CN107238383A - 智能终端的地磁测量数据校准方法和智能终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能终端的地磁测量数据校准方法和智能终端。该方法包括如下步骤：预先存储姿态数据与地磁补偿值关系表，每一姿态数据对应一地磁补偿值；采集实时姿态数据和实时地磁数据；根据所述实时姿态数据查询预先存储的姿态数据与地磁补偿值关系表，获取所述实时姿态数据对应的实时地磁补偿值；对所述实时地磁数据和所述实时地磁补偿值进行运算处理，以得到校准地磁数据。发明所提供的智能终端的地磁测量校准方法，对任意姿态下采集到的实时姿态数据和实时地磁数据进行处理，以获取实时姿态数据对应的校准地磁数据，该校准地磁数据相当于水平姿态下采集的地磁数据，根据校准地磁数据进行室内定位，可保证定位的准确性。

Description

智能终端的地磁测量数据校准方法和智能终端

技术领域

本发明涉及智能终端应用领域，尤其涉及一种智能终端的地磁测量数据校准方法和智能终端。

背景技术

随着GPS定位导航技术的发展，可帮助人们快速定位目的地，人们日益依赖应用GPS定位导航技术的智能终端。由于大型商场和大型场馆越来越多，GPS定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，无法进行室内准确定位。

当前市面上有部分智能终端内置地磁传感器，利用地磁传感器采集地磁数据并模拟室内定位，由于地磁场源于地球内部，较稳定；且地球上的任一点的地磁数据均不同，提供地磁导航的理论依据。地磁定位技术成本低，易于实现，在智能终端室内定位领域有较好的发展前景。

但现有智能终端中均存在金属器件，金属器件的存在会对采集到的地磁数据产生干扰，使得地磁传感器不是在无干扰环境下测试地磁数据，从而导致智能终端在不同姿态下测试到的地磁数据不同。可以理解地，在将地磁传感器应用到室内定位的场合，智能终端在平放和竖放两种姿态下测试到的地磁数据不同，如在竖放姿态下采集到一地磁数据，在智能终端定位过程中，默认采集到的地磁数据是平放姿态下采集到的地磁数据，并进行定位处理。由于智能终端不同姿态下采集到的地磁数据均不同，若将任意姿态下采集到地磁数据均当作平放姿态下采集到地磁数据进行定位处理，会导致定位不准确。因此，在应用地磁传感器进行室内定位过程中，要求智能终端的用户在定位过程中处于默认姿态，由于用户使用习惯不同，无法保证处于默认姿态，从而导致定位不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对智能终端在不同姿态下测量到的地磁数据不同，从而影响地磁定位准确性的问题，提供一种智能终端的地磁测量数据校准方法和智能终端。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：预先存储姿态数据与地磁补偿值关系表，每一姿态数据对应一地磁补偿值；

S2：采集实时姿态数据和实时地磁数据；

S3：根据所述实时姿态数据查询预先存储的姿态数据与地磁补偿值关系表，获取所述实时姿态数据对应的实时地磁补偿值；

S4：对所述实时地磁数据和所述实时地磁补偿值进行运算处理，以得到校准地磁数据。

优选地，所述步骤S1包括：

S11：在水平姿态下，采集所述智能终端的初始姿态数据和初始地磁数据；

S12：旋转并使所述智能终端处于一倾斜姿态下，采集所述智能终端的当前姿态数据和当前地磁数据；

S13：计算所述倾斜姿态下，所述当前地磁数据相对于所述初始地磁数据的当前地磁补偿值；

S14：存储所述当前姿态数据和所述当前地磁补偿值于姿态数据与地磁补偿值关系表中；

S15：重复步骤S11～S14，直至完成所述姿态数据与地磁补偿值关系表的存储。

优选地，所述步骤S11之前还包括S10：将所述智能终端放置在地磁校准夹具的中心位置，以所述智能终端的重心为原点建立空间直角坐标系；

所述步骤S12还包括，转动所述地磁校准夹具，以使所述智能终端绕所述智能终端的重心旋转。

优选地，所述步骤S13中包括：在所述倾斜姿态下，将所述当前地磁数据与所述初始地磁数据进行减法运算，以得到所述当前地磁补偿值。

优选地，所述步骤S3包括：

S31：根据所述实时姿态数据查找所述姿态数据与地磁补偿值关系表，判断是否存在与所述实时姿态数据相同的当前姿态数据；

S32：若存在，则确定与所述实时姿态数据相同的当前姿态数据对应的当前补偿值为所述实时地磁补偿值；若不存在，则执行步骤S33；

S33：将所述实时姿态数据的每一参数与每一当前姿态数据相应的参数进行减法运算，以获取每一参数的姿态数据相对值；判断每一参数的姿态数据相对值的绝对值最小的参数在同一所述当前姿态数据中；

S34：若是，则确定姿态相对值的绝对值最小的参数所在的当前姿态数据对应的当前补偿值为所述实时地磁补偿值；若否，则执行步骤S35；

S35：对所述当前姿态数据的每一参数的所述姿态数据相对值进行求均方根差运算以得到均方根差值，并对均方根差值进行由小而大排序；

S36：对均方根差值最小的当前姿态数据与其对应的姿态数据相对值中各参数的正负属性进行比较并判断是否相同。若相同，则该当前姿态数据对应的当前地磁补偿值为实时地磁补偿值。若不相同，重复步骤S36直至确定当前姿态数据对应的当前地磁补偿值为实时地磁补偿值。

优选地，所述步骤S4包括：对所述实时地磁数据和所述实时地磁补偿值进行加法运算，以得到校准地磁数据。

优选地，所述步骤S2包括：采用三轴陀螺仪采集实时姿态数据，并采用地磁传感器采集实时地磁数据。

优先地，所述步骤S4还包括：根据所述校准地磁数据进行室内定位。

本发明还提供一种智能终端，包括处理器和与所述处理器相连的三轴陀螺仪、地磁传感器和存储器；

所述三轴陀螺仪：用于采集实时姿态数据并发送至所述处理器；

所述地磁传感器：用于采集实时地磁数据并发送至所述处理器；

所述存储器：用于存储姿态数据与地磁补偿值关系表；每一姿态数据对应一地磁补偿值；

所述处理器：用于根据所述实时姿态数据查询对应的实时地磁补偿值；并将所述地磁补偿值与所述实时地磁数据进行运算处理，得到校准地磁数据。

优选地，所述智能终端包括智能手机、智能手环、智能手表和平板电脑中的至少一种。

本发明与现有技术相比具有如下优点：可以理解地，本发明所提供的智能终端的地磁测量校准方法，通过对任意姿态下采集到的实时姿态数据和实时地磁数据进行处理，以获取实时姿态数据对应的校准地磁数据，该校准地磁数据相当于水平姿态下采集的地磁数据，根据校准地磁数据进行室内定位，可保证定位的准确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例中智能终端的地磁测量数据校准方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出本发明一实施例中的智能终端的地磁测量数据校准方法。该智能终端的地磁测量数据校准方法包括如下步骤：

S1：预先存储姿态数据与地磁补偿值关系表，每一姿态数据对应一地磁补偿值。可以理解地，通过预先存储姿态数据与地磁补偿值关系表，以便于在采用智能终端定位时，通过查询定位时的姿态数据对应地磁补偿值。在具体地，步骤S1包括：

S10：将智能终端放置在地磁校准夹具的中心位置，以智能终端的重心为原点建立空间直角坐标系。可以理解地，将智能终端放置在地磁校准夹具的中心位置，并以智能终端的重心为原点建立空间直角坐标系，转动地磁校准夹具，以使放置在其上的智能终端绕智能终端的重心旋转，此时，智能终端所要的空间坐标不变，仍在原点位置，但其姿态数据和地磁数据均不一样，有利于依据姿态数据和地磁数据进行室内定位。

S11：在水平姿态下，采用内置于智能终端的三轴陀螺仪采集智能终端的初始姿态数据δ0(a0，b0，c0)，并采用内置于智能终端的地磁传感器采集智能终端的初始地磁数据α0(x0，y0，z0)。其中，a、b、c分别是智能终端在空间直角坐标系中所处位置的姿态数据中的航向角、俯仰角和翻滚角数据；x、y、z分别是智能终端所处位置的地磁数据在空间直角系中x轴、y轴和z轴上的三分量值。可以理解地，通过地磁校准夹具使智能终端水平放置，以使智能终端处于水平姿态下。一般默认第一个校准点为水平姿态，采集到的初始姿态数据δ0(a0，b0，c0)和初始地磁数据α(x0，y0，z0)；为便于计算，将初始姿态数据δ0(a0，b0，c0)的值设置为初始姿态数据δ0(0，0，0)。

S12：旋转并使智能终端处于一倾斜姿态下，采集智能终端的当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)和当前地磁数据α1(x1，y1，z1)，具体地，通过转动地磁校准夹具，使智能终端绕其重心旋转，由于地磁校准夹具的限制，从而使智能终端位于空间直角坐标系上的相同位置(即在该倾斜姿态下和水平姿态下，进行地磁测量点的空间位置相同)，若内置于智能终端的地磁传感器不受外界干扰，则应当具有相同的地磁数据；若受到外界干扰，则在同一地磁测量位置，不同姿态下测量到的地磁数据不同。

S13：计算倾斜姿态下，当前地磁数据α1(x1，y1，z1)相对于初始地磁数据α0(x0，y0，z0)的当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)。可以理解地，在地磁传感器受到干扰状态下，同一测量位置上两种不同姿态，采集到的地磁数据不同。具体地，将当前地磁数据α1(x1，y1，z1)与初始地磁数据α0(x0，y0，z0)进行减法运算，以得到当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)；其中，Δx1＝x1-x0；Δy1＝y1-y0；Δz1＝z1-z0。

S14：存储当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)和当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)于姿态数据与地磁补偿值关系表中。可以理解地，将当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)和当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)形成一数组ε1(a1，b1，c1，β1)，并存储于姿态数据与与地磁补偿值关系表中。

S15：重复步骤S11～S14，获取不同测量点的当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)和当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)所形成的数组ε1(a1，b1，c1，β1)，直至完成姿态数据与地磁补偿值关系表的存储。可以理解地，通过旋转地磁校准夹具使智能终端在不同倾斜姿态下，并存储相应的数组ε1(a1，b1，c1，β1)，在此过程中，尽可有遍历多个倾斜姿态，以便于后续进行定位过程中，可根据姿态数据快速查找到对应的地磁补偿值，实现快速准确定位。可以理解地，在此过程中，采用的测量点越多，后续利用该姿态数据与地磁补偿值关系表进行定位的精确度越高，且定位速度越多。

S2：在需要定位过程中，通过三轴陀螺仪采集实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)，并通过地磁传感器采集实时地磁数据β2(x2，y2，z2)。具体地，通过设置在智能终端的采用三轴陀螺仪采集实时姿态数据，并采用地磁传感器采集实时地磁数据。

S3：根据实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)查询预先存储的姿态数据与地磁补偿值关系表，获取实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)对应的实时地磁补偿值β2(Δx2，Δy2，Δz2)。

步骤S3具体包括如下步骤：

S31：根据实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)查找姿态数据与地磁补偿值关系表中的数组ε1(a1，b1，c1，β1)，并判断是否存在与实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)数值相同的当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)。

S32：若数组ε1(a1，b1，c1，β1)中存在与实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)数值相同的当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)，则确定该与实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)数值相同的当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)对应的当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)为实时地磁补偿值β2(Δx2，Δy2，Δz2)。若数组ε1(a1，b1，c1，β1)中不存在与实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)数值相同的当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)，则执行步骤S33。

S33：将实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)的每一参数a2，b2和c2分别与数组ε1(a1，b1，c1，β1)中相应的参数a1，b1和c1进行减法运算，以获得每一当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)的姿态数据相对值θ1(Δa1，Δb1，Δc1)；其中，Δa1＝a2-a1，Δb1＝b2-b1，Δc1＝c2-c1。判断每一当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)的姿态数据相对值θ1(Δa1，Δb1，Δc1)中的Δa1，Δb1和Δc1中绝对值最小的参数是否在同一当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)中。

S34：若Δa1，Δb1和Δc1中绝对值最小的参数在同一当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)中，则该当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)与实时姿态数据δ2(a2，b2，c2)距离较近，确定该当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)对应的当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)为实时地磁补偿值β2(Δx2，Δy2，Δz2)。即判断与a2，b2和c2差距最小的a1，b1和c1在同一当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)中，若则该该当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)对应的当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)为实时地磁补偿值β2(Δx2，Δy2，Δz2)。a1与a2之间的差距为Δa1的绝对值，b1和b2之间的差距为Δb1的绝对值，c1与c2之间的差距为Δc1的绝对值。若Δa1，Δb1和Δc1中绝对值最小的参数不在同一当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)中，则执行步骤S35。

S35：对当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)的姿态数据相对值θ1(Δa1，Δb1，Δc1)进行求均方根差运算以得到均方根差值Xrms1，并对均方根差值Xrms1进行由小而大排序。具体地，根据公式

使x1＝Δa1，x2＝Δb1，x3＝Δc1，以求得一组当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)对应的方根差值Xrms1。

S36：对均方根差值Xrms1最小的当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)中a1，b1和c1的正负属性与该当前姿态数据δ1(a1，b1，c1)对应的姿态数据相对值θ1(Δa1，Δb1，Δc1)中Δa1，Δb1和Δc1的正负属性进行比较判断是否相同。若相同，则该当前姿态数据(a1，b1，c1)对应的当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)为实时地磁补偿值β2(Δx2，Δy2，Δz2)。若不相同，重复步骤S36直至确定当前姿态数据(a1，b1，c1)对应的当前地磁补偿值β1(Δx1，Δy1，Δz1)为实时地磁补偿值β2(Δx2，Δy2，Δz2)。可以理解地，由于a、b和c可表征空间直系坐标系中的空间相对值，其分别对应x轴、y轴和z轴的角速度，即航向角、俯仰角和翻滚角；因此，a、b和c可能存在正数和负数两种属性；其对应的姿态数据相对值Δa1，Δb1和Δc1也存在正数和负数两种属性。

S4：对实时地磁数据β2(x2，y2，z2)和实时地磁补偿值β2(Δx2，Δy2，Δz2)进行运算处理，以得到校准地磁数据。具体地，对实时地磁数据β2(x2，y2，z2)和实时地磁补偿值β2(Δx2，Δy2，Δz2)进行加法运算，以得到校准地磁数据γ(x2+Δx2，y2+Δy2，z2+Δz2)。该校准地磁数据γ(x2+Δx2，y2+Δy2，z2+Δz2)相当于水平姿态下采集的地磁数据，以弥补不同姿态下地磁传感器采集到的地磁数据的不一致性，在利用校准地磁数据进行室内定位，可保证定位的准确性。

可以理解地，本实施例所提供的智能终端的地磁测量校准方法可解决智能终端在不同姿态下，测量到的实时地磁数据相对于水平姿态下测量到的初始姿态数据有偏差，通过实时姿态数据查找到对应的实时地磁补偿值，并对实时地磁数据和实时地磁补偿值进行运算以获得校准地磁数据，该校准地磁数据相当于在同一测量位置的水平姿态下测量的地磁数据。通过实时地磁补偿值对实时地磁数据进行补偿，使智能终端在不同姿态下均可得到相同的用于定位使用的地磁数据，以保证定位的准确性。

可以理解地，由于智能终端(如智能手机)在出厂后，其产品结构一般不会再发生变化，只需在产品出厂前进行一次地磁测量，以获取姿态数据与地磁补偿值关系表并存储在智能终端内，在后续利用地磁数据进行定位过程中，只需直接查询姿态数据与地磁补偿值关系表并进行补偿运算即可得到校准地磁数据。采用上述智能终端的地磁测量数据校准方法，使得用户无需进行复杂的操作，即可保证智能终端采集到的地磁数据的一致性，有利于推动地磁技术在室内定位的应用。

可以理解地，地磁传感器采集的实时地磁数据是当前智能终端所在测量点的真实值，可应用于智能终端内置的指南针中指示方向。在进行室内定位过程中，需打开相应的应用程序(如室内定位APP)，该应用程序内置有利用实时地磁数据和实时地磁补偿值计算校准地磁数据的补偿算法，只有运行该应用程序内的预设算法，才可利用校准地磁数据实现室内定位，并保持定位的准确性。该实时地磁数据和实时地磁补偿值计算校准地磁数据的补偿算法设置在智能终端的应用层，而非软件底层，因此无需将校准地磁数据应用到指南针程序中。

本发明还提供一种应用上述智能终端的地磁测量数据校准方法的智能终端，智能终端可以包括智能手机、智能手环、智能手表和平板电脑中的至少一种。该智能终端包括处理器、与处理器相连的三轴陀螺仪、地磁传感器和存储器。其中，三轴陀螺仪用于采集实时姿态数据，并将采集到的实时姿态数据发送至处理器。地磁传感器用于采集实时地磁数据，并将采集到的实时地磁数据发送至处理器。存储器用于存储姿态数据与地磁补偿值关系表，每一姿态数据对应一地磁补偿值。处理器用于根据实时姿态数据查询对应的实时地磁补偿值；并将地磁补偿值与实时地磁数据进行运算处理，得到校准地磁数据。

可以理解地，在智能终端出厂前，对智能终端进行一次地磁测量，以获得姿态数据与地磁补偿值关系表于智能终端的存储器内；智能终端出厂后，通过三轴陀螺仪采集实时姿态数据，并通过地磁传感器采集实时地磁数据；处理器根据实时姿态数据查询姿态数据与地磁补偿值关系表，以获得实时地磁补偿值；通过对实时地磁数据和实时地磁补偿值进行运算即可得到校准地磁数据；利用该校准地磁数据进行定位时，有利于保证定位的准确性。

本发明是通过上述具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：预先存储姿态数据与地磁补偿值关系表，每一姿态数据对应一地磁补偿值；

S2：采集实时姿态数据和实时地磁数据；

S3：根据所述实时姿态数据查询预先存储的姿态数据与地磁补偿值关系表，获取所述实时姿态数据对应的实时地磁补偿值；

S4：对所述实时地磁数据和所述实时地磁补偿值进行运算处理，以得到校准地磁数据。

2.根据权利要求1所述智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：在水平姿态下，采集所述智能终端的初始姿态数据和初始地磁数据；

S12：旋转并使所述智能终端处于一倾斜姿态下，采集所述智能终端的当前姿态数据和当前地磁数据；

S13：计算所述倾斜姿态下，所述当前地磁数据相对于所述初始地磁数据的当前地磁补偿值；

S14：存储所述当前姿态数据和所述当前地磁补偿值于姿态数据与地磁补偿值关系表中；

S15：重复步骤S11～S14，直至完成所述姿态数据与地磁补偿值关系表的存储。

3.根据权利要求2所述智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，所述步骤S11之前还包括S10：将所述智能终端放置在地磁校准夹具的中心位置，以所述智能终端的重心为原点建立空间直角坐标系；

所述步骤S12还包括，转动所述地磁校准夹具，以使所述智能终端绕所述智能终端的重心旋转。

4.根据权利要求2所述智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，所述步骤S13中包括：在所述倾斜姿态下，将所述当前地磁数据与所述初始地磁数据进行减法运算，以得到所述当前地磁补偿值。

5.根据权利要求4所述智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31：根据所述实时姿态数据查找所述姿态数据与地磁补偿值关系表，判断是否存在与所述实时姿态数据相同的当前姿态数据；

S32：若存在，则确定与所述实时姿态数据相同的当前姿态数据对应的当前补偿值为所述实时地磁补偿值；若不存在，则执行步骤S33；

S33：将所述实时姿态数据的每一参数与每一当前姿态数据相应的参数进行减法运算，以获取每一当前姿态数据的姿态数据相对值；判断每一当前姿态数据的姿态数据相对值的绝对值最小的参数在同一所述当前姿态数据中；

S34：若是，则确定姿态相对值的绝对值最小的参数所在的当前姿态数据对应的当前补偿值为所述实时地磁补偿值；若否，则执行步骤S35；

S35：对所述当前姿态数据的所述姿态数据相对值进行求均方根差运算以得到均方根差值，并对均方根差值进行由小而大排序；

S36：对均方根差值最小的当前姿态数据与其对应的姿态数据相对值中各参数的正负属性进行比较并判断是否相同；若相同，则该当前姿态数据对应的当前地磁补偿值为实时地磁补偿值；若不相同，重复步骤S36直至确定当前姿态数据对应的当前地磁补偿值为实时地磁补偿值。

6.根据权利要求4所述智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，所述步骤S4包括：对所述实时地磁数据和所述实时地磁补偿值进行加法运算，以得到校准地磁数据。

7.根据权利要求1所述智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，所述步骤S2包括：采用三轴陀螺仪采集实时姿态数据，并采用地磁传感器采集实时地磁数据。

8.根据权利要求1所述智能终端的地磁测量数据校准方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：根据所述校准地磁数据进行室内定位。

9.一种智能终端，其特征在于，包括处理器和与所述处理器相连的三轴陀螺仪、地磁传感器和存储器；

所述三轴陀螺仪：用于采集实时姿态数据并发送至所述处理器；

所述地磁传感器：用于采集实时地磁数据并发送至所述处理器；

所述存储器：用于存储姿态数据与地磁补偿值关系表；每一姿态数据对应一地磁补偿值；

所述处理器：用于根据所述实时姿态数据查询对应的实时地磁补偿值；并将所述地磁补偿值与所述实时地磁数据进行运算处理，得到校准地磁数据。

10.根据权利要求9所述的智能终端，其特征在于，所述智能终端包括智能手机、智能手环、智能手表和平板电脑中的至少一种。