用于校准物体磁力计的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于校准被安装在环境磁场中运动的物体(1)上的磁力计(20)的方法，所述方法特征在于，其包括以下步骤：(a)使磁力计(20)获取磁力计(20)处的磁场的至少三个测得分量，并使固定到物体(1)的惯性测量装置(11)获取物体(1)的角速度；(c)使数据处理装置(21)确定磁力计(20)的至少一个校准参数的值，所述值使由磁场的估计分量和与物体(1)的角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，磁场的估计分量是磁场的测得分量以及磁力计(20)的校准参数的函数，并且至少一个磁方程假设磁场在磁性测量装置(20)处是均匀和稳定的。场在磁性测量装置(20)处是均匀和稳定的。场在磁性测量装置(20)处是均匀和稳定的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于校准物体磁力计的方法


[0001]本专利技术涉及没有GNSS的导航领域。
[0002]更准确地说，它涉及一种用于校准固定在陀螺仪上的磁力计的方法。
现有技术
[0003]如今，经由GNSS(全球导航卫星系统，例如GPS)或使用通信网络(使用发射终端的三角测量、wifi网络或其他网络)来跟踪车辆位置是很常见的。
[0004]这些方法非常有限，因为它们无法确保信息的可用性和准确性，源与接收器中的一个和另一个会受到它们之间的任何屏蔽的影响。它们还依赖于诸如用于GNSS的卫星之类的外部技术，这些技术可能不可用，甚至是主动加扰的。
[0005]可替选地，由于惯性或磁惯性单元，“自主”方法也已知可在任何环境中跟踪车辆的相对位移。“相对位移”是指车辆在初始化时相对于点和数据标记在空间中的轨迹。除了轨迹之外，这些方法还使得可以获得车辆相对于相同初始标记的方向。
[0006]导航级惯性单元至少由三个加速度计和三个三轴式布置的陀螺仪组成。通常，陀螺仪“保持”标记，其中加速度计的测量结果的双重时间积分使得可以估计运动。
[0007]特别已知的是，为了能够使用传统的惯性导航方法，诸如在诸如战斗机或商用飞机、潜艇、船只等的导航之类的复杂应用中实现的导航方法，有必要使用非常高精度的传感器。
[0008]然而，这种高精度传感器价格昂贵，沉重且体积庞大，因此不适合一般的公共应用。
[0009]因此，低成本的传感器从而被使用，这种传感器有很大的误差风险，因此对于其而言，校准(使得可以识别然后消除传感器测量的缺陷的过程)是关键的过程
[0010]使用陀螺仪校准磁力计的方法是已知的。
[0011]申请US2012/0116716提出检查两个测量点之间的磁场变化是否对应于通过对陀螺仪积分所预测的姿态变化。然而，它假设磁力/加速度测量是可靠的，当系统在车辆上时，这是微妙的。事实上，在实践中观察到：
[0012]-环境磁场并不总是均匀且稳定的；
[0013]-附近的金属元素(例如车身)或磁体对磁测量有影响(软铁和硬铁效应)，另外参见申请US2004/0123474。
[0014]-为了正确地校准磁力计，必须将其放置在最大空间定向，以便“激发误差模型”，从而具有可观测性。对于可以用手携带的设备来说，如果在使用之前进行校准，那么这个问题很容易解决(将其全方位旋转，例如参见申请FR1757082)。如果磁力计安装在车辆上，有一个限制，这是因为：
[0015]○
在车辆的典型行驶过程中，侧倾和俯仰仅略微偏离零。
[0016]○
车身被磁化，或者车辆已装载，这意味着校准可能不再适合；这将需要定期重新校准。
[0017]申请US2011/0178707更确切地涉及包括磁罗盘和陀螺仪的智能手机类型的设备，并且提到了磁干扰的问题。该申请旨在使用陀螺仪数据校准磁罗盘，但也提出了相反的方案，将磁加速度计四元数q作为出发点，并通过从该四元数获得重新校准的角速度然而，仍然假设磁力/加速度测量是可靠的，在相反的情况下，它只是建议只要这种情况持续，就不更新陀螺仪的偏置，或者使用存储在存储器中的默认四元数。
[0018]期望有一种用于校准物体的磁力计以估计该物体的运动的新方法，该方法实现了极好的结果质量并且不受限制。

技术实现思路

[0019]因此，根据第一方面，本专利技术涉及一种用于校准在环境磁场中运动的物体配备的磁力计的方法，该方法的特征在于其包括以下步骤：
[0020](a)获取
[0021]-通过磁力计获取磁力计处的磁场的至少三个测得分量，和
[0022]-通过固定在物体上的惯性测量装置获取物体的角速度；
[0023](c)通过数据处理装置确定磁力计的至少一个校准参数的值，该值使由磁场的估计分量和与物体角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，
[0024]-磁场的估计分量是磁场的测得分量以及磁力计的校准参数的函数，并且
[0025]-该至少一个磁方程假设磁场在磁性测量装置处是均匀且稳定的。
[0026]根据其他有利且非限制性的特征：
[0027]●
磁场的估计分量M
(estimation)
通过模型M
(mesure)
＝A
·
M
(estimation)
+b
magneto
与测得分量M
(mesure)
相关联，其中A和b
magneto
是磁力计的校准参数；
[0028]●
该方法还包括步骤(b)：估计代表校准参数误差的参数，如果代表误差的所述参数大于预定阈值，则执行步骤(c)；
[0029]●
该方法还包括步骤(d)：重新估计代表校准参数误差的所述参数，以便将外部磁干扰与物体的磁性变化区分开来；
[0030]●
该方法还包括，如果在步骤(d)结束时，代表误差的所述参数小于预定阈值，则执行确定与校准相关的物体的姿态子集的步骤(e)；
[0031]●
步骤(c)包括递归滤波器或优化的实施方式；
[0032]●
惯性测量装置是陀螺仪，在步骤(a)中获取的物体的角速度是测得的角速度，并且由一个或多个磁方程所使用的角速度是根据陀螺仪的测得角速度和校准参数的估计角速度，步骤(c)还包括确定陀螺仪的至少一个校准参数的值；
[0033]●
物体的估计角速度通过模型与测得的角速度相关联，其中D和b
gyro
是陀螺仪的校准参数；
[0034]●
该磁方程的形式是其中M是磁场分量的矢量，ω是角速度；
[0035]●
所述表达式是的函数；
[0036]●
代表校准参数误差的所述参数是给定时间间隔内
的平均值，或者是所述磁场分量的空间梯度；
[0037]●
该方法包括步骤(f)：由数据处理装置根据物体的角速度、磁场的测得分量和校准参数的值来估计所述物体的运动。
[0038]根据第二方面，提出了一种在环境磁场中运动的物体，该物体包括被配置为获取该物体的角速度的惯性测量装置、被配置为获取该磁场的至少三个分量的磁力计，该物体的特征在于还包括数据处理装置，其被配置为：
[0039]-确定磁力计的至少一个校准参数的值，该值使由磁场的估计分量和与物体角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，
[0040]-该磁场的估计分量是磁场的测得分量以及磁力计的校准参数的函数，并且
[0041]-该至少一个磁方程假设磁场在磁性测量装置处是均匀和稳定的。
[0042]根据第三和第四方面，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于执行根据磁力计校准的第一方面的方法的代码指令；以及可由一台计算机设备读取的存储装置，所述计算机设备上的计算机程序产品包括用于执行根据磁力计校准的第一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于校准在环境磁场中运动的物体(1)配备的磁力计(20)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(a)获取-通过所述磁力计(20)获取所述磁力计(20)处的磁场的至少三个测得分量，以及-通过固定在所述物体(1)上的惯性测量装置(11)获取所述物体(1)的角速度；(c)通过数据处理装置(21)确定所述磁力计(20)的至少一个校准参数的值，所述值使由所述磁场的估计分量和与所述物体(1)的角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，-所述磁场的估计分量是所述磁场的测得分量和所述磁力计(20)的校准参数的函数，以及-所述至少一个磁方程假设所述磁场在磁性测量装置(20)处是均匀和稳定的；其中，所述磁方程的形式为其中M为磁场分量的矢量，并且ω为角速度，所述表达式是的函数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁场的估计分量M
(estimation)
通过模型M
(mesure)
＝A
·
M
(estimation)
+b
magneto
与所述测得分量M
(mesure)
关联，其中，A和b
magneto
是所述磁力计(20)的校准参数。3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，还包括步骤(b)：估计代表校准参数误差的参数，如果代表误差的所述参数大于预定阈值，则执行步骤(c)。4.根据权利要求3所述的方法，还包括步骤(d)：对代表校准参数误差的所述参数进行新的估计，以便将外部磁干扰与所述物体(1)的磁性变化区分开。5.根据权利要求4所述的方法，还包括，如果在步骤(d)结束时，代表误差的所述参数小于预定阈值，则执行确定与校准相关的所述物体(1)的姿态子集的步骤(e)；6.根据权利要求3至5中的一项所述的方法，其中，代表校准参数误差的所述参数是给定时间间隔内的平均值，或者是所述磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：西斯纳维，
类型：发明
国别省市：