[發明專利]方向估計方法及裝置

在審

• 申請號: 201610473701.6
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN107543524A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 劉賀飛;段瑞雪
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01C21/00
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司11293
• 代理人: 遲軍

技術領域

本發明涉及一種用于設備的方向估計的方法及裝置，尤其涉及一種用于在包括一些磁擾動的環境下估計設備的方向的方法及裝置。

背景技術

目前，對于估計設備的方向，典型的方法是融合(fuse)陀螺儀和磁力計來估計方向。兩種廣泛使用的數據融合方法是基于卡曼濾波(Kalman filter)的方法和基于增益調度(gain scheduling)的方法。在此，增益調度是利用線性控制器族來控制非線性系統的最普及的方法之一。其基于調度變量的當前測量來調整控制器增益。用戶能夠對控制器增益如何隨所測量的變量而變化進行設計。在姿勢估計系統中，基于傳感器測量，利用預先定義的調度來計算增益。增益用來將所述兩個估計結果進行合并，或者校準用于對設備的方向或物體姿勢求精的陀螺儀數據。

專利號為US8688403B2的美國專利公開了一種基于慣性傳感器數據來確定便攜電子設備的姿勢矩陣的方法。其使用來自加速計和磁力計的數據計算第一姿勢矩陣梯度，然后使用來自陀螺儀的數據計算第二姿勢矩陣梯度。通過混合系數將第一姿勢矩陣梯度和第二姿勢矩陣梯度進行融合。最后，使用所融合的梯度來更新精細姿勢矩陣。在此，通過將來自加速計的數據與重力進行比較，并且還將來自磁力計的數據與公知的當地磁場進行比較，來確定所述混合系數。

增益(混合系數)計算步驟是基于增益調度的方法的非常重要的步驟。特別是，大部分現代環境(例如家里、辦公室或公共場所)包括很多能夠引起磁擾動的設備，例如由于機器或家具中的鐵、位于設備附近的磁鐵、來自電視或其他家電的磁效應。針對該方法，如何基于測量設計出適合的校正增益，是關鍵問題。

發明內容

通常，設備的姿勢包括能夠被諸如陀螺儀、加速計和磁力計等傳感器測量的俯仰角、滾轉角和偏航角。圖7是示出包括俯仰角(例如θ)、滾轉角(例如)和偏航角(例如ψ)的設備姿勢的示意圖。在本發明中，我們只關注作為設備的方向的偏航角。在此，方向是設備在水平面的方向，水平面是在其垂直于重力的情況下，在給定點處為水平的平面。通常，用方位角來表示方向。

在圖7中可以看出，X軸表示北向，D軸表示設備的方向，Z軸表示重力方向。繞Z軸的順時針旋轉是偏航角。例如，X軸的偏航角是0度。從北向繞著Z軸順時針旋轉90度，我們能夠得到東向。東方的偏航角是90度，即，方向是90度。

由此，本公開提出一種新型的方向估計方法或裝置，以解決上述問題，從而提高現實世界中的方向估計的精度。特別是在包括一些磁擾動的環境中。本發明的主要目標是改進校正增益計算，使用該校正增益計算來對傳感器數據進行校準，然后使用所校準的傳感器數據來更新設備的方向。

根據本發明的一個方面，提供了一種方法，所述方法包括：第一方向估計步驟，用于根據陀螺儀估計第一方向；第二方向估計步驟，用于根據磁力計和設備的傾斜以及滾轉角來估計第二方向；校正增益確定步驟，用于通過將第一校正增益和第二校正增益進行組合來確定校正增益；校準步驟，用于利用所述校正增益校準所述第一方向估計和所述第二方向估計，以得到所述設備的方向；其中，所述校正增益確定步驟還包括以下的步驟：基于磁力計數據和磁場的理論值來計算所述第一校正增益；基于磁力計數據的變化率來計算所述第二校正增益。

本公開中的發明的優點是能夠使設備的方向估計更加精確，尤其是在設備處于包括一些磁擾動的環境中。這是由于本發明能夠使用校正增益來融合各種傳感器數據以精確地估計設備的方向。

附圖說明

圖1是示出能夠執行本發明的實施例的計算機系統的硬件構造的框圖。

圖2是示出方向估計裝置的構造的框圖。

圖3是示出由根據本發明的一個實施例的裝置進行的方向估計的流程圖。

圖4是根據本發明的一個實施例的用于確定校正增益的方法的流程圖。

圖5A至圖5C是示出根據本發明的實施例的用于第一校正增益計算的函數的示意圖。

圖5D是示出根據本發明的一個實施例的用于第二校正增益計算的函數的示意圖。

圖6是示出本發明應用的示例的框圖。

圖7是示出設備姿勢的示意圖。

具體實施方式

參照以上列出的附圖，本節將描述特殊的實施例及其詳細結構和操作。請注意，下文中將描述的實施例僅作為例示來進行說明，但是不限于此，因此這些實施例并不限制本發明的范圍，并能夠在本發明的范圍內變化為各種形式。本領域技術人員根據此處的教導能夠認識到存在一系列此處描述的示例實施例的等同例。

圖1是示出能夠執行本發明的實施例的計算機系統的硬件構造的框圖。