地磁传感器校准设备及其方法
【专利摘要】公开了一种地磁传感器校准设备及其方法。一种地磁传感器校准设备，包括：地磁传感器，测量地磁场中的至少一个值；初始值估计器，通过使用第一线性函数估计关于地磁场的所述至少一个值的第一中心点；中心点估计器，通过使用第二线性函数和估计的第一中心点估计第二中心点；控制器；基于估计的第一中心点确定地磁传感器的校准是否为必要的，并且基于校准是否为必要来控制中心点估计器估计第二中心点。
【专利说明】地磁传感器校准设备及其方法
[0001]本申请要求于2013年01月17日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0005503号韩国专利申请的优先权，其公开通过引用完整地包含于此。
【技术领域】
[0002]与示例性实施例一致的设备和方法涉及一种测量地磁场的幅度和方向的地磁传感器，更具体地讲，涉及一种校正地磁传感器的误差的地磁传感器校准设备和方法。
【背景技术】
[0003]随着电子技术的发展，已开发和提供了各种类型的电子装置，包括具有全球定位系统(GPS)功能和指南针功能的装置。为了执行这些功能，需要计算方位角的过程。陀螺仪传感器或地磁传感器广泛用于计算方位角。例如，陀螺仪传感器和地磁传感器被安装在诸如智能电话或平板个人电脑(PC)的电子装置上，并执行包括感测用户运动和估计装置的方向的各种服务或功能。
[0004]陀螺仪传感器通过计算科里奥利力(Coriolis force)来计算旋转角速度。当使用陀螺仪时，通过测量和积分加速度来计算速度，并且通过对所计算的速度进行二重积分来获得位移息。
[0005]地磁传感器利用通过使用其它装置的磁通门测量由地磁场诱发的电压值的方法来测量地磁场。地磁传感器可用两个轴或三个轴来实现。由于从地磁传感器的每个轴计算出的输出值根据周围的磁场的幅度而变化，可执行地磁传感器的输出值映射到预设的范围(例如，从-1到I)内的归一化。通过使用归一化因子来执行归一化，诸如比例值(scalevalue)或偏移值。为了计算归一化因子，在旋转几次地磁传感器的同时计算输出值，并且在输出值中检测最大值和最小值。通过使用归一化因子归一化的值用于校准方位角。
[0006]然而，由于影响磁性的周围的环境因素的影响，使归一化因子中的偏移值经常失真。图1是简化和表不在空间坐标系中的磁场崎变的图解。
[0007]对影响地磁传感器的磁场畸变存在软铁效应和硬铁效应。由软铁产生的效应改变传感器值的比例，并且由硬铁产生的效应影响传感器值的偏移。由于由软铁产生的效应通常是最小的，所以为校准地磁传感器的误差，讨论由硬铁产生的效应。
[0008]例如，当地磁传感器安装在移动电子装置(诸如移动电话)的内部时，在替换电池或关闭和打开LCD文件夹时偏移值会被改变。当湍流材料，诸如具有强磁性或钢结构的对象设置在地磁传感器周围时，偏移值也可以被改变。当通过使用失真的偏移值来执行归一化时，使归一化的值失真。因此，最后计算出的方位角包括误差。
[0009]图2是示出在X、Y和Z三维坐标上由硬铁产生的影响的示图。
[0010]韩国专利号10-0831373公开了通过使用偏移值、平均值和标准偏差值来校准的地磁传感器，从而对在地磁传感器的感测值中由硬铁的效应引起的误差作出解释。
[0011]根据KR10-0831373，三轴地磁传感器通过使用正交交叉的X、Y和Z轴的磁通门来计算与周围的磁场对应的输出值。通过将X轴的磁通门中的输出值、Y轴的磁通门中的输出值以及Z轴的磁通门中的输出值中的每个映射在预设范围内(例如，从-1到I)来将来自三轴地磁传感器的输出值归一化。在归一化中使用的偏移值和比例值被预先确定并被存储在内部存储器中。
[0012]三轴地磁传感器的输出值(X，Y, Z)和预设偏移值(XQP，Yop, Zqp)之间的距离(rp)可用以下数学公式来表示:
[0013]【公式I】
【权利要求】
1.一种地磁传感器校准设备，所述设备包括: 地磁传感器，测量地磁场的值； 初始值估计器，通过使用第一线性函数从测量的地磁场的值估计第一中心点； 中心点估计器，通过使用第二线性函数和估计的第一中心点估计第二中心点； 控制器；基于估计的第一中心点确定地磁传感器的校准是否为必要的，并且当确定校准为必要时，控制中心点估计器估计第二中心点。
2.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述地磁场的值用与空间坐标的X轴、Y轴和Z轴有关的坐标来表示。
3.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述第一线性函数使函数线性f=ri2-r2，其中
4.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述第二线性函数使最小化函数线性化士=；^-!.。， 其中，
5.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述第一线性函数使最小化函数线性化di=ri-r， 其中，
6.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述控制器通过使用以下数学公式校准中心点，
7.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述控制器计算与从地磁传感器输出的多个采样坐标之间的距离有关的平均值和标准偏差值以及估计的第一中心点，并根据计算的计算平均值和标准偏差值中的至少一个是否超过预设值来确定地磁传感器的校准是否为必要的。
8.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述地磁传感器包括: X轴、Y轴和Z轴的磁通门，相互正交地排列； 驱动信号发生器，向X轴、Y轴和Z轴的磁通门提供驱动信号； 信号处理器，当X轴、Y轴和Z轴的磁通门由驱动信号驱动并且输出与周围的磁场对应的电信号时，信号处理器将电信号转换成数字信号并输出数字信号； 地磁传感器控制器，通过使用偏移值和预设比例值执行归一化以将信号处理器的输出值映射到特定范围内，并输出归一化的三轴输出值。
9.根据权利要求1所述的地磁传感器校准设备，其中，所述控制器计算地磁传感器校准设备的俯仰角和横摇角，并通过使用所测量的地磁场的值、俯仰角和横摇角来计算方位角。
10.一种地磁传感器校准方法，所述方法包括: 测量地磁场的值； 通过使用第一线性函数从测量的地磁场的值估计第一中心点； 通过使用第二线性函数和估计的第一中心点来估计第二中心点。
11.根据权利要求10所述的地磁传感器校准方法，其中，所述地磁场的值用关于空间坐标的X轴、Y轴和Z轴来表示。
12.根据权利要求10所述的地磁传感器校准方法，其中，所述第一线性函数使函数线性化 其中
13.根据权利要求10所述的地磁传感器校准方法，其中，所述第二线性函数使最小化函数线性化 其中，
14.根据权利要求10所述的地磁传感器校准方法，其中，所述第一线性函数使最小化函数线性化:<_=5—F，
其中
15.根据权利要求10所述的地磁传感器校准方法，所述方法还包括: 通过使用以下数学公式校准中心点:
【文档编号】G01V13/00GK103941309SQ201410023883
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2013年1月17日
【发明者】崔恩硕, 俞浩濬, 崔相彦 申请人:三星电子株式会社