新获取x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Srx、Sry、Srz。

相反，当在步骤15中判定最大值和最小值之间的差大于该预定值时，偏差信息计算部分18估计这样一个基准点C1的坐标，即该基准点与点P₁(S1x、S1y、S1z)、P₂(S2x、S2y、S2z)、P₃(S3x、S3y、S3z)，...-其中这10个放大的输出值Sx、Sy、Sz分别对应于x、y、z分量-的距离尽可能地相等(步骤S16)。

然后，偏差信息计算部分18判定此次估计的基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)与上次估计的基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)之间的差是否小于一预定值例如大约a0M(步骤S17)，如果该差值等于或大于该预定值，则丢弃此次估计的基准值C1的坐标(Cx、Cy、Cz)，返回步骤S12并重新获取x-轴霍耳元件HEx、y-轴霍耳元件HEy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Srx、Sry、Srz。

相反，如果此次估计的基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)与上次估计的基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)之间的差小于一预定值，则偏差信息计算部分18使得偏差信息存储部分19a存储此次估计的基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)的x、y、z分量以作为x-轴霍耳元件HEx的偏差Cx、y-轴霍耳元件HEy的偏差Cy和z-轴霍耳元件HEz的偏差Cz(步骤S18)。

上述实施例假设方位角测量装置已并入便携式设备中，但是在方位角测量装置可插入便携式设备例如PDA(个人数字助理)或笔记本个人计算机或从该便携式设备上卸下的情况下，也可以提供该方位角测量装置，并使用安装在该便携式设备上的该方位角测量装置。

例如，可将该方位角测量装置、其数字处理IC和接口IC等设置在一插在一作为笔记本个人计算机的标准PC卡槽中的PCMICA卡中，并包含上述校准功能作为一驱动器。

PC卡槽具有机械和电特性的标准，但没有诸如槽内的漏磁通密度等磁特性的标准，并且因此在一通用PCMCIA卡中设置的方位角测量装置无法事先预测在笔记本个人计算机中产生的漏磁通密度。

这里，通过结合该PCMCIA卡的方位角测量装置的校准功能，即使当PC卡槽的泄漏磁场从一个便携式设备到另一个便携式设备不同时，仍可精确地校正该方位角测量装置的偏差，并且可自由地安装和使用该方位角测量装置，而并不局限于一特定便携式装置。

在该PCMCIA卡中，还可以将一倾斜传感器、一GPS(全球定位系统)信号处理IC和天线与该方位角测量装置安装在一起，并且卡的形式不局限于PCMCIA卡，还可适合于一CF卡槽。

此外，上述实施例说明了霍耳元件用作磁性传感器的情况以作为示例，但是磁性传感器并不局限于霍耳元件，还可使用磁通门传感器等。

在上述实施例中，偏差信息计算部分18构造成可用这样的方法估计一基准点的坐标，即当将放大的输出值Sx、Sy、Sz设置在xyz坐标系中作为一些点并分别代表x、y、z分量时，该基准点与该各个点之间的距离尽可能地相等，但是本发明并不局限于此，偏差信息计算部分18还可适应于用这样的方法估计一基准点的坐标，即在放大的输出值Sx、Sy、Sz的变化率均等于或大于一预定值例如大约1/3a0M的情况下，将放大的输出值Sx、Sy、Sz设置在xyz坐标系中作为一些点并分别代表x、y、z分量，该基准点与该各个点之间的距离尽可能地相等，而当放大的输出值Sx、Sy、Sz之一的变化率最小并且该放大的输出值的变化率等于或小于一预定值时，偏差信息计算部分18还可适应于用这样的方法估计一基准点的坐标，即当放大的输出值Sx、Sy、Sz中除变化率最小的那个放大的输出值之外的两个放大的输出值设置在xy坐标系中作为一些点并分别代表x、y分量时，各个点与基准点的之间的距离尽可能地相等。

作为计算放大的输出值Sx、Sy、Sz的变化率的特定方法，可使用标准偏差计算、最大值和最小值之间的差的计算等。

因此，即使当该方位角测量装置仅在一垂直于三轴磁性传感器11的三个轴中的任意一个的平面上移动或旋转时，仍可较精确地估计一基准点的坐标。

此外，上述实施例被以这样的方式构造，即在步骤S7、S17中判定此次估计的基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)与上次估计的基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)之间的差是否小于一预定值，但是本发明不局限于此，本发明也可适应于将此次估计的基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)与上次和上次之前估计的多个基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)相比较。更具体地，计算最近估计的预定数量的基准点C1(包括这次估计的基准点C1)的变化，并且确定所计算的变化程度。存在多种计算变化的方法，例如计算这些基准点C1的最大值和最小值之间的差，计算这些基准点C1的标准偏差，计算直到上次估计的基准点C1的平均值并计算此次估计的基准点C1与该平均值之间的差，等等。因此，使用多个以前估计的基准点C1的坐标值可进一步提高准确度。

此外，上述实施例没有具体涉及显示该偏差信息的可接受性，但是本发明不局限于此，并可适应于在显示部分202上显示偏差信息的可接受性。更具体地，将偏差信息的可接受性程度分类，例如非常好、好和比较好。然后，集中在预定数量的最近估计的基准点C1(包括此次估计的基准点C1)上，计算这些基准点C1的变化，根据所计算的变化程度将此次估计的基准点归入一类，生成指示与该类对应的可接受性的可接受性信息，并根据生成的可接受性信息将偏差信息的可接受性程度显示在显示部分202上。

这里，上述方法可用于使用多个以前估计的基准点C1的坐标的值。

这允许用户参照显示的可接受性程度识别偏差信息的可接受性。

此外，在上述实施例中，可计算在图3中重复获取的Sx、Sy、Sz数据P₁(S1x、S1y、S1z)、P₂(S2x、S2y、S2z)、P₃(S3x、S3y、S3z)，...与该估计的基准点C1之间的距离，判定该计算的距离是否超过一预定范围例如小于1/2a0M或大于1.5倍的a0M，并且如果该计算的距离在该该预定范围之外，则丢弃该输出数据。还可使用以下公式从上述公式(28)中计算出该距离：

$r=\sqrt{\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_z-C_z)}^2\}}---\left(38\right)$

因此，如果存在一静止的外部环境磁场或地磁被屏蔽，虽然没有正确地检测地磁，但是仍可以阻止测量方位角。

此外，上述实施例也可适应于在显示部分202上显示方位角测量结果的可靠性。更具体地，将方位角测量结果的可靠性分成几类，例如很好、好和较好。然后，计算点P₁(S1x、S1y、S1z)、P₂(S2x、S2y、S2z)、P₃(S3x、S3y、S3z)，...与基准点C1的坐标(Cx、Cy、Cz)之间的距离，将该计算的距离与多个阈值相比较并归入一类，生成示出对应于该类的可靠性程度的可靠性信息，并根据生成的可靠性信息将方位角测量结果的可靠性程度显示在显示部分202上。

这允许用户参照显示的可靠性程度识别方位角测量结果的可靠性。

上述实施例已说明了具有三轴地磁检测装置的方位角测量装置的情况，但是本发明并不局限于此，本发明还适用于如图5所示的具有2-轴地磁检测装置的方位角测量装置。

在此情况下，图6到8示出该方位角测量装置的整体结构的结构图、方位角测量方法的概念图和偏差校准的流程图。

此外，在该方位角测量装置具有3-轴地磁检测装置的情况下，便携式设备201的方向在三维空间内任意改变，并且可同时重复地获取x-轴霍耳元件HEx的放大的输出值Sx、y-轴霍耳元件HEy的放大的输出值Sy和z-轴霍耳元件HEz的放大的输出值Sz，但是在该方位角测量装置具有2-轴地磁检测装置的情况下，改变便携式装置101的方向的同时将两个轴上的地磁检测方向保持在一预定平面上，并且同时重复地获取x-轴霍耳元件HEx的放大的输出值Sx、y-轴霍耳元件HEy的放大的输出值Sy。通过用下面所示的公式(39)到(58)代替公式(14)到(37)，可类似地应用本发明。

$\sqrt{M_x^2+M_y^2}=\mathrm{const}---\left(39\right)$

$r=a_0\sqrt{M_x^2+M_y^2}---\left(40\right)$

(S_x-C_x)²+(S_y-C_y)²＝r²                    (41)

$d_i=\sqrt{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2}---\left(42\right)$

${\mathrm{\ϵ}}_i=d_i^2-r^2={({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+({\mathrm{Si}}_y-C_y)-r^2---\left(43\right)$

S＝∑ε_i＝∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²-r²}²    (44)

$\frac{\∂S}{\∂C_x}=-4\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2-r^2\}({\mathrm{Si}}_x-C_x)---\left(45\right)$

$\frac{\∂S}{\∂C_y}=-4\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2-r^2\}({\mathrm{Si}}_y-C_y)---\left(46\right)$

$\frac{\∂S}{\∂r}=-4\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2{-r}^2\}---\left(47\right)$

∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²-r²}(Si_x-C_x)＝0    (48)

∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²-r²}(Si_y-C_y)＝0    (49)

∑{(Si_x-C_x)²+(Si_y-C_y)²}-Nr²＝0           (50)

$r^2=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2\}---\left(51\right)$

$C_x\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x\left({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x}\right)+C_y\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y\left({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x}\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\Σ}({{\mathrm{Si}}_x}^2+{{\mathrm{Si}}_y}^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})---\left(52\right)$

$C_x\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x\left({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y}\right)+C_y\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y\left({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y}\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\Σ}({{\mathrm{Si}}_x}^2+{{\mathrm{Si}}_y}^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_z})---\left(53\right)$

$\stackrel{\‾}{S_x}=\frac{1}{N}{\mathrm{Si}}_x---\left(54\right)$

$\stackrel{\‾}{S_y}=\frac{1}{N}{\mathrm{Si}}_y---\left(55\right)$

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_x\\ C_y\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}({{\mathrm{Si}}_x}^2+{{\mathrm{Si}}_y}^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}({{\mathrm{Si}}_x}^2+{{\mathrm{Si}}_y}^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\end{array}\right]---\left(56\right)$

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_x\\ C_y\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}({{\mathrm{Si}}_x}^2+{{\mathrm{Si}}_y}^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}({{\mathrm{Si}}_x}^2+{{\mathrm{Si}}_y}^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\end{array}\right]---\left(57\right)$

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\Σ}{{\mathrm{Si}}_x}^2-N{\stackrel{\‾}{S_x}}^2& \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x{\mathrm{Si}}_y-N\stackrel{\‾}{S_x{S}_y}\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x{\mathrm{Si}}_y-N\stackrel{\‾}{S_x{S}_y}& \mathrm{\Σ}{{\mathrm{Si}}_y}^2-N{\stackrel{\‾}{S_y}}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_x\\ C_y\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}({{\mathrm{Si}}_x}^2+{{\mathrm{Si}}_y}^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}({{\mathrm{Si}}_x}^2+{{\mathrm{Si}}_y}^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\end{array}\right]---\left(58\right)$

此外，当通过求解公式(56)、(57)或(58)中所示的联立线性方程估计一基准点C2时，增加所得到的数据块的数量，可消除使便携式设备201均匀朝向以便在所有方向上校准偏差值的必要，并且便携式设备101的方向可局限在大约180°到90°的范围内。用以下公式(59)代替公式(38)，可类似地应用本发明。

$r=\sqrt{\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2\}}---\left(59\right)$

在获取Sx、Sy、Sz数据时，上述实施例无条件地重复数据获取直到所获取的数据块的数量达到一预定值。但是，也可以计算每次获取Sx、Sy、Sz数据和这一次的上一次所获取的Sx、Sy、Sz数据之间的差，并且当该差值小于该预定值时丢弃所获取的Sx、Sy、Sz。

因此，即使在校准期间便携式设备的方向几乎不改变的这一情况继续下去，仍可防止计算出错误的偏差值而导致执行不合适的偏差校正。

图9示出当便携式设备的方向适当改变并且所有数据随时间改变时获取的Sx、Sy、Sz数据的示例。相反，图10示出当便携式设备的方向几乎不改变并且所有数据基本上保持恒定时获取的Sx、Sy、Sz数据的示例。

在图10所示的Sx、Sy、Sz数据的情况下，在图4中所示的偏差校准流程图中的步骤S15中，确定该Sx、Sy、Sz数据的最大值和最小值之间的差等于或小于一预定值，因此，过程不转到估计一基准点的步骤。

但是，当在获取Sx、Sy、Sz数据的同时便携式设备的方向仅改变很短时间时，Sx、Sy、Sz数据如图11中所示，并且该图中显示出值发生变化的部分。在此情况下，在步骤S15中，可能会判定该Sx、Sy、Sz值的最大值和最小值之间的差大于一预定值，并且过程会转到估计一基准点的步骤。因为计算了错误的偏差值，所以在估计基准点时会出现相当大的错误。

因此，通过计算每次获取的Sx、Sy、Sz数据和此次的上一次所获取的Sx、Sy、Sz数据之间的差，并且当该差值小于一预定值时丢弃所获取的Sx、Sy、Sz，可防止用不合适的Sx、Sy、Sz数据估计基准点，因为只要便携式设备的方向几乎不改变，则所获取的Sx、Sy、Sz数据就被丢弃。

可采用许多方法计算Sx、Sy、Sz数据的差并判定是否丢弃该数据，例如，计算每个Sx、Sy、Sz数据块的差，并且如果所有的差没有超过一预定值则丢弃该Sx、Sy、Sz数据，或计算Sx、Sy、Sz数据的各个差的平方和，并且当该结果不超过该预定值时丢弃该Sx、Sy、Sz数据。

工业应用

如上所述，根据本发明的实施例的方位角测量装置或根据本发明的实施例的方位角测量方法，可仅通过任意改变该便携式设备的朝向来计算相对于地磁检测装置的每个轴的输出的偏差信息，简化偏差校准工作，并且减小用户在进行偏差校准时的工作量。

Claims (20)

1.一种方位角测量装置，该装置包括：

用于检测地磁的具有2个或3个轴的地磁检测装置；

输出数据获取装置，该装置用于在地磁检测装置改变方向而同时两个轴的检测方向保持在一预定平面上时重复预定次或更多次地获取2-轴输出数据，或者在该地磁检测装置的方向在三维空间内改变时重复预定次或更多次地获取3-轴输出数据；

基准点估计装置，该装置用于使用一种统计技术在二维坐标系中估计一其坐标值对应于该2-轴输出数据的基准点的坐标，或者在三维坐标系中估计一其坐标值对应于该3-轴输出数据的基准点的坐标，从而使从由该输出数据获取装置获取的该2-轴或3-轴输出数据组中的每项数据到该基准点之间的距离尽可能相等；以及

偏差信息计算装置，该装置用于根据该基准点的坐标计算该地磁检测装置的输出数据的偏差信息。

2.根据权利要求1的方位角测量装置，其特征在于，所述基准点估计装置包括：

系数和常数项计算装置，该装置用于从所述2-轴或3-轴输出数据组计算联立线性方程的系数和常数项，该些方程的未知数是所述基准点的坐标；以及

联立线性方程分析装置，该装置用于通过对所述包含该些系数和常数项的联立线性方程求解来估计所述基准点的坐标。

3.根据权利要求1的方位角测量装置，其特征在于，所述地磁检测装置是一3-轴地磁检测装置，并且

当3-轴输出数据组中变化程度最小的轴的输出数据组的变化程度等于或小于一预定值时，所述基准点估计装置在一二维坐标系上从所述2-轴输出数据估计所述基准点的所述坐标，所述基准点的坐标值对应于通过从所述3-轴输出数据组中排除所述其变化程度最小的轴的输出数据组而生成的2-轴输出数据组的数据。

4.根据权利要求1的方位角测量装置，其特征在于，所述基准点估计装置包括：

第一差值计算装置，该装置用于计算所述2-轴或3-轴输出数据组的每个轴的输出数据组中的输出数据的最大值和最小值之间的差值；以及

第一差值判定装置，该装置用于判定由所述第一差值计算装置计算出的差值是否等于或大于一预定值，并且

只有当由所述第一差值计算装置计算出的差值等于或大于一预定值时，所述基准点估计装置才使用所述2-轴或3-轴输出数据组来估计所述基准点。

5.根据权利要求1的方位角测量装置，其特征在于，所述偏差信息计算装置包括：

变化量计算装置，其用于计算预定数量的最新由所述基准点估计装置计算出的基准点的变化量，并且

该偏差信息计算装置根据所述变化量计算装置的计算结果丢弃由所述基准点估计装置计算出的基准点。

6.根据权利要求5的方位角测量装置，其特征在于，所述变化量计算装置计算两个最新由所述基准点估计装置计算出的基准点之间的差值。

7.根据权利要求1的方位角测量装置，其特征在于，该方位角测量装置还包括：

第二变化量计算装置，其用于计算预定数量的最新由所述基准点估计装置计算出的基准点的变化量；以及

可接受性信息生成装置，其用于根据所述第二变化量计算装置的计算结果生成关于所述偏差信息的可接受性的可接受性信息。

8.根据权利要求7的方位角测量装置，其特征在于，所述可接受性信息生成装置将所述偏差信息的可接受性程度分成多个类，根据由所述第二变化量计算装置计算出的变化程度将所述偏差信息归入到所述类的一类中，并显示对应于该类的可接受性程度。

9.根据权利要求1的方位角测量装置，其特征在于，所述偏差信息计算装置包括：

用于计算所述输出数据组与所述基准点的距离的距离计算装置；以及

用于判定所述距离计算装置计算出的距离是否超过一预定范围的距离判定装置，并且

当由所述距离计算装置计算出的距离在一预定范围之外时所述偏差信息计算装置丢弃该输出数据组。

10.根据权利要求1的方位角测量装置，其特征在于，该测量装置还包括：

第二距离计算装置，该装置用于计算所述输出数据组与所述基准点之间的距离；以及

可靠性信息生成装置，该装置用于根据由所述第二距离计算装置计算出的距离生成关于方位角测量结果的可靠性的可靠性信息。

11.根据权利要求10的方位角测量装置，其特征在于，所述可靠性信息生成装置将所述方位角测量结果的可靠性程度分为多个类，将由所述第二距离计算装置计算出的距离与多个阈值相比较，将该距离归入该些类的一类中，并显示对应于该类的可靠性程度。

12.根据权利要求1的方位角测量装置，其特征在于，所述输出数据获取装置包括：

第三差值计算装置，其用于计算从所述地磁检测装置输出的输出数据和在此之前所述输出数据获取装置刚获取的或者所述地磁检测装置刚输出的预定数量的输出数据块之间的差值；以及

第三差值判定装置，其用于判定由所述第三差值计算装置计算出的差值是否小于一预定值，并且

当由所述第三差值计算装置计算出的差值小于该预定值时，所述输出数据获取装置不去获取而是丢弃从所述地磁检测装置输出的输出数据。

13.一种方位角测量方法，其包括：

改变两个轴的检测方向以便测量地磁而同时将这两个轴的检测方向保持在一预定平面上，或在三维空间内改变三个轴的检测方向的步骤；

当所述检测方向改变时获取该2-轴或3-轴输出数据以便测量地磁的步骤；

判定所述输出数据是否已被获取预定次或更多次的步骤；

使用一种统计技术在一二维坐标系中估计一其坐标值对应于所述2-轴输出数据的基准点的坐标或在一三维坐标系中估计一其坐标值对应于所述3-轴输出数据的基准点的坐标，从而使从该被获取的2-轴或3-轴输出数据中的每项数据到该基准点之间的距离的尽可能相等的步骤；以及

根据所述估计的基准点的坐标计算所述2-轴或3-轴输出数据的偏差值的步骤。

14.根据权利要求13的方位角测量方法，其特征在于，所述估计基准点的坐标的步骤包括：

从所述2-轴和3-轴输出数据组计算联立线性方程的系数和常数项的步骤，该些方程的未知数是所述基准点的坐标；以及

对所述包含所述系数和常数项的联立线性方程求解并估计所述基准点的坐标的步骤。

15.根据权利要求13的方位角测量方法，其特征在于，所述改变检测方向的步骤将改变在一三维空间内的三个轴的检测方向，并且

所述估计所述基准点的坐标的步骤包括：

计算所述3-轴输出数据组的每个轴的数据输出组的输出数据的变化程度，并得到变化程度最小的轴和所述变化程度的最小值的步骤，

判定所述变化程度的最小值是否等于或小于一预定值的步骤，以及

以下这一步骤，即当所述变化程度的最小值等于或小于该预定值时在一二维坐标系中从所述2-轴输出数据估计一基准点的坐标，该基准点的坐标值对应于该2-轴输出数据组的2-轴输出数据，其中从所述3-轴输出数据组中排除变化程度最小的轴的输出数据组而得到该2-轴输出数据组。

16.根据权利要求13的方位角测量方法，其特征在于，所述测量基准点的坐标的步骤包括：

计算所述输出数据组的每个轴的输出数据组的输出数据之间的最大值和最小值之间的差的步骤，

判定所述最大值和最小值之间的差是否等于或大于一预定值的步骤，以及

当所述最大值和最小值之间的差等于或大于一预定值时估计所述基准点的坐标的步骤。

17.根据权利要求13的方位角测量方法，其特征在于，计算所述2-轴或3-轴输出数据的偏差值的步骤包括：

计算在所述估计基准点的坐标的步骤中最新计算出的预定数量的基准点的变化量的步骤；以及

根据所述变化量的计算结果丢弃在所述估计基准点的坐标的步骤中计算出的基准点。

18.根据权利要求13的方位角测量方法，其特征在于，该方法还包括：

计算预定数量的所述最新估计的基准点的坐标的变化量的步骤；以及

根据所述变化量的计算结果生成关于在所述计算偏差值的步骤中计算出的偏差值的可接受性的可接受性信息的步骤。

19.根据权利要求13的方位角测量方法，其特征在于，该计算所述2-轴或3-轴输出数据的偏差值的步骤包括：

计算所述输出数据组与所述基准点的距离的步骤；

判定所述输出数据组与所述基准点的距离是否超过一预定范围的步骤；以及

当所述输出数据组与所述基准点的距离在该预定范围之外时丢弃该输出数据组的步骤。

20.根据权利要求13的方位角测量方法，其特征在于，该方法还包括：

计算所述输出数据组与所述基准点的距离的步骤；以及

根据所述距离计算结果生成关于方位角测量结果的可靠性的可靠性信息的步骤。

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