用于移动装置中的传感器的使用中自动校准方法制造方法及图纸

披露了一种用于校准便携装置中的加速度计的方法、系统和计算机可读介质。该方法、系统和计算机可读介质包括从该加速度计接收数据，以及基于一个或多个自适应地选择满足某些标准的数据的选择规则提供来自该数据的加速度计样本。该方法、系统和计算机可读介质还包括使这些加速度计样本适应一个数学模式。该方法、系统和计算机可读存储介质进一步包括基于该数学模型的一个中心提供该加速度计的一个偏置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于移动装置中的传感器的使用中自动校准方法相关申请的交叉引用本申请要求在美国专利法第119(e)项35条款下2012年1月26日提交的标题为“用于移动装置中的加速度计(和/或磁力计)的使用中自动校准方法(IN-USEAUTOMATICCALIBRATIONMETHODOLOGYFORACCELEROMETERS(AND/ORMAGNETOMETERS)INMOBILEDEVICES)”的美国临时专利申请号61/590,924的权益，本申请通过引用以其全文结合于此。本申请与2012年8月10日提交的标题为“磁力计偏置和异常探测器(MAGNETOMETERBIASANDANOMALYDETECTOR)”的美国专利申请号13/572,441(案卷号#IVS-170/5046P)和2011年6月20日提交的标题为“快速传感器运动确定(RAPIDSENSORMOTIONDETERMINATION)”的美国专利申请号13/164,136(案卷号#IVS-158)有关，所有这些申请通过引用以其全文结合在此。专利
本专利技术总体上涉及用于加速度计的校准方法，并更具体地涉及一种用于移动装置中的加速度计的使用中校准方法。专利技术背景由于电子学和力学的本质，基于MEMS的加速度计趋向于具有偏置(偏差)和灵敏度误差。这些误差可能由于温度、湿度、组装应力和外部条件的其他变化而漂移和或变化。不精确的偏置导致传感器融合、姿态(倾斜、滚动、和偏转)估计、航向基准和取决于传感器输出的精度的其他参数中的问题。具体地，如果需要对原始数据进行求积分，例如从加速度到速度或从角速率到角度，偏置漂移问题被显著地放大。常规的解决方案是在工厂线中针对每个单元的每个轴校准每个传感器。然而，此解决方案增加了额外成本，因为需要单独地校准单元上的每个传感器。该校准还可能需要由于各种原因(如温度)随着时间而变化。对于加速度计而言，常规的校准解决方案是将传感器板放置在平坦的、绝对水平的台上，当朝上的单元完全静止时测量其输出，并且然后当在同一非移动条件下朝下时再次对其进行测量。对于三个不同的轴重复此解决方案。然而，在实践中，这些假设(平面、水平台、绝对不移动)的任何偏离都会使校准的精确度下降。另外，此校准方法仅适合实验室使用或工厂校准。最终用户不能将便携装置(如智能电话、平板计算机、或兼容装置)放置在平坦的、水平的不移动的台上。对于两种基于MEMS的加速度计而言，偏置漂移在传感器的使用期内可以是初始值的较大部分。随着时间逝去或随着环境条件变化(如温度)，它们从工厂校准值显著地变化。相应地，希望提供用于使用中加速度计校准的系统和方法。专利技术概述披露了一种用于校准便携装置中的加速度计的方法、系统和计算机可读介质。该方法、系统和计算机可读介质包括从该加速度计接收数据，以及基于一个或多个自适应地选择满足某些标准的数据的选择规则提供来自该数据的加速度计样本。该方法、系统和计算机可读介质还包括使这些加速度计样本适应一个数学模型。该方法、系统和计算机可读存储介质进一步包括基于该数学模型的一个中心提供该加速度计的一个偏置。该数学模型包括但不限于球体和椭球。根据本专利技术的方法、系统和计算机可读介质解决了移动装置上的加速度计校准的问题。该方法是后台的使用中校准过程，从而使得当其运行时用户注意不到它。根据本专利技术的方法、系统和计算机可读介质消除了对实验室设备和对平坦的、水平的且静止的表面的需要。附图简要说明图1是根据一个实施例的利用加速度计校准算法的系统的框图。图2是加速度计校准算法100的一个实施例的框图。图3展示了适应来自装置的移动的加速度计数据的3-D球体模型的示例。图4展示了投影到X-Y平面中的图2的加速度计数据的3-D球体模型的示例。图5示出了用户手中的装置的正常移动下的装置11的取向的数据点图6是在用户的手的正常移动下的装置的运动的实施例的图解。图7是展示了已经使球体模型适应该数据之后的加速度计测量结果上的噪声的图解。图8示出了手快速翻转之后的数据。图9示出了电话90度的快速旋转。图10A示出了单个偏置估计算法的操作数据流。图10B示出了球体的x-y平面上的16(4×4)个网格。图11示出了所有样本离所估计的偏置的距离的曲线图。图12示出了加速度计参数学习管理器中的四个状态。图13示出了拒绝线性加速度和向心加速度的样本选择规则。图14示出了使用中自动校准的四个阶段的典型流程。图15示出了不同阶段的加速度计偏置估计。详细说明所描述的实施例总体上涉及用于加速度计的校准方法，并更具体地涉及一种用于移动装置中的加速度计的使用中校准方法。以下描述被展示为使得本领域的普通技术人员能够制作和使用本专利技术并提供了以下描述。对所描述的实施例和通用原理以及在此描述的特征作出的各种修改对本领域技术人员而言将非常明显。因此，本专利技术并非旨在限定于所示实施例，而是要符合与在此描述的原理和特征相一致的最广范围。用于加速度计参数校准的常规方法用于加速度计的常规参数校准方法是要隔离轴测量结果并要在三个不同过程中获得每个轴的加速度计偏置和灵敏度。首先，将传感器板定位在平台上，其中，Z轴朝上。因此，所有的重力都在Z轴上，同时X轴和Y轴不具有重力分量。用此测量结果建立下列方程：接下来，将该传感器翻转，其中，Z轴朝下。重力也集中在Z轴，同时X轴和Y轴应接收零重力。由于上述两个方程，获得了两个参数c(偏置)和kz(Z轴上的灵敏度)，其中，和是2个不同位置上的加速度计传感器测量结果。灵敏度kz将把加速度计读数转换成“g”(地球表面重力)单位。可以用类似方式将该方法直接应用至X轴和Y轴。在此方法中，假设传感器板的位置被完美地控制成使得在每次测量时重力落在一个轴上。另外，轴间效果足够小，从而使得其他轴上的测量结果是零(或接近零)。此方法仅在理论上起作用，然而在实践中，这些假设的任何偏差都将使参数校准的精确度下降。另外，这种简单的方法仅适合实验室或工厂使用。最终用户不能使用这种方法。通常，移动装置(手机、平板PC、便携电子装置)是为移动性而设计的。用户无法轻易地找到具有绝对不移动的平坦的、水平的表面的地方。另外，大多数用户将只喜欢在不需要其费力校准装置的情况下其装置很好地工作。根据所描述的实施例的系统和方法解决了移动装置上的加速度计校准的问题。相应地，后台的使用中自动校准过程是必要的，从而使得当该其运行时用户注意不到该过程。相应地，消除了对实验室设备、以及对用于校准的平坦的、水平的且静止的表面的需要。为了更详细地描述本专利技术的特征，现在结合附图参考如下描述。图1是根据一个实施例的利用加速度计校准算法100的系统10的框图。系统10包括一个装置11。装置11可以包括任何类型的移动装置，包括但不限于手机、平板PC、或其他类型的便携电子装置。装置11从加速度计12接收输入数据。装置11还可以使用来自陀螺仪14的传感器数据，用于算法性能的提高，但这不是必需的。装置11包括一个用于从来自传感器12和14的输入接收数据的存储器。根据所描述的实施例，该存储器还可以(但不限于)包括加速度计校准算法100。处理器24执行对从传感器12所接收到的数据起作用的算法100。处理器24还可以对来自传感器14的数据起作用，以用于改善性能。处理器24向传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校准便携装置中的加速度计的方法，包括：从该加速度计接收数据；基于一个或多个自适应地选择满足某些标准的数据的选择规则提供来自该数据的多个加速度计样本；使这些加速度计样本适应一个数学模型；以及基于该数学模型的一个中心提供该加速度计的一个偏置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.26 US 61/590,924;2012.10.12 US 13/650,4801.一种用于校准便携装置中的加速度计的方法，包括：从该加速度计接收数据；基于一个或多个自适应地选择满足某些标准的数据的选择规则提供来自该数据的多个加速度计样本，其中该选择规则包括一规则以在多个取向处选择一小组加速度计样本，在该规则中，线性加速度的变化低于一个阈值；使该小组加速度计样本适应一个数学模型以利于学习该加速度计的偏置；以及基于该数学模型的一个中心提供该偏置，其中当用户使用该便携装置时自动计算该偏置。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括从一个陀螺仪接收数据。3.如权利要求1所述的方法，其中，该数学模型是一个椭球。4.如权利要求3所述的方法，其中，该椭球的每个轴的延伸等效于相应轴的缩放。5.如权利要求1所述的方法，其中，这些选择规则选择该数据的一个子集来提供这些加速度计样本。6.如权利要求2所述的方法，其中，这些选择规则包括运动中选择规则，其中，加速度的导数是该陀螺仪和该便携装置的取向的一个函数。7.如权利要求1所述的方法，其中，这些选择规则包括：线性加速度的变化低于一个阈值。8.如权利要求2所述的方法，其中，这些选择规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·凯丽·基尔，源·郑，谷安佳，詹姆斯·利姆，尚鸿·林，
申请(专利权)人：因文森斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US