CN102298076B - 校准三轴加速度计的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种校准三轴加速度计的方法及其装置。其中，该方法及其装置是基于当加速度计是静态时获取的测量数据，也就是，仅感应地球重力加速度，估算三轴(X，Y，Z)加速度计的Z轴偏差、Z轴偏差累积以及X、Y和Z轴误差源。该方法及其装置获取理想的三轴加速度计的动态误差估算，从而使得由三轴加速度计提供的测量保持无误差。

Description

校准三轴加速度计的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种三轴加速度计的校准方法及其装置。

背景技术

微机电系统(MEMS)加速度计的低成本和小尺寸的利用，随着它们在智能手机和其他手持或移动装置中的使用，已经产生了大量新商业应用。与其他类型的MEMS加速度计技术相比，基于测量由于加速度实施而引起对流传热内部改变原则的热感应MEMS加速度计，对于消费类产品应用具有更好的优点，包括低成本制造制程，高可靠性以及良好的抗冲击性能或是碰撞性能。热感应MEMS三轴加速度计通常使用2D(2维)感应结构来达成3轴加速度测量。如已知的，X和Y轴加速度测量能够通过他们对不同信号的机械化拦截来精确达成。近来在热感应MEMS加速度计设计和制造上的进步，进一步改善了X和Y轴测量的偏差(零点补偿)稳定性，经得起时间和温度。

然而Z轴偏差的稳定性，仍是业界的一个挑战。通常，Z轴信号，是通过观测不同时间X和Y轴感应的温度不同在结构外获得，在三轴加速度感应操作中是非常微弱的并且是间接信号。作为结果，Z轴测量相对于X和Y轴的那些测量在温度上具有巨大显著的偏差累积。

为了能在可满足消费类产品应用中处于关键地位的“低成本哲学”的价格上，提供精准的三轴加速度计，业界急需一种用于校准全部轴测量的低成本方案，特别是热感应MEMS三轴加速度计的Z轴。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有三轴加速度计装置在信号测量上具有偏差，导致测量不准确，本发明旨在提供一种校准三轴加速度计的方法，其在正常的三轴加速度计操作过程中，通过使用在当使用装置是“静态”时，也就是，不移动或者未有加速度，所获取的加速度数据，来获得装置在温度和时间范围上的误差估计。在这些静态条件期间三轴加速度计仅能感应地球的重力加速度。三个用于误差源的估计步骤会被实施并使用在这些静态条件期间累积的X，Y和Z轴加速度测量数据从而使得三轴加速度计包括Z轴偏差的误差源能够被估计和补偿。

为了解决上述技术问题，本发明所提出的技术方案是：一种校准三轴加速度计的方法，包括：

接收一组对应当前时间期的包括三正交轴(X，Y，Z)加速度测量数据；

根据包括源自之前时间期和当前时间期的测量的三轴加速度计的加速度测量数据来确定三轴加速度计是否处于静态条件；以及

若三轴加速度计处于静态条件是确定的：

实施以下三个步骤中的至少一个：

确定三轴加速度计的斜度角以及若斜度角小于预设斜度角阀值则计算Z轴偏差值作为加速度测量数据组的函数变量；

计算Z轴偏差累积值，作为在加速度计保持静态条件时取得的3组或以上数量加速度测量数据的函数变量，其中接收的3组或以上数量加速度测量数据对应当前时间期和随后的时间期；以及

存储加速度测量数据组到数据库并将X、Y、Z轴中的至少一个计算误差源值作为在三轴加速度计处于静态条件期间存贮在数据库中的3组或以上数量加速度测量数据的函数变量。

进一步的，在不同实施方式中，其中确定三轴加速度计是否处于静态条件包括以下至少一个：

使用至少一组三轴加速度测量数据探测静态条件；

使用至少一组三轴加速度测量数据与外部信息一起探测静态条件；以及

通过从外部资源接收静态条件的指示探测静态条件。

进一步的，在不同实施方式中，其中计算Z轴偏差值进一步包括：

确定斜度角作为加速度测量数据组的函数变量；以及

计算Z轴偏差值作为用于确定斜度角小于预设斜度角阀值的加速度测量数据组的函数变量。

进一步的，在不同实施方式中，其中在加速度计处于静态条件期间定义第一时间窗以及其中计算Z轴偏差累积值包括：

确定在第一时间窗内的第一时间点取得的与第一组加速度测量数据关联的第一总加速度向量的第一量值；

确定在第一时间窗内的第一时间点之后的第二时间点取得的与第二组加速度测量数据关联的第二总加速度向量的第二量值；

确定第一和第二量值间的差值，以及计算Z轴偏差累积作为确定差值的函数变量。

进一步的，在不同实施方式中，其中第一时间点表示第一时间窗的开始。

进一步的，在不同实施方式中，其中计算Z轴偏差值包括：

计算斜度角和滚动角作为加速度测量数据组中的X和Y轴加速度测量数据的函数变量；以及

计算Z轴偏差值作为计算出的斜度角、滚动角和地球已知重力加速度向量的函数变量。

进一步的，在不同实施方式中，其中为X、Y、Z轴中的至少一个计算误差源值包括：

取回3组或以上数量存储的XYZ加速度测量数据；以及

为X、Y、Z轴中的至少一个计算各自的误差源值作为取回的3组或以上数量存储的加速度测量数据的函数变量。

进一步的，在不同实施方式中，其中存储3组或以上数量加速度测量数据进一步包括：

存储每组XYZ轴加速度测量数据及其相应的包括时间数据、温度数据和空间数据中的至少一个数据。

进一步的，在不同实施方式中，其中取回存储的3组或以上数量数据进一步包括：

选择一组数据取回若其符合时间标准、温度标准和空间标准中的至少一个。

进一步的，在不同实施方式中，其中计算出的误差源值包括Z轴偏差值。

进一步的，在不同实施方式中，其中经过给定时间，Z轴偏差和Z轴偏差累积值比误差源值的计算频率高。

进一步的，本发明的又一个方面，还提供了一种用于校准三轴加速度计的装置，其包括有校准组件，其中该校准组件可操作实施本发明涉及的用于校准三轴加速度计的方法。

进一步的，本发明的又一个方面，还提供了一种计算机软件产品，其包括存储有计算机程序指令的计算机可读媒介，其指令，当被计算机读取时，使得计算机可执行本发明涉及的用于校准三轴加速度计的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明涉及的用于校准三轴加速度计的方法及其装置，可对三轴加速度计的各轴测量进行有效的误差补偿和估算，提高了其测量的准确性、可靠性。

附图说明

本发明的至少一个实施例的不同方面在以下结合相应的附图被揭示。能够理解为了说明的简化和清晰，图示中的元件并无必要被精确或按比例画出。例如，一些元件的尺寸相对其它元件会被放大以清楚表示或者一些物理组件会被包括在一个功能模块或元件中，进一步的，其中考虑到合适，参考标号会在附图中重复以指示相应的或类似元件。为了清晰的目的，然而，并不是每一个图示中的每一个元件都会标号。这些图示的目的是为了说明和解释而不是用于限定本发明的范围。图示中：

图1A，1B和1C表现了相对于三轴加速度计和其承载器的标准等同体系(B)和当地水平体系(L)系统。

图2A和2B是本发明的一个实施例中的功能模块图；

图3是根据本发明的一个实施例的方法的流程图；

图4图3中的方法的步骤相对发生的时间表；

图5是表现了图3方法的子步骤的流程图，根据本发明的一个实施例；

图6是表现了图3方法的子步骤的流程图，根据本发明的又一个实施例；和

图7是表现了图3方法的子步骤的流程图，根据本发明的又一个实施例。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

于2010年4月27日申请的，美国临时专利申请第61/328,330号“用于自动校准一三轴加速度计的方法”，在这里通过引用的方式将其全部并入并适用全部目的。

本发明的实施例提供了一种，在不需知道其承载器精确方向情况下，用于自动测量然后去除，或者解决三轴加速度计的Z轴偏差的可使用的并且可靠的方案。这种用于三轴加速度计的校准机械化可适用于多种手持和陆上应用，例如，在车辆上，其中旋转和线性运动并不经常出现。

在三轴加速度计中，三个加速度测量是一个所谓的“具体力”或总加速度向量的三个组件。众多的静态条件期，在此期间加速度计的承载器处于休息或未加速，是会发生在三轴加速度计在很多应用中的正常操作期间，例如智能手机和汽车或是车载应用。这些静态条件期，其中三轴加速度计仅能感应地球的重力加速度，这是能够被探测或识别的。而地球重力加速度是已知的并能通过实时数据处理成为一个在时间和温度上来估算三轴加速度计误差源的有用的参考，如将要在以下描述的。

有利的，本发明的实施例提供了一种既不需要精确机械平台也不需要耐热试验(oven test)的校准方案。如已知，在装置的耐热试验中，例如，加速度计传感器，传感器被放置在具有可控温度分布的烤炉的封闭室内。耐热试验确定温度，尤其是热量，对传感器的影响并能评估在传感器上实施的温度补偿方案的效果。

为了更好的理解本发明的实施例，请参考图1A～1C其中标准等同体系(B)和当地水平体系(L)，如在电子设备中已知，是相对于承载器10和一个依附于，或是配接在，承载器10上的三轴加速度计12使用的。本领域普通技术人员能够理解三轴加速度计12可包括三个单独的相互正交定位的加速度计。承载器10的主体轴线(B)被定义为等同体系(B)的正X^B轴线通过承载器的向前方向，如箭头F所示，正Y^B轴线通过向右的方向，如图中所示，以及正Z^B轴线向下指向以完成右手三轴结构。三轴加速度计的XYZ三轴可与装置的主体等同体系或是恒定偏差对齐，例如，补偿，其对于此处描述的本发明的实施例没有教示效用。图1A～1C显示了等同体系和当地水平体系之间的关系。当地水平体系是数学定义使得滚动角Ф和斜度角θ也被定义。当地水平体系(L)定义如下：等同体系(B)的X轴线X^B向当地水平面投射作为当地水平体系(L)的X轴线X^L；当地水平面的Y轴Y^L垂直于X轴X^L；以及当地水平面的Z轴Z^L向下。

如图2A所示，通常的，用于校准的系统200，也就是，补偿根据本发明的一个实施例中的三轴加速度计的误差，包括输出“原始”或是未补偿或是其他未修正XYZ信号的三轴加速度计12。加速度计接口202，在下面详细描述，接收原始XYZ信号并发出相应信号给补偿电路或模组203，也在下面详细描述。

因此，在进一步的说明中，如图2B所示，补偿模组203包括CPU(中央处理单元)204，只读存储器(ROM)装置206，随机存储器(RAM)装置208，以及I/O装置210和总线212。如图所示，这些装置通过总线212相互通信。这些装置通过总线通信的协议可以是已知的多种协议中的任意一种。进一步的，尽管只显示了一个总线，本领域一般技术人员能理解可实施多个总线其中仅特定装置会使用一个单独的总线与其他装置通信以及一些装置可不与其他装置使用同一总线。

加速度计接口202操作转化接收到的源自三轴加速度计12的信号，并且可包括模拟信号处理组件例如模拟数字转化器，信号滤波器，等等。尽管在图2B中单独显示，补偿模组203、接口202和加速度计12可在一个仅具有用于与总线212相连的外部接口的单一装置内实施。可替换的，这些组件在单一封装体内的任意组合或子组合是可被提供的。在一个实施例中，一个包括接口202和补偿模组203的装置能被提供在一个单一封装体中以提供这里描述的补偿特征给一个已知的三轴加速度计，也就是，一个对已存在装置的“加装”。接口装置202可作为ASIC(专用集成电路)装置实施。ROM装置206存储多种软件或是由CPU204执行的固件程序来实施这里描述的功能而RAM装置208是用于临时存储CPU204或其他装置使用的数据。本领域一般技术人员能理解这些组件的功能以及进一步的详细说明对于理解这里描述的本发明的实施例并无必要。在进一步的，能够理解其他组件可能会在其他商品装置中被发现来提供其他功能，例如，供电，电话，指南针，网络浏览，等等，由于清晰的原因未在此处显示。

现在参阅图3，根据本发明的一个实施例的方法300通过排序若干误差估计步骤校准三轴加速度计。本发明的实施例发现在装置的正常操作期间发生的若干静态条件期间的若干误差源超过预计，也就是，正常的，时间和温度范围。

在步骤302中，获得每个轴X，Y，Z的“原始”或是未修正的加速度测量数据流。能够理解加速度测量数据，也就是，一组源自多轴装置(具有数字输出或是源自模拟输出通过模拟数字转换器转换的数字输出)加速度测量数据是时间离散数据，a_i，其中i＝0，1，2，3....之间的时间间隔，有时也指取样时间窗或时间单元或期间，可以是相等的或是改变的。注意承载器的静态条件持续时间可持续若干连续的时间单元。

原始测量流在步骤303中修正，也就是，使用根据以下描述的本发明的一个或多个实施例计算出的包括Z轴偏差和Z轴偏差累积值的误差估算来调整以输出补偿的XYZ加速度信号。补偿的XYZ加速度信号是被监控的，步骤304，对于静态条件期间的发生或是通过监控在预定长度的时间窗内的XYZ加速度测量数据流的改变或是其他指示器，其中X，Y和Z表示三轴加速度计的三个感应轴(与或不与源自其他传感器的信息结合)。例如，在许多应用中，三轴加速度计与其他类型的传感器或装置一起使用，例如当在一个无线电话也就是“智能”电话中实施时。这些其他装置可提供可靠的静态条件的指示。

承载器处于静态的指示也能通过接收源自外部资源例如车辆的引擎/传动系统的静态指示器信号来探测，其中，例如，引擎处于空转，传动装置处于“停放”，里程表可能会未记录任何读数，等等。进一步的，在很多智能电话中的用户界面会指示静态或静态条件；或者通过结合其他传感器的数据，例如陀螺仪和GPS(全球定位系统)或是GNSS(全球导航卫星系统)接收器。

如上，每组加速度测量是时间离散信号。需要注意的是，在一些本发明的实施例中，用于校准方法的加速度测量数据可能会作为连续离散信号流被提供但却在常规时间表中取样，例如每隔P信号或是每隔A秒，或是作为操作状态功能如，例如，若装置处于运动然后步骤304中的测量会每隔B秒或是D信号进行来确定是否是静态条件。在进一步的，测量取样的频率可能会取决于运动类型，例如，若全部的运动显示仅向一个方向然后每隔C秒或每隔S信号测量。更进一步的，系统可能会在“中断”的偏差上运行其中静态条件操作期间的异步显示会引发或开始方法。这些相互关联的间隔A，B和C或是P，D，S的设置是设计选择并可基于计算时间限制和电量使用的因素。

若承载器处于静态条件是确定的，在步骤304，三个“功能上的”独立的但却补偿的路径被实施或是被相互并行启动。这些是指：

1)Z轴偏差估算，在步骤306开始

2)Z轴偏差累积估算，在步骤310开始；以及

3)X，Y，Z轴误差源估算，在步骤312开始。

全部这些将在以下详细描述。

考虑Z轴偏差估算，控制到达步骤306使用X轴加速度测量来计算斜度角θ。若，在步骤306，确定计算出的斜度角小于预设斜度阀值，例如，20度加减预定误差，控制到达步骤308计算如下描述的Z轴偏差值。如果，然而，斜度角大于预设斜度阀值，这个Z轴偏差估算会被终止同时不在这个静态条件期间进行新的Z轴偏差估算。

对于Z轴偏差累积估算，在步骤310开始，计算Z轴偏差累积值，如果承载器保持静态，则XYZ测量在随后的静态条件期间会继续被接收。在此步骤310，在探测到的静态条件期间的最初或是开始时的初始XYZ加速度测量数据的总加速度向量相应的初始量会与由当前XYZ加速度测量数据形成的当前总加速度向量的量比较。有利的是，当承载器在一个较长时期处于静态时，在步骤310计算出的Z轴偏差累积值会抑制Z轴偏差的累积。

Z轴偏差值以及偏差累积值会反馈给补偿步骤303并用于提供补偿XYZ加速度测量来去除测量中的误差。

X，Y，Z轴的误差源估算开始于XYZ加速度测量并与单独的时间、温度和空间数据被存储于数据库，步骤312。在步骤314，这些符合对于时间和/或温度和/或空间分布预设标准的XYZ加速度测量数据组在步骤316中使用来计算X，Y和Z轴传感器的误差源。这些误差源，包括偏差(补偿)和比例因素(敏感性)误差，通过匹配在步骤314中收集到的，已在之前探测到的静态条件期间在考虑地球重力加速度向量下计算出的XYZ加速度测量数据组来计算。数据库可用来存储若干组XYZ加速度测量数据。进一步的，数据库，虽未明确显示，是可在或是ROM装置或是RAM装置中实施。

计算出的误差源值也会被反馈，步骤318，给误差补偿步骤303来改进XYZ加速度测量的精确性。

在一个实施例中，数据库中在步骤312中获得的存储时间久的数据组当其存储时间超过预设值时会被移除。可替换的，数据库可仅能存储预定数量的数据组，类似于FIFO缓冲器，其中当缓冲器满的时候最当前的数据组会将之前的数据组“挤出”。若存储空间不是间题，那么全部XYZ轴测量可被存储然后“静态”测量会被确定并作为步骤314的部分操作被取回。在这种情况下，步骤304中实施的“静态”的定义与步骤314相比可能会改变的不同。

参阅图4，以上涉及的三个估算线可独立触发并能自动组织在一起作为背景程序，除去三轴加速度计的误差。对于一个特定的三轴加速度计，一个或两个或三个估算线会被使用，基于计算负载和三轴加速度计的若干期望被消除和补偿的误差源间的折中。由于在步骤316中需要若干静态期测量来计算三轴误差源，Z轴偏差和偏差累积计算，步骤308和310，比误差源计算实施频率高。Z轴偏差和累积的估算的精确分别增加，同样X和Y轴误差源也被精确校准。步骤316中的误差源的确定提供了自动化估算包括了偏差和比例因素误差的三轴误差源，其进而改进了偏差和偏差累积估算的精确度。有利的，这些操作是基于当承载器是静态时的三轴加速度计无误差测量出的输出匹配地球重力加速度向量的原则。对于步骤308和310中描述的操作是用作“飞轮”功能，其因此维持三轴偏差和测量的稳定。

有利的，如在步骤308的实施中，滚动角能被计算，或是估计，使用适度降级的Y轴加速度测量，也就是，当承载器斜度角较小且承载器是静态时。承载器的低斜度角方向的静态条件期的探测在Z轴感应完整性监控上提供了可观的杠杆作用，因为若滚动角和斜度角是精确确定的，Z轴测量能被精确计算。通过全部承载器方向的Z轴精确性利于在低斜度角方向的Z轴偏差估算。

现在参阅图5，在又一个实施例中，步骤308包括方法500，其中，在步骤502，滚动角和斜度角值通过使用如下描述的X和Y轴的加速度测量来计算。在步骤504，转换矩阵是由从水平体系到等同体系形成的。在步骤506，在等同体系中表示的X，Y和Z轴的加速度测量是通过转换水平体系中的地球重力加速度向量经由从水平体系到等同体系的计算转换矩阵进入到等同体系来计算。在步骤508中，Z轴偏差通过比较测量出的Z轴加速度和计算出的Z轴加速度来计算。

步骤502中计算出的斜度角和滚动角是通过X和Y轴加速度测量来计算的。转换矩阵是由步骤504中从水平体系到等同体系形成并是通过使用计算出的斜度角和滚动角来计算的。然后，Z轴偏差能被估算，步骤508，如下：

$\mathrm{\φ}=a\sin \left(a_y^b\right)---\left(1\right)$

$\mathrm{\θ}=-a\sin \left(a_x^b\right)---\left(2\right)$

$C_L^B=\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& 0& -\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\θ}\right)*\sin \left(\mathrm{\φ}\right)& \cos \left(\mathrm{\φ}\right)& +\cos \left(\mathrm{\θ}\right)*\sin \left(\mathrm{\φ}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\θ}\right)*\cos \left(\mathrm{\φ}\right)& -\sin \left(\mathrm{\φ}\right)& \cos \left(\mathrm{\θ}\right)*\cos \left(\mathrm{\φ}\right)\end{array}\right]---\left(3\right)$

$\left[\begin{array}{c}{\hat{a}}_x^b\\ {\hat{a}}_y^b\\ {\hat{a}}_z^b\end{array}\right]=C_L^B*\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ g\end{array}\right]---\left(4\right)$

${\widehat{\mathrm{\Δ}}}_{\mathrm{az}}^b=a_z^b-{\hat{a}}_z^b---\left(5\right)$

其中， $a_x^b,a_y^b$ 和

Ф＝滚动角

θ＝斜度角

g＝重力；

是估算的Z轴偏差。

为平滑噪音，估算出的Z轴偏差或是测量出的X，Y，和Z轴加速度测量能通过低通过滤波器过滤，步骤510，512。在一个实施例中，低通过滤波器操作是使用软件中的已知算法数字式实施。

现在参阅图6，又一个实施例的步骤310包括方法600，其中使用在探测出的静态条件开始时的XYZ加速度测量计算总加速度向量的初始量是在步骤602。使用当前XYZ加速度测量计算总加速度向量的当前量是在步骤604，只要承载器保持静态。总加速度向量的当前量和初始量(也就是，在静态条件期的开始)间的差值，是在步骤606计算。Z轴偏差累积值的计算是使用总加速度向量的初始量和当前量间的差值在步骤608中进行。

步骤608的又一个实施例能通过直接解答以下方程来实施或是通过滤波器来估算，例如扩展的Kalman滤波器和最小二乘滤波器：

$M_0=\sqrt{{\left(a_{x0}^b\right)}^2+{\left(a_{y0}^b\right)}^2+{\left(a_{z0}^b\right)}^2}---\left(6\right)$

$M=\sqrt{{\left(a_x^b\right)}^2+{\left(a_y^b\right)}^2+{\left(a_z^b\right)}^2}---\left(7\right)$

$z=M-M_0=\sqrt{{\left(a_{x0}^b\right)}^2+{\left(a_{y0}^b\right)}^2+{(a_{z0}^b+D_{\mathrm{az}}^b)}^2}-M_0---\left(8\right)$

其中， $a_{x0}^b,a_{y0}^b$ 和

$a_x^b,a_y^b$ 和

M₀＝总加速度向量的初始量；

M＝总加速度向量的当前量；

Z＝总加速度向量当前量和初始量间的差值；以及

参阅图7，步骤316的又一个实施例包括方法700，其中在步骤702，数据库的维持是有时间期限的，其中源自探测出的静态条件期的XYZ轴加速度测量数据组是被累积的，使用相应的XYZ加速度测量数据组的时间标签，以保证XYZ加速度测量数据组的时间标签是在预定时期内。进一步的，在步骤704，数据库中的数据组维持在一个温度范围内，使用相应的XYZ轴加速度测量数据组的温度标签，以保证加速度测量数据组是在当装置处于预设温度范围内操作时提取的。如已知，环境温度可能影响热感应MEMS加速度计的加速度测量的精确性或是有效性。在步骤706，X，Y和Z轴的误差源的估算包括偏差和比例因素误差，通过匹配若干组XYZ轴加速度测量，其在之前探测到的静态条件期被累积，结合地球重力加速度向量。XYZ轴加速度测量数据组的空间分布也许需要符合预设条件，例如，XYZ轴加速度测量数据组可能必须显示在三维直角坐标系的全部45度角处。

全部三轴误差源的估算包括偏差和比例因素误差。步骤702和704是用于建立一个适当的数据组，使得XYZ轴误差源的估算是在同一当前时间点或时期。若没有温度标签可用步骤704是可选的。

步骤706中的匹配程序能在两个情况下实施：

1)若三轴装置在静态条件期的方向是精确已知的，重力加速度向量能被精确投射到三感应轴上并且重力加速度向量的组件匹配是使用的；以及

2)若三轴装置在静态条件期的方向不是精确已知的，重力加速度向量不能被精确投射到三感应轴上并且重力加速度向量的量匹配是使用的。

步骤706能为特定类型的三轴加速度计修改。对于大多数MEMS三轴加速度计，主导误差是比例因素误差，偏差，交叉轴和不对准误差。步骤706能用以下公式表示：

$\left[\begin{array}{c}{a}_{\mathrm{xc}}^b\\ a_{\mathrm{yc}}^b\\ a_{\mathrm{zc}}^b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{xx}}& 1/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{xy}}& 1/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{xz}}\\ 1/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{yx}}& 1/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{yy}}& {1/\mathrm{SF}}_{\mathrm{yz}}\\ 1/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{zx}}& 1/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{zy}}& 1/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{a}_x^b-b_{\mathrm{ax}}\\ a_y^b-b_{\mathrm{ay}}\\ a_z^b-b_{\mathrm{ay}}\end{array}\right]---\left(9\right)$

其中，b_ax，b_ay，b_az＝XYZ轴的偏差；

SF_xx，SF_yy，SF_zz＝比例因素；

SF_xy，SF_xz，SF_yx，SF_yz，SF_zx，SF_zy＝不对准条件；以及

$a_{\mathrm{xc}}^b,a_{\mathrm{yc}}^b$ 和

若三轴加速度计在每一个静态条件期的方向是精确已知的，以上的12个参数(SF_XX，SF_XY，SF_XZ，SF_YX，SF_YY，SF_YZ，SF_ZX，SF_ZY，SF_ZZ，b_ax，b_ay，b_az)能通过最小二乘滤波器或是Kalman滤波器从不同静态条件下的12组独立XYZ轴测量来解决，因为公式(9)中的

和在此条件下是精确已知的。

若三轴加速度计在每个静态条件期的方向是已知的，以上的12个参数能通过最小二乘滤波器或是Kalman滤波器从不同静态条件下的XYZ轴测量来解决，使用如下限制：

${\left(a_{\mathrm{xc}}^b\right)}^2+{\left(a_{\mathrm{xc}}^b\right)}^2+{\left(a_{\mathrm{xc}}^b\right)}^2=g^2---\left(10\right)$

其中，g＝地球重力加速度向量的量。

若不对准能够被忽略或是已知并且偏差和比例因素误差主要是在自动校准中关注，公式(10)变为：

${((a_x^b-b_{\mathrm{ax}})/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{xx}})}^2+{((a_y^b-b_{\mathrm{ay}})/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{yy}})}^2+{((a_z^b-b_{\mathrm{az}})/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{zz}})}^2=g^2---\left(11\right)$

对于热感应MEMS三轴加速度计，若Z轴偏差累积是主要关注点，则公式(10)变为：

${\left(a_x^b\right)}^2+{\left(a_x^b\right)}^2+{(a_z^b-b_{\mathrm{az}})}^2=g^2---\left(12\right)$

本领域一般技术人员应理解尽管以上描述的实施例是相对于地球重力的，但是这些实施例能够被修改以适应除了地球以外的天体的引力加速度，若此系统是有此用途的。这样的应用和使用是在这里描述的发明的范围内。

进一步的，描述的本发明的实施例是包括确定具体值。能够理解这些确定可能是通过计算或是计算步骤完成以及，因此，确定和计算或是确定过程和计算过程，这里使用的，是表示相同的意义。

以上描述的本发明的实施例可能全是在硬件，或是硬件和软件的组合上实施，包括支持特定硬件的存储为固件形式的程序代码。以上描述的实施例中的软件实施可能包括一系列的计算机指令，其或是安装在实体媒介上，例如计算机可读媒介，例如，磁盘，CD-ROM，ROM，或是硬盘或是可以载波的形式传送到计算机系统，通过调制解调器或其他接口装置。媒介可以是实体媒介，包括但不限于光学或模拟通讯线路，或是通过无线技术实施，包括但不限于，无线电，微波，红外线或是其他传输技术。包含在实体媒介或是载波中的连续的计算机指令体现了全部或部分这里前述的功能相对于本发明的实施例。那些本领域一般技术人员能理解这样的计算机指令能用适用于不同计算机架构或是操作系统的不同的程序语言写出并能以机器执行格式存在。这样的计算机程序产品可以使用相应的印刷或是电子文件以可移动媒介分发也是可以预见的，例如，包装软件，预载的计算机系统，例如，在系统的ROM或是硬盘上，或是从服务器上通过网络发布，例如因特网或是互联网。

尽管不同的举例性的本发明的实施例已被揭示，但是对本领域技术人员而言，一些在不背离本发明精神而做出的可达成一些优点的改变或是修改，是显而易见的。对本领域理性技术人员而言，实现相同功能的其它组件的适当替换，也是显而易见。进一步的，本发明的方法能或是全由软件实现，例如，使用适当的处理器指令，或是利用硬件逻辑和软件逻辑的组合混合实施以达成相同结果。这种替换，修改，以及改进会被视为此揭示书的部分并且视为在本发明的范围内。相应的，之前的描述和图示仅作为示例，以及本发明的范围是由附录的权利要求的适当解释以及其等同来确定。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (11)

1.一种校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其包括有以下步骤：

接收一组对应当前时间期的包括三正交轴（X,Y，Z）加速度测量数据；

根据包括源自之前时间期和当前时间期的测量出的三轴加速度计的加速度测量数据来确定三轴加速度计是否处于静态条件；以及

若三轴加速度计处于静态条件是确定的：

实施以下三个步骤中的至少一个：

确定三轴加速度计的斜度角以及若斜度角小于预设斜度角阀值则计算Z轴偏差值作为加速度测量数据组的函数变量；

计算Z轴偏差累积值，作为在加速度计保持静态条件时取得的3组或以上数量加速度测量数据的函数变量，其中接收的3组或以上数量加速度测量数据对应当前时间期和随后的时间期；以及

存储加速度测量数据组到数据库并将X、Y、Z轴中的至少一个计算误差源值作为在三轴加速度计处于静态条件期间存贮在数据库中的3组或以上数量加速度测量数据的函数变量。

2.如权利要求1所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中确定三轴加速度计是否处于静态条件包括以下至少一个：

使用至少一组三轴加速度测量数据探测静态条件；

使用至少一组三轴加速度测量数据与外部信息一起探测静态条件；以及

通过从外部资源接收静态条件的指示探测静态条件。

3.如权利要求1所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中计算Z轴偏差值进一步包括：

确定斜度角作为加速度测量数据组的函数变量；以及

计算Z轴偏差值作为用于确定斜度角小于预设斜度角阀值的加速度测量数据组的函数变量。

4.如权利要求1所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中在加速度计处于静态条件期间定义第一时间窗以及其中计算Z轴偏差累积值包括：

确定在第一时间窗内的第一时间点取得的与第一组加速度测量数据关联的第一总加速度向量的第一量值；

确定在第一时间窗内的第一时间点之后的第二时间点取得的与第二组加速度测量数据关联的第二总加速度向量的第二量值；

确定第一和第二量值间的差值，以及

计算Z轴偏差累积值作为确定差值的函数变量。

5.如权利要求4所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中第一时间点表示第一时间窗的开始。

6.如权利要求1所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中计算Z轴偏差值包括：

计算斜度角和滚动角作为加速度测量数据组中的X和Y轴加速度测量数据的函数变量；以及

计算Z轴偏差值作为计算出的斜度角、滚动角和地球已知重力加速度向量的函数变量。

7.如权利要求1所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中为X,Y，Z轴中的至少一个计算误差源值包括：

取回3组或以上数量存储的XYZ加速度测量数据；以及

为X,Y，Z轴中的至少一个计算各自的误差源值作为取回的3组或以上数量存储的加速度测量数据的函数变量。

8.如权利要求1所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中存储3组或以上数量加速度测量数据进一步包括：

存储每组XYZ轴加速度测量数据及其相应的包括时间数据、温度数据和空间数据中的至少一个数据。

9.如权利要求8所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中取回存储的3组或以上数量数据进一步包括：

选择一组数据取回若其符合时间标准、温度标准和空间标准中的至少一个。

10.如权利要求1所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中计算出的误差源值包括Z轴偏差值。

11.如权利要求1所述的校准三轴加速度计的方法，其特征在于：其中经过给定时间，Z轴偏差和Z轴偏差累积值比误差源值的计算频率高。

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