一种两维电子指南针校准算法制造技术

本发明专利技术公开了一种两维指南针校准算法，其包括有以下步骤。首先是建立一个特殊的椭圆－单位圆。持续获取磁传感器采集到的物理量级别磁数据，更新磁物理量数据的最大值／最小值，并利用磁物理量数据的最大值／最小值动态计算椭圆的几何中心。将椭圆几何中心以及两次不同采样点带入椭圆标准方程，计算出椭圆方程的长半轴／短半轴参数，进而计算出因磁传感器自身误差造成的灵敏度误差和非正交度并补偿。本发明专利技术涉及的两维指南针校准算法，基于最小二乘法的椭圆拟合方法，实现了两维指南针新式的、数学层面的、简便的校准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种两维电子指南针校准算法。
技术介绍
目前，业界对于两维电子指南针的应用很少，特别是在移动电话设备领域。通常使用的两维电子指南针的算法，在做地磁校准时，需要用户让设备旋转超过 两圈(两圈半左右)。其中先旋转半圈左右建立临时坐标系，用于监测旋转动作；其次转第 一圈采集数据的最大值/最小值，进而求出几何中心；最后转第二圈求各个点到几何中心 的距离，进而得出磁传感器正交轴的灵敏度误差。上述校准算法具有以下缺陷1.校准过程较为复杂，需要沿着顺时针或逆时针一个方向水平旋转设备近三圈， 并且无法屏蔽设备顺时针/逆时针交替较快旋转所造成的监测误差；2.校准算法只关注几何中心以及各采样点到几何中心的距离，无法实现图形层面 的最优匹配；3.对一般磁传感器各轴上的灵敏度误差补偿精度较低，并且无法修正一般磁传感 器各轴非正交造成的误差；4.只能手动启动校准，无法实现自动校准；5.使用磁传感器获得的原始数据而非真正的磁物理量数据进行计算，无法较好地 兼容不同类型的磁传感器。基于以上缺陷，业界确有必要开发一种新的两维电子指南针校准算法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，现有电子指南针的地磁校准算法，不仅校准过程 较为复杂、无法实现图形层面的最优匹配、无法对一般磁传感器各轴上的灵敏度误差进行 精确补偿、无法修正一般磁传感器各轴非正交造成的误差、无法实现自动校准，而且不能较 好地兼容不同类型的磁传感器。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种两维电子指南针校准算法，其包括有以下步骤。建立一个特殊的椭圆单位圆，其圆点位于指南针的磁传感器坐标系原点，半径为 1。持续获取磁传感器采集到的物理量级别磁数据，更新磁物理量数据的最大值/最小值， 并将新采集到的数据带入第一椭圆方程，计算出其平方的数值，并与预设的阀值做比较，如 果数据超出阀值，则计算椭圆参数。采集磁传感器数据，获得当前周围磁场磁感强度的最大 值/最小值坐标并保存。利用已采集到的磁物理量数据的最大值/最小值动态计算椭圆的 几何中心。将椭圆几何中心以及两次不同采样点带入第二椭圆方程，计算出第二椭圆方程 的长半轴/短半轴参数，进而计算出因磁传感器自身误差造成的灵敏度误差和非正交度并 补偿。将计算结果保存到校准参数存储空间中。进一步的，在不同实施方式中，其中涉及使用的第一椭圆方程为F(x，y)= b2*x2+a2*y2_a2*b2。进一步的，在不同实施方式中，其中在获取磁传感器采集到的物理量级别磁数据 时，对采集到的数据进行数据处理，并将数据投影到嵌入式处理器能够容纳的数值范围内。 进一步的，在不同实施方式中，其中对磁传感器采集到的数据涉及使用的数据处 理公式为A = A* (Rmax-Rmin) / (Amax-Amin)其中A表示待映射的数据，Rmax/Rmin表示映射后的数据最大值和最小值，KJKm 表示待映射的数据最大值和最小值。进一步的，在不同实施方式中，其中其为当连续若干数据都超出阀值时，计算椭圆 参数。这是因为，当连续若干数据都超出阀值时，则说明当前参数构成的椭圆图形与已有采 样点轨迹所构成的图形在图形层面不匹配，需要进入计算椭圆参数的过程，也就是进行后 续步骤；否则，则说明目前图形匹配较好，不需进行后续步骤，下次采样时再继续执行采样 值与预设阀值的比较步骤。进一步的，在不同实施方式中，其中动态计算椭圆的几何中心的方式为取磁物 理量数据最大值/最小值采样点线段的中点作为采样点轨迹的几何中心，并建立新的坐标系。进一步的，在不同实施方式中，其中建立新坐标系涉及使用的公式为Xoriginal = (Xmax+Xmin)/2Yoriginal = (Ymax+Ymin)/2其中X。Hginal、Yoriginal表示新建立的坐标系原点在原坐标系中的坐标，Xmax/Ymax表 示X/Y两维坐标数值的最大值，Xmin/Ymin表示X/Y两维坐标数值的最小值。进一步的，在不同实施方式中，其中涉及使用的第二椭圆方程为标准椭圆方程X2/ a2+y2/b2 = 1。计算方式为x02/a2+y02/b2 = 1X1Va^y1Vb2 = 1a2 = (y>x02-y02*xi2) / (Yi2-Y02)b2 = (a2*Yl2)/(a2-Xl2)相对于现有技术，本专利技术采用基于最小二乘法的椭圆拟合来实现两维电子指南针 的校准算法，其具有以下优点1.解决了传统的两维指南针只能手动校准的局限以及校准过程需要用户较为复 杂的操作的问题只能在水平面上沿着顺时针或逆时针一个方向旋转将近三圈，并且无法 屏蔽设备顺时针/逆时针交替较快旋转所造成的监测误差。本专利技术涉及的校准算法理论上 只需要水平随意旋转设备达到一周即可，而实际的测试表明通常只需要水平旋转设备200 度左右就可以计算出最终校准结果了。2.校准结果的精确度比传统的两维指南针校准结果有较大提高，由于采用了椭圆 拟合的方法，实现了动态逼近的数学逼近法，校准结果所组成的数学图形与真实磁传感器 采样轨迹最接近，即以图形最优匹配为最高目标，真实轨迹与数学拟合结果的图形误差最 大不超过1%。3.高准确度自动补偿磁传感器误差。相比传统的两维指南针简单使用坐标最值估 算采样轨迹的几何中心而忽略实际轨迹图形的方法，本专利技术涉及的算法更关注于几何图形 级别的最优匹配，不仅仅可以更准确计算出一般磁传感器各个感应阵列的灵敏度误差，还 可以计算出一般磁传感器各感应阵列的非正交度并修正，最终实现比传统的两维指南针更 高准确度的误差补偿。4.本校准算法不但可以手动校准，还可以进行自动校准。5.相比传统的两维指南针校准算法使用磁传感器的原始转换数据，本专利技术涉及的 算法使用磁传感器转换的真正的磁物理量数据，更好的兼容了不同的磁传感器，方便算法 的整机移植。具体实施例方式本专利技术涉及的两维电子指南针校准算法，是基于最小二乘法的椭圆拟合方法来实 现两维电子指南针新式的、数学层面的、简便的校准的算法，用户只需在水平面让设备划一 个“8”的轨迹或者水平旋转一圈即可。且在计算过程中，使用数值映射方法，将采集到的数 据投影到嵌入式处理器的数据长度能够容纳的范围之内进行计算。由于磁传感器自身的装配误差和灵敏度误差、以及设备硬磁干扰等因素的存在， 使两维磁传感器在水平面采集到的数据形成的轨迹近似为一个几何中心偏离磁传感器坐 标系原点一定数值的椭圆，因此，求出最接近该轨迹的椭圆即可实现精确指向。本专利技术涉及的两维指南针校准算法，首先是建立一个特殊的椭圆单位圆，其圆 点位于磁传感器坐标系原点，半径为1 ；持续获取磁传感器采集到的物理量级别磁数据，更 新磁物理量数据的最大值/最小值，并利用磁物理量数据的最大值/最小值动态计算椭圆 的几何中心；将椭圆几何中心以及两次不同采样点带入椭圆标准方程，计算出椭圆方程的 长半轴/短半轴参数，进而计算出因磁传感器自身误差造成的灵敏度误差和非正交度并补 偿。将新采集到的数据带入更新参数后的椭圆方程F(x，y)，计算出其平方的数值F2(x，y)， 并与预设的阀值做比较，如果连续若干数据都超出阀值，则说明当前参数构成的椭圆图形 与已有采样点轨迹所构成的图形在图形层面不匹配，需要重复上面计算椭圆参数的过程。 否则，说明目前图形匹配较好，继续计算新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两维指南针校准算法，其特征在于：包括有以下步骤：建立一个特殊的椭圆：单位圆，其圆点位于指南针的磁传感器坐标系原点，半径为１；持续获取磁传感器采集到的物理量级别磁数据，更新磁物理量数据的最大值／最小值，并将新采集到的数据带入第一椭圆方程，计算出其平方的数值，并与预设的阀值做比较，如果数据超出阀值，则进入到计算椭圆参数的步骤；采集磁传感器数据，获得当前周围磁场磁感强度的最大值／最小值坐标并保存，利用已采集到的磁物理量数据的最大值／最小值动态计算椭圆的几何中心；将椭圆几何中心以及两次不同采样点带入第二椭圆方程，计算出第二椭圆方程的长半轴／短半轴参数，进而计算出因磁传感器自身误差造成的灵敏度误差和非正交度并补偿；将计算结果保存到校准参数存储空间中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周宏继，荣毅，曹海军，司学琴，赵华东，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]