本發(fā)明涉及一種三軸地磁傳感器實(shí)時(shí)校正方法。

背景技術(shù)：

磁場傳感器是可以將各種磁場及其變化的量轉(zhuǎn)變成電信號輸出的裝置。自然界和人類社會生活的許多地方都存在磁場或與磁場相關(guān)的信息。利用人工設(shè)置的永久磁體產(chǎn)生的磁場，可作為許多種信息的載體。因此，探測、采集、存儲、轉(zhuǎn)換、復(fù)現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場和磁場中承載的各種信息的任務(wù)，自然就落在磁場傳感器身上。在當(dāng)今的信息社會中，磁場傳感器已成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的基礎(chǔ)元件。目前，人們已研制出利用各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)的磁場傳感器，并已在科研、生產(chǎn)和社會生活的各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用，承擔(dān)起探究種種信息的任務(wù)。

三軸地磁傳感器可以采集到在直角坐標(biāo)系下，矢量磁場在每個(gè)坐標(biāo)軸上的分量大小。在理想情況下，傳感器的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)完美的分布在一個(gè)球心過原點(diǎn)的正球面上。然而，在傳感器制造過程中，三個(gè)坐標(biāo)軸的靈敏度往往不同，導(dǎo)致觀測值與實(shí)際值存在放縮關(guān)系，這就導(dǎo)致傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)際分布在橢球面上。另外，由于傳感器所在電路本身也會產(chǎn)生近似恒定的磁場，這就導(dǎo)致橢球的球心不在坐標(biāo)軸原點(diǎn)。所以就需要使用校正算法，來校正這種誤差。還需要提及的是，雖然傳感器在制造的時(shí)候，三個(gè)坐標(biāo)軸可能存在不互相垂直的情況，但是由于現(xiàn)如今制造工藝的不斷提高，這種誤差可以忽略不計(jì)。另外，在實(shí)際情況中，由于電路的溫度會隨著電路的使用不斷增高，這就導(dǎo)致三軸的靈敏度與電路產(chǎn)生的磁場在緩慢變化，這就產(chǎn)生了對實(shí)時(shí)校正算法的需求。

另外，由于在使用地磁傳感器的數(shù)據(jù)時(shí)，往往只需要其三軸矢量的方向向量，所以，只要把觀測到的數(shù)據(jù)校正到單位正球面上即可。

常用的三軸地磁傳感器校正方法是橢球校正。通過采集到的數(shù)據(jù)擬合橢圓方程，來計(jì)算校正用的參數(shù)。在使用這種方法時(shí)，積攢足夠多的數(shù)據(jù)才能保證計(jì)算的正確性與精度(通常情況下需要采集1000組3軸的數(shù)據(jù)，即3000個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，才能在一定程度上保證計(jì)算正確性，而3000個(gè)16位浮點(diǎn)型變量，需要48kb的存儲空間。常見51單片機(jī)僅有64kb的容量。如果不使用外部存儲器，則僅校正就需要 占用超過一半的內(nèi)存空間。如果使用外部存儲器，則增加了硬件成本，且提高了系統(tǒng)的復(fù)雜性)，而在嵌入式等儲存空間有限的設(shè)備里，在記錄這些數(shù)據(jù)的同時(shí)，就很難記錄其他的數(shù)據(jù)，所以設(shè)計(jì)一種能夠幾乎不占內(nèi)存的，且簡單實(shí)用的三軸地磁傳感器算法顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種全新的三軸地磁傳感器校正方法，該方法簡單好用，且占用內(nèi)存極少。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本方法發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

三軸地磁傳感器實(shí)時(shí)校正方法，該矯正方法包括如下步驟：

A、轉(zhuǎn)動地磁傳感器，并采集地磁傳感器發(fā)出的xyz三軸地磁數(shù)據(jù)X_b,Y_b,Z_b；

B、對采集到的每組三軸地磁數(shù)據(jù)X_b,Y_b,Z_b進(jìn)行迭代計(jì)算；

C、利用迭代的變量，計(jì)算校正參數(shù)A_x，A_y，A_z，O_x，O_y，O_z；

D、利用校正參數(shù)，計(jì)算校正后地磁傳感器數(shù)據(jù)。

所述步驟B中，迭代計(jì)算的方法如下：

①、初始化6階方陣M，所述6階方陣M的初始化值M₀為6*6全零方陣；初始化6維列向量B，所述6維列向量B的初始化值B₀為6*1全零列向量；

②、上述步驟A中，設(shè)第i次采集到的三軸地磁數(shù)據(jù)為X_bi,Y_bi,Z_bi；

構(gòu)建向量A_i，其中上標(biāo)2表示平方運(yùn)算；

構(gòu)建向量b_i，其中上標(biāo)2表示平方運(yùn)算，i為正整數(shù)，i≥1；

③、利用下列公式(1)和(2)分別更新6階方陣M及6維列向量B，

公式(1)和(2)中，上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算，i表示三軸地磁數(shù)據(jù)的采集次數(shù)且i為正整數(shù)，當(dāng)i＝1時(shí)，M_i-1取初始化得到的M₀，B_i-1取初始化得到的B₀。

步驟③中，每次更新M與B后，利用如下公式(3)計(jì)算校正參數(shù)A_x，A_y，A_z，O_X，O_y，O_z；

記

上述公式中，記參數(shù)其中上標(biāo)-1表示矩陣求逆運(yùn)算，W為6維列向量，w_j(j＝1,2,...,6)表示W(wǎng)第j維的值。

計(jì)算校正參數(shù)的公式如下：

校正后的地磁傳感器數(shù)據(jù)X_c,Y_c,Z_c的計(jì)算公式為，其中X_b,Y_b,Z_b表示校正前的xyz三軸地磁數(shù)據(jù)。

X_c＝A_xX_b+O_x

Y_c＝A_yY_b+O_y

Z_c＝A_zZ_b+O_z

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備的技術(shù)效果為：該方法記錄的地磁傳感器的數(shù)據(jù)占用內(nèi)存少，且簡單便捷，有較好的可實(shí)施性，還可以實(shí)時(shí)校正傳感器，適用于各種場合。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明：

三軸地磁傳感器實(shí)時(shí)校正方法，該矯正方法包括如下步驟：

A、轉(zhuǎn)動地磁傳感器，并采集地磁傳感器發(fā)出的xyz三軸地磁數(shù)據(jù)X_b,Y_b,Z_b；

B、對采集到的每組三軸地磁數(shù)據(jù)X_b,Y_b,Z_b進(jìn)行迭代計(jì)算；

C、利用迭代的變量，計(jì)算校正參數(shù)A_x，A_y，A_z，O_X，O_y，O_z；

D、利用校正參數(shù)，計(jì)算校正后地磁傳感器數(shù)據(jù)。

所述步驟B中，迭代計(jì)算的方法如下：

①、初始化6階方陣M，所述6階方陣M的初始化值M₀為6*6全零方陣；初始化6維列向量B，所述6維列向量B的初始化值B₀為6*1全零列向量；

②、上述步驟A中，設(shè)第i次采集到的三軸地磁數(shù)據(jù)為X_bi,Y_bi,Z_bi；

構(gòu)建向量A_i，其中上標(biāo)2表示平方運(yùn)算；

構(gòu)建向量b_i，其中上標(biāo)2表示平方運(yùn)算，i為正整數(shù)，i≥1；

③、利用下列公式(1)和(2)分別更新6階方陣M及6維列向量B，

公式(1)和(2)中，上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算，i表示三軸地磁數(shù)據(jù)的采集次數(shù)且i為正整數(shù)，當(dāng)i＝1時(shí)，M_i-1取初始化得到的M₀，B_i-1取初始化得到的B₀。

步驟③中，每次更新M與B后，利用如下公式(3)計(jì)算列向量W以及參數(shù)λ，其中W為6維列向量，w_j(j＝1,2,...,6)表示W(wǎng)第j維的值，上標(biāo)-1表示矩陣求逆運(yùn)算。

記

參數(shù)

之后再利用W和λ計(jì)算校正參數(shù)A_x，A_y，A_z，O_X，O_y，O_z：

在計(jì)算出上述6個(gè)校正參數(shù)后，就可以按照下述的校正模型，對原始三軸地磁數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

X_c＝A_xX_b+O_x

Y_c＝A_yY_b+O_y

Z_c＝A_zZ_b+O_z

其中，X_c,Y_c,Z_c表示校正后地磁傳感器數(shù)據(jù)，X_b,Y_b,Z_b表示校正前的地磁傳感器x,y,z軸采集到的數(shù)據(jù)，A_x，A_y，A_z，O_X，O_y，O_z為校正參數(shù)。

實(shí)際上，假設(shè)采集的數(shù)據(jù)量是n，常用方法則需要儲存M、B和一個(gè)n乘6方陣和一個(gè)n乘1方陣，共7n+42個(gè)變量；而本方法僅需儲存M、B、A、b、W、i、λ即可，即57個(gè)變量，占用空間不隨數(shù)據(jù)量增加而增大，使用的數(shù)據(jù)量越大，本文節(jié)省空間的效果越明顯。