CN109737940A - 一种电子罗盘实时自由校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子罗盘实时自由校准方法及装置，该方法包括以下步骤：实时采集传感器数据Dr，得到符合分布要求的实时采样数据Dt；通过预设校准求参椭球拟合策略，输入实时校准采样数据Dt，求出电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的实时校准参数Pt；用户校准时，采集传感器数据Dr，得到符合分布要求的用户采样数据Du；通过预设校准求参椭球拟合策略，输入用户校准采样数据Du，求出电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的用户校准参数Pu；根据预定规则计算得到校准数据Dc；根据预设求值方法判断并调整电子罗盘姿态Ac。有益效果：保证校准精度的同时使得校准更加便捷，有效提高校准效率，提升用户使用体验。

Description

一种电子罗盘实时自由校准方法及装置

技术领域

本发明涉及电子罗盘技术领域，具体来说，涉及一种电子罗盘实时自由校准方法及装置。

背景技术

电子罗盘，又称数字罗盘，因为有着能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化、数字化等优点。目前已经广泛的应用于军事，航空，航天，航海，导航，机器人，智能机械等各种行业。

电子罗盘使用的最主要的传感器是磁力计，磁力计用于测量地磁场，由于地磁场信号小，而我们的环境中存在太多的会对地磁场产生硬磁干扰和软磁干扰的硬磁材料和软磁材料，比如铁，马达，电源，喇叭等，会导致磁力计的测量失真，这会导致罗盘输出不准确。所以为了保证结果的准确，电子罗盘在使用前都需要进行校准，对硬磁干扰和软磁干扰进行补偿。一般电子罗盘的校准有着比较严格的流程和方法，比如：首先用户进入罗盘校准功能；然后把罗盘水平转一圈，罗盘前面朝下转一圈，前面朝上转一圈；最后输出校准结果。这会使得用户的体验变差，使用起来不太方便。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种电子罗盘实时自由校准方法及装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种电子罗盘实时自由校准方法，所述方法包括以下步骤：

实时采集传感器数据Dr，得到符合分布要求的实时采样数据Dt；

通过预设校准求参椭球拟合策略，输入实时校准采样数据Dt，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的实时校准参数Pt；

用户校准时，采集传感器数据Dr，得到符合分布要求的用户采样数据Du；

通过预设校准求参椭球拟合策略，输入用户校准采样数据Du，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的用户校准参数Pu；

根据预定规则计算得到校准数据Dc；

根据预设求值方法判断并调整所述电子罗盘姿态Ac。

进一步的，通过预设校准求参椭球拟合策略，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数的步骤包括：

根据预设的数据样本模型建立输入数据样本模型，数据样本模型为10*10的矩阵S，所述输入数据样本模型为S_i+1＝S_i+Hm；其中，Hm为地磁测量数据，S_i为第i个输入数据样本模型，i为自然数，S₀为初始数据样本模型，且S₀为10*10的零矩阵；

根据预设的椭球拟合策略得出椭球方程的系数向量；

根据所述系数向量确定椭球变换模型；

根据所述椭球变换模型，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数。

进一步的，所述椭球方程为：

其中，S为输入数据样本模型，v为椭球方程的系数向量，v＝[a，b，c，d，e，f，g，h，m，-1]，λ为S的特征向量，C为约束矩阵。

进一步的，所述椭球变换模型为：

其中，

Δ为4*4的平移变换矩阵，R为4*4的旋转变换矩阵，Q为4*4的伸缩变换矩阵，所述硬磁干扰为Δ，所述软磁干扰为R₃ ^-1Q₃ ^-1R₃，R₃为R的前三行和前三列构成的矩阵，Q₃为Q的前三行和前三列构成的矩阵。

进一步的，计算出传感器的用户校准参数Pu及实时校准参数Pt之后，还包括：

同时开启所述传感器数据Dr下一周期的实时采集和校准。

进一步的，所述根据预定规则计算得到校准数据Dc的步骤还包括：

在实时校准参数Pt产生后，根据预定规则判断是否替换使用的上一次校准参数，若替换则使用新的校准参数计算输出校准后数据，若不替换则继续使用上一次校准参数计算输出校准后数据。

进一步的，所述上一次校准参数为用户校准参数Pu或实时校准参数Pt中的一种。

进一步的，所述传感器数据Dr为传感器的原始数据或校准后的数据，并且，所述传感器包括磁力计、加速度计或陀螺仪中的至少一种。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子罗盘实时自由校准装置。

该装置包括：

实时校准采样模块，用于实时采集传感器数据Dr，并得到符合分布要求的实时采样数据Dt，结合校准求参模块可以用于计算出传感器的实时校准参数Pt；

校准求参模块，用于通过预设椭球拟合策略，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数；

用户校准采样模块，当用户进行校准时，采集传感器数据Dr并得到符合分布要求的用户采样数据Du，结合校准求参模块可以计算出传感器的用户校准参数Pu；

校准参数仲裁模块，用于根据预定规则计算得到校准数据Dc；

姿态求值模块，用于根据预设求值方法判断并调整所述电子罗盘姿态Ac。

本发明的有益效果为：用户校准求参模块采集传感器数据Dr并计算得到用户校准参数Pu，实时校准求参模块采集传感器数据Dr并计算得到实时校准参数Pt，传感器数据Dr、用户校准参数Pu和实时校准参数Pt经过校准参数仲裁模块得到校准数据Dc，校准数据Dc经过姿态求值模块进而校准罗盘姿态Ac，实现对电子罗盘的实时校准，从而在保证电子罗盘校准精度的同时使得电子罗盘校准更加便捷，进而有效提高电子罗盘的校准效率，提升用户使用电子罗盘过程中的体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例的一种电子罗盘实时自由校准方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种电子罗盘实时自由校准装置的示意图。

图中：

C、校准求参模块；U、用户校准求参模块；T、实时校准求参模块；J、校准参数仲裁模块；A、姿态求值模块。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种电子罗盘实时自由校准方法及装置。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的电子罗盘实时自由校准方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S101，实时采集传感器数据Dr，得到符合分布要求的实时采样数据Dt；

步骤S102，通过预设校准求参椭球拟合策略，输入实时校准采样数据Dt，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的实时校准参数Pt；

步骤S103，用户校准时，采集传感器数据Dr，得到符合分布要求的用户采样数据Du；

步骤S104，通过预设校准求参椭球拟合策略，输入用户校准采样数据Du，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的用户校准参数Pu；

步骤S105，根据预定规则计算得到校准数据Dc；

步骤S106，根据预设求值方法判断并调整所述电子罗盘姿态Ac。

借助于上述技术方案，采集传感器数据Dr并计算得到用户校准参数Pu，采集传感器数据Dr并计算得到实时校准参数Pt，传感器数据Dr、用户校准参数Pu和实时校准参数Pt经过校准参数仲裁得到校准数据Dc，校准数据Dc经过姿态求值进而校准罗盘姿态Ac，实现对电子罗盘的实时校准，从而在保证电子罗盘校准精度的同时使得电子罗盘校准更加便捷，进而有效提高电子罗盘的校准效率，提升用户使用电子罗盘过程中的体验。

在一个实施例中，通过预设校准求参椭球拟合策略，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数的步骤包括：

根据预设的数据样本模型建立输入数据样本模型，数据样本模型为10*10的矩阵S，所述输入数据样本模型为S_i+1＝S_i+Hm；其中，Hm为地磁测量数据，S_i为第i个输入数据样本模型，i为自然数，S₀为初始数据样本模型，且S₀为10*10的零矩阵；

根据预设的椭球拟合策略得出椭球方程的系数向量；

根据所述系数向量确定椭球变换模型；

根据所述椭球变换模型，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数。

在一个实施例中，所述椭球方程为：

其中，S为输入数据样本模型，v为椭球方程的系数向量，v＝[a，b，c，d，e，f，g，h，m，-1]，λ为S的特征向量，C为约束矩阵。

在一个实施例中，所述椭球变换模型为：

其中，

Δ为4*4的平移变换矩阵，R为4*4的旋转变换矩阵，Q为4*4的伸缩变换矩阵，所述硬磁干扰为Δ，所述软磁干扰为R₃ ^-1Q₃ ^-1R₃，R₃为R的前三行和前三列构成的矩阵，Q₃为Q的前三行和前三列构成的矩阵。

在一个实施例中，计算出传感器的用户校准参数Pu及实时校准参数Pt之后，还包括：

同时开启所述传感器数据Dr下一周期的实时采集和校准。

在一个实施例中，所述根据预定规则计算得到校准数据Dc的步骤还包括：

在实时校准参数Pt产生后，根据预定规则判断是否替换使用的上一次校准参数，若替换则使用新的校准参数计算输出校准后数据，若不替换则继续使用上一次校准参数计算输出校准后数据。

在一个实施例中，所述上一次校准参数为用户校准参数Pu或实时校准参数Pt中的一种。

在一个实施例中，所述传感器数据Dr为传感器的原始数据或校准后的数据，并且，所述传感器包括磁力计、加速度计或陀螺仪中的至少一种。

如图2所示，根据本发明的实施例，还提供了一种电子罗盘实时自由校准装置，该装置包括：

实时校准采样模块T，用于实时采集传感器数据Dr，并得到符合分布要求的实时采样数据Dt，结合校准求参模块可以用于计算出传感器的实时校准参数Pt；

校准求参模块C，用于通过预设椭球拟合策略，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数；

用户校准采样模块U，当用户进行校准时，采集传感器数据Dr并得到符合分布要求的用户采样数据Du，结合校准求参模块可以计算出传感器的用户校准参数Pu；

校准参数仲裁模块J，用于根据预定规则计算得到校准数据Dc；

姿态求值模块A，用于根据预设求值方法判断并调整所述电子罗盘姿态Ac。

工作原理：电子罗盘在具体校准时，由于用户校准求参模块U其校准方法严格，校准结果好，在启动罗盘的用户校准功能时运行用户校准求参模块U，无法解决突然而来的磁干扰，必须重新校准才能解决。

实时校准求参模块T从电子罗盘启动就一直运行，可以设定在一段时间内采集到足够的动态数据(加速度计可以检测罗盘是否动态)就计算输出实时校准参数Pt，当面对突然而来的磁干扰，我们只需要将罗盘拿着随意翻转就可以进行实时校准了，这可以大大增加电子罗盘使用的灵活性，弥补用户校准的不足。

既然同时存在两种校准参数，这就需要决定使用哪一种校准参数，这就需要使用校准参数仲裁模块J；校准参数仲裁模块J需要根据仲裁规则输出仲裁结果，可以通过磁力计计算磁干扰的大小，当干扰大到一定的程度时，就需要使用实时校准参数Pt；又或者是通过加速度计检测到罗盘在激烈的大范围运动，也可以使用实时校准参数Pt；当然也可以有恢复使用用户校准参数的规则,仲裁规则根据使用环境和用户的要求定制。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，用户校准求参模块U采集传感器数据Dr并计算得到用户校准参数Pu，实时校准求参模块T采集传感器数据Dr并计算得到实时校准参数Pt，传感器数据Dr、用户校准参数Pu和实时校准参数Pt经过校准参数仲裁模块J得到校准数据Dc，校准数据Dc经过姿态求值模块A进而校准罗盘姿态Ac，实现对电子罗盘的实时校准，从而在保证电子罗盘校准精度的同时使得电子罗盘校准更加便捷，进而有效提高电子罗盘的校准效率，提升用户使用电子罗盘过程中的体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电子罗盘实时自由校准方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

实时采集传感器数据Dr，得到符合分布要求的实时采样数据Dt；

通过预设校准求参椭球拟合策略，输入实时校准采样数据Dt，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的实时校准参数Pt；

用户校准时，采集传感器数据Dr，得到符合分布要求的用户采样数据Du；

通过预设校准求参椭球拟合策略，输入用户校准采样数据Du，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的用户校准参数Pu；

根据预定规则计算得到校准数据Dc；

根据预设求值方法判断并调整所述电子罗盘姿态Ac。

2.根据权利要求1所述的电子罗盘实时自由校准方法，其特征在于，通过预设校准求参椭球拟合策略，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数的步骤包括：

根据预设的数据样本模型建立输入数据样本模型，数据样本模型为10*10的矩阵S，所述输入数据样本模型为S_i+1＝S_i+Hm；其中，Hm为地磁测量数据，S_i为第i个输入数据样本模型，i为自然数，S₀为初始数据样本模型，且S₀为10*10的零矩阵；

根据预设的椭球拟合策略得出椭球方程的系数向量；

根据所述系数向量确定椭球变换模型；

根据所述椭球变换模型，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数。

3.根据权利要求2所述的电子罗盘实时自由校准方法，其特征在于，所述椭球方程为：

其中，S为输入数据样本模型，v为椭球方程的系数向量，v＝[a，b，c，d，e，f，g，h，m，-1]，λ为S的特征向量，C为约束矩阵。

4.根据权利要求3所述的电子罗盘实时自由校准方法，其特征在于，所述椭球变换模型为：

其中，

Δ为4*4的平移变换矩阵，R为4*4的旋转变换矩阵，Q为4*4的伸缩变换矩阵，所述硬磁干扰为Δ，所述软磁干扰为R₃ ^-1Q₃ ^-1R₃，R₃为R的前三行和前三列构成的矩阵，Q₃为Q的前三行和前三列构成的矩阵。

5.根据权利要求4所述的电子罗盘实时自由校准方法，其特征在于，计算出传感器的用户校准参数Pu及实时校准参数Pt之后，还包括：

同时开启所述传感器数据Dr下一周期的实时采集和校准。

6.根据权利要求5所述的电子罗盘实时自由校准方法，其特征在于，所述根据预定规则计算得到校准数据Dc的步骤还包括：

在实时校准参数Pt产生后，根据预定规则判断是否替换使用的上一次校准参数，若替换则使用新的校准参数计算输出校准后数据，若不替换则继续使用上一次校准参数计算输出校准后数据。

7.根据权利要求6所述的电子罗盘实时自由校准方法，其特征在于，所述上一次校准参数为用户校准参数Pu或实时校准参数Pt中的一种。

8.根据权利要求7所述的电子罗盘实时自由校准方法，其特征在于，所述传感器数据Dr为传感器的原始数据或校准后的数据，并且，所述传感器包括磁力计、加速度计或陀螺仪中的至少一种。

9.一种电子罗盘实时自由校准装置，其特征在于，该装置包括：

实时校准采样模块，用于实时采集传感器数据Dr，并得到符合分布要求的实时采样数据Dt，结合校准求参模块可以用于计算出传感器的实时校准参数Pt；

校准求参模块，用于通过预设椭球拟合策略，求出所述电子罗盘的硬磁干扰与软磁干扰所对应的校准参数；

用户校准采样模块，当用户进行校准时，采集传感器数据Dr并得到符合分布要求的用户采样数据Du，结合校准求参模块可以计算出传感器的用户校准参数Pu；

校准参数仲裁模块，用于根据预定规则计算得到校准数据Dc；

姿态求值模块，用于根据预设求值方法判断并调整所述电子罗盘姿态Ac。