用于電子磁力計(jì)傳感器的補(bǔ)償磁干擾的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了用于在磁性感測(cè)設(shè)備中補(bǔ)償硬鐵和軟鐵磁性干擾的裝置和方法。可以使用由多個(gè)磁場(chǎng)測(cè)量產(chǎn)生的橢圓體表面來模擬硬鐵干擾和軟鐵干擾。橢圓體與參照系之間的位移對(duì)應(yīng)于硬鐵或永磁場(chǎng)干擾。橢圓體的形狀和定向?qū)?yīng)于軟鐵磁場(chǎng)干擾?？梢苑治鰴E圓體表面以獲得用于消除硬鐵和軟鐵干擾的磁場(chǎng)補(bǔ)償值。
【專利說明】用于電子磁力計(jì)傳感器的補(bǔ)償磁干擾

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及補(bǔ)償由于硬鐵和軟鐵效應(yīng)引起的磁干擾，以便改進(jìn)磁性傳感器的磁場(chǎng)感測(cè)精度。

【背景技術(shù)】
[0002]存在許多為設(shè)備的用戶提供導(dǎo)航和/或設(shè)備定向功能作為輔助的手持便攜式電子設(shè)備。一些智能手機(jī)能夠提供方便的導(dǎo)航顯示器，導(dǎo)航顯示器繪制用戶所在區(qū)域的地圖，并且繪圖用戶的位置和/或用戶在該區(qū)域內(nèi)穿過的路徑。一些手持游戲控制器或遠(yuǎn)程控制器也可以使用定向功能以提供對(duì)于視頻游戲、計(jì)算系統(tǒng)或遠(yuǎn)程裝置的控制。在一些設(shè)備中，導(dǎo)航或定向功能可以基于全球定位系統(tǒng)(GPS)信號(hào)。一些設(shè)備可以采用用于導(dǎo)航和/或定向功能的機(jī)載磁場(chǎng)傳感器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]包含磁性傳感器的設(shè)備可以受到所謂“硬鐵”和/或“軟鐵”干擾的不利影響。這些類型的干擾可以包括磁力計(jì)讀取中的誤差。公開了可以用于補(bǔ)償硬鐵以及軟鐵干擾的方法和裝置。
[0004]根據(jù)一些實(shí)施例，被配置為感測(cè)磁場(chǎng)的電子設(shè)備包括被配置為測(cè)量沿著至少一個(gè)軸線的外部磁場(chǎng)的至少一個(gè)值的磁力計(jì)，以及被配置為從磁力計(jì)接收磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的至少一個(gè)處理器。在一些實(shí)施例中，該至少一個(gè)處理器包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。該至少一個(gè)處理器可以進(jìn)一步被配置為計(jì)算橢圓體的至少一個(gè)參數(shù)，其中磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由橢圓體表示。
[0005]在一些方面，設(shè)備可以進(jìn)一步包括可視顯示器。至少一個(gè)處理器可以進(jìn)一步被配置為基于至少一個(gè)計(jì)算得到的參數(shù)來補(bǔ)償外部磁場(chǎng)的至少一個(gè)測(cè)量值。處理器可以引起在可視顯示器上向設(shè)備的用戶顯示導(dǎo)航輔助，其中導(dǎo)航輔助基于至少一個(gè)經(jīng)補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量值。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)航輔助由羅盤航向表示。
[0006]根據(jù)一些實(shí)施例，至少一個(gè)計(jì)算得到的參數(shù)包括相對(duì)于空間參照系原點(diǎn)的橢圓體中心的位置。在一些應(yīng)用中，空間參照系可以與設(shè)備對(duì)準(zhǔn)。
[0007]在一些方面，至少一個(gè)處理器可以進(jìn)一步被配置為確定偏移校準(zhǔn)參數(shù)以補(bǔ)償橢圓體的中心的位置距空間參照系原點(diǎn)的位移。至少一個(gè)處理器可以進(jìn)一步被配置為將偏移校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于從磁力計(jì)接收到的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
[0008]在一些實(shí)施例中，橢圓體的至少一個(gè)計(jì)算得到的參數(shù)包括橢圓體的一個(gè)或多個(gè)半徑。至少一個(gè)處理器可以進(jìn)一步被配置為確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)以補(bǔ)償橢圓體的半徑與球面的差值。至少一個(gè)處理器可以進(jìn)一步被配置為將恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于從磁力計(jì)接收到的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
[0009]在一些實(shí)施方式中，橢圓體的至少一個(gè)計(jì)算得到的參數(shù)包括半徑的空間定向。至少一個(gè)處理器可以被配置為通過計(jì)算系數(shù)矩陣的特征值來確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)，其中系數(shù)涉及描述以坐標(biāo)系的原點(diǎn)為中心的橢圓體的方程。
[0010]也提出了補(bǔ)償硬鐵和軟鐵干擾的方法。根據(jù)一些實(shí)施例，一種用于補(bǔ)償感測(cè)到的磁場(chǎng)的方法，其中通過具有至少一個(gè)處理器和磁性傳感器的裝置來感測(cè)磁場(chǎng)，該方法包括采用磁性傳感器測(cè)量沿著至少一個(gè)軸線的外部磁場(chǎng)的至少一個(gè)值，以及通過至少一個(gè)處理器從磁力計(jì)接收磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施方式中，至少一個(gè)處理器可以包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。該方法可以進(jìn)一步包括通過至少一個(gè)處理器計(jì)算橢圓體的中心和至少一個(gè)附加參數(shù)，其中磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由橢圓體表示。橢圓體可以是對(duì)測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的最佳數(shù)值擬合。
[0011]在一些方面，方法可以進(jìn)一步包括通過至少一個(gè)處理器并且基于計(jì)算得到的中心和至少一個(gè)附加參數(shù)來補(bǔ)償外部磁場(chǎng)的至少一個(gè)測(cè)得的值。方法可以包括在設(shè)備的可視顯示器上向設(shè)備的用戶顯示導(dǎo)航輔助。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)航輔助可以由羅盤航向表示。
[0012]根據(jù)一些實(shí)施例，相對(duì)于與設(shè)備對(duì)準(zhǔn)的空間參照系的原點(diǎn)來計(jì)算橢圓體中心的位置。方法可以包括通過至少一個(gè)處理器確定偏移校準(zhǔn)參數(shù)以補(bǔ)償橢圓體的中心的位置距空間參照系原點(diǎn)的位移，并且可以進(jìn)一步包括通過至少一個(gè)處理器將偏移校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于從磁力計(jì)接收到的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
[0013]在一些方面，至少一個(gè)附加計(jì)算得到的參數(shù)包括橢圓體的半徑。方法可以進(jìn)一步包括通過至少一個(gè)處理器確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)以補(bǔ)償橢圓體與球面的差值，并且可以包括通過至少一個(gè)處理器將恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于從磁力計(jì)接收到的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
[0014]根據(jù)一些實(shí)施例，至少一個(gè)附加參數(shù)進(jìn)一步包括半徑的空間定向。在一些方面，確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)可以包括通過至少一個(gè)處理器計(jì)算系數(shù)矩陣的特征值，其中系數(shù)涉及描述橢圓體的方程。
[0015]以上
【發(fā)明內(nèi)容】
借由說明提供并且并非意在限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]在附圖中，示出在各個(gè)附圖中的每個(gè)相同或者近似相同的部件由相同附圖標(biāo)記表示。為了清晰起見，并非每個(gè)部件都標(biāo)注在每個(gè)附圖中。
[0017]圖1示出了可以包括至少一個(gè)磁力計(jì)并且被配置為感測(cè)外部磁場(chǎng)的設(shè)備的實(shí)施例。
[0018]圖2進(jìn)一步詳細(xì)描繪了電子設(shè)備的實(shí)施例，其中可以實(shí)施用于減少硬鐵和/或軟鐵干擾的補(bǔ)償技術(shù)。
[0019]圖3A至圖3E描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的硬鐵干擾。
[0020]圖3F描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的硬鐵和軟鐵干擾的組合。
[0021]圖4描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的用于補(bǔ)償硬鐵和軟鐵干擾的方法的步驟。

【具體實(shí)施方式】
[0022]諸如智能手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、平板式計(jì)算機(jī)、小型平板計(jì)算機(jī)的便攜式消費(fèi)電子設(shè)備的功能特征近年來已增加，因?yàn)檫@些設(shè)備為用戶提供更多服務(wù)。在已變得流行的這些特征之中，其中一個(gè)是導(dǎo)航輔助功能，例如羅盤航向指示器、位置定位器、路徑追蹤器等。在一些設(shè)備中，導(dǎo)航功能可以利用通過一個(gè)或多個(gè)磁性傳感器得到的磁場(chǎng)讀數(shù)。例如，磁力計(jì)可以用于感測(cè)局部地球磁場(chǎng)，并且確定電子設(shè)備相對(duì)于局部磁場(chǎng)的定向。
[0023]圖1中示出了可以包括至少一個(gè)磁性傳感器的電子設(shè)備100的一個(gè)示例。圖1中所示設(shè)備例如可以是智能手機(jī)，并且包括可視顯示器屏幕110和一個(gè)或多個(gè)推式控制按鈕120。顯示器屏幕可以被配置為觸摸屏。電子電路裝置、硬件、至少一個(gè)處理器、存儲(chǔ)可在至少一個(gè)處理器上運(yùn)行的機(jī)器可讀指令的存儲(chǔ)器、以及電源(例如可充電電池)可以位于外殼105內(nèi)。設(shè)備100可以進(jìn)一步包括無線通信電子設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器、GPS電路裝置、和至少一個(gè)磁力計(jì)。
[0024]在一些實(shí)施方式中，電子設(shè)備100可以是包括至少一個(gè)磁力計(jì)的另一類型設(shè)備。例如，設(shè)備100可以是膝上型計(jì)算機(jī)、平板式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、導(dǎo)航設(shè)備、手表、遙控器、游戲控制器等。在一些情形下，電子設(shè)備100可以沒有顯示器屏幕110并且可以是任何合適的形狀。
[0025]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，可以包括至少一個(gè)傳感器280的電子設(shè)備100可以進(jìn)一步包括至少一個(gè)處理器210a、210b以及相關(guān)硬件，如圖2所描繪的那樣。至少一個(gè)處理器可以被配置為控制并且提供用戶交互以用于操作設(shè)備。至少一個(gè)處理器可以與存儲(chǔ)器設(shè)備220a、220b組合使用。存儲(chǔ)器可以包括任何類型和形式的RAM型存儲(chǔ)器設(shè)備和ROM型存儲(chǔ)器設(shè)備。存儲(chǔ)器設(shè)備可以存儲(chǔ)機(jī)器可讀指令，機(jī)器可讀指令可以加載到至少一個(gè)處理器上并且由至少一個(gè)處理器執(zhí)行以具體使得至少一個(gè)處理器適合執(zhí)行由機(jī)器可讀指令定義的功能。當(dāng)工作時(shí)，操作系統(tǒng)可以執(zhí)行在至少一個(gè)處理器上，并且提供用戶交互和電子設(shè)備100的操作，該操作可以包括在設(shè)備上運(yùn)行多個(gè)軟件應(yīng)用和/或程序。
[0026]根據(jù)一些實(shí)施例，處理器210a、210b可以包括任何類型和形式的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，例如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路(ASIC)、和至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的任何一個(gè)或者組合。在一些實(shí)施例中系統(tǒng)中可以具有多于一個(gè)處理器，例如雙核或多核處理器，或者與至少一個(gè)控制處理器通信的多個(gè)處理器。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)圖像處理系統(tǒng)部件可以由專用FPGA或ASIC來實(shí)施。
[0027]電子設(shè)備可以進(jìn)一步包括顯示器240 (例如包括視頻監(jiān)視器、IXD顯示器、等離子顯示器、字母數(shù)字顯示器、LED指示器等的任何一個(gè)或者組合)。在一些實(shí)施例中電子設(shè)備100可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出設(shè)備260(例如鍵盤、觸摸板、按鈕、開關(guān)、觸摸屏、傳聲器、揚(yáng)聲器、打印機(jī))，以及通信裝置230 (例如網(wǎng)絡(luò)軟件、網(wǎng)卡或網(wǎng)板、無線收發(fā)器、和/或物理插座)。電子設(shè)備100可以包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，例如具體設(shè)計(jì)為在一個(gè)或多個(gè)處理器上執(zhí)行并且使得處理器與系統(tǒng)部件通信并控制系統(tǒng)部件的軟件模塊。在一些實(shí)施例中，設(shè)備包括加密/解密硬件和/或軟件270，可以用于加密所選擇的輸出數(shù)據(jù)傳輸并且解密輸入的經(jīng)加密的數(shù)據(jù)傳輸。電子設(shè)備100的部件可以在承載數(shù)據(jù)并且控制部件之間信號(hào)的總線205之上通信?？偩€可以提供系統(tǒng)擴(kuò)展以包括圖2中未示出的其它部件。
[0028]在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器280可以包括一個(gè)或多個(gè)磁力計(jì)，例如被配置為感測(cè)沿著至少一個(gè)軸線的磁場(chǎng)的集成電路設(shè)備。任何合適類型的磁性傳感器可以用于一些實(shí)施方式中。在一些實(shí)施例中，磁力計(jì)感測(cè)沿著三個(gè)正交軸線的磁場(chǎng)并且產(chǎn)生表示沿著三個(gè)軸線的磁場(chǎng)的感測(cè)值的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。至少一個(gè)傳感器280可以包括附加傳感器，例如一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)、一個(gè)或多個(gè)陀螺儀、光傳感器陣列。
[0029]諸如圖1所描繪的許多已封裝設(shè)備可以包括展現(xiàn)所謂“硬鐵”效應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)部件?？梢酝ㄟ^一個(gè)或多個(gè)部件局部感應(yīng)產(chǎn)生的永磁場(chǎng)Bd來描繪硬鐵效應(yīng)的特征。例如，磁場(chǎng)Bd可以由于位于設(shè)備100內(nèi)的電動(dòng)機(jī)部件和/或揚(yáng)聲器中的永磁性來產(chǎn)生。Bd的幅度和方向可以取決于已封裝設(shè)備內(nèi)的位置。在多個(gè)實(shí)施例中，鄰近磁力計(jì)的局部場(chǎng)Bd附加至所感測(cè)的外部磁場(chǎng)或者與所感測(cè)的外部磁場(chǎng)例如地球磁場(chǎng))干涉，并且除非補(bǔ)償可能得到磁力計(jì)的不準(zhǔn)確讀數(shù)。
[0030]圖3A至圖3E描繪了用于檢測(cè)和補(bǔ)償由于設(shè)備100的一個(gè)或多個(gè)部件引起的永磁場(chǎng)Bd的方法。借由介紹，圖3A和圖3B描述了對(duì)于理想設(shè)備的磁場(chǎng)測(cè)量，其中理想設(shè)備不具有貢獻(xiàn)磁場(chǎng)Bd的部件。在此情形下，設(shè)備100被配置為測(cè)量相對(duì)于預(yù)定義設(shè)備軸線Xd和Yd的外部磁場(chǎng)I。設(shè)備軸線Xd和Yd可以對(duì)準(zhǔn)于設(shè)備100的優(yōu)選方向(例如如附圖中所描繪)，并且可以提供用于磁場(chǎng)測(cè)量的參照系。在一些實(shí)施方式中，軸線Xd和Yd以及Zd(圖中未示出)可以通過三軸磁力計(jì)的軸線來定義，并且磁力計(jì)可以在優(yōu)選方向上在設(shè)備內(nèi)對(duì)準(zhǔn)。由軸線(Xd，Yd，Zd)定義的坐標(biāo)系可以隨后提供用于磁場(chǎng)測(cè)量的參照系。設(shè)備100的用戶可以關(guān)于用戶定義的軸線Xu(右側(cè)方向)、YU(向前方向)和Zu(向上方向)而定向。
[0031]采用如圖3A所示定向設(shè)備100對(duì)Be的第一測(cè)量可以產(chǎn)生Be,xxd+Be,yyd的讀數(shù)，其中Xd和yd是分別沿著設(shè)備的Xd和Yd軸線的單位矢量。值和表示沿著相應(yīng)軸線的磁場(chǎng)分量的幅度。在該示例中，Be,x = 3而Be,y = 4。如果用戶將設(shè)備旋轉(zhuǎn)90度，如圖3B所示，并且再次測(cè)量磁場(chǎng)，設(shè)備將返回Be = 4xd+3yd的值。如果進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)設(shè)備并且做出多次測(cè)量并且相對(duì)于設(shè)備軸線繪圖，得到的數(shù)據(jù)將由圓周310表示，如圖3C中虛線圓周所示。盡管僅示出了兩個(gè)維度，可以知曉的是在三維中測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)將由球殼表示。球的半徑表示外部磁場(chǎng)I |Be| I的幅度。如果沒有由設(shè)備部件所貢獻(xiàn)的任何磁場(chǎng)干擾，球中心將處于設(shè)備所用參照系的原點(diǎn)(0，0，0)，例如圖3A和圖3C中所示的(Xd，Yd，Zd)定義的，其中Zd由右手法則所定義。
[0032]圖3D和圖3E描繪了其中設(shè)備100的部件貢獻(xiàn)干擾磁場(chǎng)Bd的情形。在該情形下，外部磁場(chǎng)Be與圖3A和圖3B中的相同。干擾磁場(chǎng)Bd被任意選擇為指向Yd方向并且具有幅度2。如圖3D所示定向設(shè)備100，設(shè)備當(dāng)前錯(cuò)誤地測(cè)量外部磁場(chǎng)為Be’ = 3xd+2yd。如圖3E所示旋轉(zhuǎn)設(shè)備，測(cè)得的外部磁場(chǎng)變成4xd-5yd。如果進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)設(shè)備并且做出多次測(cè)量并且相對(duì)于設(shè)備軸線來繪圖，得到的數(shù)據(jù)將描繪出其中心偏離原點(diǎn)的圓周312，如圖3C中圓周312所描繪。由以上討論可知，三維分析將產(chǎn)生其中心偏離原點(diǎn)的球殼。距原點(diǎn)的偏離表示干擾永磁場(chǎng)Bd的幅度和方向。
[0033]因此，當(dāng)僅存在“硬鐵”磁性干擾時(shí)，可以以任何合適的方式來旋轉(zhuǎn)或者移動(dòng)設(shè)備100，例如8字形圖案、10相(?ο-phase)、或者交叉校準(zhǔn)姿勢(shì)，以便于收集足夠的由球殼表示的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。可以分析數(shù)據(jù)以確定球殼的中心的位置。得到的固有干擾磁場(chǎng)的幅度和方向可以由殼中心的位置來確定，并且用于校準(zhǔn)或者補(bǔ)償后續(xù)磁性測(cè)量。在一些實(shí)施例中，幅度和方向可以用于確定一個(gè)或多個(gè)偏移校準(zhǔn)參數(shù)，可以從后續(xù)磁性讀數(shù)減去偏移校準(zhǔn)參數(shù)以便獲得測(cè)得的磁場(chǎng)的更精確值。
[0034]諸如圖1所描繪的許多已封裝設(shè)備可以包括展現(xiàn)出所謂“軟鐵”效應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)部件。軟鐵磁性干擾可以由具有諸如Fe/Ni/Cu的可磁化材料的部件引起。由于這些部件被外部場(chǎng)磁化，這些部件可以使鄰近這些部件的外部磁場(chǎng)失真。失真量可以針對(duì)設(shè)備的每個(gè)定向而不同。例如，材料的磁導(dǎo)率μ可以是各向異性的。由于軟鐵干擾而引起局部磁場(chǎng)的非均勻失真，采用設(shè)備100來三維測(cè)量外部磁場(chǎng)可以產(chǎn)生其中心偏離原點(diǎn)的橢圓體殼330，如圖3F所描繪。橢圓體殼可以在任何方向上定向。
[0035]對(duì)于下述分析而言，第二參照系定義為橢圓體。第二參照系被選擇為使得其原點(diǎn)與橢圓體的中心重合，并且其軸線(x’s，Y’s，z’s)平行于設(shè)備軸線。(為了清晰，軸線乙和Z’s未在圖中示出，但是可以根據(jù)右手法則推導(dǎo)。)
[0036]為了獲得橢圓體殼330，可以在大量方向上以有序或者隨意方式來旋轉(zhuǎn)具有至少一個(gè)磁力計(jì)的設(shè)備100?？梢杂涗浻芍辽僖粋€(gè)磁力計(jì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。記錄的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)可以由橢圓體殼或表面來表示，并且可以繪圖、存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中、和/或發(fā)送以便由至少一個(gè)處理器來后續(xù)分析。
[0037]為了從硬鐵和軟鐵效應(yīng)去除磁性干擾，可以分析三維磁場(chǎng)數(shù)據(jù)以確定橢圓體的中心的位置、橢圓體的定向、以及橢圓體的半徑I^r2和r3。一旦確定了這些值,可以使用它們來計(jì)算校準(zhǔn)或補(bǔ)償參數(shù)，校準(zhǔn)或補(bǔ)償參數(shù)有效地將測(cè)得的橢圓體轉(zhuǎn)換為球殼，球殼位于由設(shè)備軸線(Xd，Yd，Zd)定義的設(shè)備參照系的原點(diǎn)處。一旦獲得了校準(zhǔn)參數(shù)，可以通過設(shè)備的處理器將它們應(yīng)用于后續(xù)磁場(chǎng)測(cè)量以消除硬鐵和軟鐵干擾的效應(yīng)并且產(chǎn)生更精確的讀數(shù)。
[0038]確定校準(zhǔn)或者補(bǔ)償參數(shù)的一種方法包括數(shù)字地解橢圓體方程。借由闡釋，并且并非意在將本發(fā)明限定于任何特定理論或特定步驟，可以數(shù)字地解用于橢圓體的一般方程。參照?qǐng)D3F,用于橢圓體330的一般方程可以表不如下:
[0039]a1x2+a2y2+a3z2+a4xy+a5xz+a6yz+a7x+a8y+a9z = I (I)
[0040]為了簡(jiǎn)化方程,做出以下替代:Xd — X, Yd — y, Zd — z, X’ s — x’，Y’ s — y’，以及Z’ s — z’。在一些實(shí)施例中，可以通過使得測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)首先數(shù)字?jǐn)M合方程I來估算橢圓體330的中心以確定橢圓體系數(shù)的值。選擇％的值以使得方程I最匹配測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。一旦獲得這些系數(shù)，可以在以下方程中使用它們以估算橢圓體的中心U0，y0，z0)。
[0041]-ο= -^o(2a)
[0042](2b)
r__._ _ (2---Ct7Q5Xm1 O2-O42)-(20；^6_α4Ci5XZa1 aa_a4a7)
0Cia1O3 -a5 2)(404 a2 -a42)-2(a1 a6—a4 as)2
[0044]一旦估算了 0^。，7。，2。)，可以使用這些值以補(bǔ)償“硬鐵”效應(yīng)。例如，(x0,y0,z0)可以用于獲得由于永磁化部件引起的測(cè)得的外部場(chǎng)的恒定偏移的幅度和方向。根據(jù)這些值，可以確定至少一個(gè)偏移校準(zhǔn)參數(shù)并且應(yīng)用于后續(xù)測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，以便補(bǔ)償硬鐵效應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，校準(zhǔn)參數(shù)可以定義校準(zhǔn)矢量V。，通過處理器將校準(zhǔn)矢量V。數(shù)字地添加至測(cè)得的外部磁場(chǎng)值，以便消除硬鐵效應(yīng)所貢獻(xiàn)的永磁性分量。在一些實(shí)施例中，應(yīng)用偏移校準(zhǔn)參數(shù)將橢圓體的中心{ια，?偏移至設(shè)備坐標(biāo)系的原點(diǎn)(0，0，0)。
[0045]盡管偏移校準(zhǔn)參數(shù)可以補(bǔ)償硬鐵效應(yīng)，仍需要補(bǔ)償“軟鐵”效應(yīng)。因此，將通過進(jìn)一步分析獲得表示測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的橢圓體的半徑和方向。
[0046]在一些實(shí)施例中，可以通過首先將橢圓體330偏移至以設(shè)備坐標(biāo)系(X，y, ζ)或合適選擇的參照系的原點(diǎn)(0，0，0)為中心來獲得橢圓體的半徑和方向。參照?qǐng)D3F，將橢圓體偏移至原點(diǎn)包括采取以下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:
[0047]X, =X-X0 (3a)
[0048]j' = y-y0 (3b)
[0049]ζ' =Z-Z0 (3c)
[0050]該轉(zhuǎn)換表示參照具有與橢圓體的中心重合的原點(diǎn)(0,0,0)的坐標(biāo)系(X’，y’ ζ’ )的橢圓體，如圖3F所示。在一些實(shí)施例中，獲得的值(X。，y。，z0)可以用于將測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)偏移至設(shè)備坐標(biāo)系(X，y, ζ)的原點(diǎn)。
[0051]方程3a至方程3c可以用于將x、y和ζ的值代入方程I中。得到的結(jié)果是以下針對(duì)橢圓體的表不。
[0052]B1X' 2+a2y' 2+a3z' 2+a4x' y' +a5x' ζ' +a6y' ζ' +
[0053]UaiXo+ajo+asZo+a?) x' +
[0054](2a2y0+a4x0+a6z0+a8) y' +(4)
[0055](2a3z0+a5x0+a6y0+a9) z' +
[0056]a1x02+a2y02+a3z02+a4x0y0+a5x0z0+a6y0z0+a7x0+a8y0+a9z0 = I
[0057]通過比較方程4與方程2a至方程2c，獲得以下關(guān)系。
[0058]2a1x0+a4y0+a5z0+a7 = O (5a)
[0059]2a2y0+a4x0+a6z0+a8 = 0 (5b)
[0060]2a3z0+a5x0+a6y0+a9 = 0 (5c)
[0061]a1x02+a2y02+a3z02+a4x0y0+a5x0z0+a6y0z0+a7x0+a8y0+a9z0 = 0 (5d)
[0062]SilX1 2+a2y' 2+a3z' 2+a4x' y' +a5x/ z' +a6y' z' = I (5e)
[0063]因此，針對(duì)橢圓體的方程縮減至方程5e。實(shí)際上，由于數(shù)字?jǐn)M合以消除系數(shù)％，方程5d可以不等于O。當(dāng)解方程5e時(shí)，方程5d的剩余值可以導(dǎo)致某些不準(zhǔn)確。為了消減這種不準(zhǔn)確，針對(duì)方程5e可以定義修改的系數(shù)Cli如下。
[0064]山=令;i= 1,2,3,…6(6a)
[0065]D = 1- (a1x02+a2y02+a3z02+a4x0y0+a5x0z0+a6y0z0+a7x0+a8y0+a9z0)
[0066]在一些實(shí)施例中，這些修改的系數(shù)Cli隨后可以替換方程5e的Bi系數(shù)。
[0067]Cl1X; 2+?2γ' 2+d3z' 2+d4x' y' +d5x/ ζ' +d6y; z' = I (6b)
[0068]在其它實(shí)施例中，方程5d的剩余值可以忽略，并且在以下分析中可以用方程5e取代方程6b。
[0069]根據(jù)一些實(shí)施例，方程6b描述了表示偏移至設(shè)備坐標(biāo)系(x，y，z)的原點(diǎn)的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的橢圓體?？梢越夥匠?b以獲得橢圓體的半徑和方向。根據(jù)一些實(shí)施例，可以使用如下定義的對(duì)稱矩陣F的特征值分解來解方程6b:
/ll fl2 /l32 2
[0070]F= f21 f22 /23 = Y d2 ^(7)
/31 /32 /33 ￡s^

-2 2 3-
[0071]可以通過任何合適的方法來獲得矩陣F的特征值。例如，可以通過解以下方程來獲得矩陣F的特征值。
[0072]det IF- λ 11 = O (8)
[0073]其中，I是單位矩陣，而λ表示至少一個(gè)特征值。在一些實(shí)施例中，解方程8導(dǎo)致以下形式的多項(xiàng)式方程。
[0074]λ 3+Cj λ 2+c2 λ +C3 = 0 (9)
[0075]其中，系數(shù)Ci的值由以下表達(dá)式給定。
[0076]C1 = -(fn+f22+f33) (1a)
[0077]C2 = fufaa+faafss+fnfss-f^^fis2^2 (1b)
[0078]C3 = f11f232+f22fl32+f33fl22-fllf22f33-2f12f13f23 (ΙΟ。)
[0079]可以使用合適的方法并且使用1a至1c的值來解方程9。方程9的解產(chǎn)生三個(gè)特征值λ2，λ3。橢圓體的半徑可以如下由特征值確定。
[0080]T1= j=,T2 j=,T3 = j=(11)
[0081]倘若獲得的特征值不同，則可以由以下方程獲得相關(guān)聯(lián)的特征值。
[0082](F-XI)V = O (12)
[0083]V表示通過將特征值A(chǔ)1,入2或λ 3代入方程12可以獲得的至少一個(gè)特征矢量。針對(duì)每個(gè)特征值λρ λ 2，λ 3解方程12提供了得到的特征矢量VpV2J315特征矢量指示橢圓體主要和次要軸線的方向，并且因此描述了橢圓體的定向。
[0084]在確定了特征值和特征矢量之后，軟鐵干擾可以得到補(bǔ)償。例如，可以使用特征值和特征矢量以確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)，可以將恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于后續(xù)測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)以消除軟鐵干擾。當(dāng)應(yīng)用時(shí)，恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)可以將測(cè)得的橢圓體復(fù)原至球殼。在一些實(shí)施例中，恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)補(bǔ)償了橢圓體半徑與球面之間的差值。
[0085]在一些實(shí)施例中，可以使用恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)以表達(dá)補(bǔ)償轉(zhuǎn)換，可以將該補(bǔ)償轉(zhuǎn)換應(yīng)用于測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)以將測(cè)得的橢圓體殼330復(fù)原至球殼。在一些實(shí)施例中，可以以對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣運(yùn)算的形式來具體化補(bǔ)償轉(zhuǎn)換。
[0086]Bc = CBm (13)
[0087]其中，Bn^P B。是表示外部磁場(chǎng)的測(cè)得矢量和補(bǔ)償矢量。在一些實(shí)施橢圓體系數(shù)方式中，可以通過分量基礎(chǔ)來對(duì)于分量進(jìn)行補(bǔ)償，例如將校正應(yīng)用于沿著相應(yīng)軸線測(cè)得的每個(gè)磁場(chǎng)分量Bmx，Bmy，Bmz。例如，多軸磁力計(jì)可以針對(duì)沿著三個(gè)正交軸線測(cè)得的磁場(chǎng)分量提供標(biāo)量數(shù)據(jù)值，并且可以將校正應(yīng)用于從磁力計(jì)接收到的每個(gè)測(cè)得的標(biāo)量值。
[0088]在補(bǔ)償了測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)之后，可以將測(cè)得的外部場(chǎng)的經(jīng)校正的值呈現(xiàn)給設(shè)備的用戶，或者用于那些依賴于感測(cè)到的外部磁場(chǎng)的應(yīng)用，例如導(dǎo)航輔助應(yīng)用。在一些實(shí)施方式中，設(shè)備100可以被配置為顯示至少部分地基于測(cè)得和經(jīng)補(bǔ)償?shù)耐獠看艌?chǎng)的羅盤航向、位置、旅行路徑等。
[0089]如上所述的用于補(bǔ)償硬鐵和軟鐵干擾的方法和裝置可以具體化在多個(gè)設(shè)備中或者應(yīng)用于多個(gè)設(shè)備，并且不限于諸如智能手機(jī)的移動(dòng)電子設(shè)備。在一些應(yīng)用中，補(bǔ)償硬鐵和軟鐵干擾可以用于機(jī)載或遠(yuǎn)程控制器中，機(jī)載或遠(yuǎn)程控制器被配置為用于操作計(jì)算機(jī)、視頻游戲、無人交通工具、自動(dòng)駕駛交通工具或者其它類型的受控裝置。在一些實(shí)施方式中，可以通過與設(shè)備通信的一個(gè)或多個(gè)處理器來執(zhí)行用于確定硬鐵和軟鐵校準(zhǔn)參數(shù)的一些或所有計(jì)算。例如，設(shè)備可以獲取磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程裝置，在遠(yuǎn)程裝置處根據(jù)上述一個(gè)或多個(gè)步驟來處理數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)結(jié)果可以返回至設(shè)備。
[0090]圖4描述了根據(jù)一些實(shí)施例的用于在具有至少一個(gè)處理器和至少一個(gè)磁性傳感器的設(shè)備中補(bǔ)償硬鐵和軟鐵干擾的方法400。方法可以包括采用在多個(gè)不同方向上定向的設(shè)備來多次測(cè)量外部磁場(chǎng)Be410。該測(cè)量可以產(chǎn)生由橢圓體表面表示的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。方法400可以進(jìn)一步包括對(duì)于測(cè)得的數(shù)據(jù)擬合第一橢圓體方程420，并且確定橢圓體系數(shù)430，例如方程I的ai;橢圓體系數(shù)提供對(duì)于測(cè)得磁性數(shù)據(jù)的最佳擬合。
[0091]方法400可以包括基于針對(duì)橢圓體系數(shù)獲得的值來計(jì)算橢圓體的中心440。針對(duì)橢圓體中心的值可以用于將測(cè)得磁場(chǎng)數(shù)據(jù)偏移至設(shè)備參照系的原點(diǎn)450?？梢越獾诙E圓體方程(例如表示橢圓體中心位于坐標(biāo)系原點(diǎn)的方程)以計(jì)算橢圓體的半徑460并且計(jì)算半徑的方向470。半徑及其相應(yīng)方向的計(jì)算可以包括獲得與第二橢圓體方程相關(guān)聯(lián)的矩陣的特征值和特征矢量。方法400可以進(jìn)一步包從特征值和特征矢量計(jì)算恢復(fù)參數(shù)480?；謴?fù)參數(shù)可以用于將橢圓體復(fù)原至球殼。在一些實(shí)施例中，方法400進(jìn)一步包括將偏移和恢復(fù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用于后續(xù)測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)490。
[0092]在此所述的技術(shù)可以具體化為方法，已提供了該方法的至少一個(gè)示例。作為方法一部分執(zhí)行的步驟可以以任何合適方式排序。因此，實(shí)施例可以構(gòu)造為其中以與所示不同的順序來執(zhí)行步驟，其可以包括同時(shí)執(zhí)行一些步驟，即便在示意性實(shí)施例中作為順序步驟示出。此外，在一些實(shí)施例中，方法可以包括比該所示的步驟更多的步驟，以及在其它實(shí)施例中可以包括比那些所示的步驟更少的步驟。
[0093]上述方法可以具體化為存儲(chǔ)在諸如ROM、RAM、CD-ROM、DVD-ROM、磁盤、CMOS存儲(chǔ)器芯片、可移除存儲(chǔ)器設(shè)備等的至少一個(gè)人造存儲(chǔ)設(shè)備上的機(jī)器可讀指令。當(dāng)由至少一個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，機(jī)器可讀指令特別地使得至少一個(gè)處理器執(zhí)行如上所述方法中列出的一些或全部步驟。
[0094]因此已描述了本發(fā)明的至少一個(gè)示意性實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言各種更換、修改和改進(jìn)是容易的。這些更換、修改和改進(jìn)意在位于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，前述說明僅是借由示例的并且并非意在限定。本發(fā)明僅由以下權(quán)利要求及其等價(jià)物來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種被配置為感測(cè)磁場(chǎng)的電子設(shè)備，包括: 磁力計(jì)，被配置為測(cè)量沿著至少一個(gè)軸線的外部磁場(chǎng)的至少一個(gè)值；以及 至少一個(gè)處理器，被配置為從所述磁力計(jì)接收磁場(chǎng)數(shù)據(jù)并且計(jì)算橢圓體的至少一個(gè)參數(shù)，其中所述磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由所述橢圓體表示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括可視顯示器，其中所述至少一個(gè)處理器進(jìn)一步被配置為基于計(jì)算得到的至少一個(gè)參數(shù)來補(bǔ)償所述外部磁場(chǎng)的至少一個(gè)測(cè)得的值并且使得在所述可視顯示器上向所述設(shè)備的用戶顯示導(dǎo)航輔助。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述導(dǎo)航輔助由羅盤航向表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)處理器包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)參數(shù)包括所述橢圓體的中心相對(duì)于空間參照系的原點(diǎn)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述空間參照系與所述設(shè)備對(duì)準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)處理器進(jìn)一步被配置為確定偏移校準(zhǔn)參數(shù)，以補(bǔ)償所述橢圓體的所述中心的所述位置距所述空間參照系的所述原點(diǎn)的位移。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)處理器進(jìn)一步被配置為將所述偏移校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于從所述磁力計(jì)接收的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)參數(shù)包括所述橢圓體的半徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)處理器進(jìn)一步被配置為確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)以補(bǔ)償所述橢圓體的所述半徑與球面的差值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)處理器進(jìn)一步被配置為將所述恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于從所述磁力計(jì)接收的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)參數(shù)進(jìn)一步包括所述半徑的空間定向。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)處理器被配置為通過計(jì)算系數(shù)矩陣的特征值來確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)，其中所述系數(shù)涉及表示所述橢圓體的方程。
14.一種用于補(bǔ)償感測(cè)到的磁場(chǎng)的方法，其中所述磁場(chǎng)通過具有至少一個(gè)處理器和磁性傳感器的設(shè)備來感測(cè)，所述方法包括: 采用磁性傳感器測(cè)量沿著至少一個(gè)軸線的外部磁場(chǎng)的至少一個(gè)值； 通過所述至少一個(gè)處理器從所述磁力計(jì)接收磁場(chǎng)數(shù)據(jù)；并且 通過所述至少一個(gè)處理器計(jì)算橢圓體的中心和至少一個(gè)附加參數(shù)，其中所述磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由所述橢圓體表示。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括: 通過所述至少一個(gè)處理器并且基于計(jì)算得到的中心和至少一個(gè)附加參數(shù)，補(bǔ)償所述外部磁場(chǎng)的至少一個(gè)測(cè)得的值；并且 在所述設(shè)備的可視顯示器上，向所述設(shè)備的用戶顯示導(dǎo)航輔助。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述導(dǎo)航輔助由羅盤航向表示。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一個(gè)處理器包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述橢圓體的所述中心的位置相對(duì)于與所述設(shè)備對(duì)準(zhǔn)的空間參照系的原點(diǎn)來計(jì)算。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括通過所述至少一個(gè)處理器確定偏移校準(zhǔn)參數(shù)以補(bǔ)償所述橢圓體的所述中心的所述位置距所述空間參照系的所述原點(diǎn)的位移。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括通過所述至少一個(gè)處理器將所述偏移校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于從所述磁力計(jì)接收的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一個(gè)附加參數(shù)包括所述橢圓體的半徑。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括通過所述至少一個(gè)處理器確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)以補(bǔ)償所述橢圓體的所述半徑與球面的差值。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括通過所述至少一個(gè)處理器將所述恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)用于從所述磁力計(jì)接收的測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述至少一個(gè)附加參數(shù)進(jìn)一步包括所述半徑的空間定向。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述確定恢復(fù)校準(zhǔn)參數(shù)包括通過所述至少一個(gè)處理器計(jì)算系數(shù)矩陣的特征值，其中所述系數(shù)涉及表示所述橢圓體的方程。
【文檔編號(hào)】G01R33/02GK104237822SQ201310253435
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】涂仲軒, 方舒 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體(中國)投資有限公司