[发明专利]方向估计方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于设备的方向估计的方法及装置，尤其涉及一种用于在包括一些磁扰动的环境下估计设备的方向的方法及装置。

背景技术

目前，对于估计设备的方向，典型的方法是融合(fuse)陀螺仪和磁力计来估计方向。两种广泛使用的数据融合方法是基于卡曼滤波(Kalman filter)的方法和基于增益调度(gain scheduling)的方法。在此，增益调度是利用线性控制器族来控制非线性系统的最普及的方法之一。其基于调度变量的当前测量来调整控制器增益。用户能够对控制器增益如何随所测量的变量而变化进行设计。在姿势估计系统中，基于传感器测量，利用预先定义的调度来计算增益。增益用来将所述两个估计结果进行合并，或者校准用于对设备的方向或物体姿势求精的陀螺仪数据。

专利号为US8688403B2的美国专利公开了一种基于惯性传感器数据来确定便携电子设备的姿势矩阵的方法。其使用来自加速计和磁力计的数据计算第一姿势矩阵梯度，然后使用来自陀螺仪的数据计算第二姿势矩阵梯度。通过混合系数将第一姿势矩阵梯度和第二姿势矩阵梯度进行融合。最后，使用所融合的梯度来更新精细姿势矩阵。在此，通过将来自加速计的数据与重力进行比较，并且还将来自磁力计的数据与公知的当地磁场进行比较，来确定所述混合系数。

增益(混合系数)计算步骤是基于增益调度的方法的非常重要的步骤。特别是，大部分现代环境(例如家里、办公室或公共场所)包括很多能够引起磁扰动的设备，例如由于机器或家具中的铁、位于设备附近的磁铁、来自电视或其他家电的磁效应。针对该方法，如何基于测量设计出适合的校正增益，是关键问题。

发明内容

通常，设备的姿势包括能够被诸如陀螺仪、加速计和磁力计等传感器测量的俯仰角、滚转角和偏航角。图7是示出包括俯仰角(例如θ)、滚转角(例如)和偏航角(例如ψ)的设备姿势的示意图。在本发明中，我们只关注作为设备的方向的偏航角。在此，方向是设备在水平面的方向，水平面是在其垂直于重力的情况下，在给定点处为水平的平面。通常，用方位角来表示方向。

在图7中可以看出，X轴表示北向，D轴表示设备的方向，Z轴表示重力方向。绕Z轴的顺时针旋转是偏航角。例如，X轴的偏航角是0度。从北向绕着Z轴顺时针旋转90度，我们能够得到东向。东方的偏航角是90度，即，方向是90度。

由此，本公开提出一种新型的方向估计方法或装置，以解决上述问题，从而提高现实世界中的方向估计的精度。特别是在包括一些磁扰动的环境中。本发明的主要目标是改进校正增益计算，使用该校正增益计算来对传感器数据进行校准，然后使用所校准的传感器数据来更新设备的方向。

根据本发明的一个方面，提供了一种方法，所述方法包括：第一方向估计步骤，用于根据陀螺仪估计第一方向；第二方向估计步骤，用于根据磁力计和设备的倾斜以及滚转角来估计第二方向；校正增益确定步骤，用于通过将第一校正增益和第二校正增益进行组合来确定校正增益；校准步骤，用于利用所述校正增益校准所述第一方向估计和所述第二方向估计，以得到所述设备的方向；其中，所述校正增益确定步骤还包括以下的步骤：基于磁力计数据和磁场的理论值来计算所述第一校正增益；基于磁力计数据的变化率来计算所述第二校正增益。

本公开中的发明的优点是能够使设备的方向估计更加精确，尤其是在设备处于包括一些磁扰动的环境中。这是由于本发明能够使用校正增益来融合各种传感器数据以精确地估计设备的方向。

附图说明

图1是示出能够执行本发明的实施例的计算机系统的硬件构造的框图。

图2是示出方向估计装置的构造的框图。

图3是示出由根据本发明的一个实施例的装置进行的方向估计的流程图。

图4是根据本发明的一个实施例的用于确定校正增益的方法的流程图。

图5A至图5C是示出根据本发明的实施例的用于第一校正增益计算的函数的示意图。

图5D是示出根据本发明的一个实施例的用于第二校正增益计算的函数的示意图。

图6是示出本发明应用的示例的框图。

图7是示出设备姿势的示意图。

具体实施方式

参照以上列出的附图，本节将描述特殊的实施例及其详细结构和操作。请注意，下文中将描述的实施例仅作为例示来进行说明，但是不限于此，因此这些实施例并不限制本发明的范围，并能够在本发明的范围内变化为各种形式。本领域技术人员根据此处的教导能够认识到存在一系列此处描述的示例实施例的等同例。

图1是示出能够执行本发明的实施例的计算机系统的硬件构造的框图。