TW201629517A - 基於擴展式卡爾曼濾波器之自主磁力計校準 - Google Patents

基於擴展式卡爾曼濾波器之自主磁力計校準 Download PDF

Info

Publication number
TW201629517A
TW201629517A TW104132705A TW104132705A TW201629517A TW 201629517 A TW201629517 A TW 201629517A TW 104132705 A TW104132705 A TW 104132705A TW 104132705 A TW104132705 A TW 104132705A TW 201629517 A TW201629517 A TW 201629517A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
magnetometer
gyroscope
sensor data
calibration
obtaining
Prior art date
Application number
TW104132705A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI586984B (zh
Inventor
韓柯
韓和
王志鋒
徐鋒
Original Assignee
英特爾股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 英特爾股份有限公司 filed Critical 英特爾股份有限公司
Publication of TW201629517A publication Critical patent/TW201629517A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI586984B publication Critical patent/TWI586984B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/38—Testing, calibrating, or compensating of compasses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G01R33/0035—Calibration of single magnetic sensors, e.g. integrated calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/022—Measuring gradient
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/028—Electrodynamic magnetometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

可提供用於獲得與陀螺儀相關的第一感測器資料和獲得與磁力計相關的第二感測器資料之系統和方法。此外，該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器被使用以校準該磁力計。在一個實例中，在獲得該第二感測器資料之前該磁力計的取樣率被增加；以及在該磁力計的校準之後該磁力計的該取樣率被降低。

Description

基於擴展式卡爾曼濾波器之自主磁力計校準
實施例一般關於磁力計校準。更具體地，實施例關於基於擴展式卡爾曼濾波器(EKF)之自主磁力校準。
磁力計一般可用於測量磁場的強度和方向。特別是，小型化的磁力計可以作為手持裝置，如智慧手機和平板電腦中的羅盤。然而，小型化的磁力計對其他磁性物體的靈敏度有可能對準確度產生負面影響。例如，安裝在附近的印刷電路板(PCB)之磁化鐵磁元件可在手持裝置中的磁力計上產生“硬鐵效應”。另外，可能會從地球的磁場使PCB附近的通常未磁化鐵磁元件上誘發的干擾磁場而導致之“軟鐵效應”。硬鐵效應和軟鐵效應二者可能導致磁力計的測量在三維(3D)空間中形成橢圓體，而不是球體。
而傳統的“橢圓體擬合”解決方案可試圖用以確定該磁力計的最佳化校準參數，以便將原始測量點從 橢圓體的表面重新定位到球體的表面，仍然存在很大的改進空間。例如，如果由磁力計的測量資料組是小的或不均勻分佈的，“過度擬合”可能會發生，其可以反過來惡化校準結果。此外，傳統的橢圓體擬合解決方案可以提示裝置的用戶執行尷尬、不便和/或複雜的手勢，如具有手持裝置的“圖8”動作。此外，傳統的橢圓體擬合解決方案可以依靠手動觸發，其可以進一步具有對用戶體驗有負面影響。
10‧‧‧磁力計
12‧‧‧印刷電路板(PCB)
14‧‧‧硬鐵效應元件
16‧‧‧軟鐵效應元件
18‧‧‧地磁場
20‧‧‧校準裝置
22‧‧‧陀螺儀
24‧‧‧方法
26‧‧‧處理方塊
27‧‧‧校準結果
28‧‧‧方塊
29‧‧‧校準資料組
30‧‧‧方塊
31‧‧‧校準的球體
32‧‧‧方法
34‧‧‧方塊
36‧‧‧方塊
38‧‧‧方塊
40‧‧‧方塊
42‧‧‧方塊
44‧‧‧方塊
46‧‧‧方塊
48‧‧‧方塊
50‧‧‧方塊
52‧‧‧方塊
54‧‧‧方塊
56‧‧‧方塊
58‧‧‧方塊
60‧‧‧方塊
62‧‧‧方塊
64‧‧‧方塊
66‧‧‧方塊
68‧‧‧方塊
70‧‧‧方塊
72‧‧‧方塊
74‧‧‧方塊
76‧‧‧方塊
78‧‧‧方塊
80‧‧‧系統
82‧‧‧磁力計
84‧‧‧陀螺儀
86‧‧‧主處理器
88‧‧‧整合的感測器裝置
90‧‧‧陀螺儀顯示器
92‧‧‧磁力計顯示器
94‧‧‧校準器
94a‧‧‧EKF校準元件
94b‧‧‧測量品質評估器
94c‧‧‧EKF控制器
96‧‧‧磁力計儲存器
98‧‧‧陀螺儀儲存器
100‧‧‧磁力計控制器
102‧‧‧陀螺儀控制器
104‧‧‧運動檢測器
本領域技術人員藉由閱讀下面的說明書和所附的申請專利範圍，並且藉由參考以下的附圖，實施例的各種優點將變得顯而易見，其中：圖1是根據實施例的磁力計校準環境之實例的圖示；圖2和3是根據實施例的操作校準裝置之方法的實例的流程圖；圖4是根據實施例的系統之實例的方塊圖；以及圖5是根據實施例的校準結果之實例的圖示。
【發明內容與實施方式】
現在參考圖1，一種環境中被顯示，其中磁力計10(例如，在微機電系統/MEMS晶片中實現)係自主地校準。在圖示的例子中，磁力計10被安裝到印刷電路板(PCB)12，PCB 12也包含一或多個硬鐵效應元件14 (例如，揚聲器磁鐵)和一或多個軟鐵效應元件16(例如，電磁干擾/EMI遮罩、螺絲、電池接點)。硬鐵效應元件14可以是影響磁力計10的測量精準度的磁化鐵磁元件。軟鐵效應元件16通常可以是未磁化鐵磁元件，其也由於在軟鐵效應元件16上由地磁場18誘發的干擾磁場而影響磁力計10的測量精準度。所說明的磁力計10係耦接到使用來自磁力計10的感測器資料、來自陀螺儀22的感測器資料和擴展式卡爾曼濾波器(EKF)的校準裝置20來校準磁力計10。
如將更詳細討論的，該校準裝置20可以提供兩個觀察的獨特技術應用：1)在相同的位置，環境磁場的大小是常數的，而不管該裝置的定向；以及2)校準的磁力計測量的變化與可以經由陀螺儀來測量之裝置定向的變化一致。更具體地說，無論是硬鐵效應和軟鐵效應基於兩個觀察可以被確定和/或即時量化。因此，所示的方法能夠有效地校準小的或不均勻分佈的測量資料組，而無需要求用戶不方便或複雜的手勢。事實上，所示的解決方案可以致使在背景(例如，對用戶是透明的)運行的校準操作自動觸發。
圖2顯示一種操作校準裝置的方法24。方法24通常可以實現在一種校準裝置中，諸如已經討論過的校準裝置20(圖1)。更具體地說，方法24可以被實現為儲存在機器或電腦可讀儲存媒體中的邏輯指令組中的一或多個模組，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體 (ROM)、可程式化ROM(PROM)、韌體、快閃記憶體等，例如，以可配置邏輯，諸如，可程式化邏輯陣列(PLA)、現場可程式化閘陣列(FPGA)、複雜可程式化邏輯裝置(CPLD)，例如，以使用電路技術的固定功能硬體邏輯，諸如，特殊應用積體電路(ASIC)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)或電晶體-電晶體邏輯(TTL)技術，或其任意組合。所示的處理方塊26提供用於獲取與陀螺儀相關的第一感測器資料，其中與磁力計相關的第二感測器資料可以在方塊28中獲得。方塊30可以使用該第一感測器資料、該第二感測器資料和EKF來校準該磁力計。
如將更詳細討論的，方塊30可包含確定EKF的一或多個軟鐵校準參數和一或多個硬鐵校準參數。更具體地，方塊30可以使用被寫為下列方程式的磁力計測量模型，B p =AB+b sensor +ε (1)
其中，Bp係磁力計感測器測量；A係從地球座標到主體座標的裝置的旋轉矩陣；B係在地球座標的磁場。根據定義，其可以是[0,by,bz]，其中，by和bz可以根據地球磁場模型從測試位置被計算；bsensor係磁力計的測量偏差(其可以是常數值)；ε是磁力計的測量誤差(其可以由白雜訊被建模)。
軟-和硬鐵效應：
如已經討論的，磁力可能被硬鐵和軟鐵效應影響。考慮到這些干擾，測量模型可被重新寫為：B p =WAB+b+ε m (2)
其中，W=W nonOrth Wg ain W soft (3)
b=b sensor +b PCB (4)
其中，W係三乘三對稱矩陣，其包括非正交誤差矩陣WnonOrth、增益誤差矩陣Wgain，和軟鐵效應矩陣Wsoft；b為三乘一硬鐵矩陣，其包括來自該感測器的偏差量bsensor，以及來自印刷電路板的硬鐵效應bPCB。
方程式(2)中，如果W和b為已知，校準的測量可以容易地定義為：B cal =AB=W -1(B p -b) (5)
觀察# 1-常數大小：
正如已經指出的，觀察可能在相同的位置進行，上述環境磁場的大小是常數的，而不管該裝置的定向。因此，下面的方程式可被制定，B cal T B cal =(B p -b) T (W -1) T W -1(B p -b)=constant (6)
上述的方程式可以是一般表達式，其定義位於在b具有中心之橢圓體的表面上的向量Bp之軌跡。因此，橢圓體擬合演算法可以被應用以獲得校準參數W和b。
觀察# 2-陀螺儀校準：
因為傳統橢圓體擬合技術可能具有實際的限制，另一觀察可以使校準的磁力計測量的變化與可以經由陀螺儀測量的該裝置定向的變化一致。因此，下面的方程式可被制定，
其中，Ak和Ak+1係在時間k和k+1的旋轉矩陣A；Bcal,k和Bcal,k+1係在時間k和k+1的校準的磁力計測量；ωx，ωy，ωz係三軸校準的陀螺儀測量；以及dt係在時間k和k+1之間的時間間隔。
擴展式卡爾曼濾波器(EKF)校準：
根據觀察# 1和觀察# 2，卡爾曼濾波器狀態可被定義為，
其中，W11-W23係軟鐵矩陣W的元素。該狀態轉移模型可因此被寫為，
W=常數 (11)
B=常數 (12)
其中，ωx,k，ωx,k，ωx,k係在時間k之校準的陀螺儀值；以及εω係該校準的陀螺儀之測量雜訊。
觀察模型可因此被寫為，B p,k+1=WB cal,k+1+b+ε m (13)
其中Bp,k+1係在時間k+1之未校準的磁力計測量。
根據線性狀態轉換方程式(10)至(12)和非線性觀察函數(13)，EKF方程式可以用於確定校準的磁力計測量、軟鐵矩陣和硬鐵向量。
測量品質評估：
在理想的校準之後，所有校準的磁力計測量可以位於球體表面。因此，磁力計測量的大小的標準差可以被用來進行校準品質分析，
近似地，該品質指數可以藉由下列方程式被轉移到的角度測量誤差，
圖5顯示來自日常使用場景的校準結果27。在圖示的例子中，校準資料組29係在關於裝置之典型的拾起和放下運動期間收集(例如，在相對短的時間內，如，例如，5秒)且校準資料組29係用於確定磁力計的校準參數。在所顯示視圖中其餘的點代表在圖8運動期間(例如，在較長的時間內，如，例如，30秒)獲取的測試資料集。特別值得注意的是，測試資料集與校準的球體31對準，即使校準資料組29的運動包含最小的旋轉運動且僅涵蓋在校準空間中的小區域。
現在參考圖3，校準磁力計的更詳細的方法32被顯示，方法32通常可以實現在一種校準裝置，諸如已經討論過的校準裝置20(圖1)。更具體地，方法32可以被實現為儲存在機器或電腦可讀儲存媒體中(諸如RAM、ROM、PROM、韌體、快閃記憶體等)的邏輯指令組中的一或多個模組，例如，以可配置邏輯，諸如，PLA、FPGA、CPLD，例如，以使用電路技術的固定功能硬體邏輯，諸如，ASIC、CMOS或TTL技術，或其任意組合。
所示的處理方塊34確定校準是否已手動啟動(例如，響應於用戶請求)。如果不是，校準的磁力計感測器資料流可以在方塊36被讀取，其中該校準的磁力計感測器的品質指數可以在方塊38被計算。方塊38可能關於表達式的使用，諸如，例如，已經討論過的方程式(14)。在方塊40可以作出關於磁力計的測量品質是否 不佳(例如，已經低於特定閾值)的決定。如果不是，則磁力計感測器資料流的讀取可以在方塊36重複。如果磁力計的測量品質不佳或校準已被手動啟動，所示的方塊42啟動陀螺儀並增加磁力計的取樣速率。在這方面，當磁力計未正在被校準時，維持陀螺儀在斷電狀態可節省電力和/或延長電池壽命。此外，磁力計可以在正常操作期間或當確定是否為自動觸發校準時被操作在相對低的取樣率(例如，1Hz)，且在校準期間被操作在更高的取樣率(例如，100Hz)。這樣的方法可以進一步節省功率和/或延長電池壽命，同時保證最佳精準度。
擴展式卡爾曼濾波器(EKF)可以在方塊44中被初始化，其中所示的方塊46讀取校準的磁力計感測器資料流。在方塊48中可以作出關於該裝置(例如，手持式裝置和/或含有該磁力計和陀螺儀的系統)是否已經開始旋轉運動的決定。如果不是，方塊48可以被重複。一旦旋轉被檢測到，方塊50可以在時間k讀取未校準的磁力計感測器資料流(例如，沒有校準參數被施加到磁力計的感測器資料)。此外，所示的方塊52提供用於在時間k讀取陀螺儀感測器資料流。如將更詳細討論的，該陀螺儀感測器資料流可以是校準的或未校準的。EKF預測可在方塊54被進行，其中該EKF可在方塊56被更新/更正。在未校準的陀螺儀的情況下，方塊56也可以包括校準該陀螺儀的偏移。
EKF校準考慮到陀螺儀偏差：
未校準的陀螺儀可以具有線性狀態轉換模型，使其可以沿著磁力計進行自動校準。這樣的方法可以得到更高的效能。更具體地說，狀態向量可以被選作，x k =[B cal,k W 11 W 22 W 33 W 12 W 13 W 23 b b ω ] (16)
其中，bω係陀螺儀測量的偏移向量。
相應地，狀態轉換模組可以被寫為，
W=常數 (18)
b=常數 (19)
bω=εb (20)
其中，bxw,k，byw,k，bzw,k係為bω在時間k的元素；以及εb係bω的偏移不穩定性雜訊。
觀察模型可以是與方程式(13)相同的。根據上述模型，EKF可被應用於陀螺儀校準程序。
方塊58可以用從方塊54和56中獲得的校準資料/參數來計算品質指數。方塊58因此可以關於表達式的使用，諸如，例如，已經討論過的方程式(14)。
所示的方塊60確定新校準參數的品質是否足夠好或已發生超時。如果不是，方塊50可以被重複。如 果新的校準參數的品質足夠好或已發生超時，則在方塊62可以決定關於校準是否停止。如果不是，方塊64可從EKF(例如，具有相對低的測量雜訊)輸出校準的磁力計測量，並返回到方塊50。如果校準被停止，所示的方塊66讀取校準的磁力計感測器資料流(例如，具有舊的校準參數)並且所示的方塊68計算校準的磁力計的品質指數。此外，未校準的磁力計感測器資料流可以在方塊70被讀取，其中所示的方塊72提供用於施加新的校準參數和計算品質指數。
如果在方塊74中確定更好的品質源自新的校準參數，方塊76可以更新並儲存新計算出的校準參數。此外，所示的方塊78停用陀螺儀並降低磁力計的取樣率。如果在方塊74中確定更好的品質不是源自新的校準參數，方塊74可重複在方塊44之EKF的初始化。
圖4顯示地磁場測量系統80。所示的系統80可以是行動裝置的一部分，諸如，例如，筆記本電腦、平板電腦、可轉換平板、智慧電話、個人數位助理(PDA)、行動網際網路裝置(MID)、穿戴式電腦、媒體播放器等，或者其任意組合。系統80可以包括磁力計82、陀螺儀84、主處理器86(例如，中央處理單元/CPU)和整合的感測器裝置88。系統80也可以包括具有一或多個硬鐵效應元件的一或多個電路板，諸如，例如，硬鐵效應元件14(圖1)，和/或一或多個軟鐵效應元件，諸如，例如，軟鐵效應元件16(圖1)。
所示的整合感測器裝置88，其通常可以連續地操作在相對低的功率，包括陀螺儀顯示器90，用以獲得與陀螺儀84相關的第一感測器資料，以及磁力計顯示器92，用以獲得與磁力計82相關的第二感測器資料。陀螺儀84既可以維持均勻的取樣速率或使用高精準度時間標記以確保校準精準度。所示的磁力計82儲存第二感測器資料至資料緩衝器93。此外，校準器94(94a-94c)可使用該第一感測器資料、該第二感測器資料和EKF來校準磁力計82。更具體地，所示的校準器94使用EKF校準元件94a來進行核心校準計算，測量品質評估器94b用來確定校準的磁力計測量是否足夠好/準確，以及EKF控制器94c。所示的校準元件94a儲存核心校準的結果到資料緩衝器93以及磁力計儲存器96。如果磁力計測量品質不佳，EKF控制器94c可以致能/啟用EKF校準元件94a，如果校準結果是可接受的或者校準超時已經發生，則關閉/停用EKF校準元件94a，並且如果校準的結果比先前的校準參數差，則重新啟動EKF校準元件94a。
磁力計儲存器96可以儲存磁力計校準參數諸如，例如，已經討論過的軟鐵矩陣W和硬鐵向量b。陀螺儀儲存器98可選擇性地儲存陀螺儀校準參數，諸如，例如，陀螺儀測量偏移。在這方面，當陀螺儀84是未校準的，校準器94可校準(如虛線所示)陀螺儀84的偏移。所示的裝置88也包括磁力計控制器100，用以在獲得第二感測器資料之前增加磁力計82的取樣率，並且在磁力 計82的校準之後降低磁力計82的取樣率。在一個實例中，裝置88進一步包括陀螺儀控制器102，用以在獲得該第一感測器資料之前啟動陀螺儀84，並且在磁力計82的校準之後停用陀螺儀84。此外，運動檢測器104可檢測與磁力計82相關的旋轉事件，其中該第二感測器資料係響應於該旋轉事件被獲得。
其他注意事項和實例：
實例1可包括地磁場測量系統，該地磁場測量系統包含磁力計、陀螺儀、電路板，該電路板包含一或多個硬鐵效應元件和一或多個軟鐵效應元件，以及整合感測器裝置，該整合感測器裝置包含陀螺儀顯示器，其用以獲得與該陀螺儀相關的第一感測器資料、磁力計顯示器，其用以獲得與該磁力計相關的第二感測器資料，以及校準器，其用以使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計。
實例2可包括實例1的系統，其中該整合感測器裝置進一步包括磁力計控制器以在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率，且在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率。
實例3可包括實例1的系統，其中該整合感測器裝置進一步包括陀螺儀控制器以在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀，且在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀。
實例4可包括實例1的系統，其中該陀螺儀是校準的陀螺儀。
實例5可包括實例1的系統，其中該陀螺儀是未校準的陀螺儀，且其中該校準器係用以校準該陀螺儀的偏移。
實例6可包括實例1至5中任一項的系統，其中該校準器係用以確定用於該擴展式卡爾曼濾波器的一或多個軟鐵校準參數和一或多個硬鐵校準參數。
實例7可包括校準裝置，其包含陀螺儀顯示器，其用以獲得與陀螺儀相關的第一感測器資料、磁力計顯示器，其用以獲得與磁力計相關的第二感測器資料以及校準器，其用以使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計。
實例8可包括實例7的裝置，進一步包括包括磁力計控制器以在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率，且在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率。
實例9可包括實例7的裝置，進一步包括陀螺儀控制器以在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀，且在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀。
實例10可包括實例7的裝置，其中該第一感測器資料係從校準的陀螺儀被獲得。
實例11可包括實例7的裝置，其中該第一感測器資料係從未校準的陀螺儀被獲得，且其中該校準器係 用以校準該陀螺儀的偏移。
實例12可包括實例7至11中任一項的裝置，其中該校準器係用以確定用於該擴展式卡爾曼濾波器的一或多個軟鐵校準參數和一或多個硬鐵校準參數。
實例13可包括操作校準裝置的方法，其包含：獲得與陀螺儀相關的第一感測器資料、獲得與磁力計相關的第二感測器資料，以及使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計。
實例14可包括實例13的方法，進一步包括在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率，以及在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率。
實例15可包括實例13的方法，進一步包括在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀，以及在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀。
實例16可包括實例13的方法，其中該第一感測器資料係從校準的陀螺儀被獲得。
實例17可包括實例13的方法，其中該第一感測器資料係從未校準的陀螺儀被獲得，該方法進一步包括校準該陀螺儀的偏移。
實例18可包括實例13至17中任一項的方法，進一步包含確定用於該擴展式卡爾曼濾波器的一或多個軟鐵校準參數和一或多個硬鐵校準參數。
實例19可包括至少一種電腦可讀儲存媒體，其包含一組指令，當由計算裝置執行時，使得該計算裝置 用以獲得與陀螺儀相關的第一感測器資料、獲得與磁力計相關的第二感測器資料，並使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計。
實例20可包括實例19的至少一種電腦可讀儲存媒體，其中當該指令被執行時，使得計算裝置用以在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率，以及在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率。
實例21可包括實例19的至少一種電腦可讀儲存媒體，其中當該指令被執行時，使得計算裝置用以在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀，以及在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀。
實例22可包括實例19的至少一種電腦可讀儲存媒體，其中該第一感測器資料係從校準的陀螺儀被獲得。
實例23可包括實例19的至少一種電腦可讀儲存媒體，其中該第一感測器資料係從未校準的陀螺儀被獲得，且其中當該指令被執行時，使得計算裝置用以校準該陀螺儀的偏移。
實例24可包括實例19~23中任一項的至少一種電腦可讀儲存媒體，其中當該指令被執行時，使得計算裝置用以確定用於該擴展式卡爾曼濾波器的一或多個軟鐵校準參數和一或多個硬鐵校準參數。
實例25可包括校準裝置，其包含：用於獲得與陀螺儀相關的第一感測器資料之機制、用於獲得與磁力 計相關的第二感測器資料之機制，以及用於使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計之機制。
實例26可包括實例25的裝置，進一步包括用於在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率之機制，以及用於在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率之機制。
實例27可包括實例25的裝置，進一步包括用於在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀之機制，以及用於在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀之機制。
實例28可包括實例25的裝置，其中該第一感測器資料係從校準的陀螺儀被獲得。
實例29可包括實例25的裝置，其中該第一感測器資料係從未校準的陀螺儀被獲得，且其中當該指令被執行時，該裝置進一步包括用於校準該陀螺儀的偏移之機制。
實例30可包括實例25至29中任一項的裝置，進一步包括用於確定用於該擴展式卡爾曼濾波器的一或多個軟鐵校準參數和一或多個硬鐵校準參數之機制。
因此，技術可用不足的、分佈不均的資料來提供運作良好的磁力計校準。此外，校準可以基於小的運動，諸如，例如，行走、拿起和/或放下含有磁力計的裝置來進行。技術也可以將被自動更新的參數提供給背景中的磁力計校準(例如，而不需提示用戶執行尷尬、不便和 /或複雜的手勢)。此外，校準結果和參數(例如，硬鐵向量、軟鐵矩陣)可以被很快地輸出(例如，以最小的旋轉)。磁力計的校準也可以同時與校準的陀螺儀和未校準的陀螺儀良好運作。此外，在校準期間，由於EKF計算在每次迭代是相同的，計算可以均勻地分佈到每一個取樣。
實施例適用於所有類型的半導體積體電路(“IC”)晶片的用途。這些IC晶片的實例包括但不限於處理器、控制器、晶片組元件、可程式化邏輯陣列(PLA)、記憶體晶片、網路晶片、系統單晶片(SoC)、SSD/NAND控制器ASIC和類似物。此外，在一些圖示中，訊號導體線以線來表示。一些可以是不同的，以指示多個組成訊號路徑、具有多個標籤，以指示多個組成訊號路徑，和/或具有箭頭在一或多個端部，以指示主要資訊流的方向。然而，這不應該被解釋為限制性的方式。相反地，這些增加的細節可以被使用與一或多個示例性實施例相關，以利於更容易理解電路。任何表示的訊號線，無論是否具有額外的資訊，實際上可包含可在多個方向傳播並且可以以任何適當類型的訊號方案，例如，以差分對實現的數位或類比線路、光纖線路，和/或單端線路來實現的一或多個訊號。
示範大小/模型/值/範圍可能被賦予，儘管實施例不侷限於此。由於製造技術(如光刻)隨著時間的推移成熟，可預期更小尺寸的裝置可以製造。此外，為了簡 單說明和討論，眾所皆知的IC晶片的電源/接地連線和其它元件可以或可以不被顯示於附圖中，並且以避免混淆這些實施例的某些方面。此外，排列可以用方塊圖形式被顯示，以避免模糊實施例，並且也基於關於此類方塊圖排列的實現的細節是高度依賴於實施例要被實現在其中的平台的事實，即，這樣的細節應在本領域中技術人員的範圍內。其中，特定的細節(例如，電路)被闡述係為了描述示例實施例，實施例可以被實行，而不具有或具有這些具體細節的變化，對於本領域技術人員應該是顯而易見的。該描述從而被認為是說明性而非限制性的。
本文中使用的用語“耦接”用以指所討論的任何類型的關係，直接或間接的、在組件之間以及可以適用於電子、機械、流體、光、電磁、機電或其他連接。此外，用語“第一”，“第二”等可以在本文中使用只是為了利於討論且除非另有說明，不帶有特定時間或時間順序意義。
如在本說明書和申請專利範圍中所用的，許多用語結合用語“一或多個”可以表示所列出的用語的任意組合。例如，詞組“一或多個A、B或C”可能意味著A、B、C；A和B；A和C；B和C；或A、B和C。
本領域技術人員將從前述描述理解到實施方案的廣泛技術可以用各種形式實現。因此，儘管實施例結合其特定實例被描述，實施例的真實範圍不應被如此限制，因為其它的修改將在附圖、說明書以及下面的申請專 利範圍的研究後對於熟練從業人員變得顯而易見。
10‧‧‧磁力計
12‧‧‧印刷電路板(PCB)
14‧‧‧硬鐵效應元件
16‧‧‧軟鐵效應元件
18‧‧‧地磁場
20‧‧‧校準裝置
22‧‧‧陀螺儀

Claims (24)

  1. 一種系統，其包含：磁力計；陀螺儀；電路板，其包含一或多個磁化鐵磁元件和一或多個未磁化鐵磁元件；以及整合感測器集線器，其包含，陀螺儀顯示器，其用以獲得與該陀螺儀相關的第一感測器資料，磁力計顯示器，其用以獲得與該磁力計相關的第二感測器資料，以及校準器，其用以使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計。
  2. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該整合感測器集線器進一步包括磁力計控制器以在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率，且在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率。
  3. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該整合感測器集線器進一步包括陀螺儀控制器以在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀，且在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀。
  4. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該陀螺儀是校準的陀螺儀。
  5. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該陀螺儀是 未校準的陀螺儀，且其中該校準器係用以校準該陀螺儀的偏移。
  6. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該整合感測器集線器進一步包括運動檢測器，其用以檢測與該磁力計相關的旋轉事件，且其中該第二感測器資料係響應於該旋轉事件而被獲得。
  7. 一種裝置，其包含：陀螺儀顯示器，其用以獲得與陀螺儀相關的第一感測器資料；磁力計顯示器，其用以獲得與磁力計相關的第二感測器資料；以及校準器，其用以使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計。
  8. 如申請專利範圍第7項的裝置，其進一步包括磁力計控制器以在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率，且在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率。
  9. 如申請專利範圍第7項的裝置，其進一步包括陀螺儀控制器以在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀，且在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀。
  10. 如申請專利範圍第7項的裝置，其中該第一感測器資料係從校準的陀螺儀被獲得。
  11. 如申請專利範圍第7項的裝置，其中該第一感測器資料係從未校準的陀螺儀被獲得，且其中該校準器係用 以校準該陀螺儀的偏移。
  12. 如申請專利範圍第7項的裝置，進一步包括運動檢測器，其用以檢測與該磁力計相關的旋轉事件，且其中該第二感測器資料係響應於該旋轉事件而被獲得。
  13. 一種方法，其包含：獲得與陀螺儀相關的第一感測器資料；獲得與磁力計相關的第二感測器資料；以及使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計。
  14. 如申請專利範圍第13項的方法，其進一步包括：在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率；以及在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率。
  15. 如申請專利範圍第13項的方法，其進一步包括：在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀；以及在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀。
  16. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該第一感測器資料係從校準的陀螺儀被獲得。
  17. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該第一感測器資料係從未校準的陀螺儀被獲得，該方法進一步包括校準該陀螺儀的偏移。
  18. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該第二感測器資料係響應於與該磁力計相關的旋轉事件而被獲得。
  19. 一種電腦可讀儲存媒體，其包含一組指令，當由計算裝置執行時，使得該計算裝置用以：獲得與陀螺儀相關的第一感測器資料；獲得與磁力計相關的第二感測器資料；使用該第一感測器資料、該第二感測器資料與擴展式卡爾曼濾波器來校準該磁力計。
  20. 如申請專利範圍第19項的電腦可讀儲存媒體，其中當該指令被執行時，使得計算裝置用以：在獲得該第二感測器資料之前增加該磁力計的取樣率；以及在該磁力計的校準之後降低該磁力計的該取樣率。
  21. 如申請專利範圍第19項的電腦可讀儲存媒體，其中當該指令被執行時，使得計算裝置用以：在獲得該第一感測器資料之前啟動該陀螺儀；以及在該磁力計的校準之後停用該陀螺儀。
  22. 如申請專利範圍第19項的電腦可讀儲存媒體，其中該第一感測器資料係從校準的陀螺儀被獲得。
  23. 如申請專利範圍第19項的電腦可讀儲存媒體，其中該第一感測器資料係從未校準的陀螺儀被獲得，且其中當該指令被執行時，使得計算裝置用以校準該陀螺儀的偏移。
  24. 如申請專利範圍第19項的電腦可讀儲存媒體，其中該第二感測器資料係響應於與該磁力計相關的旋轉事件而被獲得。
TW104132705A 2014-11-11 2015-10-05 基於擴展式卡爾曼濾波器之自主磁力計校準 TWI586984B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2014/090817 WO2016074153A1 (en) 2014-11-11 2014-11-11 Extended kalman filter based autonomous magnetometer calibration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201629517A true TW201629517A (zh) 2016-08-16
TWI586984B TWI586984B (zh) 2017-06-11

Family

ID=55953559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104132705A TWI586984B (zh) 2014-11-11 2015-10-05 基於擴展式卡爾曼濾波器之自主磁力計校準

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11047682B2 (zh)
EP (1) EP3218674B1 (zh)
JP (1) JP6495444B2 (zh)
KR (1) KR102351946B1 (zh)
CN (1) CN107003144B (zh)
TW (1) TWI586984B (zh)
WO (1) WO2016074153A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2524802B (en) * 2014-04-03 2018-11-07 Nokia Technologies Oy A magnetometer apparatus and associated methods
KR20160136928A (ko) * 2015-05-21 2016-11-30 삼성전자주식회사 전자 장치의 지자계 센서 정보를 보정하는 방법 및 이를 사용하는 전자 장치
US10339708B2 (en) * 2016-11-01 2019-07-02 Google Inc. Map summarization and localization
CN106595712A (zh) * 2016-12-22 2017-04-26 四川纳杰微电子技术有限公司 一种新型微机械陀螺仪正交误差补偿结构
CN110177998B (zh) * 2017-01-06 2023-12-15 Drnc 控股公司 用于陀螺仪标定校准的方法、装置和系统
NO345247B1 (en) 2017-04-19 2020-11-16 Trisense As Valve position transmitter, and a method for monitoring and determining valve position of a valve.
FR3069649B1 (fr) * 2017-07-26 2021-01-01 Sysnav Procede de calibration d'un magnetometre
US11340249B2 (en) * 2017-12-25 2022-05-24 Casio Computer Co., Ltd. Electronic device, calibration control method, and storage medium storing program
EP3811095A4 (en) * 2018-06-25 2022-09-21 Gatekeeper Systems, Inc. DUAL MAGNETOMETER CALIBRATION
CN109031164B (zh) * 2018-07-11 2019-11-26 中国科学院地质与地球物理研究所 一种针对磁强计设备的后端数据处理系统
JP7070484B2 (ja) * 2019-03-20 2022-05-18 カシオ計算機株式会社 ウェアラブル機器、電子時計、磁気センサのキャリブレーション方法及びプログラム
CN112653249B (zh) * 2019-10-10 2023-06-06 北京小米移动软件有限公司 无线充电系统，充电区域的确定方法及装置、电子设备
DE102021200763A1 (de) 2021-01-28 2022-07-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung und Verfahren zum Anpassen von Kalibrierungsparametern und Sensorsystem
KR20220124023A (ko) * 2021-03-02 2022-09-13 삼성전자주식회사 지자기 센서를 보정하기 위한 전자 장치 및 전자 장치의 동작 방법
US20240151799A1 (en) * 2021-04-21 2024-05-09 Dolby Laboratories Licensing Corporation Calibration of magnetometers
US11809639B2 (en) * 2021-09-29 2023-11-07 Qualcomm Incorporated Pedestrian sensor accuracy with minimal dependence on magnetometer
KR20230069775A (ko) 2021-11-12 2023-05-19 삼성전자주식회사 자력계 교정 방법 및 이를 수행하는 자력계 교정 장치
CN114279426B (zh) * 2021-12-30 2023-12-15 杭州电子科技大学 一种六轴优化的磁力计在线校准方法
CN115655310B (zh) * 2022-10-26 2024-04-05 荣耀终端有限公司 数据的校准方法、电子设备及可读存储介质

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4347730A (en) * 1979-01-22 1982-09-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method and apparatus for calibrating gyroscopically-stabilized, magnetically-slaved heading reference system
US4327498A (en) 1980-03-17 1982-05-04 Sperry Corporation Magnetic compass compensation system
JPS60122311A (ja) * 1983-12-06 1985-06-29 Mitsubishi Electric Corp 移動体方位検出装置
JPS60122311U (ja) * 1984-01-09 1985-08-17 小西　栄子 肩あて兼用の腰あて
JPS6172618U (zh) * 1984-10-19 1986-05-17
JPH06288776A (ja) * 1992-04-20 1994-10-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 方位検出装置
JPH095104A (ja) * 1995-06-23 1997-01-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 移動物体の三次元姿勢角測定法および三次元姿勢角計測装置
US7451549B1 (en) * 2006-08-09 2008-11-18 Pni Corporation Automatic calibration of a three-axis magnetic compass
US8146401B2 (en) 2008-09-17 2012-04-03 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Method and apparatus for in-flight calibration of gyroscope using magnetometer reference
FR2943233B1 (fr) * 2009-03-18 2013-10-11 Imra Europe Sas Procede de surveillance d'un parametre biologique d'une personne au moyen d'un filtrage non-lineaire bayesien
CN101782391A (zh) 2009-06-22 2010-07-21 北京航空航天大学 机动加速度辅助的扩展卡尔曼滤波航姿系统姿态估计方法
US8108171B2 (en) * 2009-09-14 2012-01-31 Honeywell International, Inc. Systems and methods for calibration of gyroscopes and a magnetic compass
US8825426B2 (en) 2010-04-09 2014-09-02 CSR Technology Holdings Inc. Method and apparatus for calibrating a magnetic sensor
CN103153790B (zh) * 2010-10-01 2016-06-08 希尔克瑞斯特实验室公司 使用运动传感器和附接至装置的磁力计的测量数据估计该装置在重力参照系中的偏航角的设备和方法
US9140590B2 (en) * 2011-02-09 2015-09-22 Texas Instruments Incorporated System and method of power-saving in MEMS sensor applications
US8463569B2 (en) * 2011-03-21 2013-06-11 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Method of operating a magnetic compass on a machine
US8862419B2 (en) * 2011-04-19 2014-10-14 Honeywell International Inc. Crane jib attitude and heading reference system calibration and initialization
JP5866893B2 (ja) * 2011-09-07 2016-02-24 ヤマハ株式会社 地磁気測定装置
US8768647B1 (en) * 2011-09-21 2014-07-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High accuracy heading sensor for an underwater towed array
CN102445200B (zh) * 2011-09-30 2014-06-04 南京理工大学 微小型个人组合导航系统及其导航定位方法
US9495018B2 (en) * 2011-11-01 2016-11-15 Qualcomm Incorporated System and method for improving orientation data
US9546883B2 (en) * 2011-11-11 2017-01-17 Qualcomm Incorporated Sensor auto-calibration
US9410809B2 (en) * 2011-12-16 2016-08-09 Microsoft Technology Licensing, Llc Applying a correct factor derivative method for determining an orientation of a portable electronic device based on sense gravitation component linear accelerate filter data obtained
US9459276B2 (en) * 2012-01-06 2016-10-04 Sensor Platforms, Inc. System and method for device self-calibration
US20130253880A1 (en) * 2012-03-25 2013-09-26 Benjamin E. Joseph Managing Power Consumption of a Device with a Gyroscope
US9030192B2 (en) * 2012-05-31 2015-05-12 Blackberry Limited System and method for calibrating a magnetometer on a mobile device
US9207079B2 (en) 2012-06-21 2015-12-08 Innovative Solutions & Support, Inc. Method and system for compensating for soft iron magnetic disturbances in a heading reference system
US9915550B2 (en) * 2012-08-02 2018-03-13 Memsic, Inc. Method and apparatus for data fusion of a three-axis magnetometer and three axis accelerometer
CN103105176B (zh) * 2012-10-24 2015-08-05 清华大学深圳研究生院 一种基于mems传感器的运动跟踪系统及方法
US9161172B2 (en) * 2012-11-06 2015-10-13 Qualcomm Incorporated Map-based adaptive sampling of orientation sensors for positioning
US9599634B2 (en) * 2012-12-03 2017-03-21 Vibrado Technologies, Inc. System and method for calibrating inertial measurement units
WO2014134710A1 (en) * 2013-03-05 2014-09-12 Trusted Positioning Inc. Method and apparatus for fast magnetometer calibration
US9500464B2 (en) * 2013-03-12 2016-11-22 Adidas Ag Methods of determining performance information for individuals and sports objects
US10132829B2 (en) * 2013-03-13 2018-11-20 Invensense, Inc. Heading confidence interval estimation
US20150019159A1 (en) * 2013-07-15 2015-01-15 Honeywell International Inc. System and method for magnetometer calibration and compensation
US20160178657A9 (en) * 2013-12-23 2016-06-23 InvenSense, Incorporated Systems and methods for sensor calibration
US9863867B2 (en) * 2014-02-23 2018-01-09 PNI Sensor Corporation Automatically updating hard iron and soft iron coefficients of a magnetic sensor
CN103900613B (zh) * 2014-03-31 2016-08-17 哈尔滨工程大学 一种基于磁力计n阶距检测的mems系统误差估计方法
GB2524802B (en) * 2014-04-03 2018-11-07 Nokia Technologies Oy A magnetometer apparatus and associated methods

Also Published As

Publication number Publication date
CN107003144A (zh) 2017-08-01
EP3218674A1 (en) 2017-09-20
US20170343349A1 (en) 2017-11-30
US11047682B2 (en) 2021-06-29
EP3218674B1 (en) 2021-06-23
JP2017538919A (ja) 2017-12-28
KR20170080602A (ko) 2017-07-10
TWI586984B (zh) 2017-06-11
EP3218674A4 (en) 2018-07-04
JP6495444B2 (ja) 2019-04-03
KR102351946B1 (ko) 2022-01-14
CN107003144B (zh) 2020-11-03
WO2016074153A1 (en) 2016-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI586984B (zh) 基於擴展式卡爾曼濾波器之自主磁力計校準
JP6525336B2 (ja) ３軸デジタルコンパス
US20160178657A9 (en) Systems and methods for sensor calibration
KR101485142B1 (ko) 자체 보정 멀티-자기력계 플랫폼을 위한 시스템 및 방법
CN103941309B (zh) 地磁传感器校准设备及其方法
JP7402768B2 (ja) 磁場計測装置、磁場計測方法、磁場計測プログラム
KR20200124734A (ko) 평면 자력계 보정, 헤딩 결정, 자이로스코프 보조 자력계 진폭 보정, 자력계 진폭 및 정렬 보정, 자력계 매핑 및 센서 융합을 위한 방법 및 장치
US20120078562A1 (en) Geomagnetic sensing device
US9599694B2 (en) Calibration of temperature effect on magnetometer
KR101503046B1 (ko) 다축 감지 장치 및 이의 교정 방법
CN105910593B (zh) 一种校准终端的地磁传感器的方法及装置
TW201428297A (zh) 使用磁力儀及加速度儀之角速度估計
CN104597273B (zh) 一种运动速度的测试方法和设备
US10393824B2 (en) Techniques for magnetometer calibration using selected measurements over time
Campolo et al. A novel procedure for in-field calibration of sourceless inertial/magnetic orientation tracking wearable devices
Dan et al. Application Of Strongly Tracking Kalman Filter In MEMS Gyroscope Bias Compensation
TW201610764A (zh) 準確定位器具之技術
JPWO2011129288A1 (ja) 地磁気検知装置
US20190086480A1 (en) Self-Calibrating System Architecture for Magnetic Distortion Compensation
US9677906B2 (en) Method and device for calibrating a magnetometer using partial sampling
Li et al. Calibration of tri-axial magnetometer in magnetic compass using vector observations
CN108507571B (zh) 一种高速运动学下imu姿态捕捉方法及系统
Zhao et al. Calibration of smartphone's integrated magnetic and inertial measurement units
Finch et al. Effectiveness of model-based motion estimation from an inertial measurement unit
Nevzorov et al. Calibration algorithm of Hall magnetometer in visible coordinate system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees