專利名稱：用于補償測量值偏差的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于確定多軸方向傳感器的測量值偏差的方法。
背景技術：
方向傳感器經(jīng)常用在小型設備中，如相機、電話和望遠鏡中，以便確定設備相對于恒定物理量的定向。所述物理量例如可以是地磁場。經(jīng)常與其他傳感器、例如加速度傳感器相結合地使用這種傳感器。局部的干擾影響可能對方向確定的結果產(chǎn)生不利影響。例如，這種多維磁場傳感器的周圍環(huán)境中的磁體或電流導線可能引起所確定的方向在預先確定方向上的恒定偏差。 為了補償這種偏差(“offset”)，在現(xiàn)有技術中已知了用于補償?shù)牟煌椒?。US 7，340，362 B2示出一種用于三維磁場傳感器的偏差補償?shù)姆椒āＴ陬A先確定的校準階段期間檢測測量值。如果前后相繼的測量值不同，則存儲新檢測到的測量值，直到達到預先確定數(shù)量的測量值。隨后，由所存儲的數(shù)據(jù)確定測量值的偏差。US 7，275，008 B2示出另一種變型方案，其中，確定一個幾何體，一些測量值位于所述幾何體的表面上。確定一些參數(shù)，這些參數(shù)定義所述幾何體的形狀與一個球體的幾何參考形狀的偏差。所述參數(shù)用于映射，以便補償測量值。然而，已知補償方法中的大多數(shù)方法或者是不準確的或者需要高的計算開銷，所述計算開銷往往超過移動設備中的處理裝置的計算能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務在于，說明一種所述類型的補償方法，所述補償方法精確地工作并且僅僅需要較少計算開銷。本發(fā)明通過具有權利要求1的特征的方法解決所述任務。從屬權利要求給出有利的實施方式。根據(jù)本發(fā)明，在用于通過疊加的信號確定多軸方向傳感器的測量值的偏差的方法中，首先記錄多個多軸的測量值。在方向傳感器的不同方向上記錄的測量值在由傳感器的測量軸給出的坐標系中形成一個幾何形狀，所述幾何形狀的理想形狀是已知的，并且所述幾何形狀的理想的中心落在測量軸的原點上。在兩軸傳感器的情形中所述幾何形狀是圓形，在三軸傳感器的情形中所述幾何形狀是球體。通過所述幾何形狀的中心相對于測量軸的原點的偏移反映由于干擾引起的疊加。通過確定所述偏移檢測疊加，從而可以使新記錄的測量值校正所述偏移。為此定義一些集群(“Cluster”)，并且將所記錄的測量值分配給這些集群中的一個，或者如果所述測量值所分配給的集群已經(jīng)分配了預先確定數(shù)量的測量值，則丟棄所述測量值。對于由于其幾何位置而可能較少地貢獻于待確定的偏移的改善的測量值執(zhí)行所述丟棄。因此，可以使用于存放測量值的存儲器更小，并且可以基于更少數(shù)量的測量值實施偏差的計算，從而可以在不損害所述方法的精度的情況下減小計算負荷。
優(yōu)選地，只有當預先確定數(shù)量的集群中的每一個分配了預先確定數(shù)量的測量值時，才進行偏差的確定。通過這個容易確定的條件確保所存儲的測量值的幾何分布足以在所要求的精度和/或可靠性上確定偏差。集群可以沿測量軸均勻地分布。例如，只有當所定義的集群中的10%分別具有一個測量值時才可以確定形狀的偏差。已經(jīng)分配有一個測量值的集群的數(shù)量可以用作聚集測量值時的進度指示。集群的大小可以是2的冪，并且分配可以包括多軸測量值除以2的冪的除法。在通過微處理器處理二進制編碼的測量值時，分配給一個集群可以作為測量值無余數(shù)地除以集群大小的除法。其中，集群大小可以是整數(shù)或者也可以是2的冪。在后一種變型方案中， 有利的是，可以通過向右按位平移二進制數(shù)來非常簡單地實現(xiàn)除以2的冪的除法。因此，可以使執(zhí)行所述方法的計算設備的負荷較小。在確定偏差之后，可以記錄其他測量值并且將所述其他測量值分配給集群，并且可以更新偏差。由此，可以在正常的測量運行期間通過新記錄的測量值連續(xù)地跟蹤偏差的確定(“(使用中校準)in-use calibration”)。因此，偏差確定的精度也可以隨著測量持續(xù)時間的提高而提高。尤其可以在確定偏差之后使控制所述方法的參數(shù)改變。在所述方法的一個實施方式中，所述參數(shù)可以包括以下中的至少一個測量軸之一上的集群的數(shù)量、每個集群中預先確定的測量值的數(shù)量和具有所分配的測量值的集群的預先確定的數(shù)量。由此可以在對存儲器或計算性能的要求保持不變的情況下改進所述方法的確定質(zhì)量和/或在確定質(zhì)量保持不變的情況下降低要求。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述方向傳感器是磁場傳感器，測量軸的數(shù)量是3并且?guī)缀涡螤钍乔蝮w。優(yōu)選借助于最小二乘的已知方法確定所述形狀作為對所存儲的測量值的逼近。由此，對于運行所述方法的確定裝置而言，可以使整個方法的計算負荷較小。所述方法可以以具有程序代碼單元的計算機程序產(chǎn)品的形式存儲在計算機可讀的數(shù)據(jù)載體上或者在執(zhí)行裝置上運行。


以下參考附圖更詳細地描述本發(fā)明。附圖示出圖1 用于確定多軸傳感器的偏差的系統(tǒng)的框圖；圖2 測量值和用于確定偏差的經(jīng)過濾的測量值的示圖；圖3 用于確定偏差的方法的流程圖；圖4 經(jīng)擴展的根據(jù)圖3的方法的框圖。
具體實施例方式圖1示出用于確定多軸傳感器的測量值的偏差的系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100包括多軸傳感器110、處理裝置120、存儲器130和接口 140。所述處理裝置120與多軸傳感器 110、存儲器130和接口 140連接。所述多軸傳感器110是磁場傳感器，其確定磁場在三個相互垂直的分量χ、y和ζ 上的分量。多軸傳感器Iio例如可以微機械地構造為微機電系統(tǒng)(“MEMS”)。
所述處理裝置120通常是數(shù)字的處理裝置，如微處理器系統(tǒng)。用于使模擬地提供的測量值匹配于處理裝置120的數(shù)字處理的數(shù)字化模塊沒有示出。存儲器130優(yōu)選是數(shù)字的半導體存儲器。處理裝置120和存儲器130可以是微處理器控制的移動設備——例如移動電話的組成部分。接口 140可以物理地(通過硬件)和/或虛擬地(通過軟件)構造并且能夠輸出或者轉(zhuǎn)發(fā)經(jīng)處理的和未經(jīng)處理的測量值和中間結果，如所記錄的測量值的所確定的偏差。圖2示出用于根據(jù)圖1的系統(tǒng)100確定測量值偏差的、所記錄和經(jīng)過濾的測量值的示圖。左側示圖210和右側示圖220分別包括一個笛卡爾坐標系，所述笛卡爾坐標系對應于圖1中的多軸傳感器110的測量軸。在左側示圖210中，借助于多軸傳感器110記錄的測量值表示為黑點。所記錄的測量值位于第一球體215的表面上，所述第一球體的表面通過沿ζ軸分布的環(huán)來表示。第一球體215的中心位于測量軸χ、y和ζ的零點以外。左側示圖210中的測量值是非均勻地分布的。在第一球體215的表面的一些區(qū)域中，所記錄的測量值彼此緊靠，而在其他區(qū)域中存在較少測量值或者甚至不存在測量值。右側示圖220對應于左側示圖210，差別在于僅僅借助于根據(jù)本發(fā)明的方法來確定測量值的偏差的測量值表示為黑點。經(jīng)過濾的測量值位于第二球體225的表面上。經(jīng)過濾的測量值的數(shù)量明顯少于左側示圖210中所記錄的測量值的數(shù)量并且相鄰的經(jīng)過濾的測量值彼此具有一個最小距離。根據(jù)本發(fā)明的方法的主題是，有利地使對應于左側示圖210的所記錄的測量值減少到對應于右側示圖220的測量值，其中，應當保持球體215或225相對于測量軸x、y和ζ 的原點的偏差的可確定性。圖3示出根據(jù)圖1和2用于確定偏差的方法300的流程圖。根據(jù)所述方法，在第一步驟305中記錄測量值。在第二步驟310中，對所記錄的測量值進行過濾，以便檢驗所記錄的測量值是否改進現(xiàn)有的信息基礎，并且在這種情況下存儲測量值。通過一些所存儲的測量值形成信息基礎，稍后應當基于這些所存儲的測量值確定測量值的偏差。為了進行過濾，檢驗以所述測量值為基礎的方向是否已經(jīng)由其他測量值支持。步驟310中的過濾的基礎在于，將每個所記錄的測量值分配給預先確定數(shù)量的集群，其中，集群代表所確定的磁場的不同方向。在涉及相同的所確定的方向的測量值中，僅僅存預先確定數(shù)量的測量值，其他測量值被丟棄。如果信息基礎足夠大，例如已經(jīng)存儲了預先確定數(shù)量的足夠的彼此間隔的測量值，則以步驟320繼續(xù)所述方法300。在步驟320中，基于所存儲的測量值確定偏差，所述偏差涉及所有測量值。為此， 借助于數(shù)值方法——例如最小二乘法、牛頓法或卡爾曼濾波在由測量軸展開的空間中逼近一個幾何形狀，其中，測量值位于所述幾何形狀的表面上。在圖1中的系統(tǒng)100的情形中， 所述幾何形狀是一個球體。所述球體相對于測量軸的原點的偏差是所尋找的所有測量值的偏差。在隨后的步驟330中，可以使所記錄的測量值修正所述偏差。替換地也可以僅僅提供在步驟320中確定的偏差作為方法300的結果。在測量運行期間也可以在步驟320中第一次確定偏差之后繼續(xù)所述方法300，其方式是，繼續(xù)在步驟310中對新進來的測量值進行過濾并且隨后在步驟320中基于所存儲的測量值重新確定偏差。例如可以分別在存儲預先確定數(shù)量的新測量值后或者時間控制地進行步驟320中的偏差確定。步驟310中的測量值過濾由參數(shù)選擇決定。在所述方法300的第一輪(Durchlauf) 中，對于這些參數(shù)必需使用預先確定的值，在隨后的幾輪中參數(shù)可以匹配于所記錄的測量值。也可以在參數(shù)之一變化后刪除、改變或保留在步驟310的在前的一輪中所存儲的測量值。一種這樣的參數(shù)是集群的數(shù)量或大小。另一個參數(shù)是必須向其分配測量值以便在步驟 320中確定偏差的集群的數(shù)量。以下給出確定所述參數(shù)的可行方案。在圖2中示出的球體的半徑為 半徑=地磁場*傳感器靈敏度
(公式1)集群中的每一個被定義為一個空間元素，所述空間元素通過沿相應測量軸的測量區(qū)域除以一個常數(shù)來確定?？赡艿膶崿F(xiàn)1 參數(shù)的可能確定常數(shù)對于所有測量軸是相同的并且應當是2的冪
權利要求
1.用于通過一疊加的信號確定多軸方向傳感器(110)的測量值的偏差的方法(300， 400)，所述方法包括下面的步驟記錄(30 多個多軸的測量值；確定(320，460) —個幾何形狀(215,25 作為對所述多個多軸的測量值的逼近； 基于所述形狀(215,25 相對于所述形狀015，255)的無干擾位置的偏差來確定 (320,460)所述測量值的偏差； 其特征在于，將一個所記錄的測量值分配給多個預先確定的集群中的一個；以及如果該測量值所分配給的集群已經(jīng)被分配了預先確定數(shù)量的測量值，則丟棄該測量值。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法(300，400)，其中，只有當預先確定數(shù)量的集群中的每一個分配了預先確定數(shù)量的測量值時，才進行所述偏差的確定(320，460)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法(300，400)，其中，所述集群是沿測量軸均勻地分布的。
4.根據(jù)以上權利要求中任一項所述的方法(300，400)，其中，所述集群的數(shù)量是2的冪，并且所述分配(430)包括所述多軸的測量值除以2的冪的除法。
5.根據(jù)以上權利要求中任一項所述的方法(300，400)，所述方法還包括以下步驟將分配給一個集群的測量值存儲(440)在一個存儲器(130)中。
6.根據(jù)以上權利要求中任一項所述的方法(300，400)，其中，在確定(320，460)所述偏差之后記錄其他的測量值(305,41 并且將所述其他的測量值分配給所述集群，并且更新所述偏差(320，460)。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法(300，400)，其中，在確定(320，460)所述偏差之后實施以下步驟確定所述形狀的延伸尺度；根據(jù)所述延伸尺度匹配G10)以下至少一個在所述測量軸中的一個上所述集群的數(shù)量、每個集群中預先確定的測量值的數(shù)量以及具有所分配的測量值的集群的預先確定的數(shù)量。
8.根據(jù)以上權利要求中任一項所述的方法(300，400)，其中，所述方向傳感器是磁場傳感器(110)，所述測量軸的數(shù)量是3并且所述形狀是球體015，225)。
9.根據(jù)以上權利要求中任一項所述的方法(300，400)，其中，借助于最小二乘法(460) 確定所述形狀。
10.具有程序代碼單元的計算機程序產(chǎn)品，用于當所述計算機程序產(chǎn)品存儲在計算機可讀的數(shù)據(jù)載體上或者在執(zhí)行裝置上運行時實施根據(jù)以上權利要求中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過疊加的信號確定多軸方向傳感器的測量值的偏差的方法，在所述方法中首先記錄多個多軸的測量值。在方向傳感器的不同方向上記錄的測量值在由傳感器的測量軸給出的坐標系中形成一個幾何形狀，所述幾何形狀的理想形狀是已知的，并且所述幾何形狀的理想的中心落在測量軸的原點上。在兩軸傳感器的情形中所述幾何形狀是圓形，在三軸傳感器的情形中所述幾何形狀是圍繞原點的球體。通過所述幾何形狀的中心相對于測量軸的原點的偏移反映由于干擾引起的疊加。通過確定所述偏移檢測疊加。
文檔編號G01C25/00GK102353385SQ201110157708
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權日2010年6月2日
發(fā)明者J·巴托洛邁奇克, S·沙伊爾曼 申請人:羅伯特·博世有限公司