CN113758515A - 零点校准方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

零点校准方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN113758515A CN202110935319.3A CN202110935319A CN113758515A CN 113758515 A CN113758515 A CN 113758515A CN 202110935319 A CN202110935319 A CN 202110935319A CN 113758515 A CN113758515 A CN 113758515A
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Abstract

本申请公开了一种矢量传感器的零点校准方法、校准装置、电子设备及非易失性计算机可读存储介质。校准方法包括：获取矢量传感器在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；获取矢量传感器在前一次测量时的前一数据；根据当次数据及前一数据获取修正量Wk；根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及获取矢量传感器下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据下一原始数据Rk+1和下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。本申请的校准方法能够根据当次数据及前一数据获取修正量Wk，根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1，从而获取更加准确的校正值，以在下一次测量时根据下一校正值Ek+1对下一原始数据Rk+1进行零点误差校准获取更接近真实值的下一有效数据Vk+1。

Description

零点校准方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及传感器领域，更具体而言，涉及一种矢量传感器的零点校准方法、零点校准装置、电子设备及非易失性计算机可读存储介质。
背景技术
矢量传感器能够给出被测物理量的方向和大小，例如三轴磁阻矢量传感器能够测量地球磁场方向而被用于制作罗盘实现方位角测量功能；三轴加速度矢量传感器能够测量地球的重力加速度从而给出相对于水平面的倾斜角度。当被测物理量为零时，矢量传感器的数据输出往往并不为零，即存在零点误差。实际应用中想要直接测量零值的物理量，需要要实现矢量传感器的某一测量轴上被测物理量分量为零或者二者方向完全重合，这往往难以实现。而通过统计大量矢量传感器采用数据样本输出寻找极零点的方法又存在样本有限和校准时矢量传感器不能正常使用的问题。
发明内容
本申请实施方式提供一种矢量传感器的零点校准方法、零点校准装置、电子设备及非易失性计算机可读存储介质。
本申请实施方式的校准方法包括：获取矢量传感器在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；获取所述矢量传感器在前一次测量时的前一数据；根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk；根据所述当次校正值Ek和所述修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及获取矢量传感器下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据所述下一原始数据Rk+1和所述下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
本申请实施方式的零点校准装置包括获取模块、修正模块、校正模块及计算模块。所述获取模块用于获取矢量传感器在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据，所述获取模块还用于获取所述矢量传感器在前一次测量时的前一数据；所述修正模块用于根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk；所述校正模块用于根据所述当次校正值Ek和所述修正量Wk获取下一校正值Ek+1；所述计算模块用于获取矢量传感器下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据所述下一原始数据Rk+1和所述下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
本申请实施方式的电子设备包括矢量传感器、所述电子设备包括一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中，所述矢量传感器用于测量矢量，一个或多个所述程序被存储在所述存储器中，并且被一个或多个所述处理器执行，所述处理器用于：获取矢量传感器在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；获取所述矢量传感器在前一次测量时的前一数据；根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk；根据所述当次校正值Ek和所述修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及获取矢量传感器下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据所述下一原始数据Rk+1和所述下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
本申请实施方式的非易失性计算机可读存储介质包含计算机程序，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个所述处理器实现如下校准方法：获取矢量传感器在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；获取所述矢量传感器在前一次测量时的前一数据；根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk；根据所述当次校正值Ek和所述修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及获取矢量传感器下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据所述下一原始数据Rk+1和所述下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
本申请实施方式的矢量传感器的零点校准方法、零点校准装置、电子设备，能够根据当次数据及前一数据获取修正量Wk，根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1，从而获取更加准确的校正值，以在下一次测量时根据下一校正值Ek+1对下一原始数据Rk+1进行零点误差校准获取更接近真实值的下一有效数据Vk+1。
本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请某些实施方式的矢量传感器的零点校准方法的流程示意图；
图2是本申请某些实施方式的电子设备的结构示意图；
图3是本申请某些实施方式的零点校准装置的结构示意图；
图4是本申请某些实施方式的矢量传感器获取原始数据Rk和有效数据Vk的场景示意图；
图5是本申请某些实施方式的矢量传感器获取原始数据Rk和有效数据Vk的场景示意图；
图6是本申请某些实施方式的矢量传感器的零点校准的场景示意图；
图7是本申请某些实施方式的矢量传感器的不同姿态的场景示意图；
图8是本申请某些实施方式的校准方法的流程示意图；
图9是本申请某些实施方式的矢量传感器在不同姿态测量矢量的场景示意图；
图10是本申请某些实施方式的获取零点偏置M0的方向的场景示意图；
图11是本申请某些实施方式的获取零点偏置M0的方向的场景示意图；
图12是本申请某些实施方式的矢量传感器的零点校准的场景示意图；
图13是本申请某些实施方式的校准方法的流程示意图；
图14是本申请某些实施方式的校准方法的流程示意图；
图15是本申请某些实施方式的校准方法的流程示意图；
图16是本申请某些实施方式的获取零点偏置M0的方向的场景示意图；
图17是本申请某些实施方式的计算机可读存储介质和处理器的连接状态示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。
请参阅图1至图3，本申请实施方式提供一种矢量传感器40的零点校准方法。该零点校准方法包括：
01：获取矢量传感器40在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；
02：获取矢量传感器40在前一次测量时的前一数据；
03：根据当次数据及前一数据获取修正量Wk；
04：根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及
05：获取矢量传感器40下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据下一原始数据Rk+1和下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
请参阅图2，本申请实施方式还提供一种电子设备100，电子设备100包括矢量传感器40，矢量传感器40用于测量矢量。电子设备100包括还包括一个或多个处理器30、存储器20及一个或多个程序，其中，一个或多个程序被存储在存储器20中，并且被一个或多个处理器30执行，处理器30可用于执行01、02、03及04中的方法。即，处理器30可用于：获取矢量传感器40在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；获取矢量传感器40在前一次测量时的前一数据；根据当次数据及前一数据获取修正量Wk；根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及获取矢量传感器40下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据下一原始数据Rk+1和下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
请参阅图2及图3，本申请实施方式还提供一种零点校准装置10，零点校准装置10可应用于电子设备100。零点校准装置10包括获取模块11、修正模块12、校正模块13及计算模块14。获取模块11可用于执行01和02中的方法，修正模块12可用于执行03中的方法，校正模块13可用于执行04中的方法，计算模块14可用于执行05中的方法。即，获取模块11可用于获取矢量传感器40在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；及获取矢量传感器40在前一次测量时的前一数据。修正模块12可用于根据当次数据及前一数据获取修正量Wk。校正模块13可用于根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1。计算模块14可用于获取矢量传感器40下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据下一原始数据Rk+1和下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
请参阅图1至图3，其中，矢量传感器40可以是两轴或两轴以上的矢量传感器40，如两轴传感器、三轴传感器、六轴传感器或更多轴传感器等，在此不一一列举。根据被测矢量的类型，矢量传感器40可以选择各种类型的传感器，如地磁传感器、重力加速度传感器、角速度传感器、加速度传感器等，在此不一一列举。在某些实施方式中，矢量传感器40可以是MEMS(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)传感器，MEMS传感器可用于测量一种或多种类型的矢量。例如MEMS传感器包括六轴，能够兼具三轴加速度传感器的功能及三轴地磁传感器的功能，MEMS传感器的具体类型不局限于此，在此不一一列举。
电子设备100可以是安装有矢量传感器40的任意电子设备100。例如电子设备100可以为手机、平板电脑(Tablet Personal Computer)、膝上型电脑(Laptop Computer)、个人数字助理(personal digital assistant，简称PDA)、移动上网装置(Mobile InternetDevice，MID)或可穿戴式设备(Wearable Device)、无人机、无人车、无人船、智能机器人等，在此不一一列举。
请参阅图2，其中，在一个实施例中，处理器30与矢量传感器40一体设置。在另一个实施例中，处理器30与矢量传感器40独立设置，矢量传感器40可将测量数据传输至处理器30，处理器30根据矢量传感器40测得的数据获取获取下一校正值Ek+1，并将下一校正值Ek+1传输至矢量传感器40，使矢量传感器40基于下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1，或在处理器30端根据下一校正值Ek+1及矢量传感器40获取的下一原始数据Rk+1获取下一有效数据Vk+1。
请参阅图4，通常，矢量传感器40的理论零点位置P0与矢量传感器40测量时采用的测量零点位置Pe之间往往存在零点偏置M0，具体表现为被测矢量为零时矢量传感器40仍能够获取不为零的数据，此时矢量传感器40获取的矢量数据与零之间的矢量差即为矢量传感器40零点偏置M0。如果矢量传感器40测量时采用理论零点位置，则在被测矢量为零时矢量传感器40获取的矢量数据应该为零，即矢量传感器40获取的矢量数据能够表征真实的被测矢量。
由于零点偏置M0是理论零点位置P0与测量零点位置Pe之间的矢量差，而基于测量零点位置Pe获取的原始数据Rk能够反映零点位置Pe，因此只要能够确定零点偏置M0，即可在矢量传感器40获取的原始数据Rk的基础上结合零点偏置M0确定理论零点位置P0，从而获取准确的有效数据Vk，其中，有效数据Vk是基于矢量传感器40的实际零点位置获取的数据，即消除了零点误差后获取的数据。
具体地，请参阅图2及图4，以两轴矢量传感器40基于测量零点位置Pe测得的原始数据
Figure BDA0003212817760000051
为例，在两轴矢量传感器40的坐标系中，P0是理论零点位置，Pe是测量零点位置，零点偏置
Figure BDA0003212817760000052
是理论零点位置P0与测量零点位置Pe之间的矢量差，
Figure BDA0003212817760000053
是理论上基于理论零点位置P0能够获取的矢量数据，也是
Figure BDA0003212817760000054
消除零点误差后的理论矢量。可见，
Figure BDA0003212817760000055
因此，只要能够确定零点偏置
Figure BDA0003212817760000056
即可消除原始数据
Figure BDA0003212817760000057
的零点误差得到矢量数据
Figure BDA0003212817760000058
以将矢量数据
Figure BDA0003212817760000059
作为有效数据输出，获取准确的测量矢量。
请参阅图5，本申请实施方式的零点校准方法能够获取当次校正值
Figure BDA00032128177600000510
和当次数据，当次数据可包括矢量传感器40在当次获取的当次原始数据
Figure BDA00032128177600000511
其中，当次校正值
Figure BDA00032128177600000512
是零点偏置
Figure BDA00032128177600000513
的估计值，校正值
Figure BDA00032128177600000514
表征测量零点位置Pe与估计零点位置Pk之间的矢量差。在实际测量时往往难以直接获取准确的零点偏置
Figure BDA00032128177600000515
因此需要借助当次校正值
Figure BDA00032128177600000516
估计零点的位置。基于估计零点位置Pk，并根据当次校正值
Figure BDA00032128177600000517
和当次原始数据
Figure BDA00032128177600000518
能够获取当次有效数据
Figure BDA00032128177600000519
当次有效数据
Figure BDA00032128177600000520
是对当次原始数据
Figure BDA00032128177600000521
进行零点误差校准后获取的矢量数据，更加接近被测矢量的实际值。
请结合图4及图5，如果当次校正值
Figure BDA00032128177600000522
与零点偏置
Figure BDA00032128177600000523
重合，即当次校正值
Figure BDA00032128177600000524
完全准确，那么根据当次校正值
Figure BDA00032128177600000525
确定的估计零点位置Pk与理论零点位置P0重合，在此情况下，根据当次校正值
Figure BDA00032128177600000526
即可确定理论零点位置P0，即利用当次校正值
Figure BDA00032128177600000527
对当次原始数据
Figure BDA00032128177600000528
进行零点误差校准后可以完全消除当次原始数据
Figure BDA00032128177600000529
的零点误差得到当次有效数据
Figure BDA00032128177600000530
当次有效数据
Figure BDA00032128177600000531
能够反映当次测量结果的实际值。同理，下一校正值
Figure BDA00032128177600000532
越接近零点偏置
Figure BDA00032128177600000533
即下一校正值
Figure BDA00032128177600000534
越准确，则根据下一次测量时获取的下一原始数据
Figure BDA00032128177600000535
和下一校正值
Figure BDA00032128177600000536
获取的下一有效数据
Figure BDA00032128177600000537
也越准确，越接近下一次测量结果的实际值。
进一步地，请参阅图6，本申请实施方式的零点校准方法能够根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1，修正量Wk用于修正当次校正值Ek得到下一校正值Ek+1，使修正后得到的校正值更接近零点偏置M0。如图6所示，修正量Wk表征估计零点位置Pk与估计零点位置Pk+1之间的矢量差，下一校正值
Figure BDA0003212817760000061
是估计零点位置Pk+1与测量零点位置Pe之间的矢量差。可见，经过修正后，根据下一校正值
Figure BDA0003212817760000062
确定的估计零点位置Pk+1比基于当次校正值
Figure BDA0003212817760000063
确定的估计零点位置Pk更接近理论零点位置P0，下一校正值
Figure BDA0003212817760000064
也更接近零点偏置
Figure BDA0003212817760000065
随着测量次数k的不断增加，对校正值的修正不断进行，新获取的校正值也越来越逼近零点偏置
Figure BDA0003212817760000066
即零点校准也越来越准确。
本申请实施方式的矢量传感器40的零点校准方法、零点校准装置10、电子设备100，能够根据当次数据及前一数据获取修正量Wk，根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1，从而获取更加准确的校正值，以在下一次测量时根据下一校正值Ek+1对下一原始数据Rk+1进行零点误差校准获取更接近真实值的下一有效数据Vk+1。此外，矢量传感器40的零点校准过程是在矢量传感器40正常输出数据的同时进行的，不会影响矢量传感器40的正常使用。
下面结合附图做进一步说明。
请参阅图1，方法01：获取矢量传感器40在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；方法02：获取矢量传感器40在前一次测量时的前一数据。其中，k为大于0的自然数，即k的最小值为1。k表示测量的次数，例如当k＝2时，当次校正值E2表示第2次测量时对应的校正值，修正量Wk表示第2次测量时对应的修正量。
校正值可以是一个预设值，例如当次校正值Ek是根据预先的多次测算确定的校正值，或根据经验确定的校正值等，在此不作限制。
校正值还可以是基于矢量传感器40前一次测量时对应的修正量确定，例如对于下一次测量而言，当次测量是下一次测量的前一次测量，则下一校正值Ek+1可根据当次校正值Ek和当次测量对应的修正量Wk确定。再例如，当次校正值Ek可根据上一校正值Ek-1和上一次测量对应的修正量Wk-1确定。具体地，例如当k＝2时，校正值E2可根据k＝1时的校正值E1和修正量W1确定。特别地，当k＝1时，当次测量为第1次测量，由于不存在上一次测量对应的校正值E0和修正量W0，因此校正值E1是一个预设值。
在某些实施方式中，在前一次测量时矢量传感器40的姿态与在当次测量时矢量传感器40的姿态不同。
请参阅图7，具体地，不同姿态是指矢量传感器40在预设坐标系中相对于参考矢量在不同角度对应的姿态。例如，矢量传感器40相对固定的参考矢量发生移动或转动，从第一姿态变为第二姿态，比如参考矢量是重力加速度，重力加速度的方向不变，矢量传感器40相对重力加速度方向发生移动或转动而改变姿态。再例如，矢量传感器40自身不发生移动或转动，参考矢量相对矢量传感器40发生移动或转动，比如参考矢量是电磁场矢量，矢量传感器40放置在水平面并保持静止，电磁场源相对矢量传感器40发生移动或转动，使电磁场矢量的角度相对矢量传感器40的坐标轴发生改变，此时同样认为矢量传感器40相对参考矢量的姿态发生改变。再例如，矢量传感器40和参考矢量中至少一者相对另一者发生移动或转动，例如矢量传感器40固定、参考矢量运动；矢量传感器40运动、参考矢量固定；矢量传感器40和参考矢量均运动，则均认为矢量传感器40相对参考矢量的姿态发生改变。
请参阅图8，在某些实施方式中，当次数据包括当次原始数据Rk，前一数据包括前一原始数据Rk-1，03：根据当次数据及前一数据获取修正量Wk，包括：
031：根据当次原始数据Rk和前一原始数据Rk-1获取权值Dk及估计量Mk；及
032：根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk。
请结合图2，在某些实施方式中，处理器30还可用于执行031及032中的方法。即，处理器30还可用于：根据当次原始数据Rk和前一原始数据Rk-1获取权值Dk及估计量Mk；及根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk。
请结合图3，在某些实施方式中，校正模块13还可用于执行031及032中的方法。即，校正模块13还可用于：根据当次原始数据Rk和前一原始数据Rk-1获取权值Dk及估计量Mk；及根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk。
请参阅图6，修正量Wk是下一校正值Ek+1和当次校正值Ek之间的矢量差。具体地，Ek+1＝Ek+Wk。本申请的实施方式能够根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk。
具体地，请结合图9，以二轴矢量传感器40在不同姿态测量矢量
Figure BDA0003212817760000071
并分别获取前一原始数据
Figure BDA0003212817760000072
和当次原始数据
Figure BDA0003212817760000073
为例，其中在前一次测量时和当次测量时矢量
Figure BDA0003212817760000074
的矢量值|Me|不变。请结合图7，在前一次测量时和当次测量时矢量
Figure BDA0003212817760000075
相对矢量传感器40的坐标系方向改变。对于该矢量传感器40，若不存在零点误差，则矢量传感器40测量得到的矢量数据应该为自理论零点位置P0指向圆C的圆周的矢量，其中，圆C是以P0为圆心、以|Me|为半径的圆。例如在不存在零点误差时矢量传感器40前一次测量的矢量数据应该为
Figure BDA0003212817760000076
当次测量的矢量数据应该为
Figure BDA0003212817760000077
其中，A1是矢量传感器40的坐标系在前一次测量时的姿态对应的外参矩阵，A2是矢量传感器40的坐标系在当次测量时的姿态对应的外参矩阵，
Figure BDA0003212817760000078
和
Figure BDA0003212817760000079
描述矢量传感器40相对被测矢量的姿态变化过程。前一原始数据
Figure BDA00032128177600000710
和当次原始数据
Figure BDA00032128177600000711
是基于测量零点位置Pe测得的矢量，
Figure BDA00032128177600000712
和
Figure BDA00032128177600000713
自零点位置Pe指向圆C的圆周。
请参阅图9，对于
Figure BDA00032128177600000714
和
Figure BDA00032128177600000715
存在如下关系：
公式一：
Figure BDA00032128177600000716
公式二：
Figure BDA00032128177600000717
将公式一的等式两边平方后得到公式三，
公式三：
Figure BDA0003212817760000081
将公式二的等式两边平方后得到公式四
公式四：
Figure BDA0003212817760000082
将公式三和公式四的等式作用两边分别做差后到公式五，
公式五：
Figure BDA0003212817760000083
令
Figure BDA0003212817760000084
则公式五可改写为公式六：
Figure BDA0003212817760000085
其中，Dk是权值，
Figure BDA0003212817760000086
是估计量。
根据公式六，若Dk＞0，即
Figure BDA0003212817760000087
则说明
Figure BDA0003212817760000088
与
Figure BDA0003212817760000089
同向；若Dk＜0，即
Figure BDA00032128177600000810
则说明
Figure BDA00032128177600000811
与
Figure BDA00032128177600000812
反向。请结合图10，矢量
Figure BDA00032128177600000813
的法平面Sk将空间分为两部分，包括与
Figure BDA00032128177600000814
同向的一侧Tk和与
Figure BDA00032128177600000815
反向的一侧Fk。当
Figure BDA00032128177600000816
时，能够确定
Figure BDA00032128177600000817
的方向在Tk侧；当
Figure BDA00032128177600000818
Figure BDA00032128177600000819
时，能够确定
Figure BDA00032128177600000820
的方向在Fk侧。
请结合图11，类似地，在第k+1次测量后矢量传感器40获取数据
Figure BDA00032128177600000821
则可根据
Figure BDA00032128177600000822
和
Figure BDA00032128177600000823
获取
Figure BDA00032128177600000824
和Dk+1，
Figure BDA00032128177600000825
根据Dk+1的正负，可以确定
Figure BDA00032128177600000826
的方向在
Figure BDA00032128177600000827
的法平面Sk+1的Tk+1侧还是Fk+1侧。在图11的示例中，Dk和Dk+1均＜0，根据Dk和Dk+1的正负可以确定
Figure BDA00032128177600000828
的方向在δ范围之内。随着测量次数k的增加，能够确定多个估计量
Figure BDA00032128177600000829
与零点偏置
Figure BDA00032128177600000830
之间的方向关系，即能够确定
Figure BDA00032128177600000831
在多个
Figure BDA00032128177600000832
的法平面Sk分割的半空间的哪一侧，从而进一步确定
Figure BDA00032128177600000833
在空间中的范围，即缩小δ的范围。将
Figure BDA00032128177600000834
在空间中的分布情况取交集，即可确定一个较小的空间范围，这个较小的空间范围能够反映零点偏置
Figure BDA00032128177600000835
的方向。
请参阅图12，修正量Wk用于修正校正值Ek得到修正后的校正值Ek+1，使测量零点位置Pe经过校正值Ek+1校正后得到的估计零点位置Pk+1更逼近理论零点位置P0。即得到的校正值Ek+1的方向和大小越准确，零点校准也越准确。而校正值Ek+1＝Ek+Wk，修正量Wk方向和大小越准确，得到的校正值Ek+1的方向和大小也越准确，零点校准也越准确。
其中，修正量Wk的方向由估计量Mk的矢量方向及权值Dk的正负确定。请结合图10及图11，若Dk＜0，则修正量Wk的方向与估计量Mk的矢量方向一致，且与零点偏置
Figure BDA00032128177600000836
均朝向Mk的法平面Sk的Tk侧；若Dk＞0，则修正量Wk的方向与估计量Mk的矢量方向相反，且与零点偏置
Figure BDA00032128177600000837
均朝向Mk的法平面Sk的Fk侧。可见，修正量Wk的方向始终与零点偏置
Figure BDA00032128177600000838
的方向朝向Mk的法平面Sk确定的半空间的同一侧。因此，可以利用修正量Wk估计零点偏置
Figure BDA00032128177600000839
的方向，即利用修正量Wk修正校正值Ek的方向，使修正后的校正值Ek+1的方向更逼近零点偏置
Figure BDA00032128177600000840
的方向。随着测量次数k的增加，能够确定的零点偏置
Figure BDA0003212817760000091
在空间中的范围越来越精确，修正后的校正值Ek+1的方向越来越接近零点偏置
Figure BDA0003212817760000092
的真实方向。
修正量Wk的大小由估计量Mk的大小及权值Dk确定。具体地，
Figure BDA0003212817760000093
其中，α是预设的经验因子，用于避免
Figure BDA0003212817760000094
的值过大使校正值Ek+1的值过大而导致估计零点位置Pk+1发散，以及提高零点位置Pk+1向理论零点位置P0收敛的速度。在对收敛速度不作要求时，α的取值为1。|Dk|能够反映前一次测量与当次测量时矢量传感器40的姿态变化程度。
Figure BDA0003212817760000095
是一个差分过程，考虑噪声的影响，在实际测量时，
Figure BDA0003212817760000096
Z为噪声值。若前一次测量与当次测量时矢量传感器40的姿态变化程度较小，则
Figure BDA0003212817760000097
与
Figure BDA0003212817760000098
的值较为接近，
Figure BDA0003212817760000099
较小，噪声值Z对
Figure BDA00032128177600000910
的差分结果影响较大，容易导致估计零点位置Pk+1发散。而在前一次测量与当次测量时矢量传感器40的姿态变化程度较大时，噪声值Z对
Figure BDA00032128177600000911
的差分结果影响较小，使估计零点位置Pk+1能够向理论零点位置P0收敛。因此，为避免估计零点位置Pk+1发散，需要尽可能在矢量传感器40的姿态变化程度较大时利用修正量Wk获取校正值Ek+1以确定收敛的估计零点位置Pk+1。|Dk|与矢量传感器40的姿态变化程度正相关，|Dk|的值越大则矢量传感器40的姿态变化程度越大，|Dk|的值越小则矢量传感器40的姿态变化程度越小。
Figure BDA00032128177600000912
表征对
Figure BDA00032128177600000913
的利用程度，|Dk|越大，则
Figure BDA00032128177600000914
的取值对
Figure BDA00032128177600000915
的利用程度越高，修正量Wk对校正值Ek的修正幅度也越高，确定的估计零点位置Pk+1与前一估计零点位置Pk之间的距离越远；|Dk|越小，则
Figure BDA00032128177600000916
的取值对
Figure BDA00032128177600000917
的利用程度越低，修正量Wk对校正值Ek的修正幅度也越低，确定的估计零点位置Pk+1与前一估计零点位置Pk之间的距离越近。
进一步地，在某些实施方式中，当|Dk|大于预设阈值时，可利用修正量Wk修正校正值Ek以获取校正值Ek+1；当|Dk|小于或等于预设阈值时，可认为无需修正校正值Ek，可以令修正量Wk为零以使Ek+1＝Ek+0＝Ek，或直接令Ek+1＝Ek，此时无需进行零点校准，直到当|Dk+n|大于预设阈值时，利用修正量Wk+n获取校正值Ek+n。
具体地，请参阅图13，在某些实施方式中，03：根据当次数据及前一数据获取修正量Wk，包括：
033：根据当次数据及前一数据获取权值Dk及估计量Mk；
034：在权值Dk大于预设阈值时，根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk；及
035：在权值Dk小于或等于预设阈值时，令修正量Wk为零。
请结合图2，在某些实施方式中，处理器30还可用于执行033、034及035中的方法。即，处理器30还可用于：根据当次数据及前一数据获取权值Dk及估计量Mk；在权值Dk大于预设阈值时，根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk；及在权值Dk小于或等于预设阈值时，令修正量Wk为零。
请结合图3，在某些实施方式中，校正模块13还可用于执行031及032中的方法。即，校正模块13还可用于：根据当次数据及前一数据获取权值Dk及估计量Mk；在权值Dk大于预设阈值时，根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk；及在权值Dk小于或等于预设阈值时，令修正量Wk为零。
如此，可以确保在进行零点校准时，校准后确定的估计零点位置Pk+1是向理论零点位置P0收敛的，从而提高获取的有效数据的准确性。
类似地，当矢量传感器40为两轴以上的矢量传感器40时，仍然可以通过本申请实施方式的零点校准方法获取修正量Wk，以及根据修正量Wk和当次校正值Ek获取下一校正值Ek+1，此处不再赘述。
请参阅公式六：
Figure BDA0003212817760000101
在某些实施方式中，当次数据包括当次原始数据Rk和当次有效数据Vk，前一次数据包括前一有效数据Vk-1，权值Dk和估计量Mk可根据当次有效数据Vk和前一有效数据Vk-1获取。
具体地，请参阅图14，在某些实施方式中，01：获取矢量传感器40在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据包括：
011：根据当次原始数据Rk及当次校正值Ek获取当次有效数据Vk。
请结合图2，在某些实施方式中，处理器30还可用于执行011中的方法。即，处理器30还可用于：根据当次原始数据Rk及当次校正值Ek获取当次有效数据Vk。
请结合图3，在某些实施方式中，获取模块11还可用于执行01中的方法。即，获取模块11还可用于：根据当次原始数据Rk及当次校正值Ek获取当次有效数据Vk。
具体地，请结合图5，
Figure BDA0003212817760000102
表征自估计零点位置Pk指向圆C的圆周的矢量。类似地，前一有效数据
Figure BDA0003212817760000103
表征自估计零点位置Pk-1指向圆C的圆周的矢量。
请参阅图15，在某些实施方式中，03：根据当次数据及前一数据获取修正量Wk，包括：
036：根据当次有效数据Vk和前一有效数据Vk-1获取权值Dk及估计量Mk；及
037：根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk。
请结合图2，在某些实施方式中，处理器30还可用于执行036及037中的方法。即，处理器30还可用于：根据当次有效数据Vk和前一有效数据Vk-1获取权值Dk及估计量Mk；及根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk。
请结合图3，在某些实施方式中，校正模块13还可用于执行036及037中的方法。即，校正模块13还可用于：根据当次有效数据Vk和前一有效数据Vk-1获取权值Dk及估计量Mk；及根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk。
请结合图9、公式五及公式六，在公式五：
Figure BDA0003212817760000111
中，由于
Figure BDA0003212817760000112
和
Figure BDA0003212817760000113
可由矢量传感器40测量任意个矢量获取，因此
Figure BDA0003212817760000114
得到的矢量可以为空间中的任一矢量，即公式六中
Figure BDA0003212817760000115
实质是用
Figure BDA0003212817760000116
表示
Figure BDA0003212817760000117
得到的空间中的任一矢量。在公式五：
Figure BDA0003212817760000118
中，
Figure BDA0003212817760000119
反映矢量传感器40两次测量时的姿态变化程度，即公式六中
Figure BDA00032128177600001110
实质是用Dk表征矢量传感器40两次测量时的姿态变化程度。若以
Figure BDA00032128177600001111
表征空间中的任一矢量，以
Figure BDA00032128177600001112
表征矢量传感器40两次测量时的姿态变化程度，即
Figure BDA00032128177600001113
则由公式六可以得到公式七：
Figure BDA00032128177600001114
其中U是不为零的常数，
Figure BDA00032128177600001115
Figure BDA00032128177600001116
请参阅图16，并结合图10，在
Figure BDA00032128177600001117
时仍然可以根据Dk的正负确定
Figure BDA00032128177600001118
相对零点偏置
Figure BDA00032128177600001119
的方向，即确定零点偏置
Figure BDA00032128177600001120
的方向在
Figure BDA00032128177600001121
的法平面Sk分隔的半空间的哪一侧，详细过程不再赘述。如此，在
Figure BDA00032128177600001122
时，仍然可以利用Dk的正负和
Figure BDA00032128177600001123
的方向确定
Figure BDA00032128177600001124
的方向，及
Figure BDA00032128177600001125
确定
Figure BDA00032128177600001126
的大小，详细过程不再赘述。
请参阅图9，
Figure BDA00032128177600001127
除了能够表征矢量传感器40两次测量时的姿态变化程度，还能够表征零点误差的校准程度。例如，若不存在零点误差，则在图9中的估计零点位置Pk-1、估计零点位置Pk、及理论零点位置P0三点重合，
Figure BDA00032128177600001128
那么
Figure BDA00032128177600001129
若存在零点误差，则估计零点位置Pk-1和估计零点位置Pk越靠近理论零点位置P0，说明零点误差的校准程度越高，此时
Figure BDA00032128177600001130
的值也越小，Dk也越小；零点位置Pk-1和估计零点位置Pk越远离理论零点位置P0，说明零点误差的校准程度越低，此时
Figure BDA00032128177600001131
的值也越大，Dk也越大。请结合方法035：在权值Dk小于或等于预设阈值时，令修正量Wk为零，即在零点误差的校准程度较高时不修正当次校正值Ek，认为零点误差校准已经达到要求。请结合方法034：在权值Dk大于预设阈值时，根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk，以根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1，用于在下一次(k+1次)测距时进行零点校准。
请参阅公式六：
Figure BDA00032128177600001132
其中，权值Dk表征矢量传感器40两次测量时的姿态变化程度。在某些实施方式中，可根据姿态数据确定权值Dk。其中，姿态数据是其他传感器测得的能够表征矢量传感器40两次测量时的姿态变化程度的数据。在一个实施例中，姿态数据可以是角速度传感器在矢量传感器40两次测量的同时测得的第一角速度和第二角速度，第一角速度和第二角速度之差越大，则表征矢量传感器40两次测量时的姿态变化程度越大，则确定的权值Dk越大。姿态数据的类型不局限于矢量传感器40在两次测量时的角速度的变化率，在此不作限制。
具体地，请参阅图16，在某些实施方式中，03：根据当次数据及前一数据获取修正量Wk，包括：
038：获取姿态数据；及
039：根据当次数据、前一数据及姿态数据获取修正量Wk。
请结合图2，在某些实施方式中，处理器30还可用于执行038及039中的方法。即，处理器30还可用于：获取姿态数据；及根据当次数据、前一数据及姿态数据获取修正量Wk。
请结合图3，在某些实施方式中，校正模块13还可用于执行038及039中的方法。即，校正模块13还可用于：获取姿态数据；及根据当次数据、前一数据及姿态数据获取修正量Wk。
具体地，修正量Wk由权值Dk及估计量Mk确定，权值Dk由姿态数据确定，估计量Mk由当次数据和前一数据确定。结合前文所述，若当次数据和前一数据分别为当次原始数据
Figure BDA0003212817760000121
和前一原始数据
Figure BDA0003212817760000122
则
Figure BDA0003212817760000123
若当次数据和前一数据分别为当次有效数据Vk和前一有效数据Vk-1，则
Figure BDA0003212817760000124
综上，本申请实施方式的矢量传感器40的零点校准方法、零点校准装置10、电子设备100，能够根据当次数据及前一数据获取修正量Wk，根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1，从而获取更加准确的校正值，以在下一次测量时根据下一校正值Ek+1对下一原始数据Rk+1进行零点误差校准获取更接近真实值的下一有效数据Vk+1。
本申请实施方式的矢量传感器40的零点校准方法、零点校准装置10、电子设备100还能够在输出有效数据的同时进行零点校准，具体地，在任意的第k次测量时均可进行零点校准，以能够动态地在矢量传感器40的使用过程中完成零点校准，持续确保有效数据的准确性。
请参阅图17，本申请实施方式还提供一种包含计算机程序401的非易失性计算机可读存储介质400。当计算机程序401被一个或多个处理器30执行时，使得一个或多个处理器30执行上述任一实施方式的校准方法。非易失性计算机可读存储介质400可设置在电子设备100内，也可设置在云端服务器或其他装置中，此时，电子设备100能够与云端服务器或其他装置进行通讯来获取到相应的计算机程序401。
请结合图2，例如，当计算机程序401被一个或多个处理器30执行时，使得一个或多个处理器30执行01、02、03、04、05、011、031、032、033、034、035、036、037、038及039中的方法。例如执行以下应用校准方法：
01：获取矢量传感器40在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；
02：获取矢量传感器40在前一次测量时的前一数据；
03：根据当次数据及前一数据获取修正量Wk；
04：根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及
05：获取矢量传感器40下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据下一原始数据Rk+1和下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
又例如，当计算机程序401被一个或多个处理器30执行时，使得一个或多个处理器30执行以下校准方法：
01：获取矢量传感器40在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；
02：获取矢量传感器40在前一次测量时的前一数据；
031：根据当次原始数据Rk和前一原始数据Rk-1获取权值Dk及估计量Mk；
032：根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk；
034：在权值Dk大于预设阈值时，根据权值Dk及估计量Mk获取修正量Wk；
035：在权值Dk小于或等于预设阈值时，令修正量Wk为零；
04：根据当次校正值Ek和修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及
05：获取矢量传感器40下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据下一原始数据Rk+1和下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个例子中”、“示例地”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种矢量传感器的零点校准方法，其特征在于，所述校准方法包括：
获取矢量传感器在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据；
获取所述矢量传感器在前一次测量时的前一数据；
根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk；
根据所述当次校正值Ek和所述修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及获取矢量传感器下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据所述下一原始数据Rk+1和所述下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
2.根据权利要求1所述的零点校准方法，其特征在于，
在前一次测量时所述矢量传感器的姿态与在当次测量时所述矢量传感器的姿态不同。
3.根据权利要求1所述的零点校准方法，其特征在于，所述当次数据包括当次原始数据Rk，所述前一数据包括前一原始数据Rk-1，所述根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk，包括：
根据所述当次原始数据Rk和所述前一原始数据Rk-1获取权值Dk及估计量Mk；及
根据所述权值Dk及所述估计量Mk获取所述修正量Wk。
4.根据权利要求1所述的零点校准方法，其特征在于，所述当次数据包括当次原始数据Rk和当次有效数据Vk，所述获取矢量传感器在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据，还包括：
根据所述当次原始数据Rk及所述当次校正值Ek获取当次有效数据Vk。
5.根据权利要求4所述的零点校准方法，其特征在于，所述前一次数据包括前一有效数据Vk-1，所述根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk，包括：
根据所述当次有效数据Vk和所述前一有效数据Vk-1获取权值Dk及估计量Mk；及
根据所述权值Dk及所述估计量Mk获取所述修正量Wk。
6.根据权利要求1所述的零点校准方法，其特征在于，所述零点校准方法还包括：
获取姿态数据；及
根据所述当次数据、所述前一数据及所述姿态数据获取修正量Wk。
7.根据权利要求1所述的零点校准方法，其特征在于，根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk，包括：
根据所述当次数据及所述前一数据获取权值Dk及估计量Mk；
在所述权值Dk大于预设阈值时，根据所述权值Dk及所述估计量Mk获取所述修正量Wk；及
在所述权值Dk小于或等于预设阈值时，令所述修正量Wk为零。
8.一种零点校准装置，其特征在于，包括：
获取模块，所述获取模块用于获取矢量传感器在当次测量时的当次校正值Ek和当次数据，所述获取模块还用于获取所述矢量传感器在前一次测量时的前一数据；
修正模块，所述修正模块用于根据所述当次数据及所述前一数据获取修正量Wk；
校正模块，所述校正模块用于根据所述当次校正值Ek和所述修正量Wk获取下一校正值Ek+1；及
计算模块，所述计算模块用于获取矢量传感器下一次测量的下一原始数据Rk+1，并根据所述下一原始数据Rk+1和所述下一校正值Ek+1获取下一有效数据Vk+1。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
矢量传感器，用于测量矢量；
一个或多个处理器、存储器；及
一个或多个程序，其中，一个或多个所述程序被存储在所述存储器中，并且被一个或多个所述处理器执行，所述程序包括用于执行权利要求1至7任意一项所述的零点校准方法的指令。
10.一种包含计算机程序的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现权利要求1至7任意一项所述的零点校准方法。
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