用于提高电子罗盘可读性的系统、方法、设备和计算机代码产品

摘要

公开了一种根据未校正的电子罗盘读数在倾斜误差条件之下稳定罗盘读数的系统、方法、设备和计算机代码产品。示例性的实施例包括稳定过滤器和过滤器适配模块，该稳定过滤器被配置用以滤除被并入到未校正的电子罗盘读数中的倾斜误差，而该过滤器适配模块被配置用以基于未校正的罗盘读数的信号半径和预校准的罗盘理想半径来控制稳定过滤器响应。过滤器适配模块可以被配置用以计算作为未校准的罗盘读数的信号半径与预校准的理想半径之间的相对差的函数的过滤器响应参数。过滤器响应参数可以传递到稳定过滤器以便控制它的操作。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及电子罗盘领域。具体而言，本发明涉及用于提高电子罗盘可读性的稳定过滤器。

背景技术

一般而言，罗盘参照对于地球的多数居住部分而言通常南北走向的地球磁场来确定地理方位。由于地球的磁极与地球的地理极不在同一位置，所以在地理(真实)朝向(heading)与磁(罗盘)朝向之间存在误差，该误差被称为偏差。偏差依赖于位置和时间。常规的罗盘利用可自由移动的磁敏部件，该部件使其自身与地球的磁场相对准而且指向地球的磁北极。

另一方面，电子罗盘在没有使用磁敏部件的情况下确定地理方位。一般而言，电子罗盘通过在以已知角度彼此相关的至少两个不同方向上同时测量地球磁场的量值来确定地理方位。由于这些测量与测量设备的方位有关，所以它们可以用来确定罗盘方位相对于磁北的偏离，该偏离给出了罗盘朝向。

地球磁场到测量平面的投影是测量平面倾角的函数。构建在2轴传感器周围的电子罗盘可能会受到对倾斜误差的高灵敏度的影响。如果倾角在测量期间没有保持恒定则可能有误差。如果罗盘设备倾斜例如10度，则可能会有30度或者更多的罗盘读数误差。

对倾斜的灵敏度在不同地理区域之间各异但是通常都可能给电子罗盘造成问题。高端罗盘有时使用倾斜传感器来校正倾斜误差。由于这一途径受到成本的限制，所以许多低端的电子罗盘实施以例如通过使用水准泡水准指示器这样的其它方式来补偿倾斜误差。当使用此类低端设备时，要求用户通过使用水准泡指示器来手动地调平罗盘从而在使用期间保持罗盘设备准确地调平。

尽管如果用户在稳定的环境中时水准泡水平指示器方法可以提供低成本的解决方案，但是如果用户在行走中或者以别的方式在移动则难以付诸使用。摆动造成了使罗盘读数具有噪声和难以读取的倾斜误差。在严重的摆动情况下，罗盘针甚至可能开始到处旋转。缺乏经验的用户认为这样的设备是质量低劣的。

于是，需要一种能够以成本有效的方式校正倾斜误差问题的改进型电子罗盘。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种电子罗盘。该罗盘可以包括：传感器，被配置用以测量地球磁场以及提供指示着所测量的磁场的传感器输出信号；稳定过滤器，被配置用以滤除被并入到传感器输出信号中的随机倾斜误差；以及过滤器适配模块，被配置用以基于传感器输出信号和预校准的罗盘半径信息来控制稳定过滤器响应。稳定过滤器还可以包括例如一阶无限输入响应(IIR)过滤器。过滤器适配模块可以被配置用以向稳定过滤器提供过滤器响应参数，该过滤器响应参数能够减缓稳定过滤器响应，使得在罗盘受到大的倾斜误差影响时保持先前的正确罗盘读数。

本发明的另一实施例可以包括一种用于在配置用以产生未校正的罗盘读数的电子罗盘中滤除随机倾斜误差的设备。该设备可以包括：稳定过滤器，被配置用以滤除被并入到未校正的罗盘读数中的倾斜误差；以及过滤器适配模块，被配置用以基于未校正的罗盘读数和预校准的罗盘半径信息来控制稳定过滤器响应。该过滤器适配模块可以被配置用以向稳定过滤器提供用于滤除被并入到未校准的罗盘读数中的倾斜误差的过滤器响应参数。在一个实施例中，该过滤器适配模块可以被配置用以计算作为未校正的罗盘读数的信号半径与预校准的罗盘半径信息之间的相对差的函数的过滤器响应参数。

本发明的又一实施例可以包括一种用于滤除电子罗盘中的随机倾斜误差的方法，该电子罗盘被配置用以产生未校正的罗盘读数。在一个实施例中，该方法可以包括：计算未校正的罗盘读数的信号半径；基于所计算的信号半径和预校准的理想罗盘半径来计算过滤器响应参数；以及基于所计算的过滤器响应参数从未校正的罗盘读数中滤除倾斜误差。该方法还可以包括确定过滤器响应参数是否超过预定阈值以及如果超过时则激活报警指示器。

本发明的又一实施例可以包括一种用于滤除电子罗盘中的随机倾斜误差的计算机代码产品，该电子罗盘被配置用以产生未校正的罗盘读数。该计算机代码产品可以包括计算机代码，该计算机代码被配置用以：计算未校正的罗盘读数的信号半径；基于所计算的信号半径和预校准的理想罗盘半径来计算过滤器响应参数；以及基于过滤器响应参数从未校正的罗盘读数中滤除倾斜误差。

在查阅以下附图、具体描述和所附权利要求后，本发明的其它主要特征和优点对本领域技术人员而言将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明的罗盘设备的一个实施例的框图。

图2是对造成错误罗盘朝向的倾斜误差进行图示的图形表示。

图3是根据本发明的稳定过滤器响应的一个实施例的图形表示。

图4是根据本发明的稳定过滤器的一个实施例的框图。

图5是根据本发明的过滤器适配模块的一个实施例的框图。

图6是对根据本发明用于滤除电子罗盘中的倾斜误差的方法的一个实施例进行图示的流程图。

图7是根据本发明结合有电子罗盘的移动电子设备的一个实施例的框图。

具体实施方式

本发明的实施例一般地涉及通过使用稳定过滤器和过滤器适配模块来提高电子罗盘的可读性。本发明的实施例能够防止罗盘方向指示器失控地旋转这一情形以及在随机倾斜误差状态期间稳定罗盘朝向。本发明各种实施例的实施成本在实践中可忽略不计。这些实施例可以用来向低端罗盘提供显著的附加价值和质量提升以及进一步提高包括倾斜传感器在内的高端设备的性能。

在一个实施例中，为了稳定罗盘读数，稳定过滤器使它的响应适配于传感器信号的半径误差。如果误差变大，则过滤器响应减缓以及设法保持先前的正确罗盘读数。如果罗盘在水平调平的位置周围摆动，则半径误差将在零误差水平周围摆动。利用恰当实施的适配功能，无论摆动运动的性质或者对称性如何都可使罗盘读数在无误差的朝向附近稳定下来。这就将用户从在导航的同时对水准泡水平指示器保持持续注视中解放出来。

参照图1，示出了2轴电子罗盘的一个实施例，而且通过标号10对其进行表示。该电子罗盘10包括传感器12、偏离校正模块14、校准系数注册处16、反正切模块18、稳定过滤器20、过滤器适配模块22和显示器24。传感器12被配置用以测量地球磁场以及提供与两个正交方向上的磁场强度成比例的传感器输出信号(x_s和y_s)。

偏离校正模块14可以被配置用以针对由设备10中的电气缺陷和磁材料所造成的罗盘偏离误差来校正传感器输出。由偏离校正模块14使用的校准系数可以存储于校准系数注册处16中。可以根据用户在使用罗盘10之前进行的校准来获得在注册处16中存储的系数信息。可以由反正切模块18从所校正的传感器信号(x和y)计算出罗盘朝向(θ)。反正切模块18可以被配置用以使用4象限反正切函数来计算罗盘朝向。

在常规罗盘中，罗盘朝向(θ)直接地显示在显示器24上。然而，本发明的实施例在显示罗盘朝向(θ)之前施加摆动或者倾斜误差校正。在一个实施例中，可以结合稳定过滤器20和过滤器适配模块22以便在显示罗盘朝向(θ)之前滤除罗盘朝向(θ)中的过滤器摆动和/或倾斜误差。稳定过滤器20响应可以通过适配算法来控制，该算法被结合到过滤器适配模块22中以及被配置用以监视所校正的传感器信号(x和y)和从校准系数注册处16中读取罗盘半径(R)。过滤器适配模块22可以向稳定过滤器20提供过滤器响应参数(g)，该稳定过滤器20被配置用以从罗盘朝向(θ)中滤除随机倾斜误差以产生可以显示在显示器24上的经过滤的罗盘朝向(θ_f)。应当注意，稳定过滤器20和过滤器适配模块22可以包括独立模块或者可以独自地或者与其它模块和/或组件一起组合到单个模块中。

理想地，当罗盘设备10被完全地水平调平时，所校正的传感器信号(x和y)在x-y平面中总是落在具有半径R的以原点为中心的圆上，如图2所示。从原点到x、y对的角度θ是罗盘朝向的准确表示(考虑到依赖于传感器在罗盘设备10之内的方位而可能有符号变化或者90度偏移)。如果罗盘有所倾斜，则信号对x、少中可能出现误差。误差量值γ与倾斜量成比例，而误差方向可以依赖于倾斜方向。错误的传感器信号具有错误的角度θ_e和量值R_e。通过观察半径误差R_e-R，可以检测倾斜状态。

为了稳定罗盘读数，稳定过滤器20可以被配置用以如图3中所示那样使它的响应适配于半径误差R_e-R。如果误差较小而所校正的传感器信号(x和y)接近于半径为R的圆，则过滤器20的响应可以较快而罗盘10可以如常规实施那样快地跟踪朝向。如果误差变大，则过滤器20的响应可以减缓，使得罗盘10保持先前的正确罗盘读数。如果罗盘10在水平调平的位置周围摆动，则半径误差可能在零误差水平周围摆动。因此，如上所述，利用恰当设计的适配函数，无论摆动运动的性质或者对称性如何都可以使罗盘读数在无误差的朝向附近稳定下来。

在一个实施例中，如果误差超过预定义的水平则可以生成报警指示以向用户警告有未校准的操作。这一报警指示可以被配置用以不仅报告倾斜误差而且报告由系统漂移或者对于当前地理位置的无效校准所造成的误差。用户可以通过进行对设备10的新的校准来校正除倾斜误差之外的误差

根据本发明的稳定过滤器20的一个实施例在图4中示出。在这一实施例中，稳定过滤器20是简单的一阶无限输入响应(IIR)过滤器。参数g可以用来确定过滤器响应。g的一个有效范围是[0，1]。当g的值较小时，罗盘响应可以较快。当g的值增加时，尤其是随着它逼近1，罗盘响应可以变慢。当g＝1时，可以将过滤器输出锁存。

可以包括回绕检测模块26以便补偿角信号的回绕。过滤器延迟单元30的值可以与输入值做比较，并且如果差值大于半圈(180度)，则在延迟单元30中存储的值可以递增或者递减360度，使得该差值保持在半圈以下。

从图4中可以看出，罗盘朝向(θ)被输入到过滤器20中而且在组件28中与(1-g)相乘，其中g是过滤器响应参数。由组件30产生的延迟单元输出可以通过组件32而与过滤器响应参数(g)相乘，其结果可以通过单元34与组件28的输出相加，从而获得经过滤的罗盘朝向(θ_f)。

根据本发明的过滤器适配模块22的一个实施例在图5中示出。如图5中所示，所校正的传感器信号(x和y)可以用来计算信号半径R_e。组件36可以被配置用以通过对所校正的传感器信号值的平方和求取平方根来计算信号半径R_e。组件38可以通过使用如下公式的组件38计算作为R_e与R之间的相对差的函数的过滤器参数g：

所得到的过滤器参数值可以通过组件40而受限于最大值(例如0.95)。该限制可以用来避免可能使用户产生误解的看起来停滞的罗盘。可以从罗盘校准来获得半径R(对应于理想情况的传感器信号半径)而且将该半径存储于校准系数注册处中。比较器42可以用来在参数g超过预定义的限度时激活报警指示器。此报警可以被配置用以仅提供信息，使得它不会禁止或者阻碍罗盘读出。

图6图示了根据本发明的用于滤除随机倾斜误差的方法的一个实施例。该方法包括在操作44中测量未校正的罗盘读数。在操作46中基于未校正的罗盘读数来计算信号半径。在操作48中基于信号半径和预校准的罗盘半径信息来计算过滤器响应参数，而在操作50中向稳定过滤器提供过滤器响应参数。在操作52中，稳定过滤器可以对过滤器响应参数做出响应以滤除随机倾斜误差。操作54将过滤器响应参数与预定阈值做比较，而如果过滤器响应参数超过预定阈值则在操作56中生成报警指示。

这里描述的此类电子罗盘可以包括独立罗盘或者可以结合到其它设备如移动电子设备中。图7图示了根据本发明包括具有倾斜误差过滤的电子罗盘60在内的移动电子设备58的一个实施例。在这一实施例中，移动电子设备58包括移动电话，然而其它移动电子设备如个人数字助理、膝上型计算机等也可以结合有电子罗盘。

本发明的示例性实施例的系统、设备和方法可以实施为常规电子罗盘中的软件或者硬件。各种实施例的实施成本在实践中可忽略不计，尤其以软件进行实施时更是如此。于是，本发明的实施例提供了一种用于提高电子罗盘中的倾斜容错性的成本有效解决方案。

应当理解的是本发明没有限定于作为说明而阐述于此的特定实施例，而是涵盖了所有落入如所附权利要求的范围之内的这些改型、组合和变换。本发明不限于特定的操作环境。本领域技术人员将认识到可以有利地在不同平台上操作本发明的系统、方法、设备和计算机代码产品。因此，对示例性实施例的描述是出于说明而不是限制的目的。