电子罗盘校正方法、装置和设备.pdf

本发明提供了一种电子罗盘校正方法、装置及设备。所述方法包括：运算设置于底盘装置中几何体框架上的面相对于底盘装置的底板的相对倾角；通过置于底板中的加速度计采集得到加速度信息；获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角；处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到所述电子罗盘的航向角。采用本发明能提高电子罗盘精度。

权利要求书
1.   一种电子罗盘校正方法，包括如下步骤：
运算设置于底盘装置中几何体框架上的面相对于底盘装置的底板的相对倾角；
通过置于底板中的加速度计采集得到加速度信息；
获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角；
处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到所述电子罗盘的航向角。

2.   根据权利要求1所述的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角的步骤包括：
根据所述加速度信息和所述相对倾角计算得到所述相对倾角所在的面对应的绝对倾角；
获取存储的校正参数；
获取设置于所述几何体框架的面上的传感器所采集得到的磁力数据，根据所述校正参数对所述磁力数据进行校正，并通过所述校正后的磁力数据和绝对倾角计算得到所述相对倾角所在的面对应的航向角。

3.   根据权利要求1所述的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到所述电子罗盘的航向角的步骤包括：
从所述计算得到的航向角中，按照从小到大的顺序提取预设数量的航向角读数，对所述提取的航向角读数取平均值，并将所述平均值设置为所述电子罗盘的航向角。

4.   根据权利要求1所述的电子罗盘校正方法，其特征在于，所述获取存储的校正参数的步骤之前还包括：
对所述电子罗盘进行三维球面旋转；
通过设置于所述几何体框架的面上的传感器采集所述电子罗盘进行三维球面旋转产生的磁力数据；
对所述采集得到的磁力数据通过椭球法处理得到校正参数，并存储所述校正参数。

5.   一种电子罗盘校正装置，其特征在于，包括：
相对倾角运算模块，用于运算设置于底盘装置中几何体框架上的面相对于底盘装置的底板的相对倾角；
加速度计，设置于底板中，用于采集加速度信息；
第一处理模块，用于获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角；
第二处理模块，用于处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到所述电子罗盘的航向角。

6.   根据权利要求5所述的电子罗盘校正装置，其特征在于，所述第一处理模块包括：
绝对倾角计算单元，用于根据所述加速度信息和所述相对倾角计算得到所述相对倾角所在的面对应的绝对倾角；
参数获取单元，用于获取存储的校正参数；
航向角计算单元，用于获取设置于所述几何体框架的面上的传感器所采集得到的磁力数据，根据所述校正参数对所述磁力数据进行校正，并通过所述校正后的磁力数据和绝对倾角计算得到所述相对倾角所在的面对应的航向角。

7.   根据权利要求5所述的电子罗盘校正装置，其特征在于，所述第二处理模块还用于从所述计算得到的航向角中，按照从小到大的顺序提取预设数量的航向角读数，对所述提取的航向角读数取平均值，并将所述平均值设置为所述电子罗盘的航向角。

8.   根据权利要求5所述的电子罗盘校正装置，其特征在于，所述装置还包括：
旋转模块，用于对所述电子罗盘进行三维球面旋转；
传感器，设置于所述几何体框架的面上，用于采集所述电子罗盘进行三维球面旋转产生的磁力数据；
椭球法处理模块，用于对所述采集得到的磁力数据通过椭球法处理得到校正参数，并存储所述校正参数。

9.   一种电子罗盘校正设备，其特征在于，包括底盘装置、加速度计和控制模块；
所述底盘装置包括底板和安装于底板上的几何体框架；
所述控制模块用于运算所述几何体框架上的面相对于底板的相对倾角；
所述加速度计设置于所述底板中，用于采集加速度信息；
所述控制模块还用于获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角，处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到电子罗盘的航向角。

10.   根据权利要求9所述的电子罗盘校正设备，其特征在于，所述设备还包括多个传感器，所述传感器分别安装于几何体框架的面上，用于采集所述电子罗盘进行三维球面旋转产生的磁力数据；
所述控制模块还用于对所述采集得到的磁力数据通过椭球法处理得到校正参数，并存储所述校正参数。

说明书电子罗盘校正方法、装置和设备
技术领域
本发明涉及导航技术，特别是涉及一种电子罗盘校正方法、装置和设备。
背景技术
随着导航技术的广泛应用，电子罗盘由于具备体积小等优点而被广泛应用于车辆导航等各种领域中。随着电子罗盘所在终端的移动，电子罗盘的使用环境将各有差别，受到的干扰也在不断地变化。
传统的电子罗盘校正是通过对电子罗盘进行一个三维旋转或者三个二维旋转实现的。在电子罗盘的旋转过程中，将记录地球磁场分量，即xH、yH、和zH，这些地球磁场分量将会形成一个偏离原点的椭球面，根据记录的地球磁场分量即可拟合得到这一椭球面的参数，并将拟合得到的参数与基准的单位球面进行对照，以校正记录的地球磁场分量，进而根据校正的地球磁场分量得到电子罗盘的航向角。
这一传统的电子罗盘校正在各种干扰环境中不得不实时对电子罗盘进行旋转无法适用于电子罗盘的实时校正，从而大大影响了电子罗盘的精度。
发明内容
基于此，有必要针对电子罗盘无法实时校正，精度不高的问题，提供一种能提高电子罗盘精度的电子罗盘校正方法。
此外，还有必要提供一种能提高电子罗盘精度的电子罗盘校正装置。
另外，还有必要提供一种能提高电子罗盘精度的电子罗盘校正设备。
一种电子罗盘校正方法，包括如下步骤：
运算设置于底盘装置中几何体框架上的面相对于底盘装置的底板的相对倾角；
通过置于底板中的加速度计采集得到加速度信息；
获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角；
处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到所述电子罗盘的航向角。
在其中一个实施例中，所述获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角的步骤包括：
根据所述加速度信息和所述相对倾角计算得到所述相对倾角所在的面对应的绝对倾角；
获取存储的校正参数；
获取设置于所述几何体框架的面上的传感器所采集得到的磁力数据，根据所述校正参数对所述磁力数据进行校正，并通过所述校正后的磁力数据和绝对倾角计算得到所述相对倾角所在的面对应的航向角。
在其中一个实施例中，所述处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到所述电子罗盘的航向角的步骤包括：
从所述计算得到的航向角中，按照从小到大的顺序提取预设数量的航向角读数，对所述提取的航向角读数取平均值，并将所述平均值设置为所述电子罗盘的航向角。
在其中一个实施例中，所述获取存储的校正参数的步骤之前还包括：
对所述电子罗盘进行三维球面旋转；
通过设置于所述几何体框架的面上的传感器采集所述电子罗盘进行三维球面旋转产生的磁力数据；
对所述采集得到的磁力数据通过椭球法处理得到校正参数，并存储所述校正参数。
一种电子罗盘校正装置，包括：
相对倾角运算模块，用于运算设置于底盘装置中几何体框架上的面相对于底盘装置的底板的相对倾角；
加速度计，设置于底板中，用于采集加速度信息；
第一处理模块，用于获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角；
第二处理模块，用于处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到所述电子罗盘的航向角。
在其中一个实施例中，所述第一处理模块包括：
绝对倾角计算单元，用于根据所述加速度信息和所述相对倾角计算得到所述相对倾角所在的面对应的绝对倾角；
参数获取单元，用于获取存储的校正参数；
航向角计算单元，用于获取设置于所述几何体框架的面上的传感器所采集得到的磁力数据，根据所述校正参数对所述磁力数据进行校正，并通过所述校正后的磁力数据和绝对倾角计算得到所述相对倾角所在的面对应的航向角。
在其中一个实施例中，所述第二处理模块还用于从所述计算得到的航向角中，按照从小到大的顺序提取预设数量的航向角读数，对所述提取的航向角读数取平均值，并将所述平均值设置为所述电子罗盘的航向角。
在其中一个实施例中，所述装置还包括：
旋转模块，用于对所述电子罗盘进行三维球面旋转；
传感器，设置于所述几何体框架的面上，用于采集所述电子罗盘进行三维球面旋转产生的磁力数据；
椭球法处理模块，用于对所述采集得到的磁力数据通过椭球法处理得到校正参数，并存储所述校正参数。
一种电子罗盘校正设备，包括底盘装置、加速度计和控制模块；
所述底盘装置包括底板和安装于底板上的几何体框架；
所述控制模块用于运算所述几何体框架上的面相对于底板的相对倾角；
所述加速度计设置于所述底板中，用于采集加速度信息；
所述控制模块还用于获取存储的校正参数，分别根据所述相对倾角、加速度信息以及校正参数得到所述相对倾角所在的面对应的航向角，处理所述计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到电子罗盘的航向角。
在其中一个实施例中，所述设备还包括多个传感器，所述传感器分别安装于几何体框架的面上，用于采集所述电子罗盘进行三维球面旋转产生的磁力数据；
所述控制模块还用于对所述采集得到的磁力数据通过椭球法处理得到校正参数，并存储所述校正参数。
上述电子罗盘校正方法、装置和设备，运算设置于底盘装置中几何体框架上的面相对于底盘装置的底板的相对倾角，通过设置于底板上的加速度计采集得到当前的加速度信息，进而获取存储的校正参数，以应用校正参数、加速度信息和相对倾角进行运算得到相对倾角所在的面对应的航向角，进而由运算得到的多个航向角确定电子罗盘的航向角，由于使用的是预先存储的校正参数，因此，在每一次校正过程中不需要对旋转电子罗盘，进而实现了电子罗盘的实时校正，避免了旋转电子罗盘所带来的不便和低效，将有效对抗外界干扰，提高电子罗盘的精度。
附图说明
图1为一个实施例中电子罗盘校正方法的流程图；
图2为一个实施例中底盘装置的结构示意图；
图3为图2中几何体框架的结构示意图；
图4为一个实施例中获取存储的校正参数，分别根据相对倾角、加速度信息以及校正参数得到相对倾角所在的面对应的航向角的方法流程图；
图5为另一个实施例中电子罗盘校正方法的流程图；
图6为现实环境中磁力数据所形成的椭球面示意图；
图7为理想环境中磁力数据所形成的椭球面示意图；
图8为一个实施例中电子罗盘校正装置的结构示意图；
图9为一个实施例中第一处理模块的结构示意图；
图10为另一个实施例中电子罗盘校正装置的结构示意图；
图11为一个实施例中电子罗盘校正设备的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，在一个实施例中，一种电子罗盘校正方法，包括如下步骤：
步骤S110，运算设置于底盘装置中几何体框架上的面相对于底盘装置的底板的相对倾角。
本实施例中，如图2和图3所示，底盘装置包括底板201和安装于底板201之上的几何体框架203，几何体框架203可以是多面体或旋转体，例如，几何体框架203可以是正多面体或球体。
根据几何体框架203的几何特性运算几何体框架上每一个面相对于底板的相对倾角，例如，若几何体框架203为正十二面体，则根据正十二面体的几何特性，正十二面体中面与面的夹角为约为116.565051177078°，此时，可得到正十二面体中面与棱的夹角为从而根据面与面的夹角和面与棱的夹角计算得到正十二面体中所有面与底板之间的倾角，即正十二面体上的面相对于底盘装置的底板的相对倾角。
步骤S130，通过设置于底板中的加速度计采集得到加速度信息。
本实施例中，加速度计被安装于底盘装置的底板上，可以是三轴加速度传感器，用于实时采集加速度信息，其中，加速度信息包括了x轴和y轴上的加速度分量。
步骤S150，获取存储的校正参数，分别根据相对倾角、加速度信息以及校正参数得到相对倾角所在的面对应的航向角。
本实施例中，校正参数被预先存储，在优选的实施例中，校正参数被预先存储于外接的存储芯片中，该存储芯片可安装于底盘装置的底板上。
应用计算得到的多个相对倾角、加速度计采集得到的加速度信息和校正参数进行运算，以得到相对倾角所在的面对应的航向角。
步骤S170，处理计算得到的相对倾角所在的面对应的航向角，得到电子罗盘的航向角。
本实施例中，应用相对倾角、加速度信息和校正参数所运算得到的航向角为多个，即运算得到的每一航向角均是与相对倾角和相对倾角所在的面相对应的。对运算所得到的多个航向角进行处理以确定电子罗盘当前所对应的航向角，进而实现电子罗盘的校正。
如图4所示，在一个实施例中，上述步骤S150包括：
步骤S151，根据加速度信息和相对倾角计算得到相对倾角所在的面对应的绝对倾角。
本实施例中，由于每一个面均有与其对应的相对倾角，因此，根据加速度信息和该面所对应的相对倾角计算得到该面所对应的绝对倾角。
根据置于底板这一平面上的加速度计所采集得到的加速度信息和每一个面所对应的相对倾角进行计算，得到该面所对应的绝对倾角。
具体的，根据加速度信息所包含的x轴和y轴上的加速度分量x和y直接计算得到底板倾角，该底板倾角包括底板的俯仰角pitch和滚转角roll，其中，pitch＝ρ＝arcsin(‑x)，roll＝γ＝arcsin(y/cosρ)，进而根据俯仰角pitch、滚转角roll和每一个面所对应的相对倾角即可得到该面所对应的绝对倾角。
步骤S153，获取存储的校正参数。
本实施例中，读取预先存储的校正参数。
步骤S155，获取设置于几何体框架上的传感器所采集的磁力数据，根据校正参数对磁力数据进行校正，并通过校正后的磁力数据和绝对倾角计算得到相对倾角所在的面对应的航向角。
本实施例中，底盘装置中安装于底板上的几何体框架的每个面将分别安装传感器，以采集不同方向的磁力数据。获取采集得到的磁力数据，根据校正参数对磁力数据进行校正，进而根据校正后的磁力数据和绝对倾角进行计算得到相应的航向角。
具体的，根据绝对倾角得到空间坐标旋转矩阵MR，通过校正后的磁力数据MG和空间坐标旋转矩阵MR得到空间磁场在水平面上水平方向和垂直方向的磁力分量M，即M=MG*MR，然后使用公式Heading＝ψ＝arctan(My/Mx)，其中，Mx为空间磁场在水平面上水平方向上的分量，My为空间磁场在水平面上垂直方向上的分量，Heading为计算得到的航向角。
在一个实施例中，上述步骤S170的具体过程为：从计算得到的航向角中按照从小到大的顺序提取预设数量的航向角读数，对提取的航向角读数取平均值，并将平均值设置为电子罗盘的航向角。
本实施例中，计算得到的多个航向角是分别与几何体框架中的面逐一对应的，从多个航向角中按照从小到大的顺序提取预设数量的航向角读数，以确定电子罗盘的航向角，其中，提取的航向角读数的数量可以是一个或者多个，根据实际需求灵活设定。
如图5所示，在一个实施例中，上述获取存储的校正参数的步骤之前还包括如下步骤：
步骤S210，对电子罗盘进行三维球面旋转。
本实施例中，在远离磁干扰物（如汽车、高压线）的环境中，例如，较开阔的场地，对电子罗盘进行三维球面旋转。其中，电子罗盘所进行的三维球面旋转可以是在单位球面上围绕球心做三维随机旋转。
步骤S230，通过设置于几何体框架的面上的传感器采集电子罗盘进行三维球面旋转产生的磁力数据。
本实施例中，在几何体框架的面上分别安装传感器，在优选的实施例中，可将传感器安装于电路板上，制成多个单独的传感器控制小板，将每一个传感器控制小板固定于几何体框架的一个面上，以使得几何体框架中的每一个面均设置了传感器，实现不同方向的磁力数据采集，避免了转动电子罗盘所带来的不便和低效，通过多传感器协同校正，屏蔽动态的环境干扰。
电子罗盘进行三维球面旋转的过程中，安装于几何体框架上的多个传感器将实时采集磁力数据。
步骤S250，对采集得到的磁力数据通过椭球法处理得到校正参数，并存储校正参数。
本实施例中，在理想环境下，若未受到干扰，则传感器所采集到的磁力数据是在以（0，0，0）为球心的球面上的，如图6所示，然而，在现实环境中，采集到的磁力数据受到了各种干扰的影响，形成了一个偏离球心的倾斜的椭球面，如图7所示，因此，需要计算校正参数，进而应用校正参数对采集的磁力数据进行校正。
具体的，采集到的磁力数据所形成的椭球面表达式为：
(x‑x0)2/a2+(y‑y0)2/b2+(z‑z0)2/c2＝R2
其中，x，y，z为采集到的磁力数据，R为地磁场强度常量，x0，y0，z0，a，b，c为要获得的校正参数。
将上式改写成矩阵形式，即：

设Wnx1＝x2，
[H]nx6＝[x y z ‑y2 ‑z2 1]，