地磁测量设备制造技术

本发明专利技术公开了地磁测量设备和地磁测量方法。在地磁测量设备中，磁传感器检测磁数据，存储单元存储从所述磁传感器顺序输出的磁数据。椭球面产生单元计算第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中的每一个椭球面中心点，这三个椭球面中的每一个在其附近具有由存储在所述存储单元中的多个磁数据指示的坐标。椭球面中心点判定单元判定各个椭球面中心点之间的距离是否等于或小于阈值。校正值产生单元根据判定结果并且基于表示所述第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中一个椭球面的形状的系数矩阵来计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的椭球面校正矩阵。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地磁测量设备。
技术介绍
近年来，已经开发出了用于检测地磁的三维磁传感器，该三维磁传感器安装在诸如手机之类的便携式装置或诸如汽车之类的行驶物体中。通常，三维磁传感器包括三个磁传感器模块，这三个磁传感器模块用于将磁场矢量分解为互相垂直的三个方向分量以检测矢量的作为标量的每个方向分量，并且该三维磁传感器输出具有由三个磁传感器模块作为三个分量输出的所述标量的三维矢量数据。其中安装有这样的三维磁传感器的装置(例如手机)常常包括产生磁场的部件，例如各种能够被磁化的金属和各种电路。在此情况下，由三维磁传感器输出的矢量数据除了包括表示地磁的矢量之外还包括另一个矢量，该另一个矢量表示由安装在装置中的该部件所产生的磁场。因此，为了正确地检测地磁的值，有必要执行校正处理，该校正处理用于从由三维磁传感器输出的矢量数据中去除表示由装置的该部件所产生的内部磁场的另一个矢量。在校正处理中，为了获得待检测的地磁的正确值，而从由三维磁传感器输出的数据中去除的分量称为偏移量。内部磁场是由装置的该部件所产生的磁场。内部磁场具有相对于装置的恒定的方向和恒定的幅度。当从安装在装置中的三维磁传感器观察时，即使装置的姿态发生了改变，内部磁场也被表不为具有恒定方向和恒定幅度的矢量。另一方面，地磁是具有指向北磁极的水平分量和磁倾角方向的垂直分量的磁场。地磁是相对于地来说具有恒定方向和恒定幅度的磁场。因此，在装置的姿态相对于地发生改变的情况下，从装置观察的地磁方向也发生改变。即，当从安装在装置中的三维磁传感器观察时，地磁被表示为具有随着装置姿态的改变而改变的方向而具有恒定幅度的矢量。当在将三维磁传感器上下左右旋转以使三维磁传感器的姿态在三维上极大地改变的状态中获取了多个磁数据的情况下，由三维磁传感器顺序输出的多个矢量数据指示的多个坐标分布在这样的球面附近,该球面具有其坐标由表示内部磁场的矢量来指示的中心点、以及与表示地磁的矢量的幅度相对应的半径。专利文献I公开了这样的方法，该方法基于在三维磁传感器的姿态发生改变的状态中获取的多个磁数据，使用地磁的属性和如上所述的内部磁场来计算具有恒定的方向和幅度、表示内部磁场的矢量，并且执行用于从输出数据中去除表示内部磁场的矢量作为偏移量来计算地磁的正确方向的校正处理。同时，在其中安装了三维磁传感器的装置的部件具有软磁材料的情况下，由于软磁材料被磁化的结果所产生的磁场的影响，从三维磁传感器顺序输出的矢量数据所指示的多个坐标没有分布在球面附近而是分布在椭球面附近。即，在由软磁材料产生的磁场的影响不存在的情况下将会分布在球面附近的多个坐标由于由软磁材料产生的磁场的影响而发生偏离，使得这些坐标在椭球的主轴方向上扩张和收缩，结果，这些坐标分布在具有与球面的中心点相同的中心点的椭球面附近。该现象被称为软铁效应。即，软铁效应是这样的现象在该现象中，由于如上所述的软磁材料被磁化的结果所产生的磁场的影响，从三维磁传感器顺序输出的矢量数据所指示的多个坐标分布在椭球面附近。在产生了软铁效应的情况下，基于出现在椭球面附近的坐标不可能计算出地磁的正确方向。为了计算地磁的正确方向，有必要执行坐标转换，该坐标转换用于将在椭球面上的坐标移动到在球面上的坐标，即，该坐标转换用于移动在椭球面上的坐标，使得椭球面上的坐标在椭球的主轴方向上以椭球的中心点作为起点而扩张和收缩。将在椭球面上的坐标转换为在球面上的坐标的处理被称为“椭球面校正”。通过从通过执行椭球面校正计算出的坐标转换后的坐标中减去由球面的中心点所指示的坐标，能够计算出地磁的方向。非专利文献I和非专利文献2公开了这样的方法，该方法计算坐标转换矩阵以执行坐标转换，该坐标转换用于在产生软铁效应的情况下，将从三维磁传感器输出的矢量数据所指示的椭球面上的坐标转换为球面上的坐标。具体地说，设置了联立线性方程，该联立线性方程表示从三维磁传感器顺序输出的多个矢量数据所指示的坐标位于椭球面上，并且基于假定为该联立线性方程的解的值，来计算作为坐标转换矩阵的候选的矩阵。此后，将作为坐标转换矩阵的候选的矩阵应用于非线性优化操作的初始值，以将表示坐标转换后的坐标与球面之间的误差的非线性函数的值最小化，并且作为坐标转换矩阵的候选的矩阵的各分量被顺序更新以计算出坐标转换矩阵(即，使坐标转换后的坐标与球面之间的误差最小化的坐标转换矩阵)的最优值。日本专利申请公开第2007-240270号 J. F. Vasconcelos, G. Elkaim, C. Silvestre, P. Oliveira, andB. Cardeira, “A Geometric Approach to Strapdown Magnetometer Calibration inSensor Frame，，，in IFAC Workshop on Navigation, Guidance and Control of UnderwaterVehicles, Killaloe, Ireland, April 2008 C. C. Foster and G. H. Elkaim, “Extension of a Two-StepCalibration Methodology to Include Nonorthogonal Sensor Axes，，，IEEE Transactionson Aerospace and Electronic Systems, Vol. 44, No. 3, July 2008然而,使用非专利文献I和非专利文献2中公开的方法计算的坐标转换矩阵(即，作为坐标转换矩阵的候选的矩阵)的初始值，可能与作为非线性函数的全局最优解的坐标转换矩阵存在巨大的差异。在非线性优化操作中使用的初始值与非线性函数的全局最优解存在巨大差异的情况下，很可能的是使用非线性优化操作找到的最优解成为与全局最优解不同的局部最优解。因此，虽然通过使用非专利文献I和非专利文献2中公开的方法计算的坐标转换矩阵来对于从三维磁传感器输出的矢量数据执行了坐标转换，但是极有可能找不到地磁的正确方向。还存在另一个问题。在非专利文献I中公开的坐标转换中，除了在椭球的主轴方向上扩张和收缩的移动之外，还执行旋转球面上的坐标的转换，因此，仅基于球面上的转换后坐标，不能计算出地磁的方向。为此，在非专利文献I中，在坐标转换中产生的旋转的方向和幅度通过使用参考磁场来计算，该参考磁场是从其中安装有三维磁传感器的装置的外部产生的磁场，并且该参考磁场是当从该三维磁传感器观察时方向已知的磁场。并且，执行转换以在与坐标转换中产生的旋转的方向相反的方向上旋转经过坐标转换后的坐标，以指定在没有产生软铁效应的情况下的球面上的坐标。然而，通过使用非专利文献I中公开的参考磁场来计算地磁方向的方法要求在其中安装有三维磁传感器的装置周围产生该参考磁场的环境，结果，不能将所公开的方法应用于便携式装置或行驶物体。
技术实现思路
鉴于上述问题做出了本专利技术，本专利技术的一个目的是计算接近于非线性方程的全局最优解的正确初始值作为非线性最优化问题的解，并且还基于所述初始值来计算坐标转换矩阵，从而计算地磁的正确方向。本专利技术的另一个目的是在产生了软铁效应的情况下不使用参考磁场就能计算地磁的正确方向。 本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地磁测量设备，其包括：三维磁传感器，其构造为检测三个方向上的磁分量，并且构造为输出代表由所检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据；存储单元，其构造为存储从所述三维磁传感器顺序输出的磁数据；椭球面产生单元，其构造为计算代表从第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中选择的至少两个椭球面中每一个椭球面的椭球面中心点的坐标，这三个椭球面中的每一个都具有不同的形状，并且这三个椭球面中的每一个都在其附近具有由存储在所述存储单元中的多个磁数据所指示的坐标；椭球面中心点判定单元，其构造为判定表示所述至少两个椭球面的椭球面中心点的坐标之间的距离是否等于或小于第一阈值；以及校正值产生单元，其构造为基于代表所述至少两个椭球面中的至少一个椭球面的形状的系数矩阵来计算椭球面校正矩阵，所述椭球面校正矩阵用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标，所述校正值产生单元还构造为根据所述椭球面中心点判定单元的判定结果、基于代表所述至少一个椭球面的椭球面中心点的坐标来计算所述中心点的坐标。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：半田伊吹，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：