[发明专利]用于移动装置中的传感器的使用中自动校准方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在美国专利法第119(e)项35条款下2012年1月26日提交的标题为“用于移动装置中的加速度计(和/或磁力计)的使用中自动校准方法(IN-USE AUTOMATIC CALIBRATION METHODOLOGY FOR ACCELEROMETERS(AND/OR MAGNETOMETERS)IN MOBILE DEVICES)”的美国临时专利申请号61/590,924的权益，本申请通过引用以其全文结合于此。本申请与2012年8月10日提交的标题为“磁力计偏置和异常探测器(MAGNETOMETER BIAS AND ANOMALY DETECTOR)”的美国专利申请号13/572,441(案卷号#IVS-170/5046P)和2011年6月20日提交的标题为“快速传感器运动确定(RAPID SENSOR MOTION DETERMINATION)”的美国专利申请号13/164,136(案卷号#IVS-158)有关，所有这些申请通过引用以其全文结合在此。

发明领域

本发明总体上涉及用于加速度计的校准方法，并更具体地涉及一种用于移动装置中的加速度计的使用中校准方法。

发明背景

由于电子学和力学的本质，基于MEMS的加速度计趋向于具有偏置(偏差)和灵敏度误差。这些误差可能由于温度、湿度、组装应力和外部条件的其他变化而漂移和或变化。不精确的偏置导致传感器融合、姿态(倾斜、滚动、和偏转)估计、航向基准和取决于传感器输出的精度的其他参数中的问题。具体地，如果需要对原始数据进行求积分，例如从加速度到速度或从角速率到角度，偏置漂移问题被显著地放大。

常规的解决方案是在工厂线中针对每个单元的每个轴校准每个传感器。然而，此解决方案增加了额外成本，因为需要单独地校准单元上的每个传感器。该校准还可能需要由于各种原因(如温度)随着时间而变化。

对于加速度计而言，常规的校准解决方案是将传感器板放置在平坦的、绝对水平的台上，当朝上的单元完全静止时测量其输出，并且然后当在同一非移动条件下朝下时再次对其进行测量。对于三个不同的轴重复此解决方案。然而，在实践中，这些假设(平面、水平台、绝对不移动)的任何偏离都会使校准的精确度下降。另外，此校准方法仅适合实验室使用或工厂校准。最终用户不能将便携装置(如智能电话、平板计算机、或兼容装置)放置在平坦的、水平的不移动的台上。

对于两种基于MEMS的加速度计而言，偏置漂移在传感器的使用期内可以是初始值的较大部分。随着时间逝去或随着环境条件变化(如温度)，它们从工厂校准值显著地变化。

相应地，希望提供用于使用中加速度计校准的系统和方法。

发明概述

披露了一种用于校准便携装置中的加速度计的方法、系统和计算机可读介质。该方法、系统和计算机可读介质包括从该加速度计接收数据，以及基于一个或多个自适应地选择满足某些标准的数据的选择规则提供来自该数据的加速度计样本。该方法、系统和计算机可读介质还包括使这些加速度计样本适应一个数学模型。该方法、系统和计算机可读存储介质进一步包括基于该数学模型的一个中心提供该加速度计的一个偏置。该数学模型包括但不限于球体和椭球。

根据本发明的方法、系统和计算机可读介质解决了移动装置上的加速度计校准的问题。该方法是后台的使用中校准过程，从而使得当其运行时用户注意不到它。根据本发明的方法、系统和计算机可读介质消除了对实验室设备和对平坦的、水平的且静止的表面的需要。

附图简要说明

图1是根据一个实施例的利用加速度计校准算法的系统的框图。

图2是加速度计校准算法100的一个实施例的框图。

图3展示了适应来自装置的移动的加速度计数据的3-D球体模型的示例。

图4展示了投影到X-Y平面中的图2的加速度计数据的3-D球体模型的示例。

图5示出了用户手中的装置的正常移动下的装置11的取向的数据点

图6是在用户的手的正常移动下的装置的运动的实施例的图解。

图7是展示了已经使球体模型适应该数据之后的加速度计测量结果上的噪声的图解。

图8示出了手快速翻转之后的数据。

图9示出了电话90度的快速旋转。

图10A示出了单个偏置估计算法的操作数据流。

图10B示出了球体的x-y平面上的16(4×4)个网格。

图11示出了所有样本离所估计的偏置的距离的曲线图。

图12示出了加速度计参数学习管理器中的四个状态。