CN109297476B - 磁力计的校准、采样及方位角确定方法和设备 - Google Patents

磁力计的校准、采样及方位角确定方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁力计的校准、采样及方位角确定方法和设备，所述校准方法包括：获取磁力计当前测到的角度值γt；计算所述当前测到的角度值γt与所述磁力计在上一时刻所测到的角度值γt‑1的差值δγ，则δγ＝γt‑γt‑1；计算所述上一时刻所测到的角度值γt‑1与上一时刻应当采样的总的角度c*R的差值δγ1，则δγ1＝γt‑1‑c*R，c为记录的采样点的数量，其中R为预设采样间隔，0°＜R＜360°；若δγ+δγ1＞R，则记录的所述采样点的数量ci＝ci‑1+n，其中n＝1，i为记录的采样点的次数，ci‑1为前一次记录的采样点的数量，ci为当前次记录的采样点的数量。

Description

磁力计的校准、采样及方位角确定方法和设备
技术领域
本发明涉及电子磁力计校准领域，具体涉及一种磁力计的校准、采样及方位角确定方法及和设备。
背景技术
电子罗盘(磁力计)是一种重要的导航工具，能实时提供移动物体的航向和姿态。随着半导体工艺的进步和设备操作系统的发展，集成了越来越多传感器的设备变得功能强大。尤其是在飞行器领域中，电子罗盘是飞行器上的必备设备，飞行器需要通过电子罗盘来确定飞行路径。
要实现电子罗盘功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。电子指南针主要是通过感知地球磁场的存在来计算磁北极的方向。然而由于地球磁场在一般情况下只有微弱的0.5高斯，而附近的其它电子设备可能产生几高斯的磁场，这一特点使得针对电子设备表面地球磁场的测量很容易受到电子设备本身的干扰。
磁场干扰是指由于具有磁性物质或者可以影响局部磁场强度的物质存在，使得磁传感器所放置位置上的地球磁场发生了偏差，测量到的方位角存在偏差，也就是存在一个倾斜角。为了能够得到正确的方位角信息，需要将倾斜角补偿，在正常使用罗盘之前人为辅助电子罗盘采集多个方位数据，然后根据采集到的方位数据计算出正确的方位角。
校准操作是用户使磁力计在一个平面上进行旋转，磁力计每隔一个预定幅度采集一次方位数据，为了提高准确性，通常需要采集较多的方位数据。例如预定每隔6°采集一次方位数据、预定需要采集60次方位数据，理论上用户需要使磁力计旋转360°即可以完成校准过程。执行校准操作的电子设备通常按照以下方式来确定采集点：当前角度为γt,上一次采集方位数据时的角度为γ(t-1),预设采样点数为60个点，预设角度的变化值为γset＝6°，当前计数值为c，初值为0，角度的变化值为δγ＝γt-γ(t-1)。随着磁力计的旋转，判断当δγ>6°时，c＝c+1(即记一个点)；当满足c>60 (即采集的点数大于60)，采样结束。
由此可见，正常情况下是每6°采集一个点，也就是旋转到6°、12°、 18°……360°的时候都要采点，旋转360°应当恰好采集到60个点。现有的判定方式是判断δγ是否大于6°，只要δγ大于6°则采集一个点，但是用户在手持飞行器旋转的过程中，往往不能保证平稳、匀速地旋转，有可能突然从某个角度跨过较长的角度而旋转到下一个角度，例如在6°时采集完一次方位数据后，磁力计没有测量到12°而被转到了18°的位置，那么则漏掉了采样点，校准过程就不能在360°内完成，用户也就需要旋转超过360°才能完成校准，漏掉的采样点越多，校准操作的时间越长，因此现有的校准方式效率较低。
发明内容
本发明要解决的是现有的磁力计校准方式效率低的问题。
第一方面，本发明提供一种磁力计校准方法，包括：
获取磁力计当前测到的角度值γt；
计算所述当前测到的角度值γt与所述磁力计在上一时刻所测到的角度值γt-1的差值δγ，则δγ＝γt-γt-1；
计算所述上一时刻所测到的角度值γt-1与上一时刻应当采样的总的角度c*R的差值δγ1，则δγ1＝γt-1-c*R，c为记录的采样点的数量，其中R为预设采样间隔，0°＜R＜360°；则：
若δγ+δγ1＞R，则记录的所述采样点的数量ci＝ci-1+n，其中n＝1，i为记录的采样点的次数，ci-1为前一次记录的采样点的数量，ci为当前次记录的采样点的数量。
优选地，所述n＝δγ1/R。
第二方面，本发明提供一种电子设备，包括：至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第一方面所述的磁力计校准方法。
第三方面，本发明提供一种用于校准磁力计的采样方法，包括：
判断当前采样点的数量是否大于预设数量；
当所述采样点的数量小于或等于所述预设数量时，利用上述第一方面所述的磁力计校准方法确定采样点；
在所确定的采样点处采集方位信息；
当所述采样点的数量大于预设数量时，结束采样操作。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包括：至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第三方面所述的采样方法。
第五方面，本发明提供一种磁力计方位角确定方法，包括：
利用上述第三方面所述的采样方法采集方位信息；
利用采集到的方位信息确定所述磁力计所处的位置的方位角。
优选地，所述利用采集到的方位信息确定所述磁力计所处的位置的方位角，包括：
利用测量到的俯仰角和滚转角将所述方位信息转换为平面坐标信息；
利用所述平面坐标信息计算所述方位角。
第六方面，本发明提供一种电子设备，包括：至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第五方面所述的磁力计方位角确定方法。
根据本发明提供的磁力计校准方法和设备，通过计算当前测到的角度值与磁力计在前一个采样点所测到的角度值的差值，可以确定磁力计当前相对于前一个采样点被旋转的角度，然后将该差值与偏差反馈值进行比较，由于该偏差反馈值是根据当前的采样点数量和前一个采样点所测到的角度值确定的，所以当用户旋转不平稳而导致旋转角度过大时，后续判断将使采样点间隔减小，以此来实现补充采样点的目的，使旋转过程中确定更多的采样点，并由此可以提高磁力计校准操作的效率。
根据本发明提供的用于校准磁力计的采样方法及设备，首先持续监测当前的采样点数量，同时根据本发明提供的校准方法来确定采样点，并在采样点处采集位置信息，以在预定的总的旋转范围内完成预定个数的位置信息的采集，并由此可以提高采样操作的效率。
根据本发明提供的方位角确定方法及设备，首先通过本发明提供的特定采样方法进行采样，然后利用采集到的位置信息来确定方位角，以在预定的总的旋转范围内完成预定个数的位置信息的采集并计算出方位角信息完成对磁力计的校准操作，并由此可以提高校准操作的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的磁力计校准方法流程图；
图2为本发明实施例中的采样方法流程图；
图3为本发明实施例中的方位角确定方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明第一实施例提供一种磁力计校准方法，该方法可以应用于飞行器、智能手机等具有电子磁力计的设备，以飞行器为例，该方法可以由飞行器上的处理器来执行，也可以由特定的电子设备来执行，如图1所示该方法包括如下步骤：
S11，获取磁力计当前测到的角度值γt，这个角度是随着用户旋转飞行器的过程，由磁力计测量到的角度。γt将随磁力计的旋转而变化。
S12，计算当前测到的角度值γt与磁力计在前一个采样点所测到的角度值γt-1的差值δγ。前一个采样点所测到的角度值，也就是前一个被确定为采样点时，磁力计所测量的角度。例如初始时可以为0°，预设间隔为6°，则第二个采样点的角度理论上应当是6°对应的位置，但根据背景技术的介绍可知，实际情况下可能并非6°对应的位置。例如设前一个采样点所测到的角度值为γt-1，γt-1将根据后续判定操作确定具体数值，初始值可以确定为0°，由此可以将上述差值表示为δγ＝γt-γt-1。
S13，计算所述上一时刻所测到的角度值γt-1与上一时刻应当采样的总的角度c*R的差值δγ1，则δγ1＝γt-1-c*R，c为记录的采样点的数量，其中 R为预设采样间隔，0°＜R＜360°。
δγ1可以被称为偏差反馈值，δγ1不仅与预设间隔R有关，还与当前已经被确定的采样点的数量c以及γt-1有关，意在根据c和γt-1来避免漏掉采样点。具体来说，当采样过程中漏掉了采样点时，被记录的采样点数量c不会发生变化，而γt-1将与δγ的差距会变大，因此漏掉采样点后，后续连续两个采样点可能不再是相隔R，而是根据γt-1将与δγ的差距进行动态调整，使采样点间隔更小，以及时补充采样点。
S14，判断δγ+δγ1>R是否成立，若成立则执行步骤S15，否则继续监测。
S15，记录的所述采样点的数量ci＝ci-1+n，其中n＝1，i为记录的采样点的次数，ci-1为前一次记录的采样点的数量，ci为当前次记录的采样点的数量。在确定了采样点后需要更新c的数值，以进一步改变偏差反馈值δγ1，判断下一个采样点时，将根据更新后的δγ1进行判断。c的初始值可以为0， n可以等于1。
根据上述判断方式，假设R＝6°，则理论上0°、6°、12°、18°对应的点应当是采样点，c的初始值为0，当用户旋转磁力计的过程不稳定时，例如6°的位置被确定为采样点后，漏掉了12°的位置，磁力计当前测量到了14°，此时c＝1。那么δγ+δγ1＝(14-6)+(6-6)＝8，8大于R，则14°对应的位置将被判定为采样点，此时c的值被更新为2。
之后，随着用户旋转磁力计，磁力计当前测量到了17°时，δγ+δγ1＝(17-14)+(14-12)＝5，5小于R，则17°对应的位置不是采样点，此时 c的值仍为2。
再之后，随着用户旋转磁力计，磁力计当前测量到了18°时，δγ+δγ1＝(18-14)+(14-12)＝6，6等于R成立，则18°对应的位置将被判定为采样点，此时c的值被更新为3。
由此，6°、14°、18°对应的位置是采样点，可以看出14°和18°这两个点之间的间隔小于预设幅度6°，可以将14°对应的位置看作是补充的采样点。上述优选计算方式能够及时补充采样点，并且不会产生误判而增加采样点，该方案具有较高的准确性和计算效率。
根据本发明实施例提供的磁力计校准方法，通过计算当前测到的角度值与磁力计在前一个采样点所测到的角度值的差值，可以确定磁力计当前相对于前一个采样点被旋转的角度，然后将该差值与偏差反馈值进行比较，由于该偏差反馈值是根据当前的采样点数量和前一个采样点所测到的角度值确定的，所以当用户旋转不平稳而导致旋转角度过大时，后续判断将使采样点间隔减小，以此来实现补充采样点的目的，使旋转过程中确定更多的采样点，并由此可以提高磁力计校准操作的效率。
本实施例还相应地提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器执行上述磁力计校准方法。
本发明实施例提供的电子设备通过计算当前测到的角度值与磁力计在前一个采样点所测到的角度值的差值，可以确定磁力计当前相对于前一个采样点被旋转的角度，然后将该差值与偏差反馈值进行比较，由于该偏差反馈值是根据当前的采样点数量和前一个采样点所测到的角度值确定的，所以当用户旋转不平稳而导致旋转角度过大时，后续判断将使采样点间隔减小，以此来实现补充采样点的目的，使旋转过程中确定更多的采样点，并由此可以提高磁力计校准操作的效率。
本发明第二实施例提供一种用于校准磁力计的采样方法，该方法可以应用于飞行器、智能手机等具有电子磁力计的设备，以飞行器为例，该方法可以由飞行器上的处理器来执行，也可以由特定的电子设备来执行，如图2所示该方法包括如下步骤：
S21，判断当前采样点的数量是否大于预设数量，当采样点的数量小于或等于预设数量时，执行步骤S22-S26，否则结束采样操作。
S22，获取磁力计当前测到的角度值γt；
S23，计算所述当前测到的角度值γt与所述磁力计在上一时刻所测到的角度值γt-1的差值δγ，则δγ＝γt-γt-1；
S24，计算所述上一时刻所测到的角度值γt-1与上一时刻应当采样的总的角度c*R的差值δγ1，则δγ1＝γt-1-c*R，c为记录的采样点的数量，其中 R为预设采样间隔，0°＜R＜360°；
S25，判断δγ+δγ1>R是否成立，若成立则执行步骤S15，否则返回步骤S22继续监测。
S26，记录的所述采样点的数量ci＝ci-1+n，其中n＝1，i为记录的采样点的次数，ci-1为前一次记录的采样点的数量，ci为当前次记录的采样点的数量。
S27，在所确定的采样点处采集方位信息，即磁力计的位置坐标(x,y,z)，采集完成后回到步骤S21。假设采样点的预设数量为60，则根据上述采样方法可以测量到60组位置信息。
多数情况下，为了便于用户操作，通常会要求用户将磁力计旋转360°，也即是预定了总的旋转范围，然后通过设置采样点的预设间隔来控制采样点的数量，例如设置采样间隔为6°，则采样点的数量为60个。根据本实施例提供的采样方法，首先持续监测当前的采样点数量，同时根据本发明提供的校准方法来确定采样点，并在采样点处采集位置信息，以在预定的总的旋转范围内完成预定个数的位置信息的采集，并由此可以提高采样操作的效率。
本发明实施例还相应地提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器执本实施例中的采样方法。
根据本实施例提供的电子设备，首先持续监测当前的采样点数量，同时根据本发明提供的校准方法来确定采样点，并在采样点处采集位置信息，以在预定的总的旋转范围内完成预定个数的位置信息的采集，并由此可以提高采样操作的效率。
本发明第三实施例提供了一种磁力计方位角确定方法，该方法可以应用于飞行器、智能手机等具有电子磁力计的设备，以飞行器为例，该方法可以由飞行器上的处理器来执行，也可以由特定的电子设备来执行，如图3 所示该方法包括如下步骤：
S31，判断当前采样点的数量是否大于预设数量，当采样点的数量小于或等于预设数量时，执行步骤S32-S37，否则结束采样操作执行步骤S38。
S32，获取磁力计当前测到的角度值γt；
S33，计算所述当前测到的角度值γt与所述磁力计在上一时刻所测到的角度值γt-1的差值δγ，则δγ＝γt-γt-1；
S34，计算所述上一时刻所测到的角度值γt-1与上一时刻应当采样的总的角度c*R的差值δγ1，则δγ1＝γt-1-c*R，c为记录的采样点的数量，其中 R为预设采样间隔，0°＜R＜360°；
S35，判断δγ+δγ1＞R是否成立，若成立则执行步骤S15，否则返回步骤S32继续监测。
S36，记录的所述采样点的数量ci＝ci-1+n，其中n＝1，i为记录的采样点的次数，ci-1为前一次记录的采样点的数量，ci为当前次记录的采样点的数量。
S37，在所确定的采样点处采集方位信息，即磁力计的位置坐标(x，y，z)，采集完成后回到步骤S31。假设采样点的预设数量为60，则根据上述采样方法可以测量到60组位置信息。
S38，利用采集到的方位信息确定磁力计所处的位置的方位角。
根据本实施例提供的方位角确定方法，首先通过本发明提供的特定采样方法进行采样，然后利用采集到的位置信息来确定方位角，以在预定的总的旋转范围内完成预定个数的位置信息的采集并计算出方位角信息完成对磁力计的校准操作，并由此可以提高校准操作的效率。
作为一个优选的实施方式，上述步骤S38可以包括如下步骤：
S381，利用测量到的俯仰角和滚转角将方位信息转换为平面坐标信息，具体地，θ为俯仰角，φ为滚转角，X，Y，Z读数为磁力计的测量值，将其转化成当地坐标系水平面平行的坐标系后的水平坐标为(XH，YH)：
XH＝X*cos(θ)+Y*sin(φ)sin(θ)+Z*cos(φ)sin(θ)；
YH＝Y*cos(φ)-Z*sin(φ)；
S382，利用平面坐标信息计算方位角。具体地，理想情况下方位角为：
α＝arctan(YH/XH)；
由于各种干扰，X，Y，Z的值通常需要进行零偏矫正和比例矫正：
Xcorrect＝Xsf*XH+Xoffset；
Ycorrect＝γsf*YH+Yoffset；
校正后的方位角为：
Ψ＝arctan(Ycorrect/Xcorrect)；
以XY平面为例：
Xsf＝max(1，(Ymax-Ymin)/(Xmax-Xmin))；
Ysf＝max(1，(Xmax-Xmin)/(Ymax-Ymin))；
其中Ymax和Ymin是Y方向上测量的最大值和最小值，Xmax和Xmin是X方向上测量的最大值和最小值，max表示取其中最大的一个值。
本发明实施例还相应地提供一种电子设备，包括：至少一个处理器以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器执行本实施例中的磁力计方位角确定方法。
根据本实施例提供的电子设备，首先通过本发明提供的特定采样方法进行采样，然后利用采集到的位置信息来确定方位角，以在预定的总的旋转范围内完成预定个数的位置信息的采集并计算出方位角信息完成对磁力计的校准操作，并由此可以提高校准操作的效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种磁力计校准方法，其特征在于，包括：
获取磁力计当前测到的角度值γt；
计算所述当前测到的角度值γt与所述磁力计在上一时刻所测到的角度值γt-1的差值δγ，则δγ＝γt-γt-1；
计算所述上一时刻所测到的角度值γt-1与上一时刻应当采样的总的角度c*R的差值δγ1，则δγ1＝γt-1-c*R，c为记录的采样点的数量，其中R为预设采样间隔，0°＜R＜360°；
若δγ+δγ1>R，则记录的所述采样点的数量ci＝ci-1+n，其中n＝1，i为记录的采样点的次数，ci-1为前一次记录的采样点的数量，ci为当前次记录的采样点的数量。
2.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1所述的磁力计校准方法。
3.一种用于校准磁力计的采样方法，其特征在于，包括：
判断当前采样点的数量是否大于预设数量；
当所述采样点的数量小于或等于所述预设数量时，利用权利要求1所述的磁力计校准方法确定采样点；
在所确定的采样点处采集方位信息；
当所述采样点的数量大于预设数量时，结束采样操作。
4.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求3所述的采样方法。
5.一种磁力计方位角确定方法，其特征在于，包括：
利用权利要求3所述的采样方法采集方位信息；
利用采集到的方位信息确定所述磁力计所处的位置的方位角。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用采集到的方位信息确定所述磁力计所处的位置的方位角，包括：
利用测量到的俯仰角和滚转角将所述方位信息转换为平面坐标信息；
利用所述平面坐标信息计算所述方位角。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求6所述的磁力计方位角确定方法。
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