[发明专利]一种用磁传感器确定航向的方法和设备

说明书

本发明涉及通过磁传感器确定航向，其中用磁力计测量磁场，并且计算装置实施针对给定的采样时间进行计算的递归处理：对航向预测进行估计，该估计是在前一个采样时间的时间处确定的航向的函数；根据使用磁力计测量值确定的磁航向对所估计的预测航向进行的修正。在所述修正期间，计算装置根据以下来估计修正的幅度：两个采样时间之间磁干扰变化的模型，以及对干扰幅度的先验估计。

一般技术领域和现有技术

总体而言，本发明涉及磁惯性技术。

更准确地说，本发明涉及通过磁力计来确定航向(heading)。

特别是，本发明有利地应用于在城市地区或“室内”，即在建筑物内部进行测量的情况。

传统上，磁力计用于计算嵌入式系统中的航向。

在这种情况下，假设传感器测量的磁场是地球磁场，其水平分量指向磁北。磁北和地理北的方向之间的差异(称为磁偏角)是已知的，并制成表格。在不失一般性的情况下，此后将因此认为磁北和地理北是合并的，并且因此磁力计指示了什么将被称为北。

通常，用于根据磁力计测量值计算航向的确定方法基于以下：

-将磁力计提供的测量值和与系统航向相关的信息联系起来的建模；

-这种关系对于所进行的测量的相关性的表征。

在常规方法中，所实现的计算可以是以磁场为测度的卡尔曼类型滤波，使得可以利用作为相关性表征的函数的测量噪声来修正包含在状态中的航向。

建模包括写入测量的磁场M包含航向信息，例如通过以下等式

其中，R是旋转矩阵，使得可以从物体的参考系转到地球的惯性参考系成为可能。ψ，θ，是欧拉角，并且M_EARTH是地球磁场。

该等式的相关性以测量方差为特征，也就是说，假设这个等式中的误差是具有零期望值的随机高斯变量。

该方差用于自动计算卡尔曼增益，所述卡尔曼增益对修正进行加权，以考虑不同的噪声(与外部环境相关的动态噪声和磁力计测量噪声)。

在又一种方法中，使用相同类型的建模和表征来实现通过线性滤波进行的计算。

在这种方法中，表征等式相关性的是等式增益幅度的相对调整。一般来说，这个增益是手动调整的。本领域技术人员将知道如何根据建模的相关性对其进行加权。

因此，在这两种方法中，表征模型相关性的参数(在卡尔曼滤波器的情况下为高斯噪声的方差，在线性滤波的情况下为增益)通常是恒定的参数，与测量的磁场无关。

最近，已经提出了在将考虑了所测量磁场的建模与地球磁场的地磁模型进行比较时对考虑了所测量磁场的建模的相关性的表征，例如在出版物中：

-W.T.Faulkner,R.Alwood,W.T.David和J.Bohlin,“Gps-denied pedestriantracking in indoor environments using an imu and magnetic compass(在室内环境中使用惯性测量单元和磁罗盘的拒绝GPS的行人跟踪),”在Proceedings of the 2010International Technical Meeting of The Institute of Navigation(2010年导航学会国际技术会议会议录)中,(San Diego(圣地亚哥),CA),第198–204页，