CN103941309B

CN103941309B - 地磁传感器校准设备及其方法

Info

Publication number: CN103941309B
Application number: CN201410023883.8A
Authority: CN
Inventors: 崔恩硕; 俞浩濬; 崔相彦
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: CN103941309A; KR20140093111A; US20140200841A1; US9645202B2; KR102029823B1

Abstract

公开了一种地磁传感器校准设备及其方法。一种地磁传感器校准设备，包括：地磁传感器，测量地磁场中的至少一个值；初始值估计器，通过使用第一线性函数估计关于地磁场的所述至少一个值的第一中心点；中心点估计器，通过使用第二线性函数和估计的第一中心点估计第二中心点；控制器；基于估计的第一中心点确定地磁传感器的校准是否为必要的，并且基于校准是否为必要来控制中心点估计器估计第二中心点。

Description

地磁传感器校准设备及其方法

本申请要求于2013年01月17日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0005503号韩国专利申请的优先权，其公开通过引用完整地包含于此。

技术领域

与示例性实施例一致的设备和方法涉及一种测量地磁场的幅度和方向的地磁传感器，更具体地讲，涉及一种校正地磁传感器的误差的地磁传感器校准设备和方法。

背景技术

随着电子技术的发展，已开发和提供了各种类型的电子装置，包括具有全球定位系统(GPS)功能和指南针功能的装置。为了执行这些功能，需要计算方位角的过程。陀螺仪传感器或地磁传感器广泛用于计算方位角。例如，陀螺仪传感器和地磁传感器被安装在诸如智能电话或平板个人电脑(PC)的电子装置上，并执行包括感测用户运动和估计装置的方向的各种服务或功能。

陀螺仪传感器通过计算科里奥利力(Coriolis force)来计算旋转角速度。当使用陀螺仪时，通过测量和积分加速度来计算速度，并且通过对所计算的速度进行二重积分来获得位移信息。

地磁传感器利用通过使用其它装置的磁通门测量由地磁场诱发的电压值的方法来测量地磁场。地磁传感器可用两个轴或三个轴来实现。由于从地磁传感器的每个轴计算出的输出值根据周围的磁场的幅度而变化，可执行地磁传感器的输出值映射到预设的范围(例如，从-1到1)内的归一化。通过使用归一化因子来执行归一化，诸如比例值(scalevalue)或偏移值。为了计算归一化因子，在旋转几次地磁传感器的同时计算输出值，并且在输出值中检测最大值和最小值。通过使用归一化因子归一化的值用于校准方位角。

然而，由于影响磁性的周围的环境因素的影响，使归一化因子中的偏移值经常失真。图1是简化和表示在空间坐标系中的磁场畸变的图解。

对影响地磁传感器的磁场畸变存在软铁效应和硬铁效应。由软铁产生的效应改变传感器值的比例，并且由硬铁产生的效应影响传感器值的偏移。由于由软铁产生的效应通常是最小的，所以为校准地磁传感器的误差，讨论由硬铁产生的效应。

例如，当地磁传感器安装在移动电子装置(诸如移动电话)的内部时，在替换电池或关闭和打开LCD文件夹时偏移值会被改变。当湍流材料，诸如具有强磁性或钢结构的对象设置在地磁传感器周围时，偏移值也可以被改变。当通过使用失真的偏移值来执行归一化时，使归一化的值失真。因此，最后计算出的方位角包括误差。

图2是示出在X、Y和Z三维坐标上由硬铁产生的影响的示图。

韩国专利号10-0831373公开了通过使用偏移值、平均值和标准偏差值来校准的地磁传感器，从而对在地磁传感器的感测值中由硬铁的效应引起的误差作出解释。

根据KR10-0831373，三轴地磁传感器通过使用正交交叉的X、Y和Z轴的磁通门来计算与周围的磁场对应的输出值。通过将X轴的磁通门中的输出值、Y轴的磁通门中的输出值以及Z轴的磁通门中的输出值中的每个映射在预设范围内(例如，从-1到1)来将来自三轴地磁传感器的输出值归一化。在归一化中使用的偏移值和比例值被预先确定并被存储在内部存储器中。

三轴地磁传感器的输出值(X,Y,Z)和预设偏移值(X_0P,Y_0P,Z_0P)之间的距离(r_p)可用以下数学公式来表示：

【公式1】

根据公式1，当距离(r_p)大于允许的范围(α)时，确定地磁值失真并执行校准。以上的偏移值为指示统计地计算出的临界误差值的球的中心点。允许的范围可根据具有三轴地磁传感器的电子装置被使用的区域或根据电子装置的使用目的以诸如1或1±0.1的各种值确立。

当确定失真发生时，执行采样感测地磁值以校准误差。每当地磁传感器装置在预设时间内运动时随机执行采样。KR10-0831373提出保持分别采样的值之间的距离大于预定距离的方法。换句话说，KR10-0831373只选择超出临界距离的采样值。

在采样之后，计算出在地磁传感器中将被采样的多个输出值(X,Y,Z)之间的距离(r_p)的平均值(mean(r_p))和标准偏差(std(r_p))以及上面的偏移值。如果平均值(mean(r_p))和标准偏差(std(r_p))中的任何一个大于预设值，则确定失真已发生。

为了校准三轴地磁传感器，具有中心点(X₀,Y₀,Z₀)和半径(r)的三维球可根据以下数学公式模拟：

【公式2】

(X-X₀)²+(Y-Y₀)²+(Z-Z₀)²＝r²

最小二乘法用于计算来自三轴地磁传感器的值的中心点(X₀,Y₀,Z₀)。预设偏移值(X_0P,Y_0P,Z_0P)被确立为中心点(X₀,Y₀,Z₀)的初始值，并且半径(r)是被确立为基于预设偏移值(X₀,Y₀,Z₀)的磁性球的半径的恒定值。中心点用高斯牛顿算法(Gauss-Newtonalgorithm)来估计。

然而，由于基于特定条件确立的以及在校准计算中使用的初始值是固定的，由KR10-0831373提出的校准地磁传感器的方法在估计中心点方面缺乏准确性。因此，更精确地校准地磁传感器的方法是必要的。

发明内容

示例性实施例解决以上的缺点和上面没有描述的其他缺点。此外，示例性实施例不需要克服以上描述的缺点，并且示例性实施例可以不克服以上描述的问题中的任意问题。

一个或更多个示例性实施例提供一种地磁传感器校准设备和方法，所述地磁传感器校准设备和方法可通过估计球的初始中心点以及通过利用估计的初始中心点估计最终的中心点来执行精确的误差校准，其中，所述球利用线性函数模拟感测的地磁值。

根据示例性实施例的一方面，提供一种地磁传感器校准设备，包括：地磁传感器，被构造为测量地磁场中的至少一个值；初始值估计器，被构造为通过使用第一线性函数估计来自地磁场的至少一个测量的值的第一中心点；中心点估计器，被构造为通过使用第二线性函数和估计的第一中心点来估计第二中心点；控制器；被构造为基于估计的第一中心点确定地磁传感器的校准是否为必要的，并且基于确定的结果控制中心点估计器估计第二中心点。

地磁场中的所述至少一个值可用空间坐标的X轴、Y轴和Z轴中的坐标来表示。

第一线性函数可使函数线性化：f＝r_i ²-r²，

其中，

(X-X₀)²+(Y-Y₀)²+(Z-Z₀)²＝r²，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是估计的第一中心点，

n是预定的整数，并且

1≤i≤n。

此外，第二线性函数可使最小化函数线性化：d_i＝r_i-r₀，其中，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是估计的第一中心点，

r₀是具有估计的第一中心点的球的半径，

n是预定的整数，并且

1≤i≤n。

此外，第一线性函数可使最小化函数线性化：其中，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是估计的第一中心点，

是指示具有估计的第一中心点的球的半径的常数值，

n是预定的整数，并且

1≤i≤n。

控制器可进一步被构造为通过使用以下公式校准中心点：

其中，M₀＝[X₀,Y₀,Z₀]^T是指示通过中心点估计器估计的中心点的坐标值，并且

M_b＝[X,Y,Z]^T是地磁传感器的输出值。

控制器还可以进一步被构造为计算估计的第一中心点与从地磁传感器输出的多个采样坐标之间的距离的平均值和标准偏差值，并基于计算的平均值和标准偏差值中的至少一个是否超过预设值来确定校准是否为必要的。

地磁传感器可包括：X轴、Y轴和Z轴的磁通门，相互正交地排列；驱动信号发生器，被构造为向X轴、Y轴和Z轴的磁通门提供驱动信号；信号处理器，被构造为，当X轴、Y轴和Z轴的磁通门由驱动信号驱动并且输出与周围的磁场对应的电信号时，将电信号转换成数字信号并输出数字信号；地磁传感器控制器，被构造为通过使用偏移值和预设比例值执行归一化以将信号处理器的输出值映射到特定范围内，并输出归一化的三轴输出值。

控制器还可以被构造为计算地磁传感器校准设备的俯仰角和横摇角，并通过使用地磁场的至少一个测量值、俯仰角和横摇角来计算方位角。

根据另一个示例性实施例的一方面，提供一种地磁传感器校准方法，包括：测量地磁场的至少一个值；通过使用第一线性函数估计来自地磁场的至少一个测量的值的第一中心点；通过使用第二线性函数和估计的第一中心点估计第二中心点。

地磁场中的至少一个测量值可用X、Y和Z坐标空间中的坐标来表示。

此外，第一线性函数可使函数线性化：f＝r_i ²-r²，

其中，

(X-X₀)²+(Y-Y₀)²+(Z-Z₀)²＝r²，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是估计的第一中心点，

n是预定的整数，并且

1≤i≤n。

此外，第二线性函数可使最小化函数线性化：d_i＝r_i-r₀，

其中，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是估计的第一中心点，

r₀是具有估计的第一中心点的球的半径，

n是预定的整数，并且

1≤i≤n。

此外，第一线性函数可使最小化函数线性化：

其中，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是估计的第一中心点，

是指示具有估计的第一中心点的球的半径的常数值，

n是预定的整数，并且

1≤i≤n。

地磁传感器校准方法还可以包括通过使用公式校准中心点：

其中，M₀＝[X₀,Y₀,Z₀]^T是通过中心点估计器估计的第二中心点的坐标值，并且

M_b＝[X,Y,Z]^T是地磁传感器的输出值。

地磁传感器校准方法还可以包括：计算估计的第一中心点与多个采样的地磁坐标之间的距离的平均值和标准偏差值，并基于所计算的平均值和标准偏差值中的至少一个是否超过预设值来确定地磁传感器的校准为必要的。

地磁传感器校准方法还可以包括：计算电子装置的俯仰角和横摇角，并通过使用地磁场的至少一个测量值、俯仰角和横摇角来计算方位角。

控制器可以是地磁传感器校准设备中的微控制器单元。

地磁传感器校准设备还可以是远程控制器。

根据另一示例性实施例的一方面，提供一种存储由计算机执行的程序以执行地磁传感器校准方法的非暂时性计算机可读介质。

附图说明

通过参照附图对特定示例性实施例进行描述，以上和/或其他方面将会更加明显，附图中：

图1是示出空间坐标上的磁场畸变的图解；

图2是示出在X、Y和Z三维坐标上由硬铁产生的影响的示图；

图3是根据示例性实施例的地磁传感器校准设备的框图；

图4是描述地磁传感器校准设备的操作过程的框图；

图5是三轴地磁传感器的框图；

图6是显示三轴磁通门如何排列的图解；以及

图7是根据示例性实施例的地磁传感器校准方法的流程图。

具体实施方式

现将参照附图对特定示例性实施例进行更详细的描述。

在以下描述中，即使在不同的附图中相同的附图标号用于相同的元件。提供在描述中所定义的物质，诸如具体的构造和元件，以帮助对示例性实施例的全面的理解。然而，在没有那些特别定义的物质的情况下可以实施示例性实施例。此外，由于公知的功能或结构会以没必要的细节使本发明不清楚，因此没有对其进行详细描述。

图3是根据示例性实施例的地磁传感器校准设备100的框图，图4是描述地磁传感器校准设备100的操作过程的框图，并且图5是三轴地磁传感器的框图。

参照图3，根据示例性实施例的地磁传感器校准设备包括：地磁传感器110、初始值估计器120、中心点估计器130和控制器140。

地磁传感器110被构造为测量地磁场的值。

根据示例性实施例，地磁传感器110可包括三轴地磁传感器(未示出)。三轴地磁传感器在S410中通过使用正交交叉的X、Y和Z轴的磁通门来计算与周围的磁场对应的输出值。通过将来自X轴、Y轴和Z轴的磁通门的输出值中的每个映射在预设范围(例如，从-1到1)内将来自三轴地磁传感器的输出值归一化。在归一化中使用的偏移值和比例值被预先确立并被存储在内部存储器中(未示出)。

参照图5，三轴地磁传感器包括驱动信号发生器111、X轴、Y轴和Z轴的磁通门112、信号处理器113和地磁传感器控制器114。

驱动信号发生器111执行产生驱动信号的作用以驱动X轴、Y轴和Z轴的磁通门并输出驱动信号。驱动信号可以以脉冲或反转脉冲形式被提供。

X轴、Y轴和Z轴的磁通门112包括相互正交交叉的三个芯和缠绕在芯周围的线圈。因此，当驱动信号送到每个线圈时，线圈被激励并提供与周围的磁场对应的输出值。

信号处理器113执行各种处理，诸如在S421中放大由X轴、Y轴和Z轴的磁通门提供的输出值、将放大的输出值从模拟值转换为数字值(A/D)、以及向地磁传感器控制器提供转换的放大的输出值。

地磁传感器控制器114通过使用预设值和比例值归一化信号处理器的输出值并向外输出归一化的值。归一化可通过以下数学公式来执行：

【公式3】

根据公式3，Xf、Yf、Zf是信号处理器的三轴的值，Xf_norm,Yf_norm,Zf_norm是三轴归一化的值，Xf_max和Xf_min分别是Xf的最大值和最小值，Yf_max和Yf_min分别是Yf的最大值和最小值，Zf_max和Zf_min分别是Zf的最大值和最小值，并且α为常数。使用具有小于1的值的α，从而信号处理器的输出值可被映射在水平轴上的±1范围内。可通过利用使用方位角校准装置的区域的代表性倾斜角(representative dip value)来确定α。例如，如果方位角校准装置在倾斜角约为53°的韩国被使用，则α可以是cos53°≒0.6。通过在使方位角校准装置旋转至少一次时预先测量输出值和通过在输出值中选择最大值和最小值来确定Xf_max、Xf_min、Yf_max、Yf_min、Zf_max和Zf_min。由于确定的α值、Xf_max值、Xf_min值、Yf_max值、Yf_min值、Zf_max值和Zf_min值被存储在三轴地磁传感器内的存储器中(未示出)或在外部存储器中(未示出)，因此它们可在归一化期间被使用。

虽然没有在附图中示出，在S421中，当出现需求时，可执行对传感器轴的转换。换句话说，可执行将三轴地磁传感器的轴转换成从输入设备的视点限定的轴。

在S422中，电噪声和高频噪声通过低通滤波器被去除。

图6是显示三轴磁通门如何排列的图解。参照图6，在三轴地磁传感器中的磁通门的X轴被朝向包括磁通门的地磁传感器校准设备100的前部的方向安装，磁通门的Y轴被朝着侧部的方向安装，磁通门的X轴和Y轴在设置地磁传感器校准设备100的平面上被安装为正交地交叉。磁通门的Z轴被朝着与设置地磁传感器校准设备100的平面正交的方向安装。

初始值估计器120通过使用第一线性函数从地磁场的测量的值估计第一中心点。具有中心点(X₀,Y₀,Z₀)和半径(r)的球体方程与以上描述的公式2相同。因此，球体上的任何一点可被解释为满足函数。关于满足公式1中定义的条件的三轴地磁传感器，当输出值为(X_i,Y_i,Z_i)时，输出值和半径(r_i)之间的关系可被表示为：

当函数f对于初始值估计器被定义为f＝r_i ²-r²，函数f可根据以下的数学公式组织：

【公式4】

f＝(X_i-X₀)²+(Y_i-Y₀)²+(Z_i-Z₀)²-r²＝-2(X_iX₀+Y_iY₀+Z_iZ₀)+ρ+(X_i ²+Y_i ²+Z_i ²)

其中，ρ＝X₀ ²+Y₀ ²+Z₀ ²-r²。变量ρ用于使函数f线性化。

当公式4的函数被展开为n个数据类时，下面的公式(公式5)可被表示：

【公式5】

AP-B＝F

其中，

当对于最小二乘法定义F＝0时，公式5中AP-B＝0并且P＝(A^TA)^-1A^TB。在本文中对最小二乘拟合方法的示例进行详细描述。Ik-Sung Kim的“用于球体拟合的算法”，J.KoreaSoc.Math.Educ.Ser.B:Pure Appl.Math.11卷第一期(2004年2月)，37-49页，通过引用包含于此。

X₀、Y₀、Z₀和ρ用以上的P值计算，并且r根据ρ＝X₀ ²+Y₀ ²+Z₀ ²-r²的定义计算。如以下更详细的描述，当计算的初始值r为r₀时，中心点估计器130通过使用由以上获得的初始值X₀、Y₀、Z₀和r₀计算第二中心点。

中心点估计器130通过使用第二线性函数和以上估计的初始值估计第二中心点。在估计初始值后，在S430中，基于估计的初始值对中心点执行最终估计。

为了从估计的初始值X₀、Y₀、Z₀和r₀搜索最终的中心点，使用高斯牛顿法。高斯牛顿法是通过线性化非线性函数和重复所述处理来搜索解决方案的方法。在一个示例性实施例中，最小化的函数被建立成d_i＝r_i-r₀，从而应用高斯牛顿算法。这里，

用以下方程计算关于最小化函数d_i的雅可比矩阵(J)：

【方程6】

当用最小二乘法解线性化方程JP＝-d时，P＝(J^TJ)^-1J^T(-d)。这里，P和d如下：

【公式7】

更新的参数通过使用以前的值和P值来执行。

【公式8】

X₀＝X₀+pX₀

Y₀＝Y₀+pY₀

Z₀＝Z₀+pZ₀

r₀＝r₀+pr₀

通过重复公式6至8来计算最终中心点(X₀,Y₀,Z₀)，直到它满足收敛条件。收敛条件如下。这里，ε₁是之前确定的常数值。

【公式9】

以下描述控制器140。控制器140基于第一估计的中心点确定校准地磁传感器110是否为必要的。当校准被确认为必要时，控制器140控制对第二中心点的估计。

控制器140基于获得的第一中心点X₀、Y₀、Z₀从公式1计算通过地磁传感器感测的X、Y和Z的坐标的距离。当距离被确定为大于允许的范围α时，控制器140确定地磁值具有失真并开始校准。当距离在允许的范围α内时，控制器140确定没有检测到地磁传感器的误差。然而，可每隔预设时间间隔执行以上处理，在这种情况下，当对于预设时间间隔获得的距离超过允许范围α时开始校准。

当偏移值失真时，控制器140控制地磁传感器110采样多个地磁传感器值。地磁传感器110通过重复采样从三轴地磁传感器(未示出)输出的值来输出多个采样的值。采样处理可执行特定时间。因此，当在第一采样后经过特定时间时，重新执行第一采样并删除之前的第一采样值。采样的数量可预先确定，从而在采样预先确定的值之后停止采样。

采样值之间的距离可超过特定的距离，以精确地检查偏移值是否失真。因此，当在第i次采样的值为Si时，计算S1和S2之间的距离并在采样S2时与预设临界距离进行比较。当距离在临界距离内时，重新采样S2。当距离不在临界距离内时，选择S2并采样S3。当采样S3时，连续计算S1与S3之间的距离和S2与S3之间的距离，并且将所计算的它们中的每个的距离与临界距离比较。当它们中的任何一个在临界距离内时，重新采样S3。当它们都超出临界距离时，选择S3。根据同样的方法，通过采样输出S1～SN直到用户确定采样数(N个)。

控制器140计算从每个采样的S1～SN到在地磁传感器110中以上计算的偏移值的距离并计算距离的平均值和标准偏差值。当平均值和标准偏差值中的任何一种超出预定义的值时，确定失真已发生。然而，当平均值和标准偏差值都小于预设值时，由于确定没有检测到失真而停止校准。当确定为检测到偏移值的失真时，控制器140控制中心点估计器130估计以上的第二中心点。

在S440，控制器140通过使用中心点校准在中心点估计器计算的地磁传感器值M₀＝[X₀,Y₀,Z₀]^T。相互正交的三轴地磁传感器的输出值为M_b＝[X,Y,Z]^T，并且地磁传感器值通过使用以下公式来校准：

【公式10】

即使当r₀从估计的初始值X₀、Y₀、Z₀和r₀固定为常数时计算误差是最小的。当半径固定时，由于估计中心点的算法计算变得更简单，计算速度变得更快。因此，可使用具有有限的计算性能的微控制器单元(MCU)。例如，可以在计算时将半径值(r)固定为地磁场强度，以搜索三轴地磁传感器的偏移值。地磁场的幅度根据纬度而不同(通常为0.25～0.65高斯)；然而，它平均约为0.5高斯。因此，地磁场强度可基于0.5高斯来固定，并且中心点X₀、Y₀、Z₀可通过应用高斯牛顿法来计算。

以上描述的雅可比矩阵可如下获得：

关于最小化函数的雅可比矩阵，在以下的数学公式中计算。这里，

【公式11】

当用最小二乘法解线性函数JP＝-d时，P＝(J^TJ)^-1J^T(-d)。

【公式12】

通过使用P值和之前的值来执行参数的更新。

【公式13】

X₀＝X₀+px₀

Y₀＝Y₀+py₀

Z₀＝Z₀+pz₀

通过重复以上的处理来计算最终中心点X₀、Y₀、Z₀，直到它满足收敛条件。收敛条件表示在以下数学公式中，ε₂是之前确定的常数。

【公式14】

以上描述的地磁传感器校准设备100还可以包括存储器(未示出)。

存储器(未示出)存储通过地磁传感器110感测的地磁值，通过初始值估计器120计算的初始估计的值X₀、Y₀、Z₀和r₀，感测的地磁值与通过控制器140计算的偏移值之间的距离的标准偏差值和平均值，对中心点的估计必要的其他数据，以及结果值。存储器可被实现为非暂时性可读记录介质。

非暂时性可读记录介质指示半永久地存储数据并可通过装置读取的介质。例如，非暂时性可读记录介质可以是CD、DVD、硬盘、蓝光光盘、USB、记忆卡或ROM。

当完成对中心点的估计时，控制器140通过使用从三轴地磁传感器输出的三轴地磁输出值和在倾角计算器(未示出)中计算的俯仰角(pitch angle)与横摇角(roll angle)来计算方位角。可通过使用以下数学公式来执行方位角的计算。

【公式15】

其中，ψ为方位角，X_norm、Y_norm和Z_norm是通过使用每个校准的偏移值来进行归一化的三轴地磁输出值，θ是俯仰角，并且是横摇角。由于值根据失真被校准的偏移值来归一化，控制器140可精确计算方位角。

以下，描述根据示例性实施例的校准地磁传感器的误差的方法。

图7是描述根据示例性实施例的地磁传感器校准方法的流程图。

参照图7，根据示例性实施例的地磁传感器校准方法包括：在操作S710中测量地磁场；在操作S720中估计第一中心点，在操作S730中确定校准是否为必要的；以及如果确定校准为必要的，则在操作S740中估计第二中心点。

在操作S710中，测量地磁场的值。三轴地磁场传感器可用于测量地磁场。之前在示例性实施例中描述了三轴地磁传感器的构成和操作并且将不会进一步解释。

在操作S720中，地磁场的测量的值的第一中心点通过使用第一线性函数来估计。这里，第一线性函数是使函数f＝r_i ²-r²线性化的函数。

这里，

(X-X₀)²+(Y-Y₀)²+(Z-Z₀)²＝r²，

(X_i,Y_i,Z_i)是在三轴地磁传感器的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是第一中心点，并且

1≤i≤n。

之前在地磁传感器校准设备的示例性实施例中描述了特定方程的解释并且将不会进一步描述。

在操作S730中，确定校准的必要性。获得估计的第一中心点与多个地磁场采样坐标之间的距离的平均值和标准偏差值。根据计算的平均值和标准偏差值中的至少一个是否超过预设值来确定校准的必要性。之前在地磁传感器校准设备的示例性实施例中描述了确定失真是否发生的特定方法并且将不会进一步解释。

在操作S740中，通过使用第二线性函数和上面估计的第一中心点来估计第二中心点。第二线性函数是使最小化函数线性化的函数：d_i＝r_i-r₀，

这里，

(X_i,Y_i,Z_i)是在三轴地磁传感器的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是估计的第一中心点，

r₀是具有估计的第一中心点的球的半径，

1≤i≤n。

之前在地磁传感器校准设备的示例性实施例中描述了特定方程的解释，其将不会被进一步解释。

此外，第一线性函数是使最小化函数线性化的函数：

这里，

(X_i,Y_i,Z_i)是在三轴地磁传感器中的第i次采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是估计的第一中心点，

是指示具有第一中心点的球的半径的常数值，并且

1≤i≤n。

当半径固定时，估计中心点的算法计算变得更简单并且计算速度变得更快。之前在地磁传感器校准设备的示例性实施例中描述了方程的特定解释，其将不会被进一步解释。

虽然没有在附图中描述，上述地磁传感器的校准方法还可以包括通过使用以下数学公式校准中心点：

其中，M₀＝[X₀,Y₀,Z₀]^T是以上估计的第二中心点，并且

M_b＝[X,Y,Z]^T是三轴地磁传感器的输出值。

地磁传感器校准方法还可以包括(未示出)：计算电子装置的俯仰角和横摇角，并通过使用地磁场的测量的值、俯仰角和横摇角来计算方位角。

地磁传感器校准方法可被实现为包括可在包括处理器的计算机上运行的算法的程序，并且所述程序可被存储和设置在非暂时性可读记录介质中。

非暂时性计算机可读记录介质指示半永久地存储数据并可通过装置读取的介质。特别是，以上各种应用或程序可被存储和设置在非暂时性可读记录介质中，诸如CD、DVD、硬盘、蓝光光盘、USB、记忆卡或ROM。

根据各种示例性实施例，模拟感测的地磁值的球体的初始中心点在具有由硬铁产生的效应的环境中通过使用线性函数来估计。此外，通过用估计的初始中心点估计最终的中心点，可快速和准确地执行校准。

此外，由于通过将半径值固定为常数值来减少计算量，可更快速和有效地执行对磁传感器的校准。

前述的示例性实施例和优点仅是示例性的并且不应被解释为限制本发明。本教导可容易地应用于其他类型的设备。此外，对示例性实施例的描述是旨在说明，而不是限制权利要求的范围，并且很多替代、修改和变化对本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims

1.一种地磁传感器校准设备，所述设备包括：

地磁传感器，被配置为测量地磁场的值；

初始值估计器，被配置为通过使用第一线性函数从测量的地磁场的值获得第一中心点；

中心点估计器，被配置为通过使用第二线性函数和获得的第一中心点获得第二中心点；

控制器，被配置为：

基于获得的第一中心点与从地磁传感器输出的坐标之间的距离是否超出预定值，来识别地磁传感器的校准是否为必要的，

基于地磁传感器的校准为必要的，控制中心点估计器获得第二中心点。

2.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述地磁场的值用与空间坐标的X轴、Y轴和Z轴有关的坐标来表示。

3.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述第一线性函数使函数f＝r_i ²-r²线性化，其中，r是地磁传感器的输出值与获得的第一中心点之间的距离，

其中，

(X-X₀)²+(Y-Y₀)²+(Z-Z₀)²＝r²，

(X,Y,Z)是地磁传感器的输出值，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i个采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是获得的第一中心点，

n是预定的数，并且

1≤i≤n。

4.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述第二线性函数使最小化函数d_i＝r_i-r₀线性化，

其中，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i个采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是获得的第一中心点，

r₀是具有获得的第一中心点的球的半径，

n是预定的数，并且

1≤i≤n。

5.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述第一线性函数使最小化函数线性化，

其中，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i个采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是获得的第一中心点，

是指示具有获得的第一中心点的球的半径的常数值，

n是预定的数，并且

1≤i≤n。

6.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述控制器通过使用以下数学公式校准中心点，

其中，M₀＝[X₀,Y₀,Z₀]^T是指示通过中心点估计器获得的中心点的坐标值，并且

M_b＝[X,Y,Z]^T是地磁传感器的输出值。

7.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述控制器计算获得的第一中心点与从地磁传感器输出的所述坐标之间的距离有关的平均值和标准偏差值，并根据计算的计算平均值和标准偏差值中的至少一个是否超过所述预定值来识别地磁传感器的校准是否为必要的。

8.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述地磁传感器包括：

相互正交地排列的X轴、Y轴和Z轴的磁通门；

驱动信号发生器，向X轴、Y轴和Z轴的磁通门提供驱动信号；

信号处理器，当X轴、Y轴和Z轴的磁通门由驱动信号驱动并且输出与周围的磁场对应的电信号时，信号处理器将输出的电信号转换成数字信号并输出数字信号；

地磁传感器控制器，通过使用偏移值和预定比例值执行归一化以将信号处理器的输出值映射到特定范围内，并输出归一化的三轴输出值。

9.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述控制器计算地磁传感器校准设备的俯仰角和横摇角，并通过使用所测量的地磁场的值、俯仰角和横摇角来计算方位角。

10.一种校准地磁传感器的方法，所述方法包括：

测量地磁场的值；

通过使用第一线性函数从测量的地磁场的值获得第一中心点；

基于获得的第一中心点与从地磁传感器输出的坐标之间的距离是否超出预定值，来识别地磁传感器的校准是否为必要的；

基于地磁传感器的校准为必要的，通过使用第二线性函数和获得的第一中心点来获得第二中心点。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述地磁场的值用关于空间坐标的X轴、Y轴和Z轴来表示。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一线性函数使函数f＝r_i ²-r²线性化，其中，r是地磁传感器的输出值与获得的第一中心点之间的距离，其中，

(X-X₀)²+(Y-Y₀)²+(Z-Z₀)²＝r²，

(X,Y,Z)是地磁传感器的输出值，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i个采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是获得的第一中心点，

n是预定的数，并且

1≤i≤n。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二线性函数使最小化函数d_i＝r_i-r₀线性化，

其中，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i个采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是获得的第一中心点，

r₀是具有获得的第一中心点的球的半径，

n是预定的数，并且

1≤i≤n。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一线性函数使最小化函数线性化，

其中，

(X_i,Y_i,Z_i)是在地磁传感器的第i个采样的坐标值，

(X₀,Y₀,Z₀)是获得的第一中心点，

是指示具有获得的第一中心点的球的半径的常数值，

n是预定的数，并且

1≤i≤n。

15.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：

通过使用以下数学公式校准中心点：

其中，M₀＝[X₀,Y₀,Z₀]^T是通过中心点估计器获得的第二中心点的坐标值，并且

M_b＝[X,Y,Z]^T是地磁传感器的输出值。