Un dispositivo de procesamiento de datos magnéticos que comprende:

medios de entrada para introducir como entrada de forma secuencial unos datos magnéticos que se emiten como salida a partir de un sensor magnético tridimensional, de 3D, siendo los datos magnéticos unos datos de vector de 3D que son una combinación lineal de un conjunto de unos primeros vectores fundamentales; medios de almacenamiento para almacenar una pluralidad de los datos magnéticos introducidos como entrada como un conjunto de datos de la población estadística con el fin de actualizar una compensación antigua de los datos magnéticos con una compensación nueva; y medios de deducción de compensación para deducir la compensación nueva basándose en la compensación antigua y en el conjunto de datos de una población estadística que se determina en unas direcciones de eje principal, en el que se estima que unos datos magnéticos distribuidos en una dirección de eje principal con una varianza más grande son unos elementos más significativos de la población estadística en la actualización de la compensación, y se estima que unos datos magnéticos distribuidos en otra dirección de eje principal con una varianza más pequeña son unos elementos menos significativos de la población estadística en la actualización de la compensación.

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Antecedentes de la invención

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de procesamiento de datos magnéticos, a un procedimiento de procesamiento de datos magnéticos, y a un programa de procesamiento de datos magnéticos, y más particularmente a una tecnología para corregir el desplazamiento de los sensores magnéticos bidimensionales y tridimensionales.

Descripción de la técnica relacionada

Un sensor magnético convencional montado en un cuerpo en movimiento tal como un teléfono móvil o un vehículo detecta la dirección del geomagnetismo o campo magnético de la Tierra. El sensor magnético incluye un conjunto de módulos de sensor magnético para detectar unas componentes escalares del vector de campo magnético en unas direcciones ortogonales entre sí. Los datos magnéticos que se emiten como salida a partir del sensor magnético consisten en una combinación de salidas de los módulos de sensor magnético, y de este modo los datos magnéticos son unos datos de vector que son una combinación lineal de unos vectores unitarios ortogonales entre sí (los vectores fundamentales). La dirección y la magnitud de los datos magnéticos se corresponden con la dirección y la magnitud de un campo magnético detectado por el sensor magnético. Al especificar la dirección o la magnitud del campo magnético de la Tierra basándose en las salidas del sensor magnético, es necesario realizar un proceso para corregir las salidas del sensor magnético con el fin de anular unos errores de medición provocados por la magnetización del cuerpo en movimiento o las características de temperatura intrínsecas del sensor magnético. Se hace referencia a un valor de control de este proceso de corrección como una compensación y se hace referencia a un proceso para deducir la compensación como calibración (véase, por ejemplo, la publicación de patente internacional n.º 2004 – 003476). La compensación es también unos datos de vector y se define como unos datos magnéticos que se emiten como salida a partir del sensor magnético cuando la intensidad de los campos magnéticos externos es cero. Tales errores de medición se anulan restando la compensación respecto de los datos magnéticos que se emiten como salida a partir del sensor magnético. En un sensor magnético bidimensional (de de 2D), la compensación se corresponde con un vector de posición del centro de un círculo en el que se distribuye un conjunto de datos magnéticos. No obstante, en la práctica, la distribución de un conjunto de datos magnéticos que se emite como salida a partir del sensor magnético de 2D no forma un círculo perfecto. Los motivos son que las salidas de los módulos de sensor magnético tienen de forma intrínseca unos errores de medición que siguen una distribución gaussiana, un campo magnético medido por el sensor magnético de 2D varía durante un periodo en el que un conjunto de datos de la población estadística se almacena para calcular la compensación debido a que en la práctica no hay un campo magnético completamente uniforme, y se producen errores de cálculo durante la conversión AD. El sensor magnético de 2D emite como salida un conjunto de datos de la población estadística que se precisa para deducir la compensación mientras que un cuerpo en movimiento que incluye el sensor magnético de 2D montado en el mismo gira de tal forma que el sensor magnético de 2D gira alrededor de un eje de giro paralelo a la dirección perpendicular a unas direcciones de detección ortogonales de sus módulos de sensor magnético. Para que se mueva de esta forma un cuerpo en movimiento tal como un teléfono móvil o un vehículo que puede moverse de forma tridimensional, es necesario que el usuario opere intencionadamente el cuerpo en movimiento de modo que se mueva de tal forma. Por consiguiente, un algoritmo de deducción de compensación para un dispositivo de procesamiento de datos magnéticos para deducir la compensación de un sensor magnético de 2D se diseña con la suposición de que se ha informado al usuario explícitamente del inicio de la calibración y de que el usuario opera el cuerpo en movimiento adecuadamente. No obstante, es problemático y complicado para el usuario realizar la operación de calibración. En el procedimiento de calibración convencional, se determina, a través de una decisión binaria, si se ha almacenado o no un conjunto de datos fiable de la población estadística, y, cuando el usuario no ha realizado correctamente la operación de calibración, la calibración falla sin almacenar un conjunto de datos fiable de la población estadística. Esto requiere que el usuario repita la operación de almacenar un conjunto de datos fiable de la población estadística.

Un sensor magnético de tres dimensiones (de 3D) convencional montado en un cuerpo en movimiento tal como un teléfono móvil o un vehículo detecta la dirección del campo magnético de la Tierra. El sensor magnético de 3D generalmente incluye 3 módulos de sensor magnético para detectar unas componentes escalares del vector de campo magnético en 3 direcciones ortogonales. Los datos magnéticos que se emiten como salida a partir del sensor magnético de 3D consisten en una combinación de salidas de los 3 módulos de sensor magnético, y de este modo los datos magnéticos son unos datos de vector de 3D que son una combinación lineal de unos vectores unitarios ortogonales entre sí (vectores fundamentales). La dirección y la magnitud de los datos magnéticos se corresponden con la dirección y la magnitud de un campo magnético detectado por el sensor magnético de 3D. Al especificar la dirección o la magnitud del campo magnético de la Tierra basándose en las salidas del sensor magnético de 3D, es necesario realizar un proceso para corregir las salidas del sensor magnético de 3D con el fin de anular unos errores de medición provocados por la magnetización del cuerpo en movimiento o las características de temperatura

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intrínsecas del sensor magnético. Se hace referencia a un valor de control de este proceso de corrección como una compensación. Siendo la compensación unos datos de vector que indican un campo magnético provocado por las componentes de magnetización del cuerpo en movimiento detectado por el sensor magnético de 3D. Tales errores de medición se anulan restando la compensación respecto de los datos magnéticos que se emiten como salida a partir del sensor magnético de 3D. Es posible calcular la compensación obteniendo el centro de una superficie esférica sobre la que se distribuye un conjunto de datos magnéticos. No obstante, en la práctica, la distribución de datos magnéticos no forma una esfera perfecta. Los motivos son que las salidas del sensor magnético de 3D tienen de forma intrínseca unos errores de medición que siguen una distribución gausiana, un campo magnético medido por el sensor magnético de 3D varía durante un periodo en el que unos datos magnéticos que se requieren para calcular la compensación se almacenan debido a que en la práctica no hay un campo magnético completamente uniforme, y se producen errores de cálculo hasta que se obtienen unos valores digitales a partir de las salidas del sensor magnético de 3D. Un procedimiento convencional para deducir una compensación de sensor magnético almacena un gran número de datos magnéticos y deduce la compensación a través de un proceso estadístico de los datos magnéticos almacenados. De este modo, en el procedimiento convencional, un conjunto de datos magnéticos que se precisa para actualizar de forma precisa la compensación no se ha almacenado a menos que el usuario intencionadamente cambie la actitud o la postura del cuerpo en movimiento, y se precisa un tiempo prolongado para actualizar la compensación después de que se produzca la necesidad de actualizar la compensación. Habitualmente, se almacenan unos datos magnéticos distribuidos sólo en dos dimensiones debido a que es raro que se dé un cambio tridimensional significativo en la actitud del sensor magnético montado en el vehículo. De este modo, es poco deseable esperar hasta que un conjunto de datos magnéticos distribuidos uniformemente en una superficie esférica se almacena con el fin de actualizar de forma precisa la compensación del sensor magnético montado en el vehículo.

El documento WO 2005/061990 A1 ha dado a conocer un algoritmo que puede corregir la compensación incluso aunque la distribución de un conjunto de datos magnéticos sea bidimensional. No obstante, no es sencillo... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de procesamiento de datos magnéticos que comprende:

medios de entrada para introducir como entrada de forma secuencial unos datos magnéticos que se emiten como salida a partir de un sensor magnético tridimensional, de 3D, siendo los datos magnéticos unos datos de vector de 3D que son una combinación lineal de un conjunto de unos primeros vectores fundamentales; medios de almacenamiento para almacenar una pluralidad de los datos magnéticos introducidos como entrada como un conjunto de datos de la población estadística con el fin de actualizar una compensación antigua de los datos magnéticos con una compensación nueva; y medios de deducción de compensación para deducir la compensación nueva basándose en la compensación antigua y en el conjunto de datos de una población estadística que se determina en unas direcciones de eje principal, en el que se estima que unos datos magnéticos distribuidos en una dirección de eje principal con una varianza más grande son unos elementos más significativos de la población estadística en la actualización de la compensación, y se estima que unos datos magnéticos distribuidos en otra dirección de eje principal con una varianza más pequeña son unos elementos menos significativos de la población estadística en la actualización de la compensación.

2. El dispositivo de procesamiento de datos magnéticos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los medios de deducción de compensación deducen la compensación nueva basándose en la compensación antigua y un vector de corrección que se deduce a partir del conjunto de datos de la población estadística, teniendo el vector de corrección una componente en una dirección de eje principal en la que el conjunto de datos de la población estadística tiene una varianza grande, y otra componente en otra dirección de eje principal en la que el conjunto de datos de la población estadística tiene una varianza pequeña más pequeña que la varianza grande, ponderándose dicha componente como mayor que dicha otra componente.

3. El dispositivo de procesamiento de datos magnéticos de acuerdo con la reivindicación 2, en el que los medios de deducción de compensación deducen la compensación nueva basándose en la compensación antigua y en el conjunto de datos de la población estadística con una condición de restricción de que la compensación nueva se obtenga como la suma de la compensación antigua y un vector de corrección,

en el que el vector de corrección es una combinación lineal de un conjunto de segundos vectores fundamentales que se definen en unas direcciones de eje principal de la distribución del conjunto de datos de la población estadística, y unos coeficientes respectivos de la combinación lineal de los segundos vectores fundamentales que representan el vector de corrección se obtienen ponderando unos coeficientes respectivos de un vector de posición de una compensación temporal en relación con la compensación antigua de acuerdo con unas proporciones de unos valores principales de la distribución del conjunto de datos de la población estadística, deduciéndose la compensación temporal a partir del conjunto de datos de la población estadística sin el uso de la compensación antigua, siendo el vector de posición de la compensación temporal una combinación lineal de los segundos vectores fundamentales.

4. El dispositivo de procesamiento de datos magnéticos de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la condición de restricción es que un factor de ponderación del vector de posición para el coeficiente de uno de los segundos vectores fundamentales en una de las direcciones de eje principal que se corresponde con uno mínimo de los valores principales sea cero si una proporción de uno intermedio de los valores principales con uno máximo de los valores principales es más alta que un primer umbral y una proporción del valor principal mínimo con el valor principal máximo es igual a o menor que un segundo umbral, y que unos factores de ponderación respectivos del vector de posición para el coeficiente del segundo vector fundamental en la dirección de eje principal que se corresponde con el valor principal mínimo y el coeficiente de otro de los segundos vectores fundamentales en una de las direcciones de eje principal que se corresponde con el valor principal intermedio sea cero si la proporción del valor principal intermedio con el valor principal máximo es igual a o menor que el primer umbral y la proporción del valor principal mínimo con el valor principal máximo es igual a o menor que el segundo umbral.

5. El dispositivo de procesamiento de datos magnéticos de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la condición de restricción es que los coeficientes del vector de corrección sean unos valores que se obtienen ponderando los coeficientes del vector de posición con unos factores de ponderación que se corresponden continuamente con unas proporciones de los valores principales de la distribución del conjunto de datos de la población estadística.

6. El dispositivo de procesamiento de datos magnéticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que los factores de ponderación respectivos para los coeficientes del vector de posición se normalizan con referencia al factor de ponderación que está destinado al coeficiente del segundo vector fundamental en la dirección de eje principal que se corresponde con el valor principal máximo y que se ajusta a uno.

7. El dispositivo de procesamiento de datos magnéticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que los medios de deducción de compensación deducen un valor “c” que minimiza la siguiente función f(c) objetivo con la condición de restricción:

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f(c) = (Xc –j)T (Xc –j),

en la que “X” y “j” son tal como se indica a continuación cuando los datos magnéticos se representan mediante qi = (qix, qiy, qiz) (i = 0,1, 2,...):

**(Ver fórmula)**

en la que

**(Ver fórmula)**

8. Un aparato de medición magnética que comprende:

el dispositivo de procesamiento de datos magnéticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7; y el sensor magnético de 3D.

9. Un procedimiento de procesamiento de datos magnéticos que comprende:

introducir como entrada de forma secuencial unos datos magnéticos que se emiten como salida a partir de un sensor magnético tridimensional, de 3D, siendo los datos magnéticos unos datos de vector de 3D que son una combinación lineal de un conjunto de unos primeros vectores fundamentales; almacenar una pluralidad de los datos magnéticos introducidos como entrada como un conjunto de datos de la población estadística con el fin de actualizar una compensación antigua de los datos magnéticos con una compensación nueva; y deducir la compensación nueva basándose en la compensación antigua y en el conjunto de datos de la población estadística que se define mediante las direcciones de eje principal, en el que se estima que unos datos magnéticos distribuidos en una dirección de eje principal con una varianza más grande son unos elementos más significativos de la población estadística en la actualización de la compensación, y se estima que unos datos magnéticos distribuidos en otra dirección de eje principal con una varianza más pequeña son unos elementos menos significativos de la población estadística en la actualización de la compensación.

10. En una portadora de datos, un programa de procesamiento de datos magnéticos configurado para permitir que un ordenador funcione tal como:

medios de entrada para introducir como entrada de forma secuencial unos datos magnéticos que se emiten como salida a partir de un sensor magnético tridimensional, de 3D, siendo los datos magnéticos unos datos de vector de 3D que son una combinación lineal de un conjunto de unos primeros vectores fundamentales; medios de almacenamiento para almacenar una pluralidad de los datos magnéticos introducidos como entrada como un conjunto de datos de la población estadística con el fin de actualizar una compensación antigua de los datos magnéticos con una compensación nueva; y medios de deducción de compensación para deducir la compensación nueva basándose en la compensación antigua y en el conjunto de datos de la población estadística que se define mediante las direcciones de eje principal, en el que se estima que unos datos magnéticos distribuidos en una dirección de eje principal con una varianza más grande son unos elementos más significativos de la población estadística en la actualización de la compensación, y se estima que unos datos magnéticos distribuidos en otra dirección de eje principal con una varianza más pequeña son unos elementos menos significativos de la población estadística en la actualización de la compensación.