CN112334736A

CN112334736A - 用于校准物体磁力计的方法

Info

Publication number: CN112334736A
Application number: CN201980039944.0A
Authority: CN
Inventors: 大卫·维西埃; 马蒂厄·希尔伊恩; 昂德里克·迈耶
Original assignee: Xi Sinawei
Current assignee: Xi Sinawei
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: WO2019239062A1; EP3807594B1; JP7481266B2; EP3807594A1; US11248932B2; KR20210021035A; FR3082611A1; FR3082611B1; ES2923530T3; CN112334736B; JP2021527214A; US20210247206A1

Abstract

本发明涉及一种用于校准被安装在环境磁场中运动的物体(1)上的磁力计(20)的方法，所述方法特征在于，其包括以下步骤：(a)使磁力计(20)获取磁力计(20)处的磁场的至少三个测得分量，并使固定到物体(1)的惯性测量装置(11)获取物体(1)的角速度；(c)使数据处理装置(21)确定磁力计(20)的至少一个校准参数的值，所述值使由磁场的估计分量和与物体(1)的角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，磁场的估计分量是磁场的测得分量以及磁力计(20)的校准参数的函数，并且至少一个磁方程假设磁场在磁性测量装置(20)处是均匀和稳定的。

Description

用于校准物体磁力计的方法

技术领域

本发明涉及没有GNSS的导航领域。

更准确地说，它涉及一种用于校准固定在陀螺仪上的磁力计的方法。

现有技术

如今，经由GNSS(全球导航卫星***，例如GPS)或使用通信网络(使用发射终端的三角测量、wifi网络或其他网络)来跟踪车辆位置是很常见的。

这些方法非常有限，因为它们无法确保信息的可用性和准确性，源与接收器中的一个和另一个会受到它们之间的任何屏蔽的影响。它们还依赖于诸如用于GNSS的卫星之类的外部技术，这些技术可能不可用，甚至是主动加扰的。

可替选地，由于惯性或磁惯性单元，“自主”方法也已知可在任何环境中跟踪车辆的相对位移。“相对位移”是指车辆在初始化时相对于点和数据标记在空间中的轨迹。除了轨迹之外，这些方法还使得可以获得车辆相对于相同初始标记的方向。

导航级惯性单元至少由三个加速度计和三个三轴式布置的陀螺仪组成。通常，陀螺仪“保持”标记，其中加速度计的测量结果的双重时间积分使得可以估计运动。

特别已知的是，为了能够使用传统的惯性导航方法，诸如在诸如战斗机或商用飞机、潜艇、船只等的导航之类的复杂应用中实现的导航方法，有必要使用非常高精度的传感器。

然而，这种高精度传感器价格昂贵，沉重且体积庞大，因此不适合一般的公共应用。

因此，低成本的传感器从而被使用，这种传感器有很大的误差风险，因此对于其而言，校准(使得可以识别然后消除传感器测量的缺陷的过程)是关键的过程

使用陀螺仪校准磁力计的方法是已知的。

申请US2012/0116716提出检查两个测量点之间的磁场变化是否对应于通过对陀螺仪积分所预测的姿态变化。然而，它假设磁力/加速度测量是可靠的，当***在车辆上时，这是微妙的。事实上，在实践中观察到：

-环境磁场并不总是均匀且稳定的；

-附近的金属元素(例如车身)或磁体对磁测量有影响(软铁和硬铁效应)，另外参见申请US2004/0123474。

-为了正确地校准磁力计，必须将其放置在最大空间定向，以便“激发误差模型”，从而具有可观测性。对于可以用手携带的设备来说，如果在使用之前进行校准，那么这个问题很容易解决(将其全方位旋转，例如参见申请FR1757082)。如果磁力计安装在车辆上，有一个限制，这是因为：

○在车辆的典型行驶过程中，侧倾和俯仰仅略微偏离零。

○车身被磁化，或者车辆已装载，这意味着校准可能不再适合；这将需要定期重新校准。

申请US2011/0178707更确切地涉及包括磁罗盘和陀螺仪的智能手机类型的设备，并且提到了磁干扰的问题。该申请旨在使用陀螺仪数据校准磁罗盘，但也提出了相反的方案，将磁加速度计四元数q作为出发点，并通过从该四元数获得重新校准的角速度

然而，仍然假设磁力/加速度测量是可靠的，在相反的情况下，它只是建议只要这种情况持续，就不更新陀螺仪的偏置，或者使用存储在存储器中的默认四元数。

期望有一种用于校准物体的磁力计以估计该物体的运动的新方法，该方法实现了极好的结果质量并且不受限制。

发明内容

因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于校准在环境磁场中运动的物体配备的磁力计的方法，该方法的特征在于其包括以下步骤：

(a)获取

-通过磁力计获取磁力计处的磁场的至少三个测得分量，和

-通过固定在物体上的惯性测量装置获取物体的角速度；

(c)通过数据处理装置确定磁力计的至少一个校准参数的值，该值使由磁场的估计分量和与物体角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，

-磁场的估计分量是磁场的测得分量以及磁力计的校准参数的函数，并且

-该至少一个磁方程假设磁场在磁性测量装置处是均匀且稳定的。

根据其他有利且非限制性的特征：

●磁场的估计分量M^(estimation)通过模型M^(mesure)＝A·M^(estimation)+b_magneto与测得分量M^(mesure)相关联，其中A和b_magneto是磁力计的校准参数；

●该方法还包括步骤(b)：估计代表校准参数误差的参数，如果代表误差的所述参数大于预定阈值，则执行步骤(c)；

●该方法还包括步骤(d)：重新估计代表校准参数误差的所述参数，以便将外部磁干扰与物体的磁性变化区分开来；

●该方法还包括，如果在步骤(d)结束时，代表误差的所述参数小于预定阈值，则执行确定与校准相关的物体的姿态子集的步骤(e)；

●步骤(c)包括递归滤波器或优化的实施方式；

●惯性测量装置是陀螺仪，在步骤(a)中获取的物体的角速度是测得的角速度，并且由一个或多个磁方程所使用的角速度是根据陀螺仪的测得角速度和校准参数的估计角速度，步骤(c)还包括确定陀螺仪的至少一个校准参数的值；

●物体的估计角速度

通过模型

与测得的角速度

相关联，其中D和b_gyro是陀螺仪的校准参数；

●该磁方程的形式是

其中M是磁场分量的矢量，ω是角速度；

●所述表达式是

的函数；

●代表校准参数误差的所述参数是给定时间间隔内

的平均值，或者是所述磁场分量的空间梯度；

●该方法包括步骤(f)：由数据处理装置根据物体的角速度、磁场的测得分量和校准参数的值来估计所述物体的运动。

根据第二方面，提出了一种在环境磁场中运动的物体，该物体包括被配置为获取该物体的角速度的惯性测量装置、被配置为获取该磁场的至少三个分量的磁力计，该物体的特征在于还包括数据处理装置，其被配置为：

-确定磁力计的至少一个校准参数的值，该值使由磁场的估计分量和与物体角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，

-该磁场的估计分量是磁场的测得分量以及磁力计的校准参数的函数，并且

-该至少一个磁方程假设磁场在磁性测量装置处是均匀和稳定的。

根据第三和第四方面，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于执行根据磁力计校准的第一方面的方法的代码指令；以及可由一台计算机设备读取的存储装置，所述计算机设备上的计算机程序产品包括用于执行根据磁力计校准的第一方面的方法的代码指令。

附图说明

当阅读下面对优选实施例的描述时，本发明的其他特征和优点将会显现。将参考附图给出该描述，其中：

-图1示出了用于实施根据本发明的方法的车辆架构示例；

-图2是示出了根据本发明的方法的优选实施例的步骤的示意图。

具体实施方式

架构

参考图1，本方法允许校准在被记为M的环境磁场(典型地，地磁场，在适用的情况下被附近的金属物体改变)中移动的物体1的磁力计20。如已经解释的，磁场是三维空间中的矢量场，即，将三维矢量与物体1可移动的每个三维点相关联。

该物体1可以是需要位置信息的任何可移动物体，例如车辆，特别是带有轮子的车辆、无人机等，但也可以是一个人或这个人身体的一部分(他们的手、他们的头等)。

一个或多个磁力计20固定到物体1上，并且是“轴向的”，即能够测量所述磁场的分量(即所述磁场矢量M沿着它们的轴的投影)。

磁力计20的数量至少为三个，以便能够获得磁场的三个分量。有利地，磁力计20的数量甚至至少为8个或甚至9个，有利地由以三个“三轴”成组地组织，即与同一空间位置相关联的三个一组的两两正交的磁力计20，并且测量沿着三个轴的磁场。

优选地，与物体相关联的正交***通过惯例(以及通过本说明书其余部分的设施)来选择，诸如三轴有利地根据所述正交***来定向，以便于促进计算。

但是本领域技术人员在任何情况下都知道如何转置到磁力计的任何空间布置。

物体1还设置有惯性测量装置11，该惯性测量装置11能够根据定义物体标记的三个正交轴的***来测量物体的角速度(例如，在车辆的情况下固定到车体，并且通常固定在物体1的参考系中)。装置11优选由一个或多个陀螺仪组成，但是也可以由一个或多个陀螺仪或任何其他姿态或角速度(3D)源形成。

在其中物体1是车辆的优选实施例中，围绕车辆的垂直轴线的旋转由驾驶员通过转动方向盘而作用的角度来描述。在一般平坦的地面上，车辆方向的变化在水平面上，即也沿着所述垂直轴线。实际上，侧倾(沿车辆的纵向轴线旋转)和俯仰(沿车辆的横向轴线旋转)的非零值可能是例如倾斜道路的结果，但是通常较低。

物体1可以进一步有利地设置有“附加的”获取装置10，该获取装置10测量物体1的线速度(记为V)，即位移。这些装置10可以使直接或间接地获得线速度成为可能，因此可以是多种类型，例如惯性测量装置。因此，一个或多个陀螺仪11可以由一个或多个加速度计来补充，并且甚至物体1可以包括惯性单元，该惯性单元具有以三轴式布置的至少三个加速度计和三个陀螺仪。

可替选地，如果物体1是具有车轮的车辆，则装置10可以包括至少两个里程表，每个里程表用于车辆的一个车轮，例如两个后轮，如图1的示例所示。要注意的是，一组里程表是获得简单线速度的简单且可靠的装置。

如所解释的，物体1还包括：用于直接实时地实施本方法的处理的处理装置21(通常是处理器)，例如车辆的车载计算机；和可选的存储器22；以及接口23，用于返回关于物体1的运动的信息(瞬时速度值、航向、地图上的位置等)，和/或向物体1发送命令。物体1本身尤其可以是自动驾驶车辆，以及处理装置21被配置为实现车辆的自动驾驶导航。因此，所述命令被发送到车辆的控制部件(发动机、方向盘的致动器等)以便模拟驾驶员的驾驶。

注意，处理装置21可以在物体1的外部，并且例如通过无线网络连接到物体1。可替选地，惯性测量装置11和磁力计20可以特别是通过导线(例如经由以太网)连接到数据处理装置21。

方法

本方法是用于至少校准磁力计20的方法。“校准”是指确定一个或多个校准参数，下面提供了其列表。特别地，某些校准参数可以被认为是可靠的和预先确定的，而其他的则有待确定。对于那些待确定的，可以规定它们具有“当前”值(换句话说，已经进行了校准)，并且这些值将在适用的情况下进行修改(在新校准的情况下)。

假设磁力计20本身是先验完美校准的(这意味着所有与磁力计相关联的磁干扰本身都被识别和校正)，只有它们的直接环境(车体等)必须在校准时被校正，以便能够估计在没有物体1的情况下将要测量的地磁场。

在特别优选的实施例中，该方法还可以是用于校准惯性测量装置11的方法，即可以同时校准一个或多个陀螺仪11和磁力计20。这是一种非常有利的模式，因为正如将要看到的，甚至不再需要假设陀螺仪或磁力计中的一个是可靠的，可以将其用作校准另一个的参考：两者自动相互校准。可替选地，自然有可能认为陀螺仪11已经被很好地校准，并且因此校准磁力计20，这使得可以例如校准磁力计20的更多参数。

如将看到的，在有利的实施例中，本方法甚至是用于估计物体1的运动的方法，即，它包括在校准之后，使用校准的测量值，以便从其中可靠地推断运动的一个或多个分量。

在第一步骤(a)中，该方法包括由惯性测量装置11获取物体1的角速度，记为

以及由磁力计20获取磁场的至少三个分量。这些分量更准确地说是所谓的测得分量，形成一个称为M^(mesure)的矢量。优选地，获取角速度的三个分量和至少八个磁分量(有利地，三个磁力三轴位于等腰直角三角形的角上)，以能够从中推导出场及其梯度(即，根据三个轴的以下顺序的导数)。

在物体1运动的特征时间之前，典型地为40毫秒，这些量有利地用dt采样(即每“dt”秒，其中dt非常小)来测量。

在步骤(c)中(如下文将看到的，该方法有利地包括中间步骤(b)，但是该中间步骤仍然是可选的)，数据处理装置21确定磁力计20的至少一个校准参数的值，该值使由磁场的估计分量和与物体1的角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化。

其思想是分别估计其在理论上由磁方程联系起来的陀螺仪数据和磁数据。因此，由于该方程，可以表示理想情况下应该为零的量(即陀螺仪数据和磁数据正好满足磁方程)，否则校准必须完善。

磁场的估计分量(被记为M^(estimation))取决于磁场的测得分量M^(mesure)和磁力计20的校准参数。

优选地，它们通过模型M^(mesure)＝A·M^(estimation)+b_magneto与测得分量M^(mesure)关联，其中矩阵3×3A和矢量b_magneto是磁力计20的校准参数。其中，更确切地说，希望估计分量被表示为测得分量的函数，可以写为M^(estimation)＝A^-1·(M^(mesure)-b_magneto)。

b_magneto一般代表“硬铁型”效应，而矩阵A代表“软铁型”效应。严格来说，这些效应与硬铁/软铁效应相对应，并且也可能包括具有相同影响但原因不同的现象(例如，由于磁力计的电子/物理特性引起的效应)。

注意的是，更一般地说，可以检查一般的误差模型：M^(estimation)＝h(M^(mesure))，其中h是不需要微调的函数(应用)。

在线性情况((M^(mesure)＝A·M^(estimation)+b_magneto))中，A是一个3×3矩阵，可以写成

其中R正交以及

是上三角矩阵。

回想一下，假设磁力计20本身被先验地完美校准，只有它们的直接环境(车身等)必须在校准时被校正，以便能够估计将在没有物体1的情况下被测量的地磁场。因此，矩阵R是重要的并且待确定，以便物体磁性标记保持稳定。

关于球体的传统校准方法仅在围绕最近轴的一次旋转时确定R(见文献E.Dorveaux，D.Vissière，A.P.Martin，N.Petit，“用于惯性磁传感器的迭代校准方法(Iterative calibration method for inertial and magnetic sensors)”，2009年第48届IEEE决策与控制会议)。应用这些方法后，传感器轴不会保持固定。

在实践中，可以在校准时确定A的8个系数(一个系数(将测量值与以特斯拉(或高斯)为单位的物理单位联系起来的全局比例因子)无法确定，但同时，对于一定数量的应用(例如：使用磁力计来确定物体的航向)而言，不必知道它)。注意的是，仍然有利地希望在校准过程中(相对于选定的比例因子)保存场的范数(normal)值(平均值)，详见下文。

如所解释的，在步骤(a)中获取的角速度优选地是测得的速度(即潜在地受误差影响)，并且由所述磁方程使用的速度是根据惯性测量装置11的校准参数和测得速度的估计速度，被记为

优选地，特别是在装置11是陀螺仪的情况下，通常为

其中g是由校准参数确定的函数(应用)。在最简单的情况下，g被微调，并且估计的角速度

通过公式

与测得的角速度

关联，其中D和b_gyro是陀螺仪11的校准参数。

在三维姿态的情况下，b_gyro是偏差矢量，D是3x3矩阵(在正确的标记处传递的正交矩阵)×(包含比例因子和校准值的上三角矩阵)。以简化的方式，例如可以考虑D是预先确定的(实际上，它变化非常缓慢)，并且要为陀螺仪11确定唯一校准参数是b_gyro，其实际上倾向于随时间变化(称为陀螺仪11的漂移)。

在同时双重校准的一个特别优选的实施例中，只有三个校准参数需要确定：b_gyro、A和b_magneto。当物体1具有“变化的”轨迹(作为时间的函数而变化的方向/速度)时，这种有限数量的参数使得这种双重校准成为可能。

磁方程

身体标记(即物体1的标记)中的磁场随时间的变化由方程

第一项-ω×M描述了由于该标记相对于固定标记的旋转而导致的身体标记中场的变化。第二项

描述了来自具有不均匀场的区域中的平移的测量场的变化。最后，第三项

考虑了磁场的非稳定性(例如周期性电流，诸如在欧洲为50Hz，或者磁体/由钢制成的物体在所述物体附近运动，等等)。

如果没有“可移动的”磁干扰，即磁场具有固定性质，

则方程可简化为

如果根本没有磁干扰，即磁场除了是稳定的之外，还具有均匀的性质，则

并且该方程甚至可以简化

这种均匀性和稳定性的双重假设通常最常得到验证。事实上，对于地磁场，均匀性在我们的纬度上被局部观察为非常好的近似值，除非在周围区域存在例如金属结构或由钢筋混凝土制成(通常是桥梁)的情况。由于附近的位移物体而引起的非稳定性更加罕见，因为干扰源将必须移动，并且由于周期性电流平均为零的任何非稳定性也可以使用估计技术对其进行处理，例如参见文献C.-I.Chesneau，M.Hillion和C.Prieur，《使用磁惯性测量对带有EKF的刚体的运动估计》，关于室内定位和室内导航(IPIN′16)的第7届会议，西班牙马德里，2016年。

然后，参考图2，在步骤(c)中，将尝试通过采用磁场均匀性和稳定性的双重假设来校准磁力计20。步骤(c)的实施可以在估计代表校准参数误差的参数的步骤(b)之前，如果该参数大于预定阈值，即表明磁力计20需要校准，则实施步骤(c)。

然后，该方法有利地包括可选步骤(d)：估计(根据该方法是否包括步骤(b)的第一估计或第二估计)代表校准参数误差的所述参数，由于该参数验证了不存在干扰，即假设的相关性。

因此，可以理解，在磁力计20处的磁场的稳定性和均匀性的双重假设中，对于校准误差和最近的噪声，量

等于零。

有利地，第一个表达式(在步骤(c)中最小化)是

的函数，并且优选地是

或

的函数。在一般条件下，这些表达式的最小化将给出一般轨迹的无歧义参数。然而，应当理解，可替选地，本领域技术人员可以使用对与第一/第二方程(范数L²、L^∞等)所定义的关系相关的差异敏感的任何其他函数用作第一/第二表达式。

为了实现这种最小化，数据处理装置21可以在给定长度的时间间隔上工作。这样，可以以已知方式使用递归滤波器(RLS，递归最小二乘等方法)或优化(最小二乘法等)。

例如，在假设磁力计20的校准参数，即参数A和b_{fer dur}被同时确定的情况下，可以实现所谓的差分校准原理，其中

被

和M^(estimation)＝A^-1·(M^(mesure)-b_{fer dur})最小化为最小二乘。

在另一示例中，可以实现所谓的积分校准原理。其思想是，在校准之后，被测场与地磁场相对应，并且必须在地面标记中保持恒定(在法向和方向上恒定)，即每个分量M＝R_b→tM(^estimation)＝constante(champ terrestre)，其中R_b→t是从身体标记到地面标记的转移矩阵，由

确定。(M_x)+var(M_y)+var(M_z)的方差之和被最小化

和其他方差的必要修改)，以找到最小二乘校准参数。此方法不依赖于初始矩阵R_b→t。

误差表征

如所解释的，该方法有利地包括估计代表校准参数误差的参数的步骤(b)和/或步骤(d)。如所解释的，在包括步骤(b)和步骤(d)二者的优选实施例中，如果步骤(b)中估计的代表误差的所述参数大于预定阈值，则执行步骤(c)，并且步骤(d)优选在步骤(c)的每次出现之后执行。

该思想是估计由磁力计20提供的信息质量，以便丢弃几乎不利于校准的情况，即干扰的情况。可以看出，有可能区分超出阈值的两个可能原因：

i.外部干扰(暂时性的)(例如由钢/混凝土制成的大型结构，车辆正从其旁边经过)，其在磁方程中产生

或者

类型的项。

ii.汽车磁性的变化(例如，车辆外壳磁化强度的变化、乘客移动磁性物体)。

估计代表校准参数误差的参数的第一次出现(步骤(b))使用“原始”校准参数，即该方法开始时的当前参数。估计代表校准参数误差的参数的第二次出现(步骤(d))使用诸如在步骤(c)中确定的参数。

如果在步骤(b)结束时，代表误差的所述参数小于所述预定阈值，则已知原始校准参数二者都可以保持，并且没有磁干扰。

相反，在代表误差的参数大于阈值的情况下，这是如上所述的情况i和ii中的一种情况。那么，执行步骤(c)和(d)使得可以区分这两种情况。

因此，如果在步骤(d)结束时，代表误差的所述参数仍然大于所述确定阈值，则步骤(c)没有在有利的条件下进行，并且校准的结果不被接受。更准确地说，如图2所示，可以得出结论，问题是由于暂时的外部干扰(情况i)引起的，而不是由于校准引起的。然后，为将来(例如，当外部干扰已经远离时)保持姿态区的初始校准(见下文)，即，保持先前校准的参数作为校准。只要问题持续存在，磁测量就可选地被宣布为不可用。

相反，如果代表误差的所述参数现在小于所述预定阈值，则这是因为情况是ii，即问题的原因是原始校准，并且步骤(d)包括用校准参数的步骤(c)中确定的值来校准磁力计20和/或惯性测量装置11。

注意，在步骤(c)的发生期间校准参数的确定值(但不用于有效校准)可以被存储在数据存储装置12上，并且可以在步骤(d)的未来发生期间使用。例如可以规定，只要代表误差的参数高于阈值，就存储所确定的校准参数，并且当通过低于阈值时，有效的校准也考虑所存储的值。

通常，代表校准参数误差的所述参数是针对校准参数的确定值计算出的要最小化的所述表达式的值的函数。

步骤(b)/(d)的第一实施例被认为是固有的，因为它仅使用步骤(c)中可用的量值。优选地，使用来自步骤(c)的估计残差，即代表误差的所述参数特别是给定时间间隔内第一/第二表达式的值的范数(例如L²或L^∞)，典型的是

在这种情况下，步骤(d)可以与步骤(c)同时执行。在递归滤波器的情况下，在给定的一段时间内，可以使用范数(例如L²或L^∞)来进行滤波器的创新。请注意，在步骤(b)中使用残差的情况下，可以使用任何一组校准参数和任何一组获取数据——无需使用当前的获取数据(在步骤(a)的最后实施过程中获得)来计算参数。因此，有可能在实施步骤(c)之前(或甚至不实施)进行表征。

可替选地，偏差可以相对于正态分布进行量化，即检查

值的统计分布是否为高斯分布，例如通过计算高阶矩。

根据第二实施例，可以计算估计磁场的范数，并将其与阈值进行比较：如果估计磁场相对于地磁场的参考值异常高，则意味着存在磁干扰。

根据第三实施例，可以非常简单地估计磁场分量的空间梯度，即

实际上，此估计值必须接近于零，以便保留均匀性。在该实施例中，希望具有三个磁力三轴，并且在任何情况下至少具有八个磁力计20，以确定场的系数及其梯度。

可替选地或作为补充，可以利用学习来改进对该误差参数的估计和/或开发一种方法，该方法用于以更鲁棒的方式并以更高的可用性来识别有利条件(即稳定和均匀)。

特别地，可以实现学习机制，例如神经网络，支持向量机，最近邻方法，决策树等。因此，在步骤(b)至(d)的每次出现时，可以丰富学习基础，其中每个测量数据集都用代表误差的参数的相应值“标记”，以便逐渐地(随着步骤(b)至(d)的连续出现)并且自动地学习以将可接受的校准和不可接受的校准区分开。因此，校准本身也在不断改进。

校准区域

理论上，对于物体1的所有姿态，只有一个校正磁场测量中的缺陷的校准参数集。

在实践中，在有限的时间段内，沿着车辆的典型路径，只探索姿态的一个子集。针对此姿态子集的优化产生一个校准参数集，该参数集来自局部最小化(在所考虑的姿态子集上)。因此，这个校准参数集在所考虑的姿态子空间之外可能不是最优的，这被称为“校准区域”。

优选地，该方法还包括，如果代表误差的所述参数小于预定阈值，则执行确定与校准相关的物体的姿态子集的步骤(e)。请注意，对于多次校准，可能会保留几个子集。

这可以使得显著改善校准成为可能：在物体1的位移期间，可以根据当前姿态来区分两种情况：

i.如果物体1的姿态没有被任何相关子集覆盖，则可以实施本方法或者任意选择默认校准。

ii.如果物体1的当前姿态被相关的子集覆盖，则对该区域使用足够的校准。

所述子集可以例如通过欧拉角间隔或通过姿态变化的另一参数变量(四元数、正交矩阵)来表征。

关于其确定，可以通过来自所有测量点的姿态数据的凸包络来确定，或者通过所有测量结果本身来确定。

运动估计

如所解释的，该方法有利地包括步骤(f)：由数据处理装置21根据物体1的角速度和/或磁场分量，和/或物体1的任何测得的线速度(通过装置10)，以及校准参数的值(即，在重新校准之后)来估计所述物体1的运动。这个步骤(f)没有在图2中示出，其专注于校准，可以连续并行地执行。

“运动估计”特别是指至少对物体1的定向(在水平面内，即航向)的估计，并且有利地是对法向速度的估计。为此，可以简单地实施通过利用磁力测量获得的磁航向进行导航(即“罗盘”样式)，或者在双重校准的情况下，实施陀螺仪导航甚至是磁-陀螺仪合并。在后一种情况下，定向通常通过角速度的积分获得。

在适用的情况下，测得的线速度(通过可选装置10)仅在步骤(f)中用于确定物体1的整体速度。

步骤(f)可以还包括根据代表校准参数误差的所述参数来计算磁力或陀螺仪-磁力定向误差(cap)。例如，校准后一段时间内累积的航向误差可以通过将偏差估计的不确定性乘以这段时间的持续时间来估计。

注意，在自动驾驶车辆的情况下，步骤(f)可以包括根据估计的运动来产生所述车辆1的命令，以便将车辆1例如带到期望的目的地，或者通过使车辆1保持在无障碍物的轨迹来停止车辆1。

设备和物体

根据第二方面，本发明具体涉及一组设备11、20、21和可选的10，用于实施该方法的一个或另一个实施例。

该组可以作为套件安装在“常规”物体1中，以便对其进行转换。可替选地，特别是在物体1是车辆的情况下，这可以是已经设置有用于车辆导航的数据处理装置21以及用作附加获取装置10的传感器(诸如陀螺仪11和/或里程计)的自动驾驶车辆。

特别提出了一种物体1，特别是具有车轮类型的车辆，其包括：

-惯性测量装置11(例如陀螺仪)，其被配置为获取物体1的角速度；

-磁力计，其被配置为在适用的情况下获取磁场的至少三个分量；

-可选地，附加的获取装置10，其被配置为获取物体1的测得的线速度(有利地，里程表安装在车辆的至少两个车轮上，并且被配置为获取所述两个车轮的测得的速度)；

-数据处理装置21，其被配置为

○确定磁力计20的至少一个校准参数的值，该值使由磁场的估计分量和与物体1的角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，

■磁场的估计分量是磁场的测得分量以及磁力计20的校准参数的函数，并且

■该至少一个磁方程假设磁场在磁性测量装置20处是均匀且稳定的。

-数据处理装置21还可以被配置为

○在确定校准参数的值之前和/或之后，估计代表校准参数误差的参数；

○估计所述物体1的运动。

如上文所解释的，物体1还可以包括存储器22和接口23。

计算机程序产品

根据第三和第四方面，本发明涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于(在处理装置21上)执行根据本发明第一方面的用于校准磁力计的方法的代码指令，以及可以由一件计算机设备读取的存储装置(例如数据存储装置22)，其上找到该计算机程序产品。

Claims

1.一种用于校准在环境磁场中运动的物体(1)配备的磁力计(20)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(a)获取

-通过所述磁力计(20)获取所述磁力计(20)处的磁场的至少三个测得分量，以及

-通过固定在所述物体(1)上的惯性测量装置(11)获取所述物体(1)的角速度；

(c)通过数据处理装置(21)确定所述磁力计(20)的至少一个校准参数的值，所述值使由所述磁场的估计分量和与所述物体(1)的角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，

-所述磁场的估计分量是所述磁场的测得分量和所述磁力计(20)的校准参数的函数，以及

-所述至少一个磁方程假设所述磁场在磁性测量装置(20)处是均匀和稳定的；

其中，所述磁方程的形式为

其中M为磁场分量的矢量，并且ω为角速度，所述表达式是

的函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁场的估计分量M^(estimation)通过模型M^(mesure)＝A·M^(estimation)+b_magneto与所述测得分量M^(mesure)关联，其中，A和b_magneto是所述磁力计(20)的校准参数。

3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，还包括步骤(b)：估计代表校准参数误差的参数，如果代表误差的所述参数大于预定阈值，则执行步骤(c)。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括步骤(d)：对代表校准参数误差的所述参数进行新的估计，以便将外部磁干扰与所述物体(1)的磁性变化区分开。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括，如果在步骤(d)结束时，代表误差的所述参数小于预定阈值，则执行确定与校准相关的所述物体(1)的姿态子集的步骤(e)；

6.根据权利要求3至5中的一项所述的方法，其中，代表校准参数误差的所述参数是给定时间间隔内

的平均值，或者是所述磁场分量的空间梯度。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其中，步骤(c)包括递归滤波器或优化的实施。

8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中，所述惯性测量装置(11)是陀螺仪，在步骤(a)中获取的所述物体(1)的角速度是测得角速度，并且由一个或多个磁方程使用的角速度是根据所述陀螺仪(11)的校准参数和测得角速度的估计角速度，步骤(c)还包括确定所述陀螺仪(11)的至少一个校准参数的值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述物体(1)的估计角速度

通过模型

与所述测得角速度

关联，其中D和b_gyro是所述陀螺仪(11)的校准参数。

10.根据权利要求1至9中的一项所述的方法，包括步骤(f)：由所述数据处理装置(21)根据所述物体(1)的角速度、所述磁场的测得分量和校准参数值来估计所述物体(1)的运动。

11.一种在环境磁场中运动的物体(1)，包括被配置为获取所述物体(1)的角速度的惯性测量装置(11)、被配置为获取磁场的至少三个分量的磁力计(20)，其特征在于，所述物体(1)还包括数据处理装置(21)，所述数据处理装置(21)被配置为：

-确定所述磁力计(20)的至少一个校准参数的值，所述值使由所述磁场的估计分量和与所述物体(1)的角速度相关的至少一个磁方程定义的表达式最小化，

-所述磁场的估计分量是所述磁场的测得分量和所述磁力计(20)的校准参数的函数，并且

其中，所述磁方程的形式为

其中M为磁场分量的矢量，并且ω为角速度，所述表达式是

的函数。

12.一种包括代码指令的计算机程序产品，当所述程序在计算机上执行时，所述代码指令执行根据权利要求1至10中的一项所述的用于校准磁力计(20)的方法。

13.一种计算机设备可读的存储装置，其上的计算机程序产品包括用于执行根据权利要求1至10中的一项所述的用于校准磁力计(20)的方法的代码指令。