專利名稱：磁數(shù)據(jù)處理裝置、磁數(shù)據(jù)處理方法、以及磁數(shù)據(jù)處理程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁數(shù)據(jù)處理裝置、磁數(shù)據(jù)處理方法以及磁數(shù)據(jù)處理 程序，尤其涉及一種用于確定磁數(shù)據(jù)可靠性的技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，己經(jīng)將磁傳感器用來測量定位等。在利用磁傳感器來 測量磁性時，磁傳感器的輸出不僅包括諸如地球磁力(地磁)之類的 測量目標的分量，而且包括噪聲或偏移量分量。例如，在通過安裝在
諸如車輛之類的交通工具上的個人導航裝置(PND)中的磁傳感器來 測量地球磁力時，由交通工具或PND本身的磁化會產(chǎn)生偏移量分量， 或者磁傳感器的溫度特性會產(chǎn)生偏移量分量。偏移量分量隨著諸如車 輛磁化或者溫度之類的工作環(huán)境變化而變化。因此，可通過從磁傳感 器的輸出中減去根據(jù)磁傳感器的輸出導出的偏移量分量來校正磁傳 感器的輸出(例如，參見專利文獻l)。日本專利申請公開No. 2007-240270 但是，在通過安裝在交通工具中的PND中的磁傳感器來測量地 .球磁力的情況下，安裝在交通工具或PND中的電子電路所產(chǎn)生的磁場 會導致偏移量分量，或者當交通工具行進在一個諸如平面交叉之類的 強磁場源附近時交通工具所接收到的磁場會引起偏移量分量。于是， 很難執(zhí)行將噪聲分量完全消除的校正。因此，在使用此類磁傳感器的 系統(tǒng)中，從磁傳感器的輸出得到的數(shù)據(jù)中會包含誤差。然而，在磁傳 感器的輸出包含較大誤差時或者在某個磁數(shù)據(jù)元素中的誤差被另一 磁數(shù)據(jù)元素中的誤差放大時，系統(tǒng)的可靠性大受妨礙。因此，確定從 磁傳感器輸出的磁數(shù)據(jù)的可靠性是很重要的。

發(fā)明內(nèi)容
5本發(fā)明的目標是能夠使用已確保了其可靠性的磁數(shù)據(jù)。 用于實現(xiàn)上述目的的磁數(shù)據(jù)處理裝置包括磁數(shù)據(jù)輸入部分， 其順次接收從一個三維(3D)磁傳感器輸出的磁數(shù)據(jù)；存儲部分，其 將多個磁數(shù)據(jù)存儲為一個統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集；加速度數(shù)據(jù)輸入部分，其 接收從一個三維加速度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)；以及可靠性確定部 分，其導出可靠性指數(shù)，所述可靠性指數(shù)是兩個方向之間的角度差的 函數(shù)，這兩個方向分別是與表示了所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似 平面相垂直的直線方向以及由所述加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向。 在3D磁傳感器被安裝到諸如陸上或海上交通工具之類的基本上 在水平面上運動的運動物體的情況下，運動物體繞一個幾乎垂直的軸
旋轉(zhuǎn)，因此用來測量運動物體旋轉(zhuǎn)時的地磁的3D磁傳感器的輸出分 布在3D坐標系中的一個平面范圍上。因此，與一個表示統(tǒng)計總體數(shù) 據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向幾乎平行于垂直軸，其中該 統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集包括從3D磁傳感器輸出的多個磁數(shù)據(jù)。
另一方面，從安裝在靜止或勻速直線運動的運動物體上的加速 度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)表示重力加速度。因此，在運動物體在水 平面上旋轉(zhuǎn)而對應于離心力的加速度分量相對于重力加速度而言在 一個相當小的范圍內(nèi)的情況下，與一個表示統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的
近似平面相垂直的直線方向幾乎平行于由加速度數(shù)據(jù)表示的加速度 的方向，其中該統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集包括從3D磁傳感器輸出的多個磁數(shù)據(jù)。
另外，在磁數(shù)據(jù)包含很大誤差的情況下，重力加速度的方向與 表示統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集(該統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集包括從3D磁傳感器輸出的 多個磁數(shù)據(jù))分布的近似平面的垂線方向以及加速度數(shù)據(jù)所表示的加 速度方向之間的角度差很大。也就是說，重力加速度的方向與表示統(tǒng) 計總體數(shù)據(jù)集(該統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集包括從3D磁傳感器輸出的多個磁 數(shù)據(jù))分布的近似平面的垂線方向之間的角度差表示出了作為代表地 磁的數(shù)據(jù)的磁數(shù)據(jù)的可靠性。因此，在本發(fā)明中，可靠性指數(shù)，其作 為重力加速度的方向與表示統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集(該統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集包括 從3D磁傳感器輸出的多個磁數(shù)據(jù))分布的近似平面的垂線方向之間
6的角度差的一個函數(shù)，被導出為表示了磁數(shù)據(jù)可靠性的指數(shù)。這樣， 根據(jù)本發(fā)明就可以確定作為代表地磁的數(shù)據(jù)的磁數(shù)據(jù)的可靠性。
可以由加速度數(shù)據(jù)導出加速度的方向。例如，可以使用多個加 速度數(shù)據(jù)來導出指標向量，并且還可以使用作為加速度方向的所述指 標向量的方向來導出可靠性指數(shù)，該可靠性指數(shù)是與表示了所述統(tǒng)計 總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向和加速度方向間的 角度差的一個函數(shù)。通過對多個加速度數(shù)據(jù)加權(quán)并對多個加權(quán)后的加 速度數(shù)據(jù)求和來獲得指標向量。
通常，由于車輛之類的運動物體在運動時會向不同方向加速， 所以某一時刻的重力加速度與動態(tài)加速度間的差可能很大。如果使用 多個加速度數(shù)據(jù)，可以消除已通過求平均或平滑而從中減去了運動物 體的重力加速度分量的加速度變化，并且可以導出與重力加速度接近 的指標向量。使用這樣的指標向量來導出可靠性指數(shù)能夠增加磁數(shù)據(jù) 可靠性確定的精確度。
可靠性指數(shù)可以是由加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向與表示了 統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的近似平面的垂線方向之間的角度差的一個函數(shù)。例 如，可以將指標向量與一個特征向量的內(nèi)積的函數(shù)導出為該可靠性指 數(shù)，其中的特征向量與所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的方差協(xié)方差矩陣的最小 特征值相對應。
可以考慮使用根據(jù)本發(fā)明導出的可靠性指數(shù)的不同方法。例如， 可以在統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集中所包含的一個磁數(shù)據(jù)元素被用作表示物體 方向的數(shù)據(jù)時使用可靠性指數(shù)。更重要的是，根據(jù)已由可靠性指數(shù)確 保了其可靠性的統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集來導出磁數(shù)據(jù)的偏移量是非常實用
的。如上所述，磁數(shù)據(jù)的偏移量隨著諸如車輛磁場或溫度之類的工作 環(huán)境的變化而變化并被用于偏移量校正處理，在該處理中，從磁數(shù)據(jù) 中減去由這樣的偏移量因素所引起的偏移量分量。在這樣的偏移量中 包括一個較大誤差的情況下，所有經(jīng)偏移量校正后的磁數(shù)據(jù)都將包含 一個較大的誤差。因此，根據(jù)已經(jīng)確定了其可靠性可接受的統(tǒng)計總體 數(shù)據(jù)集來導出磁數(shù)據(jù)的偏移量是非常重要的。因此，優(yōu)選的是，磁數(shù) 據(jù)處理裝置進一步包括偏移量導出部分，其依據(jù)可靠性指數(shù)用所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集來導出磁數(shù)據(jù)的偏移量。在一種形式中，偏移量導出部 分只有在可靠性指數(shù)指示出數(shù)據(jù)集可接受時才用統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集導 出磁數(shù)據(jù)的偏移量，而在可靠性指數(shù)指示出統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集不可接受 時，偏移量導出部分不使用該統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集。在另一種形式中，偏 移量導出部分通過在使用所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的同時用所述可靠性 指數(shù)的一個值對所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集進行加權(quán)來導出磁數(shù)據(jù)的偏移
本發(fā)明的磁數(shù)據(jù)處理裝置可以配備或未配備3D磁傳感器和3D 加速度傳感器。
本發(fā)明還提供一種導航設備，包括磁數(shù)據(jù)輸入部分、根據(jù)所述 偏移量來校正所述磁數(shù)據(jù)的校正部分、以及根據(jù)校正后的磁數(shù)據(jù)來提 供關(guān)于方位的通知的方位通知部分。
本發(fā)明還提供一種磁數(shù)據(jù)處理方法，包括步驟順次接收從一 個3D磁傳感器輸出的磁數(shù)據(jù)；將多個磁數(shù)據(jù)存儲為一個統(tǒng)計總體數(shù) 據(jù)集；接收從一個3D加速度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)；以及導出可
靠性指數(shù)，所述可靠性指數(shù)是兩個方向之間的角度差的函數(shù)，這兩個 方向分別是與表示了所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直 的直線方向以及由所述加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向。
本發(fā)明還提供一種機器可讀介質(zhì)，其包含磁數(shù)據(jù)處理程序，該
程序使計算機執(zhí)行以下處理過程順次接收從一個3S磁傳感器輸出
的磁數(shù)據(jù)；將多個磁數(shù)據(jù)存儲為一個統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集；接收從一個 3D加速度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)；導出可靠性指數(shù)，所述可靠性 指數(shù)是兩個方向之間的角度差的函數(shù)，這兩個方向分別是與表示了所 述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向以及由所述 加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向。
除非存在技術(shù)問題，否則上述操作的順序并不限于所描述的順 序，可以同時執(zhí)行這些操作或者以相反的順序執(zhí)行這些操作，并且也 不必順序執(zhí)行這些操作。上述各個部分的功能可由以其自身結(jié)構(gòu)指定 其功能的硬件資源、以程序指定其功能的硬件資源、或以上兩種的組 合來實現(xiàn)。各個部分的功能并不限于由這些物理上獨立的硬件資源所實現(xiàn)的功能。本發(fā)明還提供了機器可讀的記錄介質(zhì)，該介質(zhì)包含磁數(shù) 據(jù)處理程序。當然，包含磁數(shù)據(jù)處理程序的記錄介質(zhì)可以是磁記錄介 質(zhì)或者磁光記錄介質(zhì)，也可能是將來開發(fā)出來的其它記錄介質(zhì)。


圖1是示出本發(fā)明一個實施例的矢量圖。 圖2是示出本發(fā)明實施例的框圖。 圖3是示出本發(fā)明實施例的框圖。 圖4是示出本發(fā)明實施例的流程圖。 圖5是示出本發(fā)明實施例的矢量圖。
具體實施例方式
將參考附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。
1. 由磁數(shù)據(jù)導出垂直軸的方向的原理
2. 硬件結(jié)構(gòu)
3. 軟件結(jié)構(gòu)
4. 磁數(shù)據(jù)處理流程
5. 其他實施例
1.由磁數(shù)據(jù)導出垂直軸的方向的原理
諸如汽車之類的路上或海上交通工具在一個基本水平的平面上 運動。當汽車轉(zhuǎn)彎時，安裝在汽車上的3D磁傳感器與汽車一起繞一 個幾乎垂直的軸旋轉(zhuǎn)。雖然在汽車行進在斜面上時由垂直軸導出了 3D磁傳感器的旋轉(zhuǎn)軸，但由偏離引起的可靠性指數(shù)中的誤差在本實 施例中可被忽略。
如果在汽車旋轉(zhuǎn)了 360度的同時在離散時間點從3D磁傳感器順 次輸出的多個磁數(shù)據(jù)被標記在固定到磁傳感器的坐標系中，則多個磁 數(shù)據(jù)分布在圖1打陰影的圓環(huán)形區(qū)域上。如上所述，由于汽車在幾乎 水平的平面上運動，因此汽車的旋轉(zhuǎn)軸的變化很小。因此，3D磁數(shù) 據(jù)的分布變薄并可近似為一個平面。固定至3D磁傳感器的坐標系中 的垂直軸幾乎與上述近似平面的垂線一致。因此，當汽車旋轉(zhuǎn)時，可
9以根據(jù)磁數(shù)據(jù)導出固定至磁傳感器的坐標系中的垂直軸的方向。在本 實施例中，可使用磁數(shù)據(jù)分布的特征值來導出與分布的近似平面相垂 直的直線方向。
2.硬件結(jié)構(gòu)
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的導航設備實施例的框圖。導航設備1 通過獲取3個正交(x，y，z)方向上的磁場大小來檢測地磁的方向， 并且將檢測到的地磁的方向通知給用戶。導航設備1是安裝在諸如汽 車之類的車輛中的PND。
磁數(shù)據(jù)處理裝置10包括磁傳感器2、加速度傳感器6和控制器 4?？刂破?從磁傳感器2接收磁數(shù)據(jù)，并且利用圖像信息或語音信 息來將根據(jù)經(jīng)偏移量校正的磁數(shù)據(jù)而確定的行進方向或希望的行進 路線告知給駕駛員。指示行進方向或希望的行進路線的圖像被顯示在 由控制器4所控制的顯示器7上。指示行進方向或希望的行進路線的 聲音被由控制器4所控制的揚聲器8輸出。
磁傳感器2是一個3D磁傳感器，其包括了對磁向量的x方向分 量、y方向分量和z方向分量進行檢測的x軸傳感器21、 y軸傳感器 22和z軸傳感器23。 x軸傳感器21、 y軸傳感器22和z軸傳感器23 均包括磁阻元件、霍爾元件等，并且它們均可能是任何類型的指向性 的1D磁傳感器。對x軸傳感器21、 y軸傳感器22和z軸傳感器23 進行固定以使得它們的靈敏度方向彼此正交。將x軸傳感器21、 y 軸傳感器22和z軸傳感器23的輸出以時分方式輸入到磁傳感器接口 20。磁傳感器接口 20對從x軸傳感器21、 y軸傳感器22和z軸傳感 器23接收到的信號進行放大，并隨后對放大后的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 通過總線5將從磁傳感器接口 20輸出的數(shù)字磁數(shù)據(jù)輸入至控制器4。
加速度傳感器6是一個3D加速度傳感器，其輸出指示了加速度 的加速度數(shù)據(jù)gi=(gix，giy，glz)(i=l，2，...)，上述加速度是方向平行 于重力的靜態(tài)加速度和加速度傳感器的運動所固有的動態(tài)加速度的 合成。加速度傳感器6的坐標軸與磁傳感器2的坐標軸一致。加速度 傳感器6可用諸如電容型、壓電型、應變型、或熱檢測型之類的各種 類型中的任何一種構(gòu)成。通過總線5將從加速度傳感器6輸出的數(shù)字加速度數(shù)據(jù)輸入到控制器4中。由于從靜止的加速度傳感器6輸出的
加速度數(shù)據(jù)的對應方向指示了垂直軸的方向，因此可將該加速度傳感
器6的輸出用作指示垂直軸方向的數(shù)據(jù)。
控制器4是一個計算機，其包括CPU 42、 ROM 43、 RAM 41以及 控制接口40。 CPU 42是負責對導航設備1進行整體控制的處理器。 控制器4經(jīng)由控制接口 40來將數(shù)據(jù)發(fā)送至諸如磁傳感器2和加速度 傳感器6之類的外圍裝置以及從外圍裝置接收數(shù)據(jù)。ROM 43是機器 可讀的非易失性存儲介質(zhì)，其存儲了 CPU 42所執(zhí)行的磁數(shù)據(jù)處理程 序以及用來實現(xiàn)導航設備的功能的各種程序。R認41是易失性存儲 介質(zhì)，其暫時地存儲了將被CPU 42處理的數(shù)據(jù)?？刂破?和磁傳感 器2可被構(gòu)建成單片的磁數(shù)據(jù)處理裝置，或者控制器4、磁傳感器2 和加速度傳感器6可被構(gòu)建成單片的磁數(shù)據(jù)處理裝置。
3.軟件結(jié)構(gòu)
圖3是說明了磁數(shù)據(jù)處理程序90的結(jié)構(gòu)的框圖。磁數(shù)據(jù)處理程 序90是用于將方位數(shù)據(jù)輸出至導航程序98的程序，其被存儲在ROM 43中。方位數(shù)據(jù)是表示了地磁(即地球磁場)的方向的向量數(shù)據(jù)。 磁數(shù)據(jù)處理程序90包括一組模塊，例如緩存管理模塊91、可靠性確 定模塊92、加速度輸入模塊93、偏移量導出模塊94、以及方位導出 模塊96。
緩存管理模塊91是一個程序模塊，其用于以指定的時間間隔來 順次接收從磁傳感器2順次輸出的磁數(shù)據(jù)，并用于將所接收到的磁數(shù) 據(jù)存儲在緩存器中以便用所接收到的磁數(shù)據(jù)來更新偏移量。因此，緩 存管理模塊91使得控制器4起到磁數(shù)據(jù)輸入部分以及存儲部分的作 用。存儲在作為緩存器的RAM 41中的磁數(shù)據(jù)集是統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集。
加速度輸入模塊93是一個程序模塊，其用于以指定的時間間隔 來順次接收從加速度傳感器6順次輸出的加速度數(shù)據(jù)。
可靠性確定模塊92是一個程序模塊，其用于導出可靠性指數(shù)， 該可靠性指數(shù)是與表示了存儲在緩存管理模塊91中的統(tǒng)計總體數(shù)據(jù) 集的分布的近似平面相垂直的直線方向與從加速度輸入模塊93接收 到的加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向間的角度差的一個函數(shù)，并且還
11用于將可靠性指數(shù)與閾值進行比較來確定統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的可靠性 是否可被接受。因此，可靠性確定模塊92使得控制器4起到可靠性
確定部分的作用。
偏移量導出模塊94是一個程序模塊，其用于根據(jù)已被可靠性確 定模塊92確定為其可靠性可接受的統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集來導出新的偏移 量，并且用于利用新的偏移量來對舊的偏移量進行更新。因此，偏移 量導出模塊94使得控制器4起到偏移量導出部分的作用。在利用新 的偏移量來對舊的偏移量進行更新時，該新的偏移量變成舊的偏移 量。因此，在文章中將舊的偏移量簡稱為"偏移量"不會引起誤解。 實際上，用于方位數(shù)據(jù)校正的偏移量被設置成一個變量，而新的偏移 量被導出為一個不同的變量，并且在導出新的偏移量時，這個不同的 變量被設置為用于方位數(shù)據(jù)校正的變量。
方位導出模塊96是一個程序模塊，其用于利用存儲在偏移量導 出模塊94中的偏移量來對由緩存管理模塊91順次接收的磁數(shù)據(jù)進行 校正，從而產(chǎn)生方位數(shù)據(jù)。因此，方位導出模塊96使得控制器4起 到校正部分的作用。具體地說，方位導出模塊96從磁數(shù)據(jù)(向量數(shù) 據(jù))的分量中減去偏移量分量，并且將已經(jīng)從中減去了偏移量的向量 數(shù)據(jù)輸出為方位數(shù)據(jù)。
導航程序98是一種公知的程序，用于根據(jù)當前位置、地圖信息
以及定位數(shù)據(jù)所代表的當前行進方位來將用于在預期交叉口處轉(zhuǎn)彎 的轉(zhuǎn)彎方向通知給駕駛員。因此，導航程序98使得控制器4起到方
位通知部分的功能。方位數(shù)據(jù)可僅僅被用來通過字符、箭頭或語音將 北、南、東和西行進方向通知給駕駛員，并且方位數(shù)據(jù)可還被用來對 顯示在顯示器7上的地圖執(zhí)行帶路處理。 4.磁數(shù)據(jù)處理流程
圖4是說明了用于導出偏移量的處理的流程圖。在發(fā)出偏移量 更新請求時，隨著CPU42對磁數(shù)據(jù)處理處理程序90執(zhí)行操作，圖4 所示的處理被執(zhí)行。可以以定期的時間間隔發(fā)出偏移量更新請求，或 者響應于來自駕駛員的直接指令來發(fā)出偏移量更新請求。
首先，在步驟SIOO，緩存管理模塊91接收磁數(shù)據(jù)，并且將其存
12儲在緩存器中。當汽車的行進方向發(fā)生少許改變時，如果緩存管理模
塊91在較短的時間間隔內(nèi)從磁傳感器2順次接收磁數(shù)據(jù)，那么連續(xù)
接收到的磁數(shù)據(jù)之間的距離較小。將彼此相距較近的多個磁數(shù)據(jù)存儲 在容量有限的緩存器中會浪費存儲器資源，并且會造成不必要的緩存 器更新處理。并且，如果根據(jù)相互之間相距較近的磁數(shù)據(jù)集來導出新 的偏移量，可能會根據(jù)具有偏態(tài)分布的統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集而導出精確度 較低的新的偏移量。因此，可以按照以下方式確定是否需要更新緩存 器。例如，如果最新近存儲在緩存器中的磁數(shù)據(jù)和最后收到的磁數(shù)據(jù) 之間的距離小于一個閾值，則確定沒有必要更新緩存器，并且拋棄最 后接收到的磁數(shù)據(jù)而不將其存儲在緩存器中。
隨后，在步驟S110，緩存管理模塊91確定是否己經(jīng)在緩存器中 存儲了導出新的偏移量所要求的預定數(shù)量的磁數(shù)據(jù)。也就是說，統(tǒng)計 總體數(shù)據(jù)集的元素個數(shù)是預定的。對步驟S100和步驟S110的處理進 行重復，直到在緩存器中存儲了預定數(shù)目的磁數(shù)據(jù)。
當在緩存器中存儲了預定數(shù)目的磁數(shù)據(jù)時，可靠性確定模塊92 確定統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的可靠性是否可接受(步驟S120)。具體地說， 可靠性確定模塊92根據(jù)統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集和加速度數(shù)據(jù)來導出可靠性 指數(shù)，并且根據(jù)可靠性指數(shù)和預定閾值P來確定統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的可 靠性是否可接受。
在步驟S120，首先，可靠性確定模塊92導出與表示了統(tǒng)計總體
數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線平行的向量，其中每個磁數(shù)據(jù) 均由下面的等式(1)來表示。
(i = l，2，...) (1) 由等式(1)所表示的統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布可以使用在等式 (2)、等式(3)和等式(4)中使用向量總和所定義的對稱矩陣A 的特征值作為指標來表示，其中所述向量的每一個都以統(tǒng)計總體數(shù)據(jù) 集的中心開始、到相應的磁數(shù)據(jù)結(jié)束。 ^ = H (2) 其中<formula>formula see original document page 14</formula>由于矩陣A可寫成等式(5)，所以矩陣A是N倍的方差-協(xié)方 差矩陣。
4"X"f (5)
矩陣A的特征值是依次減小的入，、人2和人;;。使L、 12和l:,為 對應于入h入2和人:,的特征向量，它們已被歸一化為1并且彼此正 交。隨后，對應于最小特征值"的特征向量L的方向平行于與圖1 所示包含了統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的圓環(huán)形分布的大部分的平面(即，表示 了統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面)相垂直的直線。因此，在步驟
S120，可靠性確定模塊92導出特征向量l:i。
隨后，可靠性確定模塊92導出特征向量13的方向與由加速度數(shù) 據(jù)所表示的加速度的方向間的角度差來作為可靠性指數(shù)。這里，為了 增加磁數(shù)據(jù)可靠性確定的精確度，可靠性確定模塊92使用多個加速 度數(shù)據(jù)來導出與重力加速度對應的指標向量G，并將所導出的指標向 量G的方向與特征向量l:,的方向間的角度差的函數(shù)導出為可靠性指 數(shù)，而不是直接使用作為3D向量數(shù)據(jù)的加速度數(shù)據(jù)的方向來導出可 靠性指數(shù)。
指標向量G是具有與加速度數(shù)據(jù)g,.-(^,g,"^) ( — 1，2，...)的 分量&、 ^和g。對應的x、 y和z分量的向量，其中，已通過將該加 速度數(shù)據(jù)通過無限脈沖響應(IIR)濾波器或有限脈沖響應(FIR)濾波 器來將該加速度數(shù)據(jù)g,平坦化。在IIR濾波器中，多個順次輸入的加 速度數(shù)據(jù)被加權(quán)并求和，并且多個加權(quán)后的和再被加權(quán)并求和，并將 所得結(jié)果值反饋。在FIR濾波器中，多個順次輸入的加速度數(shù)據(jù)被加 權(quán)并求和。如果安裝了導航設備1的運動物體是汽車，則IIR濾波器
14和FIR濾波器的截止頻率可能非常小。
特征向量L,與指標向量G的內(nèi)積是特征向量l:,的方向與加速度 數(shù)據(jù)所表示的加速度方向間的角度差的一個函數(shù)。因此，可靠性確定 模塊92導出由下面等式(6)所表示的可靠性指數(shù)S，并且將可靠性 指數(shù)S與預定閾值p進行比較，并在可靠性指數(shù)S等于或大于閾值p 時確定統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的可靠性是可接受的。
S = |/37'g| (6)
當可靠性確定模塊92已確定統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的可靠性可接受 時，偏移量導出模塊94根據(jù)統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集導出一個新的偏移量(步 驟S130)
發(fā)明人己經(jīng)提出了一種用于根據(jù)包括了從磁傳感器2順次接收 的多個磁數(shù)據(jù)的統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集來導出磁數(shù)據(jù)的偏移量的方法(參見 日本專利申請公開 No.2007-240270 、 No.2007-205944 、 No. 2007-139715、及No. 2007-107921)。用于從統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集(其 可靠性被確定為可接受)導出偏移量的方法可以是也可以不是統(tǒng)計方 法。以下是統(tǒng)計方法的示例。
當統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集包括不在一條線上的3個磁數(shù)據(jù)時，可以在 不采用統(tǒng)計方法的情況下唯一地指定出統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集所分布的球。 通過求解聯(lián)立方程(7)獲得球心的位置向量c=(cx，cy，cz)。雖然針 對3個變量的等式約束的個數(shù)為4，但是方程(7)必然有解，這是 因為4個等式約束之一是多余的。
-《廣1—r
、r一i
-？ -7) f」c =2< 2《2當統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的元素個數(shù)等于4或者更大，可根據(jù)下面的 等式(9)來定義j。<formula>formula see original document page 16</formula>(9)
此處，如果針對"c"的聯(lián)立線性方程(10)有解，那么該解就 是統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集所分布的球的球心。
<formula>formula see original document page 16</formula> (10)
但是，在考慮磁傳感器2的測量誤差時，方程(10)可能實際 上并沒有解。因此，我們引入下面的等式(11)所定義的向量"e"，
以便利用統(tǒng)計方法獲取靈活的解法。<formula>formula see original document page 16</formula> (11)
使得|網(wǎng)22 (即eTe)最小的"c"的值很可能是統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集分 布最接近的球的球心。當矩陣A為正則矩陣時，獲取使得||42最小的 "c"的值的問題就變成了使得下面的等式(12)的目標函數(shù)變得最 小的優(yōu)化問題。
<formula>formula see original document page 16</formula> (12)
也就是說，使得等式(12)的目標函數(shù)f (c)變得最小的"c" 的值被推導為新的偏移量。當XTX如在本實施例中所假設的那樣為正 則矩陣時，使得目標函數(shù)f (c)變得最小的"c"的值可寫成下面的 等式(13)。
<formula>formula see original document page 16</formula> (13)
當完成了步驟S130的處理時，處理程序返回到步驟S100的處 理以重復上述處理。當確定統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的可靠性不可接受時，統(tǒng) 計總體數(shù)據(jù)集被丟棄而不導出新的偏移量。方位導出模塊96根據(jù)需 要使用通過上面的處理程序所導出的新的偏移量來校正磁數(shù)據(jù)以導 出方位數(shù)據(jù)，并且將該方位數(shù)據(jù)輸出到導航程序98。
5.其它實施例
雖然上述實施例中在磁數(shù)據(jù)的可靠性低或者不可接受時，也就 是當可靠性指數(shù)S小時，不用磁數(shù)據(jù)來導出偏移量，但是即使磁數(shù)據(jù) 的可靠性低，也可以用磁數(shù)據(jù)來導出偏移量。例如，不考慮可靠性指數(shù)S的大小，根據(jù)統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集導出的臨時偏移量C,可依照可靠 性指數(shù)S來加權(quán)，并且臨時偏移量C'與舊的偏移量C。的加權(quán)平均可 被導出作為新的偏移量C。具體來說，例如，當根據(jù)下面的等式(14) 導出新的偏移量C時，如圖5所示，新的偏移量C是在臨時偏移量 d與舊的偏移量c。中間的點。
c:Sd+(1-S)c(, (14)
當與表示了所述總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方 向和由加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向間的角度差較大時，也就是當 統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的可靠性較低時，新的偏移量接近舊的偏移量，從而 使得偏移量不會根據(jù)可靠性較低的統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集而發(fā)生顯著變化。 當與表示了所述總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向和
由加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向間的角度差較小時，也就是當統(tǒng)計 總體數(shù)據(jù)集的可靠性較高時，新的偏移量接近臨時偏移量，從而使得
偏移量根據(jù)可靠性較高的統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集而精確更新。
本發(fā)明的范圍并不限于上述實施例，可以在不脫離本發(fā)明范圍 的情況下做出各種修改。例如，雖然通過便攜式導航裝置(PND)來 示例說明了應用了本發(fā)明的導航設備，但是本發(fā)明可以應用至固定導 航裝置以及步行導航裝置。
1權(quán)利要求
1. 一種磁數(shù)據(jù)處理裝置，包括磁數(shù)據(jù)輸入部分，其順次接收從一個三維(3D)磁傳感器輸出的磁數(shù)據(jù)；存儲部分，其將多個磁數(shù)據(jù)存儲為一個統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集；加速度數(shù)據(jù)輸入部分，其接收從一個三維加速度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)；以及可靠性確定部分，其導出可靠性指數(shù)，所述可靠性指數(shù)是兩個方向之間的角度差的函數(shù)，這兩個方向分別是與表示了所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向以及由所述加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述可靠性確 定部分使用多個加速度數(shù)據(jù)來導出指標向量，并且還導出作為兩個方 向之間的角度差的函數(shù)的可靠性指數(shù)，所述的兩個方向分別是與表示 了所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向以及表 示了加速度方向的所述指標向量的方向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述可靠性確 定部分通過對多個加速度數(shù)據(jù)加權(quán)并對加權(quán)后的加速度數(shù)據(jù)求和來 導出所述指標向量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述可靠性確 定部分導出所述指標向量與一個特征向量的內(nèi)積的函數(shù)來作為所述 可靠性指數(shù)，其中的特征向量與所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的方差協(xié)方差矩 陣的最小特征值相對應，所述最小特征值的特征向量指示出與表示了 所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，還包括偏移量導出部分，其依據(jù)所述可靠性指數(shù)用所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集來導出磁數(shù)據(jù)的 偏移量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏移量導 出部分只有在所述可靠性指數(shù)指示出所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集可接受時 才用所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集導出磁數(shù)據(jù)的偏移量，而在所述可靠性指數(shù) 指示出所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集不可接受時，所述偏移量導出部分不使用 所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，其中所述偏移量導 出部分通過在使用所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的同時用所述可靠性指數(shù)的 一個值對所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集進行加權(quán)來導出磁數(shù)據(jù)的偏移量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁數(shù)據(jù)處理裝置，還包括三維磁傳 感器，其輸出磁數(shù)據(jù)；以及三維加速度傳感器，其輸出加速度數(shù)據(jù)。
9. 一種導航設備，包括磁數(shù)據(jù)輸入部分，其順次接收從一個三維磁傳感器輸出的磁數(shù)據(jù)；存儲部分，其將多個磁數(shù)據(jù)存儲為一個統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集；加速度數(shù)據(jù)輸入部分，其接收從一個三維加速度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)；可靠性確定部分，其導出可靠性指數(shù)，所述可靠性指數(shù)是兩個方向之間的角度差的函數(shù)，這兩個方向分別是與表示了所述統(tǒng)計總體 數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向以及由所述加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向；偏移量導出部分，其依據(jù)所述可靠性指數(shù)用所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集來導出磁數(shù)據(jù)的偏移量；校正部分，其根據(jù)所述偏移量來校正所述磁數(shù)據(jù)；以及 方位通知部分，其根據(jù)校正后的磁數(shù)據(jù)來提供關(guān)于方位的通知。
10.—種磁數(shù)據(jù)處理方法，包括步驟 順次接收從一個三維磁傳感器輸出的磁數(shù)據(jù)； 將多個磁數(shù)據(jù)存儲為 一 個統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集； 接收從一個三維加速度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)； 導出可靠性指數(shù)，所述可靠性指數(shù)是兩個方向之間的角度差的 函數(shù)，這兩個方向分別是與表示了所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似 平面相垂直的直線方向以及由所述加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向。
11. 一種機器可讀介質(zhì)，其包含磁數(shù)據(jù)處理程序，該程序使計 算機執(zhí)行以下處理過程順次接收從一個三維磁傳感器輸出的磁數(shù)據(jù)； 將多個磁數(shù)據(jù)存儲為一個統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集；接收從一個三維加速度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)；導出可靠性指數(shù)，所述可靠性指數(shù)是兩個方向之間的角度差的 函數(shù)，這兩個方向分別是與表示了所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似 平面相垂直的直線方向以及由所述加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁數(shù)據(jù)處理裝置、磁數(shù)據(jù)處理方法、以及磁數(shù)據(jù)處理程序。在該磁數(shù)據(jù)處理裝置中，磁數(shù)據(jù)輸入部分順次接收從一個三維(3D)磁傳感器輸出的磁數(shù)據(jù)。存儲部分將多個磁數(shù)據(jù)存儲為一個統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集。加速度數(shù)據(jù)輸入部分接收從一個三維加速度傳感器輸出的加速度數(shù)據(jù)?？煽啃源_定部分導出可靠性指數(shù)，所述可靠性指數(shù)是兩個方向之間的角度差的函數(shù)，這兩個方向分別是與表示了所述統(tǒng)計總體數(shù)據(jù)集的分布的近似平面相垂直的直線方向以及由所述加速度數(shù)據(jù)所表示的加速度方向。
文檔編號G01R33/02GK101470177SQ20081018922
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者半田伊吹 申請人:雅馬哈株式會社