JP2013527915A - モバイル機器でのセンサ測定値の較正 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は例示的なセンサ測定値較正システム100のブロック図である。ある実施態様において、システム100は角速度センサ102(例えばMEMSジャイロ)、動き検出器104、モデルパラメータ推定器106、状態推定器108、較正データベース110、加速度センサ112および、必要に応じて設けられる干渉軽減モジュール114を含むことができる。システム100は、少なくとも以下に示すものを含む、様々なモバイル機器に組み込むことができる。ハンドヘルドコンピュータ、携帯情報端末(PDA)、携帯電話機、電子タブレット、ネットワーク家電、デジタルカメラ、ビデオカメラ、スマートフォン、EGPRS(enhanced general packet radio service)対応携帯電話機、メディアプレーヤ、ナビゲーション機器、電子メール機器、ゲーム機、またはこれらの2つ以上の組み合わせ。ある実施態様では、システム100の一部又は全部の構成要素が1つ以上の集積回路(IC)チップに含められてもよい。
上述した温度推定フィルタおよび姿勢推定フィルタは、精度を向上するためにカルマンフィルタ手法を用いて実施することができる。ある実施態様では、2つの独立したカルマンフィルタを用いることができる。1つは温度を推定するための、もう一つは姿勢を推定するためのものである。これらのカルマンフィルタは、論理的な観点のみならず計算効率の観点からも分離することができる。
A.時間更新
1.状態の伝播
B.測定値(観測)更新
1.カルマンゲインの算出
最終的にジャイロバイアス推定に寄与する多くの成分が存在しうる。一般に、これら成分は2つのカテゴリに分けることができる。バイアス/温度モデルおよび、温度モデルからのバイアスデルタである。
必要に応じて設けられる干渉軽減モジュール114は、外部磁場ベクトルにおける変化を検出するために、状態推定器108から出力される基準四元数を用いることができる。モジュールは時刻kにおける直近の既知の磁力計測定ベクトルmk→および時刻kにおける機器の推定された姿勢Akを記録し、状態推定器108に(例えばqref→によって)供給することができる。モジュール114は磁力計測定ベクトルmk→を、Akの逆数を用いて、基準グローバル座標系内の推定磁場ベクトルに変形する。
gyroCompassMagnetic = (RotationMatrix.mult(MagneticGlobalFrame))
//daltaAngleは、magnetic(例えばmi→)と
//gyroCompassMagnetic(例えばms i→)との内角である。
float deltaAngle = (magnetic.interiorAngle(gyroCompassMagnetic));
//AngleVarianceはデータを合計するランニングバッファである。
AngleVariance.addSample(deltaAngle*deltaAngle);
// varAngleは変化の自乗である。
float varAngle = (AngleVariance.getSum()/AngleVariance.getCurrentSize());
// x,y,zの3成分を有するベクトルの大きさを算出する
mag() const {
return sqrt( x*x + y*y + z*z);
}
// 磁気ベクトルmagnetic(例えばmi→)と
//重力ベクトルgravity(例えばg→)との間の傾き
inclination = 90.0f - (magnetic.interiorAngle(gravity));
// varMagnitudeは大きさの変化を測定可能である。varInclinationは傾きの変化を測定可能である。
// MaxAngleVariance、MaxMagnitudeVariance、および
// MaxInclinationVarianceは個々の閾値である。
if (varAngle > MaxAngleVariance || varMagnitude > MaxMagnitudeVariance ||
varInclination > MaxInclinationVariance)) {
ActivateCoastingMode();
}
if (NOT coasting && compass calibrated) {
if (compass calibration improved ||
(magnetic.interiorAngle(gyroCompassMagnetic)<=
MaxAngleUpdateThreshold) &&
magnetic.mag() - gyroCompassMagnetic.mag() > Threshold ) {
MagneticGlobalFrame = TransposeRotationMatrix.mult(magnetic);
}
}
図3は、モデルパラメータの推定およびモデルパラメータに基づく推定姿勢の判定のための例示的な処理300のフローチャートである。処理300は、センサ測定較正システム100のような、機器のセンサデータ較正システムによって実施することができる。
図4Aは、ある実施態様にかかる、地球磁場を説明する例示的なカーテシアン座標系を示す図である。地球磁場ベクトルF→は、直交成分X(北向き強度)、Y(東向き強度)およびZ(鉛直下向き強度、下向きに正)と、全強度F、水平強度H、伏角(または傾斜)I、および偏角(または磁気偏角)Dによって記述可能である。偏角、伏角および全強度は、以下の式を用い、直交成分から算出することができる。
X1 = XE + Xoffset (28)
Y1 = YE + Yoffset
X2 = -XE +Xoffset
Y2 = -YE+ Yoffset
Xoffset=(X1+X2)/2 (29)
Yoffset=(Y1+Y2)/2
Aheading=arctan (YE, XE) (30)
ここで、得られる方位Aheadingは、信号XEおよびYEの符号に基づいて正しい四元数にマッピングすることができる。磁力計によって提供された測定結果から算出されたAheadingは、真北に対する方位を特定するため、方位Aheadingと偏角とを組み合わせることによって補正することのできる磁気方位である。
XE = X3 - Xoffset (31)
YE = Y3 - Yoffset
図5は、図1〜3に示したセンサ較正システム100および方法を実施するための例示的な機器ハードウェアアーキテクチャのブロック図である。機器はメモリインタフェース502、1つ以上のデータプロセッサ、画像プロセッサおよび/またはプロセッサ504と、周辺インタフェース506とを含むことができる。メモリインタフェース502、1つ以上のプロセッサ504、および/または周辺インタフェース506は、個別部品であってもよいし、1つ以上の集積回路に統合されてもよい。機器の様々な構成要素は、例えば、1つ以上の通信バスまたは信号線によって接続されてよい。
Claims (38)
- モバイル機器の1以上のプロセッサによって実行される、コンピュータによって実施される方法であって、
センサ測定値を前記モバイル機器に搭載されたセンサから受信するステップと、
前記センサ測定値に基づいて前記機器が静止しているか判定するステップと、
前記機器が静止していれば、前記センサ測定値から、現在の温度についての1つ以上のモデルパラメータを算出するステップと、
前記1以上のモデルパラメータを用いて前記機器の姿勢を推定するステップと、を有し、
前記推定するステップが、温度と測定バイアスとを別個に推定するステップを有することを特徴とする方法。 - 前記推定された姿勢を用いて、他のセンサ測定値における干渉を軽減するステップをさらに有することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記センサ測定値が角速度であり、前記モデルパラメータが測定バイアスおよび温度勾配を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記機器が静止しているかどうかを判定するステップが、
ウィンドウ平均されたセンサ測定値から変化を算出するステップと、
前記変化が閾値を超えたかどうかを判定するステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記1つ以上のモデルパラメータを算出するステップが、
較正点および温度勾配との線形回帰を算出するステップ、
を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記姿勢を推定するステップが、
温度および温度レートを含むフィルタ状態を有する第1の予測フィルタを用いて温度を推定するステップと、
局所姿勢誤差および測定バイアスを含むフィルタ状態を有する第2の予測フィルタを用いて前記機器の姿勢を推定するステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記第1および第2の予測フィルタはカルマンフィルタに基づくものであることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 温度補償済み角速度の移動平均を、測定バイアスの推定値として維持するステップをさらに有することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記移動平均を維持するステップが、
前記角速度の大きさに基づいて選択される動的更新レートを有するローパスフィルタを用いて角速度をフィルタ処理するステップ、
を有することを特徴とする請求項8記載の方法。 - モバイル機器の姿勢を推定するシステムであって、
前記モバイル機器に搭載されたセンサと、
前記センサに接続され、命令を実行するように構成されたプロセッサと、を有し、
前記命令が、前記プロセッサに
前記機器が静止しているかどうかをセンサ測定値に基づいて判定し、
前記機器が静止していれば、前記センサ測定値から、現在の温度についての1以上のモデルパラメータを算出し、
前記1以上のモデルパラメータを用いて前記機器の前記姿勢を推定させ、
前記推定においては、温度と測定バイアスとを別個に推定させることを特徴とするシステム。 - 前記プロセッサが、前記推定された姿勢を用いて、他のセンサ測定値における干渉を軽減するための命令を実行するように構成されることを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記センサ測定値が角速度であり、前記モデルパラメータが測定バイアスおよび温度勾配を含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記機器が静止しているかどうかを判定するステップが、
ウィンドウ平均されたセンサ測定値から変化を算出し、
前記変化が閾値を超えたかどうかを判定する、
ための命令を実行するように構成されることを特徴とする請求項10記載のシステム。 - 前記プロセッサが、較正点および温度勾配との線形回帰を算出するための命令を実行するように構成されることを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記プロセッサが、
温度および温度レートを含むフィルタ状態を有する第1の予測フィルタを用いて温度を推定し、
局所姿勢誤差および測定バイアスを含むフィルタ状態を有する第2の予測フィルタを用いて前記機器の姿勢を推定する、
ための命令を実行するように構成されることを特徴とする請求項10記載のシステム。 - 前記第1および第2の予測フィルタはカルマンフィルタに基づくものであることを特徴とする請求項15記載のシステム。
- 前記プロセッサが、温度補償済み角速度の移動平均を、測定バイアスの推定値として維持するための命令を実行するように構成されることを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記角速度の大きさに基づいて選択される動的更新レートを有するローパスフィルタを用いて角速度をフィルタ処理するための命令を実行するように構成されることを特徴とする請求項17記載のシステム。
- モバイル機器の1以上のプロセッサによって実行される、コンピュータによって実施される方法であって、
前記モバイル機器の向きを、磁力計データを用いて判定するステップと、
前記磁力計データが不正確かも知れないとの表示を受信するステップと、
前記受信した表示に応答して、前記モバイル機器の前記向きを角速度データを用いて判定するステップと、
前記磁力計データが正確な範囲内で正確であると判定するステップと、
前記磁力計データが正確な範囲内で正確であると判定されると、前記磁力計データを用いた前記モバイル機器の前記向きの判定を再開するステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 基準グローバル座標系における推定磁場ベクトルを保存するステップをさらに有し、
前記基準グローバル座標系における推定磁場ベクトルが、正確であると判定された過去の磁力計データおよび前記正確な過去の磁力計データと時間的に対応する過去の角速度データを用いて生成されることを特徴とする請求項19記載の方法。 - 前記基準グローバル座標系における前記推定磁場ベクトルおよび現在の角速度データを用いて合成磁力計データを生成するステップをさらに有することを特徴とする請求項20記載の方法。
- 前記磁力計データが前記精度範囲内で正確であると判定するステップが、
前記合成磁力計データのベクトルと、前記磁力計データのベクトルとの間の相違が閾値を満たすことを判定するステップを有することを特徴とする請求項21記載の方法。 - 前記角速度データを用いて前記モバイル機器の前記向きを判定するステップが、
前記合成磁力計データを用いて前記モバイル機器の前記向きを判定するステップを含むことを特徴とする請求項21記載の方法。 - 前記磁力データが不正確かも知れないとの前記表示を受信するステップが、
磁気干渉が発生するであろうとの通知を受信するステップを含むことを特徴とする請求項19記載の方法。 - 前記磁気干渉が、少なくとも閾値量の電流を流す、前記モバイル機器の部品から生成されることを特徴とする請求項24記載の方法。
- 前記磁気干渉が、スピーカー、カメラ、およびバイブレータの少なくとも1つを含む、前記モバイル機器の部品から生成されることを特徴とする請求項24記載の方法。
- 前記磁力計データが不正確かも知れないとの表示を受信するステップが、
前記磁力計データのサンプルにおける複数の磁気ベクトルの大きさを判定するステップと、
前記複数の大きさの差異が閾値を満たすことを判定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項19記載の方法。 - 前記磁力計データが不正確かも知れないとの表示を受信するステップが、
前記磁力計データのサンプルにおける複数の磁気ベクトルの傾きを判定するステップと、
前記複数の傾きの差異が閾値を満たすことを判定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項19記載の方法。 - 前記複数の傾きの各々が、磁気ベクトルと重力加速度ベクトルとの間の角度に基づいて判定されることを特徴とする請求項28記載の方法。
- モバイル機器に有形物として格納されるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが前記モバイル機器に、
前記モバイル機器の向きを、磁力計データを用いて判定するステップと、
前記磁力計データが不正確かも知れないとの表示を受信するステップと、
前記受信した表示に応答して、前記モバイル機器の前記向きを角速度データを用いて判定するステップと、
前記磁力計データが正確な範囲内で正確であると判定するステップと、
前記磁力計データが正確な範囲内で正確であると判定されると、前記磁力計データを用いた前記モバイル機器の前記向きの判定を再開するステップと、
を有する動作を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 - 前記動作がさらに、
基準グローバル座標系における推定磁場ベクトルを保存するステップをさらに有し、
前記基準グローバル座標系における推定磁場ベクトルが、正確であると判定された過去の磁力計データおよび前記正確な過去の磁力計データと時間的に対応する過去の角速度データを用いて生成されることを特徴とする請求項30記載のコンピュータプログラム。 - 前記動作がさらに、前記基準グローバル座標系における前記推定磁場ベクトルおよび現在の角速度データを用いて合成磁力計データを生成するステップをさらに有することを特徴とする請求項31記載の方法。
- 前記磁力計データが前記精度範囲内で正確であると判定するステップが、
前記合成磁力計データのベクトルと、前記磁力計データのベクトルとの間の相違が閾値を満たすことを判定するステップを有することを特徴とする請求項32記載のコンピュータプログラム。 - 前記角速度データを用いて前記モバイル機器の前記向きを判定するステップが、
前記合成磁力計データを用いて前記モバイル機器の前記向きを判定するステップを含むことを特徴とする請求項32記載のコンピュータプログラム。 - 前記磁力データが不正確かも知れないとの前記表示を受信するステップが、
磁気干渉が発生するであろうとの通知を受信するステップを含むことを特徴とする請求項30記載のコンピュータプログラム。 - モバイル機器を有するシステムであって、
前記モバイル機器が、
前記モバイル機器の向きを、磁力計データを用いて判定するステップと、
前記磁力計データが不正確かも知れないとの表示を受信するステップと、
前記受信した表示に応答して、前記モバイル機器の前記向きを角速度データを用いて判定するステップと、
前記磁力計データが正確な範囲内で正確であると判定するステップと、
前記磁力計データが正確な範囲内で正確であると判定されると、前記磁力計データを用いた前記モバイル機器の前記向きの判定を再開するステップと、
を有する動作を実行するように構成されることを特徴とするシステム。 - 前記動作がさらに、
基準グローバル座標系における推定磁場ベクトルを保存するステップをさらに有し、
前記基準グローバル座標系における推定磁場ベクトルが、正確であると判定された過去の磁力計データおよび前記正確な過去の磁力計データと時間的に対応する過去の角速度データを用いて生成されることを特徴とする請求項36記載のシステム。 - 前記動作がさらに、前記基準グローバル座標系における前記推定磁場ベクトルおよび現在の角速度データを用いて合成磁力計データを生成するステップをさらに有することを特徴とする請求項37記載のシステム。
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