CN104237822A - 用于电子磁力计传感器的补偿磁干扰 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于在磁性感测设备中补偿硬铁和软铁磁性干扰的装置和方法。可以使用由多个磁场测量产生的椭圆体表面来模拟硬铁干扰和软铁干扰。椭圆体与参照系之间的位移对应于硬铁或永磁场干扰。椭圆体的形状和定向对应于软铁磁场干扰。可以分析椭圆体表面以获得用于消除硬铁和软铁干扰的磁场补偿值。

Description

用于电子磁力计传感器的补偿磁干扰

技术领域

本发明涉及补偿由于硬铁和软铁效应引起的磁干扰，以便改进磁性传感器的磁场感测精度。

背景技术

存在许多为设备的用户提供导航和/或设备定向功能作为辅助的手持便携式电子设备。一些智能手机能够提供方便的导航显示器，导航显示器绘制用户所在区域的地图，并且绘图用户的位置和/或用户在该区域内穿过的路径。一些手持游戏控制器或远程控制器也可以使用定向功能以提供对于视频游戏、计算系统或远程装置的控制。在一些设备中，导航或定向功能可以基于全球定位系统(GPS)信号。一些设备可以采用用于导航和/或定向功能的机载磁场传感器。

发明内容

包含磁性传感器的设备可以受到所谓“硬铁”和/或“软铁”干扰的不利影响。这些类型的干扰可以包括磁力计读取中的误差。公开了可以用于补偿硬铁以及软铁干扰的方法和装置。

根据一些实施例，被配置为感测磁场的电子设备包括被配置为测量沿着至少一个轴线的外部磁场的至少一个值的磁力计，以及被配置为从磁力计接收磁场数据的至少一个处理器。在一些实施例中，该至少一个处理器包括现场可编程门阵列。该至少一个处理器可以进一步被配置为计算椭圆体的至少一个参数，其中磁场数据由椭圆体表示。

在一些方面，设备可以进一步包括可视显示器。至少一个处理器可以进一步被配置为基于至少一个计算得到的参数来补偿外部磁场的至少一个测量值。处理器可以引起在可视显示器上向设备的用户显示导航辅助，其中导航辅助基于至少一个经补偿的测量值。在一些实施方式中，导航辅助由罗盘航向表示。

根据一些实施例，至少一个计算得到的参数包括相对于空间参照系原点的椭圆体中心的位置。在一些应用中，空间参照系可以与设备对准。

在一些方面，至少一个处理器可以进一步被配置为确定偏移校准参数以补偿椭圆体的中心的位置距空间参照系原点的位移。至少一个处理器可以进一步被配置为将偏移校准参数应用于从磁力计接收到的测得的磁场数据。

在一些实施例中，椭圆体的至少一个计算得到的参数包括椭圆体的一个或多个半径。至少一个处理器可以进一步被配置为确定恢复校准参数以补偿椭圆体的半径与球面的差值。至少一个处理器可以进一步被配置为将恢复校准参数应用于从磁力计接收到的测得的磁场数据。

在一些实施方式中，椭圆体的至少一个计算得到的参数包括半径的空间定向。至少一个处理器可以被配置为通过计算系数矩阵的特征值来确定恢复校准参数，其中系数涉及描述以坐标系的原点为中心的椭圆体的方程。

也提出了补偿硬铁和软铁干扰的方法。根据一些实施例，一种用于补偿感测到的磁场的方法，其中通过具有至少一个处理器和磁性传感器的装置来感测磁场，该方法包括采用磁性传感器测量沿着至少一个轴线的外部磁场的至少一个值，以及通过至少一个处理器从磁力计接收磁场数据。在一些实施方式中，至少一个处理器可以包括现场可编程门阵列。该方法可以进一步包括通过至少一个处理器计算椭圆体的中心和至少一个附加参数，其中磁场数据由椭圆体表示。椭圆体可以是对测得的磁场数据的最佳数值拟合。

在一些方面，方法可以进一步包括通过至少一个处理器并且基于计算得到的中心和至少一个附加参数来补偿外部磁场的至少一个测得的值。方法可以包括在设备的可视显示器上向设备的用户显示导航辅助。在一些实施例中，导航辅助可以由罗盘航向表示。

根据一些实施例，相对于与设备对准的空间参照系的原点来计算椭圆体中心的位置。方法可以包括通过至少一个处理器确定偏移校准参数以补偿椭圆体的中心的位置距空间参照系原点的位移，并且可以进一步包括通过至少一个处理器将偏移校准参数应用于从磁力计接收到的测得的磁场数据。

在一些方面，至少一个附加计算得到的参数包括椭圆体的半径。方法可以进一步包括通过至少一个处理器确定恢复校准参数以补偿椭圆体与球面的差值，并且可以包括通过至少一个处理器将恢复校准参数应用于从磁力计接收到的测得的磁场数据。

根据一些实施例，至少一个附加参数进一步包括半径的空间定向。在一些方面，确定恢复校准参数可以包括通过至少一个处理器计算系数矩阵的特征值，其中系数涉及描述椭圆体的方程。

以上发明内容借由说明提供并且并非意在限定。

附图说明

在附图中，示出在各个附图中的每个相同或者近似相同的部件由相同附图标记表示。为了清晰起见，并非每个部件都标注在每个附图中。

图1示出了可以包括至少一个磁力计并且被配置为感测外部磁场的设备的实施例。

图2进一步详细描绘了电子设备的实施例，其中可以实施用于减少硬铁和/或软铁干扰的补偿技术。

图3A至图3E描绘了根据一些实施例的硬铁干扰。

图3F描绘了根据一些实施例的硬铁和软铁干扰的组合。

图4描绘了根据一些实施例的用于补偿硬铁和软铁干扰的方法的步骤。

具体实施方式

诸如智能手机、个人数字助理、平板式计算机、小型平板计算机的便携式消费电子设备的功能特征近年来已增加，因为这些设备为用户提供更多服务。在已变得流行的这些特征之中，其中一个是导航辅助功能，例如罗盘航向指示器、位置定位器、路径追踪器等。在一些设备中，导航功能可以利用通过一个或多个磁性传感器得到的磁场读数。例如，磁力计可以用于感测局部地球磁场，并且确定电子设备相对于局部磁场的定向。

图1中示出了可以包括至少一个磁性传感器的电子设备100的一个示例。图1中所示设备例如可以是智能手机，并且包括可视显示器屏幕110和一个或多个推式控制按钮120。显示器屏幕可以被配置为触摸屏。电子电路装置、硬件、至少一个处理器、存储可在至少一个处理器上运行的机器可读指令的存储器、以及电源(例如可充电电池)可以位于外壳105内。设备100可以进一步包括无线通信电子设备、一个或多个运动传感器、GPS电路装置、和至少一个磁力计。

在一些实施方式中，电子设备100可以是包括至少一个磁力计的另一类型设备。例如，设备100可以是膝上型计算机、平板式计算机、个人数字助理、导航设备、手表、遥控器、游戏控制器等。在一些情形下，电子设备100可以没有显示器屏幕110并且可以是任何合适的形状。

现在参照图2，可以包括至少一个传感器280的电子设备100可以进一步包括至少一个处理器210a、210b以及相关硬件，如图2所描绘的那样。至少一个处理器可以被配置为控制并且提供用户交互以用于操作设备。至少一个处理器可以与存储器设备220a、220b组合使用。存储器可以包括任何类型和形式的RAM型存储器设备和ROM型存储器设备。存储器设备可以存储机器可读指令，机器可读指令可以加载到至少一个处理器上并且由至少一个处理器执行以具体使得至少一个处理器适合执行由机器可读指令定义的功能。当工作时，操作系统可以执行在至少一个处理器上，并且提供用户交互和电子设备100的操作，该操作可以包括在设备上运行多个软件应用和/或程序。

根据一些实施例，处理器210a、210b可以包括任何类型和形式的数据处理设备，例如微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、和至少一个现场可编程门阵列(FPGA)的任何一个或者组合。在一些实施例中系统中可以具有多于一个处理器，例如双核或多核处理器，或者与至少一个控制处理器通信的多个处理器。在一些实施例中，一个或多个图像处理系统部件可以由专用FPGA或ASIC来实施。

电子设备可以进一步包括显示器240(例如包括视频监视器、LCD显示器、等离子显示器、字母数字显示器、LED指示器等的任何一个或者组合)。在一些实施例中电子设备100可以进一步包括一个或多个输入/输出设备260(例如键盘、触摸板、按钮、开关、触摸屏、传声器、扬声器、打印机)，以及通信装置230(例如网络软件、网卡或网板、无线收发器、和/或物理插座)。电子设备100可以包括设备驱动器，例如具体设计为在一个或多个处理器上执行并且使得处理器与系统部件通信并控制系统部件的软件模块。在一些实施例中，设备包括加密/解密硬件和/或软件270，可以用于加密所选择的输出数据传输并且解密输入的经加密的数据传输。电子设备100的部件可以在承载数据并且控制部件之间信号的总线205之上通信。总线可以提供系统扩展以包括图2中未示出的其它部件。

在一些实施例中，至少一个传感器280可以包括一个或多个磁力计，例如被配置为感测沿着至少一个轴线的磁场的集成电路设备。任何合适类型的磁性传感器可以用于一些实施方式中。在一些实施例中，磁力计感测沿着三个正交轴线的磁场并且产生表示沿着三个轴线的磁场的感测值的磁场数据。至少一个传感器280可以包括附加传感器，例如一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、光传感器阵列。

诸如图1所描绘的许多已封装设备可以包括展现所谓“硬铁”效应的一个或多个部件。可以通过一个或多个部件局部感应产生的永磁场B_d来描绘硬铁效应的特征。例如，磁场B_d可以由于位于设备100内的电动机部件和/或扬声器中的永磁性来产生。B_d的幅度和方向可以取决于已封装设备内的位置。在多个实施例中，邻近磁力计的局部场B_d附加至所感测的外部磁场B_e或者与所感测的外部磁场B_e(例如地球磁场)干涉，并且除非补偿可能得到磁力计的不准确读数。

图3A至图3E描绘了用于检测和补偿由于设备100的一个或多个部件引起的永磁场B_d的方法。借由介绍，图3A和图3B描述了对于理想设备的磁场测量，其中理想设备不具有贡献磁场B_d的部件。在此情形下，设备100被配置为测量相对于预定义设备轴线X_d和Y_d的外部磁场B_e。设备轴线X_d和Y_d可以对准于设备100的优选方向(例如如附图中所描绘)，并且可以提供用于磁场测量的参照系。在一些实施方式中，轴线X_d和Y_d以及Z_d(图中未示出)可以通过三轴磁力计的轴线来定义，并且磁力计可以在优选方向上在设备内对准。由轴线(X_d，Y_d，Z_d)定义的坐标系可以随后提供用于磁场测量的参照系。设备100的用户可以关于用户定义的轴线X_u(右侧方向)、Y_u(向前方向)和Z_u(向上方向)而定向。

采用如图3A所示定向设备100对B_e的第一测量可以产生B_e，xx_d+B_e，yy_d的读数，其中x_d和y_d是分别沿着设备的X_d和Y_d轴线的单位矢量。值B_e，x和B_e，y表示沿着相应轴线的磁场分量的幅度。在该示例中，B_e，x＝3而B_e，y＝4。如果用户将设备旋转90度，如图3B所示，并且再次测量磁场，设备将返回B_e＝4x_d+3y_d的值。如果进一步旋转设备并且做出多次测量并且相对于设备轴线绘图，得到的数据将由圆周310表示，如图3C中虚线圆周所示。尽管仅示出了两个维度，可以知晓的是在三维中测得的磁场数据将由球壳表示。球的半径表示外部磁场||B_e||的幅度。如果没有由设备部件所贡献的任何磁场干扰，球中心将处于设备所用参照系的原点(0，0，0)，例如图3A和图3C中所示的(X_d，Y_d，Z_d)定义的，其中Z_d由右手法则所定义。

图3D和图3E描绘了其中设备100的部件贡献干扰磁场B_d的情形。在该情形下，外部磁场B_e与图3A和图3B中的相同。干扰磁场B_d被任意选择为指向Y_d方向并且具有幅度2。如图3D所示定向设备100，设备当前错误地测量外部磁场为B_e’＝3x_d+2y_d。如图3E所示旋转设备，测得的外部磁场变成4x_d-5y_d。如果进一步旋转设备并且做出多次测量并且相对于设备轴线来绘图，得到的数据将描绘出其中心偏离原点的圆周312，如图3C中圆周312所描绘。由以上讨论可知，三维分析将产生其中心偏离原点的球壳。距原点的偏离表示干扰永磁场B_d的幅度和方向。

因此，当仅存在“硬铁”磁性干扰时，可以以任何合适的方式来旋转或者移动设备100，例如8字形图案、10相(10-phase)、或者交叉校准姿势，以便于收集足够的由球壳表示的磁场数据。可以分析数据以确定球壳的中心的位置。得到的固有干扰磁场的幅度和方向可以由壳中心的位置来确定，并且用于校准或者补偿后续磁性测量。在一些实施例中，幅度和方向可以用于确定一个或多个偏移校准参数，可以从后续磁性读数减去偏移校准参数以便获得测得的磁场的更精确值。

诸如图1所描绘的许多已封装设备可以包括展现出所谓“软铁”效应的一个或多个部件。软铁磁性干扰可以由具有诸如Fe/Ni/Cu的可磁化材料的部件引起。由于这些部件被外部场磁化，这些部件可以使邻近这些部件的外部磁场B_e失真。失真量可以针对设备的每个定向而不同。例如，材料的磁导率μ可以是各向异性的。由于软铁干扰而引起局部磁场的非均匀失真，采用设备100来三维测量外部磁场可以产生其中心偏离原点的椭圆体壳330，如图3F所描绘。椭圆体壳可以在任何方向上定向。

对于下述分析而言，第二参照系定义为椭圆体。第二参照系被选择为使得其原点与椭圆体的中心重合，并且其轴线(X’_s，Y’_s，Z’_s)平行于设备轴线。(为了清晰，轴线Z_d和Z’_s未在图中示出，但是可以根据右手法则推导。)

为了获得椭圆体壳330，可以在大量方向上以有序或者随意方式来旋转具有至少一个磁力计的设备100。可以记录由至少一个磁力计产生的磁场数据。记录的磁场数据可以由椭圆体壳或表面来表示，并且可以绘图、存储在存储器中、和/或发送以便由至少一个处理器来后续分析。

为了从硬铁和软铁效应去除磁性干扰，可以分析三维磁场数据以确定椭圆体的中心的位置、椭圆体的定向、以及椭圆体的半径r₁、r₂和r₃。一旦确定了这些值，可以使用它们来计算校准或补偿参数，校准或补偿参数有效地将测得的椭圆体转换为球壳，球壳位于由设备轴线(X_d，Y_d，Z_d)定义的设备参照系的原点处。一旦获得了校准参数，可以通过设备的处理器将它们应用于后续磁场测量以消除硬铁和软铁干扰的效应并且产生更精确的读数。

确定校准或者补偿参数的一种方法包括数字地解椭圆体方程。借由阐释，并且并非意在将本发明限定于任何特定理论或特定步骤，可以数字地解用于椭圆体的一般方程。参照图3F，用于椭圆体330的一般方程可以表示如下：

a₁x²+a₂y²+a₃z²+a₄xy+a₅xz+a₆yz+a₇x+a₈y+a₉z＝1(1)

为了简化方程，做出以下替代：X_d→x，Y_d→y，Z_d→z，X’_s→x’，Y’_s→y’，以及Z’_s→z’。在一些实施例中，可以通过使得测得的磁场数据首先数字拟合方程1来估算椭圆体330的中心以确定椭圆体系数a_i的值。选择a_i的值以使得方程1最匹配测得的磁场数据。一旦获得这些系数，可以在以下方程中使用它们以估算椭圆体的中心(x_o，y_o，z_o)。

$x_0=-\frac{a_4}{{2a}_1}{y}_0-\frac{a_5}{{2a}_1}{z}_0-\frac{a_7}{{2a}_1}---\left(2a\right)$

$y_0=-\frac{{2a}_1{a}_6-a_4{a}_5}{{4a}_1{a}_2-{a_4}^2}{z}_0-\frac{{2a}_1{a}_8-a_4{a}_7}{{4a}_1{a}_2-{a_4}^2}---\left(2b\right)$

$z_0=-\frac{({2a}_1{a}_9-a_7{a}_5)({4a}_1{a}_2-{a_4}^2)-({2a}_1{a}_6-a_4{a}_5)({2a}_1{a}_8-a_4{a}_7)}{({4a}_1{a}_3-{a_5}^2)({4a}_1{a}_2-{a_4}^2)-2{(a_1{a}_6-a_4{a}_5)}^2}---\left(2c\right)$

一旦估算了(x_o，y_o，z_o)，可以使用这些值以补偿“硬铁”效应。例如，(x_o，y_o，z_o)可以用于获得由于永磁化部件引起的测得的外部场的恒定偏移的幅度和方向。根据这些值，可以确定至少一个偏移校准参数并且应用于后续测得的磁场数据，以便补偿硬铁效应。在一些实施方式中，校准参数可以定义校准矢量V_c，通过处理器将校准矢量V_c数字地添加至测得的外部磁场值，以便消除硬铁效应所贡献的永磁性分量。在一些实施例中，应用偏移校准参数将椭圆体的中心(x_o，y_o，z_o)偏移至设备坐标系的原点(0，0，0)。

尽管偏移校准参数可以补偿硬铁效应，仍需要补偿“软铁”效应。因此，将通过进一步分析获得表示测得的磁场数据的椭圆体的半径和方向。

在一些实施例中，可以通过首先将椭圆体330偏移至以设备坐标系(x，y，z)或合适选择的参照系的原点(0，0，0)为中心来获得椭圆体的半径和方向。参照图3F，将椭圆体偏移至原点包括采取以下坐标转换：

x′＝x-x_o  (3a)

y′＝y-y_o  (3b)

z′＝z-z_o  (3c)

该转换表示参照具有与椭圆体的中心重合的原点(0，0，0)的坐标系(x’，y’z’)的椭圆体，如图3F所示。在一些实施例中，获得的值(x_o，y_o，z_o)可以用于将测得的磁场数据偏移至设备坐标系(x，y，z)的原点。

方程3a至方程3c可以用于将x、y和z的值代入方程1中。得到的结果是以下针对椭圆体的表示。

a₁x′²+a₂y′²+a₃z′²+a₄x′y′+a₅x′z′+a₆y′z′+

(2a₁x₀+a₄y₀+a₅z₀+a₇)x′+

(2a₂y₀+a₄x₀+a₆z₀+a₈)y′+              (4)

(2a₃z₀+a₅x₀+a₆y₀+a₉)z′+

a₁x₀ ²+a₂y₀ ²+a₃z₀ ²+a₄x₀y₀+a₅x₀z₀+a₆y₀z₀+a₇x₀+a₈y₀+a₉z₀＝1

通过比较方程4与方程2a至方程2c，获得以下关系。

2a₁x₀+a₄y₀+a₅z₀+a₇＝0  (5a)

2a₂y₀+a₄x₀+a₆z₀+a₈＝0  (5b)

2a₃z₀+a₅x₀+a₆y₀+a₉＝0  (5c)

a₁x₀ ²+a₂y₀ ²+a₃z₀ ²+a₄x₀y₀+a₅x₀z₀+a₆y₀z₀+a₇x₀+a₈y₀+a₉z₀＝0  (5d)

a₁x′²+a₂y′²+a₃z′²+a₄x′y′+a₅x′z′+a₆y′z′＝1  (5e)

因此，针对椭圆体的方程缩减至方程5e。实际上，由于数字拟合以消除系数a_i，方程5d可以不等于0。当解方程5e时，方程5d的剩余值可以导致某些不准确。为了消减这种不准确，针对方程5e可以定义修改的系数d_i如下。

$d_i=\frac{a_i}{D};i=\mathrm{1,2,3},...6---\left(6a\right)$

D＝1-(a₁x₀ ²+a₂y₀ ²+a₃z₀ ²+a₄x₀y₀+a₅x₀z₀+a₆y₀z₀+a₇x₀+a₈y₀+a₉z₀)

在一些实施例中，这些修改的系数d_i随后可以替换方程5e的a_i系数。

d₁x′²+d₂y′²+d₃z′²+d₄x′y′+d₅x′z′+d₆y′z′＝1  (6b)

在其它实施例中，方程5d的剩余值可以忽略，并且在以下分析中可以用方程5e取代方程6b。

根据一些实施例，方程6b描述了表示偏移至设备坐标系(x，y，z)的原点的测得的磁场数据的椭圆体。可以解方程6b以获得椭圆体的半径和方向。根据一些实施例，可以使用如下定义的对称矩阵F的特征值分解来解方程6b：

$F=\left[\begin{array}{ccc}{f}_{11}& f_{12}& f_{13}\\ f_{21}& f_{22}& f_{23}\\ f_{31}& f_{32}& f_{33}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{d}_1& \frac{d_4}{2}& \frac{d_5}{2}\\ \frac{d_4}{2}& d_2& \frac{d_6}{2}\\ \frac{d_5}{2}& \frac{d_6}{2}& d_3\end{array}\right]---\left(7\right)$

可以通过任何合适的方法来获得矩阵F的特征值。例如，可以通过解以下方程来获得矩阵F的特征值。

det|F-λI|＝0  (8)

其中，I是单位矩阵，而λ表示至少一个特征值。在一些实施例中，解方程8导致以下形式的多项式方程。

λ³+c₁λ²+c₂λ+c₃＝0  (9)

其中，系数c_i的值由以下表达式给定。

c₁＝-(f₁₁+f₂₂+f₃₃)  (10a)

c₂＝f₁₁f₂₂+f₂₂f₃₃+f₁₁f₃₃-f₁₂ ²-f₁₃ ²-f₂₃ ²  (10b)

c₃＝f₁₁f₂₃ ²+f₂₂f₁₃ ²+f₃₃f₁₂ ²-f₁₁f₂₂f₃₃-2f₁₂f₁₃f₂₃  (10c)

可以使用合适的方法并且使用10a至10c的值来解方程9。方程9的解产生三个特征值λ₁，λ₂，λ₃。椭圆体的半径可以如下由特征值确定。

$r_1=\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\λ}}_1}},r_2=\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\λ}}_2}},r_3=\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\λ}}_3}}---\left(11\right)$

倘若获得的特征值不同，则可以由以下方程获得相关联的特征值。

(F-λI)V＝0  (12)

V表示通过将特征值λ₁，λ₂或λ₃代入方程12可以获得的至少一个特征矢量。针对每个特征值λ₁，λ₂，λ₃解方程12提供了得到的特征矢量V₁，V₂，V₃。特征矢量指示椭圆体主要和次要轴线的方向，并且因此描述了椭圆体的定向。

在确定了特征值和特征矢量之后，软铁干扰可以得到补偿。例如，可以使用特征值和特征矢量以确定恢复校准参数，可以将恢复校准参数应用于后续测得的磁场数据以消除软铁干扰。当应用时，恢复校准参数可以将测得的椭圆体复原至球壳。在一些实施例中，恢复校准参数补偿了椭圆体半径与球面之间的差值。

在一些实施例中，可以使用恢复校准参数以表达补偿转换，可以将该补偿转换应用于测得的磁场数据以将测得的椭圆体壳330复原至球壳。在一些实施例中，可以以对测得的数据进行矩阵运算的形式来具体化补偿转换。

B_c＝CB_m  (13)

其中，B_m和B_c是表示外部磁场B_e的测得矢量和补偿矢量。在一些实施椭圆体系数方式中，可以通过分量基础来对于分量进行补偿，例如将校正应用于沿着相应轴线测得的每个磁场分量B_mx，B_my，B_mz。例如，多轴磁力计可以针对沿着三个正交轴线测得的磁场分量提供标量数据值，并且可以将校正应用于从磁力计接收到的每个测得的标量值。

在补偿了测得的磁场数据之后，可以将测得的外部场的经校正的值呈现给设备的用户，或者用于那些依赖于感测到的外部磁场的应用，例如导航辅助应用。在一些实施方式中，设备100可以被配置为显示至少部分地基于测得和经补偿的外部磁场的罗盘航向、位置、旅行路径等。

如上所述的用于补偿硬铁和软铁干扰的方法和装置可以具体化在多个设备中或者应用于多个设备，并且不限于诸如智能手机的移动电子设备。在一些应用中，补偿硬铁和软铁干扰可以用于机载或远程控制器中，机载或远程控制器被配置为用于操作计算机、视频游戏、无人交通工具、自动驾驶交通工具或者其它类型的受控装置。在一些实施方式中，可以通过与设备通信的一个或多个处理器来执行用于确定硬铁和软铁校准参数的一些或所有计算。例如，设备可以获取磁场数据，并且将数据传输至远程装置，在远程装置处根据上述一个或多个步骤来处理数据。校准结果可以返回至设备。

图4描述了根据一些实施例的用于在具有至少一个处理器和至少一个磁性传感器的设备中补偿硬铁和软铁干扰的方法400。方法可以包括采用在多个不同方向上定向的设备来多次测量外部磁场B_e410。该测量可以产生由椭圆体表面表示的磁场数据。方法400可以进一步包括对于测得的数据拟合第一椭圆体方程420，并且确定椭圆体系数430，例如方程1的a_i，椭圆体系数提供对于测得磁性数据的最佳拟合。

方法400可以包括基于针对椭圆体系数获得的值来计算椭圆体的中心440。针对椭圆体中心的值可以用于将测得磁场数据偏移至设备参照系的原点450。可以解第二椭圆体方程(例如表示椭圆体中心位于坐标系原点的方程)以计算椭圆体的半径460并且计算半径的方向470。半径及其相应方向的计算可以包括获得与第二椭圆体方程相关联的矩阵的特征值和特征矢量。方法400可以进一步包从特征值和特征矢量计算恢复参数480。恢复参数可以用于将椭圆体复原至球壳。在一些实施例中，方法400进一步包括将偏移和恢复转换应用于后续测得的磁场数据490。

在此所述的技术可以具体化为方法，已提供了该方法的至少一个示例。作为方法一部分执行的步骤可以以任何合适方式排序。因此，实施例可以构造为其中以与所示不同的顺序来执行步骤，其可以包括同时执行一些步骤，即便在示意性实施例中作为顺序步骤示出。此外，在一些实施例中，方法可以包括比该所示的步骤更多的步骤，以及在其它实施例中可以包括比那些所示的步骤更少的步骤。

上述方法可以具体化为存储在诸如ROM、RAM、CD-ROM、DVD-ROM、磁盘、CMOS存储器芯片、可移除存储器设备等的至少一个人造存储设备上的机器可读指令。当由至少一个处理器执行时，机器可读指令特别地使得至少一个处理器执行如上所述方法中列出的一些或全部步骤。

因此已描述了本发明的至少一个示意性实施例，对于本领域技术人员而言各种更换、修改和改进是容易的。这些更换、修改和改进意在位于本发明的精神和范围内。因此，前述说明仅是借由示例的并且并非意在限定。本发明仅由以下权利要求及其等价物来限定。

Claims (25)

1.一种被配置为感测磁场的电子设备，包括：

磁力计，被配置为测量沿着至少一个轴线的外部磁场的至少一个值；以及

至少一个处理器，被配置为从所述磁力计接收磁场数据并且计算椭圆体的至少一个参数，其中所述磁场数据由所述椭圆体表示。

2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括可视显示器，其中所述至少一个处理器进一步被配置为基于计算得到的至少一个参数来补偿所述外部磁场的至少一个测得的值并且使得在所述可视显示器上向所述设备的用户显示导航辅助。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述导航辅助由罗盘航向表示。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个处理器包括现场可编程门阵列。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个参数包括所述椭圆体的中心相对于空间参照系的原点的位置。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述空间参照系与所述设备对准。

7.根据权利要求5所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步被配置为确定偏移校准参数，以补偿所述椭圆体的所述中心的所述位置距所述空间参照系的所述原点的位移。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步被配置为将所述偏移校准参数应用于从所述磁力计接收的测得的磁场数据。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个参数包括所述椭圆体的半径。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步被配置为确定恢复校准参数以补偿所述椭圆体的所述半径与球面的差值。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步被配置为将所述恢复校准参数应用于从所述磁力计接收的测得的磁场数据。

12.根据权利要求10所述的设备，其中所述至少一个参数进一步包括所述半径的空间定向。

13.根据权利要求10所述的设备，其中所述至少一个处理器被配置为通过计算系数矩阵的特征值来确定恢复校准参数，其中所述系数涉及表示所述椭圆体的方程。

14.一种用于补偿感测到的磁场的方法，其中所述磁场通过具有至少一个处理器和磁性传感器的设备来感测，所述方法包括：

采用磁性传感器测量沿着至少一个轴线的外部磁场的至少一个值；

通过所述至少一个处理器从所述磁力计接收磁场数据；并且

通过所述至少一个处理器计算椭圆体的中心和至少一个附加参数，其中所述磁场数据由所述椭圆体表示。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

通过所述至少一个处理器并且基于计算得到的中心和至少一个附加参数，补偿所述外部磁场的至少一个测得的值；并且

在所述设备的可视显示器上，向所述设备的用户显示导航辅助。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述导航辅助由罗盘航向表示。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一个处理器包括现场可编程门阵列。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述椭圆体的所述中心的位置相对于与所述设备对准的空间参照系的原点来计算。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括通过所述至少一个处理器确定偏移校准参数以补偿所述椭圆体的所述中心的所述位置距所述空间参照系的所述原点的位移。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括通过所述至少一个处理器将所述偏移校准参数应用于从所述磁力计接收的测得的磁场数据。

21.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一个附加参数包括所述椭圆体的半径。

22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括通过所述至少一个处理器确定恢复校准参数以补偿所述椭圆体的所述半径与球面的差值。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括通过所述至少一个处理器将所述恢复校准参数应用于从所述磁力计接收的测得的磁场数据。

24.根据权利要求22所述的方法，其中所述至少一个附加参数进一步包括所述半径的空间定向。

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述确定恢复校准参数包括通过所述至少一个处理器计算系数矩阵的特征值，其中所述系数涉及表示所述椭圆体的方程。