一种电子罗盘的校准方法

技术领域

本发明涉及电子罗盘校准技术领域，尤其涉及一种电子罗盘的校准方法。

背景技术

在现有技术中，当电子罗盘的使用环境改变后，会导致磁传感器的轴间不一致，进而导致电子罗盘指向不准确，因此，需要对电子罗盘进行校准。通常的方法是对零偏、非正交误差和灵敏度误差等进行建模，用椭球拟合方法确定相应的参数并进行参数求解。现有校准操作需要手动采集电子罗盘12个不同姿态下磁场及加速度计的数据，每摆放好一个姿态之后对罗盘下达一次采集数据的指令，依次采集完所需的磁场及加速度计数据后，求解校准参数。操作人员需对校准过程中罗盘不同的姿态准确掌握，否则罗盘校准失败，操作复杂且耗费大量时间。

发明内容

本发明通过提供一种电子罗盘的校准方法，解决了现有技术中电子罗盘校准操作复杂、操作人员难以掌握、花费时间多的技术问题。

本发明提供了一种电子罗盘的校准方法，包括：

将待校准的电子罗盘置于水平状态，保持所述待校准的电子罗盘俯仰角0°、横滚角0°，将所述待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，所述待校准的电子罗盘采集水平状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；

将所述待校准的电子罗盘置于俯仰角20°～60°的状态，将所述待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，所述待校准的电子罗盘采集正俯仰状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；

将所述待校准的电子罗盘置于俯仰角-60°～-20°的状态，将所述待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，所述待校准的电子罗盘采集负俯仰状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；

采用最小二乘法求解

具体来说，所述将所述待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，包括：

将所述待校准的电子罗盘设置在具有水平旋转及俯仰调节功能的三脚架上，匀速旋转方位角一圈。

具体来说，所述待校准的电子罗盘采集三轴磁场数据和三轴加速度数据，包括：

所述待校准的电子罗盘采集预设两个相邻角度的三轴磁场数据和三轴加速度数据；

根据所述预设两个相邻角度的三轴磁场数据和三轴加速度数据计算出所述预设两个相邻角度的航向角度；

根据所述预设两个相邻角度的航向角度计算出航向角度变化量；

若所述航向角度变化量在预设范围之内，继续采集当前状态下后续预设角度的三轴磁场数据和三轴加速度数据。

具体来说，所述待校准的电子罗盘在水平状态下、正俯仰状态下和负俯仰状态下的所述航向角度变化量的预设范围不同。

具体来说，所述三脚架为金钟公司PH-285型三脚架。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

将待校准的电子罗盘置于水平状态，将待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，待校准的电子罗盘采集水平状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；将待校准的电子罗盘置于俯仰角20°～60°的状态，将待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，待校准的电子罗盘采集正俯仰状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；将待校准的电子罗盘置于俯仰角-60°～-20°的状态，将待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，待校准的电子罗盘采集负俯仰状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；采用最小二乘法求解

附图说明

图1为本发明实施例提供的电子罗盘的校准方法的原理流程图；

图2为本发明实施例中电子罗盘在水平状态下的旋转示意图；

图3为本发明实施例中电子罗盘在正俯仰状态下的旋转示意图；

图4为本发明实施例中电子罗盘在负俯仰状态下的旋转示意图；

图5为本发明实施例提供的电子罗盘的校准方法的具体实施流程图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种电子罗盘的校准方法，解决了现有技术中电子罗盘校准操作复杂、操作人员难以掌握、花费时间多的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参见图1，本发明实施例提供的电子罗盘的校准方法，包括：

步骤S110：将待校准的电子罗盘置于水平状态，保持待校准的电子罗盘俯仰角0°、横滚角0°，将待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，待校准的电子罗盘采集水平状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；

步骤S120：将待校准的电子罗盘置于俯仰角20°～60°的状态，将待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，待校准的电子罗盘采集正俯仰状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；

步骤S130：将待校准的电子罗盘置于俯仰角-60°～-20°的状态，将待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，待校准的电子罗盘采集负俯仰状态下的三轴磁场数据和三轴加速度数据；

具体地，将待校准的电子罗盘旋转方位角一圈，包括：

将待校准的电子罗盘设置在具有水平旋转及俯仰调节功能的三脚架上，匀速旋转方位角一圈，如图2、图3和图4所示。

在本实施例中，三脚架为金钟公司PH-285型三脚架。

待校准的电子罗盘采集三轴磁场数据和三轴加速度数据，包括：

待校准的电子罗盘采集预设两个相邻角度的三轴磁场数据和三轴加速度数据；

根据预设两个相邻角度的三轴磁场数据和三轴加速度数据计算出预设两个相邻角度的航向角度；

根据预设两个相邻角度的航向角度计算出航向角度变化量；

若航向角度变化量在预设范围之内，继续采集当前状态下后续预设角度的三轴磁场数据和三轴加速度数据。

具体地，待校准的电子罗盘在水平状态下、正俯仰状态下和负俯仰状态下均采集8组三轴磁场数据和三轴加速度数据。

步骤S140：采用最小二乘法求解

下面对本发明实施例进行进一步具体说明：

参见图5，当电子罗盘接收到磁场空间自动校准指令后便进入校准状态，采样点n置为0值。

1)水平状态采样流程

首先，软件判断电子罗盘当前是否处于水平状态(俯仰角处于±10°区间，电子罗盘均认定为水平状态)，若符合水平判定条件，采样点n值置为1，电子罗盘则自动开始采集第一个采样点三轴磁场数据(MXn、MYn、MZn)与三轴加速度计数据(AXn、AYn、AZn)，同时计算出当前采样点航向角度值Fn。装有电子罗盘的设备随三脚架水平转轴旋转时，软件实时判断罗盘是否处于水平条件以及航向角度变化值。当罗盘处于水平状态，且实时航向角度值Fc相较于Fn变化量达到18°，则判断符合采集第二个采样点，此时采样点数n值加1，即n＝2，采集当前三轴磁场数据与三轴加速计数据，同时计算并更新当前采样点航向角Fn。以此类推，

航向角每间隔18°采集一次三轴磁场及加速度数据，直至采集完水平面8组数据。此时，水平状态下数据采集完成。

2)正俯仰状态采样流程

调节罗盘俯仰角至+45°(俯仰角处于+20°至+60°区间均满足正俯仰状态采样要求，+45°为典型值)，待电子罗盘状态稳定后，采集第9个采样点(n＝9)数据，并计算出当前采样点航向角度Fn。装有电子罗盘的设备随三脚架水平转轴旋转时，电子罗盘处于正俯仰状态，且实时航向角度值Fc相较于Fn变化量达到30°，则判断符合采样条件，此时采样点数n值加1，即n＝10，采集当前三轴磁场数据与三轴加速计数据，同时计算并更新当前采样点航向角Fn。以此类推，航向角每间隔30°采集一次三轴磁场及加速度数据，直至采集完俯仰状态8组数据。此时，采样点数n＝16，俯仰状态下数据采集完成。

3)负俯仰状态采样流程

调节罗盘俯仰角至-45°(俯仰角处于-60°至-20°区间均满足正俯仰状态采样要求，-45°为典型值)，待电子罗盘状态稳定后，采集第33个采样点(n＝17)数据，并计算出当前采样点航向角度Fn。装有电子罗盘的设备随三脚架水平转轴旋转时，电子罗盘处于负俯仰状态，且实时航向角度值Fc相较于Fn变化量达到36°，则判断符合采样条件，此时采样点数n值加1，即n＝18，采集当前三轴磁场数据与三轴加速计数据，同时计算并更新当前采样点航向角Fn。以此类推，航向角每间隔36°采集一次三轴磁场及加速度数据，直至采集完负俯仰状态8组数据。此时，采样点数n＝24，俯仰状态下数据采集完成。

4)校准参数计算

采用最小二乘法求解

这里需要说明的是，在进行电子罗盘的水平面校准中，所采集的点位置，并不要求俯仰角和横滚角接近绝对水平，只需满足基本处于水平状态，偏差在±10°均可接受。在转动过程中，所转动的面并不要求绝对水平，可在倾斜面内转动，该倾斜度在±10°以内都可接受。在进行电子罗盘的正俯仰校准中，所采集的点位置，也不要求俯仰角和横滚角绝对接近30°或者45°，只需满足处于该范围内，偏差在±20°均可接受。在转动过程中，所转动的面也不要求绝对水平，可在倾斜面内转动，该倾斜度在±10°以内都可接受。在进行电子罗盘的负俯仰校准中，所采集的点位置，不要求俯仰角和横滚角绝对接近-30°或者-45°，只需满足处于该范围内，偏差在±20°均可接受。在转动过程中，所转动的面不要求绝对水平，可在倾斜面内转动，该倾斜度在±10°以内都可接受。在每一圈的校准过程中，转动也并不要求完全匀速，转动一圈的时间在10秒～100秒均可接受，允许有突然加速的情况，该情况可由校准算法给予修正。关于三轴磁场数据和三轴加速度数据的采集，不需要严格按照从水平面→正俯仰面→负俯仰面的顺序操作，采样面没有先后顺序，正俯仰面→水平面→负俯仰面等其他的采样顺序也是可以接受的。

本发明实施例提供的磁场空间自动校准方法同样可对用户设备上存在的磁干扰进行有效修正，校准完成后，可保证各种大倾斜角下电子罗盘方位角的测量精度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明实施例未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。