CN109782194B - 一种检测磁场质量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测磁场质量的方法及装置，该方法包括：定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角；获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量，获得对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量；计算第一分量和对应的第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值；判断所述方差值是否大于预设门限值，若大于，确认所述电子设备所处的磁场不稳定。可见，本发明方案实现了对磁场质量的检测。

Description

一种检测磁场质量的方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别是涉及一种检测磁场质量的方法及装置。

背景技术

方向估计是步行者轨迹推算(Pedestrian Dead Reckoning，PDR)中非常重要的组成部分，现有技术方案融合陀螺仪、磁力计和加速计计算电子设备在空间中的姿态。

具体地，通过加速计和磁力计计算电子设备在空间中的第一姿态角，即第一欧拉角(Euler1)，通过陀螺仪计算电子设备在空间中的第二姿态角，即第二欧拉角(Euler2)，而后通过互补滤波的方式计算融合之后的第三欧拉角(Euler3)，其中，计算融合之后的第三欧拉角所采用的公式为Euler 3＝(1-a)*Euler1+a*Euler2，a为在[0,1]之间的互补权重参数，欧拉角包括偏航角(yaw)、俯仰角(pitch)和翻滚角(roll)。

在对现有技术进行研究的过程中，发明人发现，一方面，在计算Euler1时，通过加速计计算的电子设备的姿态一般较为准确，而由于受周围环境的影响，电子设备所在空间的磁场可能被干扰，这将导致磁力计测得的姿态不准确，此时，为了减小计算的Euler3的误差，需要增加参数a，以降低Euler1在互补滤波中的权重，然而，另一方面，由于陀螺仪自身的特点，通过陀螺仪计算的Euler2会有较大的积累误差，因此参数a不能无限增大(趋近于1)，否则会导致Euler3角有较大的积累误差。

由上可见，如何合理分配互补权重a，取决于磁场是否具有较大的干扰，因此，亟需一种能够检测磁场质量的技术方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种检测磁场质量的方法及装置，以实现对磁场质量的检测，技术方案如下：

一种检测磁场质量的方法，包括：

定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角；

获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量，获得对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量；

计算第一分量和对应的第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值；

判断所述方差值是否大于预设门限值，若大于，确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

优选地，所述获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量，获得对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量，包括：

判断电子设备坐标系与地球坐标系是否重合，所述电子设备坐标系用于获得所述第一欧拉角和所述第二欧拉角，所述地球坐标系与所述重力方向平行；

若是，将第一欧拉角的第一偏航角作为水平方向上的第一分量，将第二欧拉角的第二偏航角作为水平方向上的第二分量。

优选地，所述计算第一分量和对应的第二分量的差值之前，还包括：

分别对设定时间内的第一偏航角和设定时间内的第二偏航角进行预设项数的滑动平均运算；

相应地，所述计算第一分量和对应的第二分量的差值为计算所述滑动平均运算之后的第一偏航角与对应的第二偏航角的差值。

优选地，还包括：

当所述电子坐标系与所述地球坐标系不重合时，分别获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差；

分别将所述偏航角差，所述俯仰角差、所述翻滚角差分解到与所述重力方向垂直的平面上，得到偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量；

根据所述偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量得到所述第一欧拉角水平方向上的第一分量和第二欧拉角水平方向上的第二分量。

优选地，在获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差之前，还包括：

分别对所述第一欧拉角和所述第二欧拉角进行预设项数的滑动平均运算。

一种检测磁场质量的装置，包括：

第一获得单元，用于定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角；

第二获得单元，用于获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量，获得对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量；

第一计算单元，用于计算第一分量和对应的第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值；

第一判断单元，用于判断所述方差值是否大于预设门限值；

第一确定单元，用于所述第一判断单元确定所述方差值大于预设门限值时，确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

优选地，所述第二获得单元，包括：

第二判断单元，用于判断电子设备坐标系与地球坐标系是否重合，所述电子设备坐标系用于获得所述第一欧拉角和所述第二欧拉角，所述地球坐标系与所述重力方向平行；

第二确定单元，用于当所述第二判断单元确定所述电子设备坐标系与所述地球坐标重合时，将第一欧拉角的第一偏航角作为水平方向上的第一分量，将第二欧拉角的第二偏航角作为水平方向上的第二分量。

优选地，还包括：

第一运算单元，用于计算第一分量和对应的第二分量的差值之前分别对设定时间内的第一偏航角和设定时间内的第二偏航角进行预设项数的滑动平均运算；

相应地，所述第一计算单元中的计算第一分量和对应的第二分量的差值为计算所述滑动平均运算之后的第一偏航角与对应的第二偏航角的差值。

优选地，还包括：

第三获得单元，用于当所述第二判断单元确定所述电子坐标系与所述地球坐标系不重合时，分别获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差；

第二计算单元，用于分别将所述偏航角差，所述俯仰角差、所述翻滚角差分解到与所述重力方向垂直的平面上，得到偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量；

第三确定单元，用于根据所述偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量得到所述第一欧拉角水平方向上的第一分量和第二欧拉角水平方向上的第二分量。

优选地，还包括：

第二运算单元，用于在获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差之前，分别对所述第一欧拉角和所述第二欧拉角进行预设项数的滑动平均运算。

本发明实施例所提供的技术方案，分别获得电子设备的第一欧拉角集合和第二欧拉角集合，并获得第一欧拉角集合中的欧拉角在水平方向上的第一水平分量及第二欧拉角集合中的欧拉角在水平方向上的第二水平分量的差值的集合，通过对差值集合的方差进行分析，从而判断磁场质量是否稳定。可见，本发明方案实现了对磁场质量的检测。进一步，当确定磁场质量稳定时，可以适当提高第一欧拉角在互补滤波中的权重，如将可将互补权重参数a设为0.5，一方面，磁场质量稳定会降低空间磁场对电子设备的干扰，提高第一欧拉角的准确度，另一方面，提高第一欧拉角在互补滤波中的权重，能够降低陀螺仪计算第二欧拉角时所带来的积累误差，综合以上两方面，磁场质量稳定时动态调整互补权重参数a会使得到的第三欧拉角准确度大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种检测磁场质量的方法的一种流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种检测磁场质量的方法的另一种流程示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种检测磁场质量的装置的一种结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种检测磁场质量的装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的检测磁场质量的方法的一种实现流程图，所述方法包括：

步骤S101、定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角。

步骤S102、获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量，获得对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量。

由于磁场所影响的是电子设备在水平方向上的姿态，所以，本发明通过对水平方向上的姿态角分析判断磁场是否稳定。

由于通过陀螺仪得到的第二欧拉角不受磁场的影响，在短时间保持稳定，所以，当磁场未受到干扰时，第一欧拉角在水平方向的分量即第一分量与第二欧拉角在水平方向的分量即第二分量应该保持相对平行，因此，在获得第一欧拉角和第二欧拉角后，需要获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量以及第二欧拉角在水平方向上的第二分量。

步骤S103、计算第一分量和对应的第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值。

由于方差表明了数据的离散程度，因此本实施例通过设定时间内第一分量和第二分量的差值的方差值来判断第一分量与第二分量是否保持相对平行，其中方差值越大，说明第一分量与第二分量在设定时间内不平行的程度越高，从而表明磁场不稳定。

步骤S104、判断所述方差值是否大于预设门限值，若大于，执行步骤S105；

步骤S105、确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

本发明实施例提供的方案，定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角，并获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量以及对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量，计算设定时间内、多项第一分量与第二分量的差值的方差值，当方差值大于预设门限值时，确认电子设备所处的磁场不稳定。可见，本发明方案实现了对磁场质量的检测。进一步，当确定磁场质量稳定时，可以适当提高第一欧拉角在互补滤波中的权重，如将可将互补权重参数a设为0.5，一方面，磁场质量稳定会降低空间磁场对电子设备的干扰，提高第一欧拉角的准确度，另一方面，提高第一欧拉角在互补滤波中的权重，能够降低陀螺仪计算第二欧拉角时所带来的积累误差，综合以上两方面，磁场质量稳定时动态调整互补权重参数a会使得到的第三欧拉角准确度大大提高。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的检测磁场质量方法的另一种实现流程图，所述方法包括：

步骤S201、定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角。

步骤S202、判断电子设备坐标系与地球坐标系是否重合，若是，执行步骤S203，否则执行步骤S206。

以手机为例说明电子设备坐标系中x轴、y轴、z轴的相对位置关系，具体地，沿手机home键至前置摄像头的方向为x轴的方向，垂直于x轴横截机身的方向为z轴，与x轴、z轴构成的平面垂直的为y轴。

当手机在与重力方向垂直的水平面上放置时，电子设备坐标系与地球坐标系重合，即此时，电子设备坐标系中的x轴与地球坐标系中的x轴平行，电子设备坐标系中的y轴与地球坐标系中的y轴平行，电子设备坐标系中的z轴与地球坐标系中的z轴平行。

步骤S203、将第一欧拉角的第一偏航角作为水平方向上的第一分量，将第二欧拉角的第二偏航角作为水平方向上的第二分量。

当电子设备坐标系与地球坐标系重合时，欧拉角在水平方向上的角为偏航角，所以将偏航角作为水平分量。

步骤S204、分别对设定时间内的第一偏航角和设定时间内的第二偏航角进行预设项数的滑动平均运算。

由于受外界环境的影响，通过陀螺仪或加速计得到的欧拉角都具有高频噪音，因此为了滤除高频噪音，对设定时间内的第一偏航角及设定时间内的第二偏航角进行滑动平均运算。

以设定时间内的第一偏航角举例说明滑动平均运算的实现：

设设定时间内的第一偏航角为1、2、3、4、5，预设项数为3，则经过滑动平均运算之后的设定时间内的第一偏航角为1、2、(1+2+3)/3＝2，(2+3+4)/3＝3，(3+4+5)/3＝4，需要说明的是，由于前两个数据不满足3项的要求，所以仍然保持不变，当然也可以用其他方式补充前两项的数据，如用0代替。

步骤S205、计算所述滑动平均运算之后的第一偏航角与对应的第二偏航角的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值。

步骤S206、分别对所述第一欧拉角和所述第二欧拉角进行预设项数的滑动平均运算；

当电子设备坐标系与地球坐标系不重合时，欧拉角在水平方向上的分量是由偏航角在水平方向的分量、俯仰角在水平方向的分量及翻滚角在水平方向的分量共同组成的。同样地，为了降低高频噪音，在获得水平方向上的分量之前，需要对第一欧拉角与第二欧拉角进行滑动平均运算。

步骤S207、分别获得滑动平均运算后的第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差；

步骤S208、分别将所述偏航角差，所述俯仰角差、所述翻滚角差分解到与所述重力方向垂直的平面上，得到偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量；

步骤S209、根据所述偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量得到所述第一欧拉角水平方向上的第一分量和第二欧拉角水平方向上的第二分量；

步骤S210、计算第一分量和对应的第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值；

步骤S211、判断所述方差值是否大于预设门限值，若大于，执行步骤S212；

步骤S212、确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

本发明实施例提供的方案，定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角，并获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量以及对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量，计算设定时间内、多项第一分量与第二分量的差值的方差值，当方差值大于预设门限值时，确认电子设备所处的磁场不稳定。可见，本发明方案实现了对磁场质量的检测。另外，在计算第一偏航角与第二偏航角的差值前，对设定时间内的第一偏航角和设定时间内的第二偏航角进行预设项数的欢动平均运算，或，对第一欧拉角和第二欧拉角进行预设项数的滑动平均运算，此次消除了高频噪音，提高了磁场检测的准确性。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的检测磁场质量的装置的一种结构示意图，该装置结构示意图中的各单元的工作过程参照图1对应的实施例中方法的执行过程，该装置包括：

第一获得单元301，用于定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角。

第二获得单元302，用于获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量，获得对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量。

第一计算单元303，用于计算第一分量和对应的第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值。

第一判断单元304，用于判断所述方差值是否大于预设门限值。

确定单元305，用于所述第一判断单元304确定所述方差值大于预设门限时，确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

本发明实施例提供的方案，定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角，并获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量以及对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量，计算设定时间内、多项第一分量与第二分量的差值的方差值，当方差值大于预设门限值时，确认电子设备所处的磁场不稳定。可见，本发明方案实现了对磁场质量的检测。

请参阅图4，图4为本发明实施例提供的检测磁场质量的装置的另一种结构示意图，该装置结构示意图中的各单元的工作过程参照图2对应的实施例中方法的执行过程，该装置包括：

第一获得单元401，用于定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角。

第二判断单元402，用于判断电子设备坐标系与地球坐标系是否重合，所述电子设备坐标系用于获得所述第一欧拉角和所述第二欧拉角，所述地球坐标系与所述重力方向平行。

第二确定单元403，用于当所述第二判断单元确定所述电子设备坐标系与所述地球坐标重合时，将第一欧拉角的第一偏航角作为水平方向上的第一分量，将第二欧拉角的第二偏航角作为水平方向上的第二分量将所述第一偏航角与所述第二偏航角的差值作为所述差值集合中的差值。

第一运算单元404，用于计算第一分量和对应的第二分量的差值之前分别对设定时间内的第一偏航角和设定时间内的第二偏航角进行预设项数的滑动平均运算。

第一计算单元405，用于计算所述滑动平均运算之后的第一偏航角与对应的第二偏航角的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值。

第二运算单元406，用于当所述第二判断单元确定所述电子设备坐标系与所述地球坐标不重合时，在获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差之前，分别对所述第一欧拉角和所述第二欧拉角进行预设项数的滑动平均运算。

第三获得单元407，用于当所述第二判断单元确定所述电子坐标系与所述地球坐标系不重合时，分别获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差。

第二计算单元408，用于分别将所述偏航角差，所述俯仰角差、所述翻滚角差分解到与所述重力方向垂直的平面上，得到偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量。

第三确定单元409，用于根据所述偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量得到所述第一欧拉角水平方向上的第一分量和第二欧拉角水平方向上的第二分量。

第一计算单元405，用于计算所述第一分量与所述第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值。

第一判断单元410，用于判断所述方差值是否大于预设门限值，若大于，确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

第一确定单元411，用于所述第一判断单元410确定所述方差值大于预设门限时，确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

本发明实施例提供的方案，定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角，并获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量以及对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量，计算设定时间内、多项第一分量与第二分量的差值的方差值，当方差值大于预设门限值时，确认电子设备所处的磁场不稳定。可见，本发明方案实现了对磁场质量的检测。另外，在计算第一偏航角与第二偏航角的差值前，对设定时间内的第一偏航角和设定时间内的第二偏航角进行预设项数的欢动平均运算，或，对第一欧拉角和第二欧拉角进行预设项数的滑动平均运算，此次消除了高频噪音，提高了磁场检测的准确性。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种检测磁场质量的方法，其特征在于，包括：

定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角；

判断电子设备坐标系与地球坐标系是否重合；

当所述电子设备坐标系与所述地球坐标系重合时，将第一欧拉角的第一偏航角作为水平方向上的第一分量，将第二欧拉角的第二偏航角作为水平方向上的第二分量；

当所述电子设备坐标系与所述地球坐标系不重合时，分别获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差；分别将所述偏航角差，所述俯仰角差、所述翻滚角差分解到与重力方向垂直的平面上，得到偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量；根据所述偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量得到所述第一欧拉角水平方向上的第一分量和第二欧拉角水平方向上的第二分量；

计算第一分量和对应的第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值；

判断所述方差值是否大于预设门限值，若大于，确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子设备坐标系用于获得所述第一欧拉角和所述第二欧拉角，所述地球坐标系与重力方向平行。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算第一分量和对应的第二分量的差值之前，还包括：

分别对设定时间内的第一偏航角和设定时间内的第二偏航角进行预设项数的滑动平均运算；

相应地，所述计算第一分量和对应的第二分量的差值为计算所述滑动平均运算之后的第一偏航角与对应的第二偏航角的差值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差之前，还包括：

分别对所述第一欧拉角和所述第二欧拉角进行预设项数的滑动平均运算。

5.一种检测磁场质量的装置，其特征在于，包括：

第一获得单元，用于定期分别获得电子设备的第一欧拉角和第二欧拉角；

第二获得单元，用于获得第一欧拉角在水平方向上的第一分量，获得对应的第二欧拉角在水平方向上的第二分量，其中包括：

第二判断单元，用于判断电子设备坐标系与地球坐标系是否重合；

第二确定单元，用于当所述电子设备坐标系与所述地球坐标系重合时，将第一欧拉角的第一偏航角作为水平方向上的第一分量，将第二欧拉角的第二偏航角作为水平方向上的第二分量；

第三获得单元，用于当所述第二判断单元确定所述电子设备坐标系与所述地球坐标系不重合时，分别获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差；

第二计算单元，用于分别将所述偏航角差，所述俯仰角差、所述翻滚角差分解到与重力方向垂直的平面上，得到偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量；

第三确定单元，用于根据所述偏航角差水平分量、俯仰角差水平分量及翻滚角差水平分量得到所述第一欧拉角水平方向上的第一分量和第二欧拉角水平方向上的第二分量；第一计算单元，用于计算第一分量和对应的第二分量的差值，并计算设定时间内的多项所述差值的方差值；

第一判断单元，用于判断所述方差值是否大于预设门限值；

第一确定单元，用于所述第一判断单元确定所述方差值大于预设门限值时，确认所述电子设备所处的磁场不稳定。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二获得单元，包括：所述电子设备坐标系用于获得所述第一欧拉角和所述第二欧拉角，所述地球坐标系与重力方向平行。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

运算单元，用于计算第一分量和对应的第二分量的差值之前分别对设定时间内的第一偏航角和设定时间内的第二偏航角进行预设项数的滑动平均运算；

相应地，所述第一计算单元中的计算第一分量和对应的第二分量的差值为计算所述滑动平均运算之后的第一偏航角与对应的第二偏航角的差值。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

运算单元，用于在获得第一欧拉角和第二欧拉角的偏航角差，俯仰角差和翻滚角差之前，分别对所述第一欧拉角和所述第二欧拉角进行预设项数的滑动平均运算。

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