创作者：Kaustubh Gandhi，Bosch Sensortec软件项目主管，与Bosch Sensortec感应器数据预处理系统软件技术工程师Amithash Kankanallu Jagadish共同编撰的

介绍

不论是智能机、智能穿戴设备、虚拟现实技术耳麦，或是智能机器人吸尘机，现如今客户都期待并规定这种机器设备自始至终依照命令运作，并稳定、精确地满足持续变动的周边环境。这必须精准的传感仰俯、滚转和前进方向方位，而那些则是利用从机器设备内嵌的加速度传感器、手机陀螺仪和磁力计搜集的数据预处理完成的。

一般 在现实世界中，事情始终不容易像其看上去这么简单，比如，精确明确前进方向（观察）方位就是一项极大挑戰，由于磁力计精确测量遭受周边好几个物件的不良影响。这种影响性电磁场危害，一般 称之为硬铁和软铁歪曲，很有可能由坐落于机器设备自身内的各种各样部件和客户周边环境中的外界带磁物件造成。

文中致力于深层次洞悉和了解在现如今电子器件消費机器设备中得到靠谱感应器数据信息需要的合理设计方案工艺和系统解决方法，并提升客户对最后商品的满意率。文中将给予强劲感应器数据预处理技术性的实例，比如根据在规范应用期内得到的手机陀螺仪数据信号，对估计磁力计偏位多方面运用，以及对消费者有关特点（比如路人和头顶部追踪）的危害。

磁性挑戰

您是不是曾因为智能机导航栏应用软件得出了异常的标示，而找不对环岛游览一下出入口？应用虚拟现实技术耳麦时，您是不是经历过忽然的晕眩？或是您的“智能化”智能机器人吸尘机是不是一再被卡在角落？这种情况中的大部分，最少一部分，是由不准确的惯性力感应器数据预处理导出来的有误前进方向信息内容所产生的。那麼，为何最领先的高精密感应器依然会纪录不确切的信息内容，而且造成这样大的误差？

在试验室外，说白了的地球上稳定电磁场的刚度磁线持续被各种各样物件改动，如门边框、餐桌、桌椅和其它金属材料物件。根据其特殊磁特点，这种物件根据称之为硬铁和软铁歪曲的状况更改其周边的电磁场。

图1：风水罗盘偏差的来源于：外界电磁场

例如NdFeB、AlNiCo等硬磁材料（“硬铁”）造成高残留B场或“磁记忆力”，而铁磁性材料（“软铁”）则一般是例如铁（Fe）、镍（Ni）等原材料以及铝合金。

当磁力计用以机器设备里时，硬铁歪曲由造成电磁场的物件导致，比如音箱内的磁石，从而造成感应器輸出中称之为“稳定偏位”的误差，随后必须对其开展赔偿。另一方面，软铁歪曲则是由“处于被动”危害或歪曲其周边电磁场但本身不一定造成电磁场的物件导致的，比如储存卡扩展槽、充电电池、外置天线、窗门结构和各种各样别的周边环境中的规范目标。这类种类的歪曲更改了磁球的具体样子，而且非常大水平上依赖于原材料相对性于感应器和磁场强度的精准定位。

如图2所显示，在常见的房间内地区，因为一般物件造成的电磁场歪曲，风水罗盘方位发生变化，即风水罗盘的鲜红色“北”针偏向每个方位。

图2：典型性房间内地区感应器读值（磁力计）的转变

因而，赔偿硬铁和软铁歪曲针对得到有意思的磁力计读值尤为重要。这类赔偿必须在机械设备设计期内开展繁杂的程序流程，而且在具体应用期内将結果融合到控制器的系统中，以下文章的进一步叙述。

接纳歪曲

下列系统软件方式 可用以赔偿危害磁力计读值的失帧：

·应用软铁引流矩阵在开发阶段开展赔偿

·根据规范“八字型姿势”在应用中校正手机软件

·根据“当然应用姿势”智能化校正手机软件

应用软铁引流矩阵在开发阶段开展赔偿

来源于坐落于智能终端（比如智能机）內部构件的软铁歪曲是稳定的，因而能够根据应用一次性解决方法来赔偿。这类赔偿必须所说的“软铁赔偿引流矩阵”（SIC Matrix），对于此事，设计师在设施中具备更普遍的合理布局选择项。这种赔偿后感应器的读值具备显著高些的精密度，与未赔偿读值对比达±2°，在其中偏差范畴能够更好做到±10°。校正根据3D电磁线圈系统软件（亥姆霍兹电磁线圈）开展，该电磁线圈系统软件由在同一轴上对中的2个磁感线电磁阀构成，可相抵这种影响性外界电磁场，以给予“清理”的磁自然环境。含有惯性力感应器的机器设备被置放在这里清理自然环境中，并接纳精确测量，以建立磁力计的原始记录纪录，随后将其键入数据驱动专用工具，转化成SIC引流矩阵。以后，该SIC引流矩阵将合拼至手机软件控制器中，并永久性赔偿危害磁力计数据信息的设施内软铁歪曲。

这类办法能够在试验室标准下估计软铁效用，自然，应用全过程中的变动和额外机器设备的危害没法获得赔偿。即便如此，这仍然是一种十分合理的机器设备內部件校正技术性，强烈要求于设计在感应器生产制造商权威专家的幫助下精确转化成SIC引流矩阵并进行运用。

图3：3D（亥姆霍兹）电磁线圈，用以机器设备内磁力计校正

缺憾的是，在一般 状况下，当运用于具体PCB时，试验室校正結果没法精确工作中，由于当中会转化成被称作“雷区”的地区，使这种设备的精确性极其减少，以至彻底不能应用。

Bosch Sensortec的3D软铁赔偿技术性大大减少了这一“雷区”状况。比如，假如在间距NFC无线天线仅9mm处精确测量感应器数据信息失帧，在赔偿以前，较大前进方向偏差为8°，而在赔偿以后，全部平均海拔的最高偏差仅为1.5°。

根据“八字型姿势”在应用中开展校正

此方式 并不是试验室密集式，但只需根据在给定的带磁清理自然环境中移动设备（比如智能机）便可搜集很多有價值的数据信息。理想化的姿势就是指沿较大精准定位范畴精确测量带磁的健身运动，从而协助估计全部状况下的磁误差。因而，该技术性一般应用遮盖全部三个径向的八字型健身运动来实行。

图6：令智能机在3D室内空间中以八字型图案设计挪动

该图案设计可勾画出由带磁歪曲而形变的磁球一部分。从获取的座标能够特别准确地估计磁球形变，以导出来需要的校正指数。应用该方式 估计的偏位将用以赔偿来源于外部环境因素的硬铁歪曲。

图7：沒有偏位赔偿的温度传感器数据信息

图8：有偏位赔偿的温度传感器数据信息

非常多的智能机机器设备和电脑操作系统生产商依然取决于这类八字型校正技术性。出自于校正目地，现如今的智能机常常提醒终端用户应用地形图应用软件在区域中开展八字型姿势。可是，根据在3D室内空间中移动设备来建立此方式有可能必须10秒之上，而且要是客户将其手机上用以比较应急的目地（比如玩动作类游戏），或实行对安全系数需求较高的每日任务（比如在车辆内应用智能机导航栏），那麼中止手机游戏会令小伙伴们十分没趣，而将关注从驾驶汽车转至校正机器设备则会导致安全隐患。

即便如此，或是一般 提议客户采用这些方式 ，因为它能够保证靠谱的結果。可是，仅有当客户事实上可以花时间再次校正机器设备，而且物理学上容许根据在3D室内空间中以八字型移动设备时，此方式 才可用。

根据“当然应用姿势”开展智能化校正

虽然八字型姿势特别适合智能机，但在物理学上或许并不行得通，而且很有可能对其他类型的设施而言，实行的时候会非常艰难或怪异，比如手腕智能穿戴设备、提高/虚拟现实技术耳麦、入耳式耳机智能穿戴设备和智能机器人吸尘器。

磁力计校正身后的基本上核心理念取决于根据估计磁球与地磁场方向矢量素材的误差做为半经来估计磁力计的偏位。为了更好地减少校正需要的時间并且以更小、更肯定的健身运动校正机器设备，可应用手机陀螺仪数据信号輔助电磁场感应器的校正。

校准后的手机陀螺仪数据信号相对性于最终电磁场值界定其转动。一旦明确了新的电磁场值，便会将其馈入拓展卡尔曼过滤器（EKF）。EKF可能磁力计偏位和电磁场矢量素材的尺寸（半经）。磁强计影响检验根据卡尔曼滤波器的方差。

因为这种迅速传统磁力计校准器运用手机陀螺仪数据信息，因而在再次校正全过程中被校正的设施一定处在停止情况，即手机陀螺仪自身在校正期内不容易飘移。殊不知，针对较新的“体戴式”设备来讲，这并不行得通，由于这种时时刻刻、而且是在较长的时间内处在应用和活动中。

界定了这个问题后，Bosch Sensortec致力于根据开发设计“当然应用型”迅速磁力计校正手机软件来突破自我。此软件对于各种不一样种类设施的常见主要用途得到配备，即便 这种处在稳定健身运动中。其目的取决于保证 即便 客户无须作出一切特殊、有心的姿势，机器设备中的惯性力感应器还可以全自动且精确地校正，以达到在转变自然环境中的应用。

下列将详细介绍智能穿戴设备、控制板和耳麦的好多个实例：

手腕智能穿戴设备

针对配戴手表或运动健身跟踪器的人而言，常常访问机器设备、查询测算的计步或点燃的热量、阅读文章消息通知，或仅仅查询時间再肯定但是了。因为绝大多数消费者不清楚自身坐落于会危害其磁力计的原材料周边，或是甚至是在其机器设备中安裝了磁力计，因而机器设备必须在不知道的状况下到后台管理实行校正。除此之外，假如客户务必半空中招手以校正“智能化手表”，看上去会很怪异。因而，Bosch Sensortec磁力计校准器可在后台管理静音模式工作中，不论什么时候客户查询手腕子，都能够赔偿磁力计偏位。

应用统计学早已证实，只需作出两三个“查询”机器设备的姿势，这类用以智能穿戴设备的迅速磁力计校准器便可估计出偏位，并且以典型性且较低的数据速率运作。

图9：手腕智能穿戴设备中前进方向偏差的系统软件清除

该学校准程序流程对房间内和户外导航栏运用都很合理。比如，应用九轴惯性力感应器估计客户部位和徒步运动轨迹的PDR（路人航位测算）应用软件在激话校准器时有着非常高的精密度。下边的事例清晰地说明，尽管2个运动轨迹估计全是从0.0逐渐，但在约为2x200m的短行走距离中未校正机器设备的积累前进方向偏差造成 的位子偏差超出43％。

虚似和增强现实技术耳麦

与此相近，实际中没法规定虚拟现实技术耳麦的客户常常以八字型健身运动挪动其头顶部，尤其是配戴耳麦时。尤其是针对耳麦，因为人的大脑会纪录客户具体健身运动与在显示屏上见到的視覺图象中间的指向误差，即便 相对性较小的前进方向和水准歪斜误差也有可能造成 十分不愉快的晕眩病症。

Bosch Sensortec的耳麦磁力计校准器校正磁力计，与此同时客户可当然地将头顶部绕头颈中心线挪动。校正的积极主动实际效果已显著地在头顶部追踪优化算法和好几个AR/VR子应用实例中的重要特性精准定位結果中获得证实。

图12：AR/VR耳麦——带磁力计校正的动态性健身运动

手机游戏控制器，VR/TV控制器

伴随着定项感应器渗入愈来愈多的电视遥控器中，及其VR控制器游戏控制器向应用软件开发人员给予愈来愈繁杂的服务项目，搜集精确靠谱的前进方向数据信息并使真北与內容显示系统彼此之间融洽越来越尤为重要。这一难题特别是在表现在，当客户手执操纵设备时，虽然它们的手静止不动，但仍然见到鼠标光标在前行中飘移，或鼠标光标向着与其说具体手臂姿势不一样的角度挪动。

一样，Bosch Sensortec的磁力计校准器充分考虑控制器或手机游戏控制器的当然健身运动，并大大减少了前进方向误差，如下边的具体数据信息所显示。

图13：手机游戏控制器/VR遥控器精密度与磁力计校正

具体描述

3D电磁线圈和数据驱动专用工具的组成可用来构建和运用SIC引流矩阵，除此之外，根据依靠操作界面通告客户开展八字型姿势，和集成化当然应用型迅速磁力计校准器手机软件，九轴感应器数据预处理的稳定性现如今得到大幅度提高。这一点十分关键，由于磁力计精密度和感应器数据预处理是智能机、智能穿戴设备、AR/VR耳麦和操纵模块，乃至智能机器人无线吸尘器等各种各样设施的关键构成部分。

Bosch Sensortec的3D软铁赔偿将“雷区”降低了70％，为产品设计师和合理布局技术工程师带来了很大的协调性和精确性确保，并明显减少了对商品再原型图的要求。

除此之外，应用中校正及其智能化校正技术性根据减少当代自然环境中存在的硬铁歪曲，进一步提高了前进方向精密度。尽管应用中校正取决于客户在三维空间中开展八字型姿势，但Bosch Sensortec开发设计的智能化校准器能够合理地结合机器设备当然应用期内采集的温度传感器数据信息，以达到一样的結果。比如，针对智能化手表等智能穿戴设备，手机软件根据感应器数据预处理提升了路人追踪的稳定性。与此相近，根据剖析耳麦客户的各种各样典型性姿势，比如避开、低下头和低头、弹跳和坐着等，Bosch Sensortec比市场上别的相似的传统解决方法建立了更好的感应器数据预处理精密度。

尽管前进方向精密度的提升仅仅感应器数据预处理怎样改进最后客户体验的一个事例，但Bosch Sensortec的感应器数据预处理手机软件中还包括别的多种多样优化算法，能够协助机器设备生产商令自身的机器设备出类拔萃，并极大改进终端产品感受。

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