專利名稱：：用于定向感測的方法和系統的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種數據處理系統，該數據處理系統包括傳感器裝置，用于感測該傳感器裝置所處位置上的第一向量和第二向量場，和用于確定該傳感器裝置相對于所感測到的第一向量和第二向量場的姿態。本發明還涉及一種由傳感器裝置確定傳感器裝置相對于該傳感器裝置所處位置上感測到的第一向量和第二向量場的姿態。本發明還涉及一種軟件，當該軟件在數據處理裝置上運行時該軟件用于實現所述方法。
背景技術：
：相同發明人的WO2006/117731的申請涉及一種設備，其包括傳感器裝置，該傳感器裝置用于提供限定第一場的至少若干部分的第一場信息并且用于提供限定第二場的第一部分的第二場信息。該設備設有估計器，用于作為第一場信息和第二場信息的混合的函數，來估計第二場的第二部分，以變得更加可靠且對用戶友好。所述場可以是地球引力場和/或地磁場和/或其它場。所述混合包括第一場和第二場的點積、和/或第一場和第二場在第一方向上的第一分量的第一乘積和/或第一場和第二場在第二方向上的第二分量的第二乘積。第二場的第二部分包括第二場在第三方向上的第三分量。估計器可以作為第一場信息的另一函數，進一步估計第一場在第三方向上的第三分量。更具體地講，WO2006/117731公開了一種從通過兩個二維(2D)傳感器或一個2D傳感器和一個3D傳感器所進行的場的測量來重建三維(3D)向量場U和V的方法。在優選實施例中，場U和V分別可以是地球引力場和地磁場。根據重建的場U和V，通過將場的已知參考坐標系表示OJ禾Brv)與重建的場的體坐標系表示CU和eV)進行5相關能夠確定定向傳感器的3X3姿態矩陣「C。見圖3中的公式302。eU和eV中的上標"e"表示了量是相對于體(主體)坐標系統來表達的。D.Gebre-Egziabher等在"AGyro-FreeQuaternion-basedAttitudeDeterminationSystemSuitableforImplementationUsingLowCostSensors"，IEEEPositionLocationandNavigationSymposium,SanDiego，CA,USA,March2000中描述了另一種迭代姿態估計方法。
發明內容本發明利用了一種能迭代式改進物體姿態的估計的算法。在每次迭代中，產生誤差向量，該誤差向量表示實際測量的傳感器信號(觀測值)與在給定前一迭代的姿態估計的情況下這些傳感器信號基于模型的預測之間的差值。根據復合傳感器數據誤差向量，通過將復合誤差向量和靈敏度矩陣的偽逆矩陣相乘來計算姿態估計誤差(3個自由度旋轉)。然后，通過將姿態估計誤差的逆(inverse)應用于先前的姿態估計來獲得新(改進的)姿態估計。為了改善收斂，可以包括一項措施(線搜索)，即在將姿態估計誤差應用到先前的姿態估計之前按比例減小該姿態估計誤差。諸如上述D.Gebre--Egziabher之類的類似方案與本發明的區別在于所產生的誤差信號不是測量所得的傳感器數據向量和預測所得的傳感器數據向量的差值，而是測量推斷所得的向量場U和V與預測所得的向量場U和V之間的差值。在3D傳感器的情況下，能通過對傳感器模型矩陣方程進行倒置來獲得測量推斷的向量場。然而，如果一個或多個傳感器軸缺失，則不能對相應的傳感器模型矩陣方程進行倒置，并且僅能夠例如通過應用與向量場相關的先驗知識來估計相應的場。因此，不能僅僅根據測量來推斷"測量推斷的"向量場，而"測量推斷的"向量場還將像預測的向量場一樣取決于有關場的先驗知識。這種方法將使得作為誤差信號的"測量推斷的"向量場和預測的向量場之間的差值毫無意義，并且將最終導致不準確的姿態估計。為此，優選的是，誤差信號表示的是實際測量的傳感器數據向量和預測的數據向量之間的差值。這能夠帶來附加優點，即根據對應的物理傳感器(軸)的可靠性，可以很容易地向傳感器數據誤差向量施加不同的加權系數。因此，處理具有不同可靠性水平的傳感器(例如，獨立3D加速計的z軸例如由于偏移漂移和噪聲而通常比x軸和y軸具有較差的性能)變得更加容易。可以給傳感器數據誤差向量中對應于加速計z軸的分量分配較小的加權系數。因此，本發明利用基于模型的迭代方法來改善姿態確定的精度以及從該姿態估計所得的體固定的向量表示eu和eV。優選地，該方法依賴于W02006/117731所公開的用于獲得良好初始姿態估計的方法。換句話說，該迭代方法根據在體固定傳感器中觀測到的響應于兩個不同物理向量場的信號來對物體姿態進行估計。參考坐標系中的這兩個向量場的表示被用作先驗知識。與其他已知的迭代式物體姿態估計方案不同，本發明也適用于如果兩個傳感器中的一個是2D傳感器而不是3D傳感器，或者如果兩個傳感器都是2D而不是3D傳感器(以導致更簡單的技術、更低的成本)的情況。優于在2006/117731中所述的向量重建方法，本發明顯著地改善了精度。上述D.Gebre-Egziabher等的發表物中所描述的迭代姿態估計不適用于具有小于6個軸(3個用于U，3個用于V)的傳感器結構。根據本發明的方法還使得最佳地處理具有不同偏差(例如，不同的噪聲水平、偏移、或非線性)的傳感器(或者傳感器軸)的傳感器配置變得更加容易。更具體地講，本發明涉及一種數據處理系統，其包括傳感器裝置和數據處理工具，其中傳感器裝置用于感測該傳感器裝置所在位置處的第一向量場和第二向量場，數據處理工具用于確定該傳感器裝置相對于所感測到的第一向量場和第二向量場的姿態。所述數據處理工具被配置為在各次迭代中確定各個姿態估計。在第一次迭代中，數據處理工具從傳感器裝置接收表示所感測到的第一向量場的第一數據和表示所感測到的第二向量場的第二數據，并且接收姿態的初始估計。例如能利用W02006/117731的方法來提供初始估計。對于每個下一迭代，數據處理工具通過執行以下步驟來確定姿態的下一估計基于在前一迭代中確定的前一姿態估計來確定第一數據的下一個第一預測和第二數據的下一個第二預測；產生表示第一數據和下一個第一預測之間的第一差值的第一量；產生表示第二數據和下一個第二預測之間的第二差值的第二量；基于第一量和第二量來確定下一個姿態估計；以及基于下一個姿態估計誤差，通過改變前一估計來確定表示下一個估計的進一步量。本發明的定向感測系統使用迭代式改進物體姿態估計的算法。在每次迭代中，產生誤差向量，該誤差向量表示實際測量的傳感器信號和在給定前一迭代的姿態估計的情況下這些傳感器信號基于模型的預測之間的差值。根據復合傳感器數據誤差向量，通過用靈敏度矩陣的偽逆矩陣乘以該復合誤差向量來計算姿態估計誤差(例如，3個自由度的旋轉)。然后，通過將姿態估計誤差的逆應用到原來的姿態估計來獲得改善的姿態估計。當滿足了預定判據時，迭代過程結束。例如，如果第一量的大小變得小于預定的第一閾值并且第二量的大小變得小于預定的第二閾值，則迭代過程結束。作為另一個示例，如果下一個姿態估計誤差的大小變得小于預定閾值，則迭代過程結束。如上所述，本發明提供了一種相對于W02006/117731的方法顯著地改善了精度的方法，并且由于本發明適用于任何2D和3D傳感器的組合(例如，3D磁力計和2D加速計)，所以比D.Gebre-Egziabher等所公開的方法更加通用。所述數據處理工具可以由專用硬件、專用數據處理器、利用專用軟件的通用數據處理器、具有諸如數據處理網絡之類的分布式功能的數據處理系統等來實現。在本發明的一個實施例中，所述數據處理工具對進一步量進行歸一化以便使得進一步量表示純旋轉。執行歸一化是為了確保新估計確實是純旋轉。以下將進一步詳細討論示例。在另一個實施例中，數據處理工具利用按比例減小的下一個姿態估計誤差，通過改變前一姿態估計來確定表示下一個姿態估計的另一個量。按比例減小的使用是為了確保復合傳感器數據誤差向量的大8小在每次迭代中確實減小(即，為了確保收斂)。用于確定用來在當前迭代中按比例減小姿態估計誤差的因子的判據是它是否能夠為下一個迭代產生長度顯著減小的復合傳感器誤差向量。以下將進一步討論詳情。在本發明的一個實施例中，所述系統包含于移動設備中，例如電子羅盤、移動電話、掌上電腦等。可選地，所述傳感器裝置包含于移動設備中，并且該設備具有用于經由數據網絡與包括數據處理工具的服務器進行通信的接口。這種分布式系統方法使得多個用戶能接收集中維持和更新的服務。在另一個實施例中，第一向量場是地磁場，并且第二向量場是地球引力場。傳感器裝置包括例如3D或2D磁力計和3D或2D加速計。本發明還涉及一種確定傳感器裝置相對于第一向量場和第二向量場的姿態，第一向量場和第二向量場是傳感器裝置在其所在位置感測到的。該方法包括在各次迭代中確定各個姿態估計。該方法包括在第一迭代中從傳感器裝置中接收表示所感測到的第一向量場的第一數據和表示所感測到的第二向量場的第二數據，并且接收初始的姿態估計。對于每個下一迭代，該方法包括通過執行以下歩驟來確定下一姿態估計基于在前一迭代中確定的前一姿態估計來確定第一數據的下一個第一預測和第二數據的下一個第二預測；產生表示第一數據和下一個第一預測之間的第一差值的第一量；產生表示第二數據和下一個第二預測之間的第二差值的第二量；基于第一量和第二量來確定下一個姿態估計誤差；以及基于下一個姿態估計誤差，通過改變前一估計來確定表示下一個姿態估計的進一步量。例如經由數據網絡接收傳感器數據并返回最終的姿態估計的服務供應商能夠在商業上利用根據本發明的方法，將其有效地用于例如集成在移動電話內的移動傳感器裝置。本發明還涉及對用在根據本發明的系統中的數據處理工具進行配置的軟件。將該專用軟件提供給配備有傳感器裝置或者作為售后增加能配備有傳感器裝置的移動設備的用戶的軟件供應商能在商業上利用該軟件。參照附圖，通過示例的方式更詳細地闡述本發明，其中圖l和圖2是根據本發明的系統的框圖；圖3至圖8列舉了闡明各種運算的數學表達式；以及圖9是根據本發明的系統的一個實施例的框圖。在所有的附圖中，用相同的參考標號來表示類似或相應的特征。具體實施方式框圖圖1是根據本發明的系統100的相關功能的框圖。系統100包括輸入端102，用于從向量場傳感器裝置(未示出)接收表示在時間t二-U時感測到的向量場的數據。系統100還包括組合器104、矩陣乘法器106、用于將乘法器106的輸出倒置的倒相器110、四元數乘法器單元108(對于四元數表示，見以下)、用于執行自傳感器的數據向量的下一預測的單元112、以及用于計算以下將進一步討論并且由圖5中的表達式(504)給出的靈敏度矩陣H的偽逆矩陣的單元114。系統IOO還包括初始化部分116，初始化部分116輸出例如根據上述的WO2006/117731中討論的方法來產生的初始姿態估計。初始姿態估計被用在第一次迭代i=l中，用于產生第二姿態估計。然后，初始化部分116將從第二姿態估計開始的下面所有的姿態估計路由到四元數乘法器108，以及單元112和單元114。系統100的運算如下。針對第i次迭代，組合器104通過確定表示傳感器在時刻ttk測量到的實際信號的數據向量和表示來自傳感器的預測信號的數據向量之間的差值來形成輸出。單元112基于在前一次迭代中計算出并且在節點118能夠獲得的姿態估計來提供預測傳感器數據向量。因此，組合器104形成了提供給乘法器106的復合誤差向量。圖4中的表達式(410)和(412)分別涉及向量場V和U的傳感器數據誤差向量，以下將對此進行進一步描述。乘法器106用以下將討論的圖5中的表達式(506)給出的靈敏度矩陣的偽逆矩陣對該復合誤差向量執行矩陣相乘，產生由圖5中的表達式(508)給出的第i次迭代的姿態估計誤差。單元108通過將倒相器IIO產生的姿態估計誤差的逆應用到前一姿態估計來確定下一個(改善的)姿態估計。以下參照圖6中的表達式(612)和圖7中的表達式(702)進一步詳細討論這個最后的運算。對當前測量到的傳感器數據向量持續進行迭代，直到滿足了停止判據。然后在節點118獲得的時刻t^k的姿態估計被提供給輸出節點120。圖2是用于預測下一個傳感器數據向量的單元112的框圖。通過以下步驟來預測U和V向量場的傳感器數據向量在單元202和204中，基于在節點118提供的估計姿態rc和已知的參考坐標系場表示ru和rv來計算體固定的向量場表示U和W，然后將體固定的向量"和。V饋送到它們在單元206和208中的對應傳感器模型。單元206和208的輸出將各自的數據提供給單元210，單元210提供預測向量，該預測向量是組合U和V傳感器通道的預測傳感器數據向量。因此，單元112利用已知的參考坐標系中U和V場的表示來計算相應的體固定的表示。然后，體固定的場表示被應用到相應傳感器的模型，以產生預測傳感器數據向量。該步驟需要已知傳感器模型的參數。在通常的線性傳感器模型的情況下，這些參數包括傳感器偏移向量和傳感器比例因子矩陣(每個傳感器軸給出總共4個系數)。從上述的WO2006/117731中討論的表達式(302)中可以看出，"U和。V與物體姿態矩陣rc之間的關系是非線性的。因此，傳感器數據向量和姿態之間的關系也是非線性的。對應的誤差信號也同樣如此。為了能夠根據傳感器數據誤差向量來計算姿態估計誤差，在前一次迭代的估計姿態的附近("運算點")線性化所述非線性關系。這可以通過以下步驟來實現計算靈敏度矩陣，該靈敏度矩陣的系數表示傳感器數據誤差向量分量對姿態誤差分量的靈敏度。由于傳感器數據誤差向量中的分量(在一個場為2D傳感器而另一個場為3D傳感器的情況下分量為5個)比姿態估計誤差中的分量(3個)多，則不能倒置該靈敏度矩陣，而必須對其進行偽逆運算，這將產生最適合于傳感器數據誤差向量的姿態估計誤差的均方根(rms)。推導靈敏度矩陣和偽逆表達式(304)給出了向量V在已知參考坐標系(上標f)中的量和在真實的體坐標系(上標。中的量的表示之間的關系。在參考坐標系中表示的3X3姿態矩陣'C的列是體坐標系的基向量。在姿態估計程序中的每次迭代的目的是為了獲得真實的(但是未知的)姿態f的估計^。估計的姿態和真實的姿態被表達式(306)給出的姿態估計誤差^C關聯起來。表達式(306)中的三個矩陣都具有3X3的維數并且都表示旋轉。表達式(306)的解釋如下為了獲得估計的姿態，用姿態估計誤差來旋轉真實的姿態。如果姿態估計誤差'sc將表示小的純旋轉，則在其系數中僅僅存在3個自由度；并且該矩陣可以由表達式(308)進行近似。表達式(308)中的矩陣I是3X3單位矩陣，并且三個系數W,、"&2、"&3表示關于參考坐標系的x、y和z軸的旋轉的半角。將表達式(306)代入表達式(304)產生表達式(310)。將針對姿態估計誤差的表達式(308)代入表達式(310)，并且對結果進行再加工后給出表達式(312)。在表達式(312)中，3D向量'&如在表達式(402)中所定義的一樣。表達式(312)右手邊的第一項可以被解釋為預測的體參考向量'f=「6'.'T，并且第二項是預測誤差。作為下一個步驟，表達式(404)給出了線性傳感器模型，其中Sv是傳感器數據向量，SFv是比例因子矩陣，并且Pv是偏移向量。將表達式(312)代入表達式(404)得到表達式(406)，其中傳感器數據向量估計&是根據表達式(408)定義的。現在傳感器數據誤差向量^&=《,-&能與向量'&建立關聯，這表示了表達式(410)所給出的姿態估計誤差。對于兩個向量場中的一個向量場(向量場V)，這是傳感器數據誤差向量和姿態估計誤差之間的理想線性關系。同樣的推導過程也適用于另一個場U，并且產生表達式(412)。矩陣方程(410)和(412)能被組合在根據表達式(502)的單個矩陣方程中，其中靈敏度矩陣H由表達式(504)給出。如果U和V場均是由3D傳感器測量的，則靈敏度矩陣H的維數是6X3。如果其中一個場是由2D傳感器測量的，則H的維數減小到5X3。復合(612XI或5X1)傳感器數據誤差向量過多指定(3X1)姿態誤差。因此，為了根據傳感器數據誤差向量來計算姿態估計誤差，不能倒置矩陣方程(502)。然而，可以通過表達式(506)給出的計算H的偽逆H+來計算出最適合的(例如，均方根形式)姿態誤差。偽逆具有H、H二I的屬性，其中I是單位矩陣，該單位矩陣的行維數和列維數等于H的列維數(在這種情況下維數等于3)。如表達式(508)給出，現在根據復合傳感器數據誤差向量來確定姿態估計誤差。另外，傳感器數據誤差向量被定義為預測傳感器數據向量和為真實姿態獲得的傳感器數據向量之間的差值。在實際系統中不能獲得后一個量，而采用測量的傳感器數據向量來代替。雖然，測量的傳感器數據向量與真實的姿態相關，但是它也受到噪聲和其他傳感器非理想狀況影響的限制。因此，即使在多次迭代之后，也僅僅期望估計的姿態接近真實的姿態。實現可以多種根本不同的方式(除了大量不同的約定之外)來表示3個自由度的姿態C，例如1)歐拉角，例如轉動角、滾動角和平動角。歐拉角表示是一組表示繞三個給定旋轉軸連續旋轉的三個角。2)軸&角。在此，物體姿態被看作是繞指定軸的通過指定角度的單個旋轉的結果。3)四元數表示采用四元數。四元數是4維超復數。在旋轉的環境中，四個四元數分量也被稱為歐拉參數(與歐拉角區分開)。普通的復數由兩個實數組成，并且可以被用來描述2D平面中的l個自由度的旋轉。同樣，構成四元數的四個實數歐拉參數可被用來描述3D空間中的3個自由度的旋轉。4)旋轉矩陣，也被稱為方向余弦矩陣，是3X3矩陣，該矩陣的列給出了以參考坐標系表示的體坐標系的基向量。其采用了9個系數來表示僅僅3個自由度。優選地，采用了四元數表示或旋轉矩陣表示，這是因為它們能夠容易地計算出連續旋轉產生的姿態(就像算法的迭代特性所能實現的一樣)。以下，首先討論四元數表示，然后討論旋轉矩陣表示。四元數表示四元數和其四個歐拉參數通常由表達式(602)來表示。歐拉角的解釋遵循表達式(604)。在此，由表達式(606)給出分量的單位長度向量Q是旋轉軸，角度'"是旋轉角。如果四元數的長度(四個分量的均方根總和)等于1，則四元數表示旋轉。根據表達式(608)，從兩個連續旋轉(第一旋轉a，然后旋轉b)產生的姿態可以被描述為相應的四元數的乘積。符號⑧表示四元數乘積運算符。當根據前一姿態估計和姿態估計誤差來計算新姿態估計時，需要四元數乘積的表達式。檢査表達式(604)可以發現小旋轉的四元數(例如，姿態估計誤差)可由表達式(610)近似，其中|卩&||《1。表達式(612)給出了與單元110的運算相關的求逆運算，即在其他方向上的小旋轉。注意，如表達式(508)所給出的，向量'&的三個分量可被直接映射到姿態估計誤差的分量上。現在，能根據表達式(702)來執行新的姿態估計的計算，其中下標"i"指的是第i次迭代步驟，下標"i-l"指的是前一迭代步驟。歸一化用于保持單位長度的四元數(即，純旋轉)。由于兩個原因，這是需要的。第一個原因是根據表達式(610)的近似給出了在每次迭代步驟中四元數長度的小增長。第二個原因是舍入誤差在多次迭代期間累積。采用姿態的四元數表示的優點是其中能夠(通過歸一化四元數的長度)保持純旋轉的簡單方式。根據新的姿態估計，能夠在圖2的單元202和204中預測向量。U和。V。在四元數代數中，向量旋轉可被描述為四元數三重積(704)，其中向量W和W在第一位置補充了0，以使得它們滿足四元數乘積運算符。為了確定何時已經實現了收斂，迭代算法需要判據以便停止迭代。對于向量匹配算法，表達式(706)給出了可能的停止判據，其中選擇了例如作為期望姿態的精度的一部分的閾值。14作為選擇，還可以檢査復合傳感器數據誤差向量的長度。當該長度變得小于傳感器中的(己知)均方根噪聲水平的一部分時，就沒有必要試圖獲得更好的估計了。旋轉矩陣表示以上討論的可以代替四元數表示的是更熟悉的姿態矩陣表示。表達式(708)給出了對應于表達式(610)的姿態估計誤差的旋轉矩陣WC。理論上，表達式(710)給出了根據前一姿態估計和姿態估計誤差的新姿態估計的更新方程。然而，由于表達式(708)僅僅給出了小旋轉的近似，所以必須采取附加措施來確保表示新姿態估計的矩陣確實是純旋轉矩陣。當且僅當具有列向量CnCy和"的3X3矩陣C符合以下要求時，其表示純旋轉每個列向量的長度是l;并且這些列向量彼此正交。表達式(712)表示了這些要求。表達式(712)表示施加到矩陣C上的6個約束(標量方程)，從而矩陣的9個系數中僅僅剩下了姿態的3個自由度。存在多種方法來修改一般矩陣C使其符合方程(712)。通過示例給出了以下方法。通過將向量"的長度換算成1，用矩陣C的第一列向量的歸一化形式來代替矩陣C的第一列向量。用原始的第一列向量和第二列向量L和Cy的歸一化叉積來代替第三列向量。新的第三列向量和第一列向量的叉積用作新的第二列向量。顯然的是，可以想出很多上述方法的(相互之間不等同的)變型。該方法能夠應用于表達式(710)的結果，以確保結果真正地表示純旋轉。現在，從根據表達式(802)的姿態估計能夠預測到向量"U和1(見圖2的框圖中的操作)，之后，能夠通過傳感器模型單元206和208饋送向量m和W，以針對下一個迭代來預測新的復合傳感器數據向量。收斂改進上述姿態估計誤差是在假設它是小誤差的情況下得到的。然而，取決于尤其是最初幾次迭代中的初始姿態估計的量，在姿態估計中，所計算的姿態估計誤差可能是真實誤差的嚴重過估計。這可能導致需要大量迭代和/或甚至導致不能收斂。如果一個或多個傳感器軸缺失，則存在某些姿態，對于這些姿態來說，所有剩余的傳感器軸的信號對后續的小姿態變化不敏感。在這種情況下，姿態估計誤差能夠是真實需要的姿態步驟的粗略的過估計，并且還會導致較差收斂。因為所計算的姿態估計誤差是基于導數的(derivative)(靈敏度矩陣)，所以其總是能給出朝向改進姿態估計的正確方向。然而，由于姿態和預測向量之間的基本關系是非線性的，所以估計誤差的長度可能是過估計的。因此，需要一種方法來按比例縮小姿態估計誤差的長度，同時又能在應用它來確定新的姿態估計之前保持方向不變。這種按比例縮小對應于減小必須在當前迭代中使用的旋轉的角度，而同時又保持相關的旋轉軸不變。按比例縮小類似于經常應用在多維Newton—Raphson求根方法(root—finding)中來減小(多維)迭代步長的線性搜索方法。然而，在Newton-Raphson求根方法中，步長被附加到前一次迭代的結果，而在本發明的向量匹配算法中，以乘法方式應用估計誤差，見表達式(702)。為了確定旋轉步長是否足夠小，計算對應的新姿態以及對應的復合傳感器數據誤差向量。如果傳感器數據誤差向量的長度相對于前一次迭代中所獲得的傳感器數據誤差向量的長度增大了而不是減小的，則旋轉步長太大。然后，試試較小的步長。如果傳感器數據誤差向量的長度相對于前一次迭代中的傳感器數據誤差向量的長度減小了，則接受該步長。注意，采用線性搜索方法，在每次迭代中可能必須多次計算新的姿態和對應的復合傳感器數據誤差向量以獲得可接受的步長。然而，靈敏度矩陣及其偽逆矩陣的更密集的計算的執行頻率仍然保持在每次迭代中進行一次。對于如何確定下一次迭代所使用的降低步長的因子的詳情，參見例如NumericalRecipesinC，2ed.，W.H.Pressetal.，CambridgeUniversityPress,1992，section9,7。信號裝置或分步式系統實現可以多種方式來實現上述的系統100。在第一種實現方式中，系統ioo包含于單個裝置(諸如電子羅盤之類的移動裝置)中。電子羅盤可以獨立存在，或者其自身可以集成在移動電話或者掌上電腦等中。圖9示出了系統100的第二實施例900。在輸入端102提供所測量的傳感器數據向量的傳感器裝置902包含于單個物理裝置904(例如移動裝置)中，該物理裝置904也具有數據通信工具和網絡接口906，用于通過數據網絡910(諸如Internet)與服務器908進行(無線)通信。服務器908具有數據處理工具912，用于處理從傳感器裝置902接收到的表示所感測到的向量場(例如地磁場和地球引力場)的數據，以便確定裝置902相對于這些向量場的姿態，從而能確定裝置904相對于這些向量場的姿態。上面已經詳細地討論了所述數據處理。實施例900的配置的優點是由服務器來進行處理。從而，裝置904不需要計算能力，并且可以集中維護和更新服務器908，以便優化處理和向裝置904的用戶提供服務。例如，用戶可以在其移動電話904上安裝的傳感器裝置902作為售后添加，添加后在該移動電話上可以獲得服務器908所提供的服務，從而允許基于導航設備的各種商業上感興趣的商業模型。在第三個實施例中，系統100包含于單個物理裝置中，其中對從傳感器裝置902接收的作為所感測到的向量場的數據進行處理的(如參照之前附圖所討論過的)處理工具以運行在該裝置上的通用數據處理器上的軟件形式來實現。另外，傳感器裝置902也可以作為售后添加來安裝，以及軟件可以下載到裝置上來啟動根據本發明的系統。因此，本發明中的定向感測系統采用了迭代式改進物體姿態估計的算法。在每次迭代中，產生誤差向量，其表示實際測量的傳感器信號和在給定前一次迭代的姿態估計的情況下這些傳感器信號的基于模型的預測之間的差值。根據復合傳感器數據誤差向量，通過用符合誤差向量乘以靈敏度矩陣的偽逆矩陣來計算姿態估計誤差(3個自由度的旋轉)。然后，通過將姿態估計誤差的逆應用到之前的姿態估17計來獲得改進的姿態估計。權利要求1.一種數據處理系統，其包括傳感器裝置，用于感測該傳感器裝置所在位置的第一向量場和第二向量場；數據處理工具，用于確定該傳感器裝置相對于所感測到的第一向量場和所感測到的第二向量場的姿態；其中數據處理工具用來確定各個迭代中的姿態的各個估計；在第一次迭代中，數據處理工具從傳感器裝置接收表示所感測到的第一向量場的第一數據和表示所感測到的第二向量場的第二數據，并且接收姿態的初始估計；對于每個下一次迭代，數據處理工具通過執行以下步驟來確定姿態的下一個估計基于在前一次迭代中確定的前一個姿態估計來確定第一數據的下一個第一預測和第二數據的下一個第二預測；產生第一量，其表示第一數據和下一個第一預測之間的第一差值；產生第二量，其表示第二數據和下一個第二預測之間的第二差值；基于第一量和第二量來確定下一個姿態估計誤差；基于下一個姿態估計誤差，通過改變前一估計來確定表示下一個姿態估計的進一步量。2.根據權利要求1所述的系統，其中數據處理工具對所述進一步量進行歸一化以便使所述進一步量表示純旋轉。3.根據權利要求1所述的系統，其中數據處理工具通過使用按比例減小的下一個姿態估計誤差來修改前一姿態估計以確定表示下一個姿態估計的另一個量。4.根據權利要求l所述的系統，包含于移動裝置中。5.根據權利要求1所述的系統，其中傳感器裝置包含于移動裝置中；該移動裝置具有接口，用于經由數據網絡與數據處理工具進行通信。6.根據權利要求1所述的系統，其中第一向量場是地磁場，第二向量場是地球引力場。7.根據權利要求5所述的系統，其中傳感器裝置包括3D磁力計和2D加速計。8.—種方法，其用于確定傳感器裝置相對于傳感器裝置所感測到的傳感器裝置所在位置的第一向量場和第二向量場的姿態，其中該方法包括確定各個迭代中的各個姿態估計；該方法包括在第一次迭代中從傳感器裝置接收表示所感測到的第一向量場的第一數據和表示所感測到的第二向量場的第二數據，并且接收初始姿態估計；對于每個下一次估計，該方法包括通過執行以下步驟來確定下一個姿態估計.-基于在前一次迭代中確定的前一姿態估計來確定第一數據的下一個第一預測和第二數據的下一個第二預測；產生第一量，其表示第一數據和下一個第一預測之間的第一差值；產生第二量，其表示第二數據和下一個第二預測之間的第二差值；基于第一量和第二量來確定下一個姿態估計誤差；以及基于下一個姿態估計誤差，通過改變前一估計來確定表示下一個姿態估計的進一步量。9.根據權利要求8所述的方法，包括對所述進一步量進行歸一化以便使得所述進一步量表示純旋轉。10.根據權利要求8所述的方法，包括通過使用按比例減小的下一個姿態估計誤差來修改前一姿態估計以確定表示下一個姿態估計的另一個量。11.一種軟件，用于配置用在權利要求1所述的系統中的數據處理工具。全文摘要一種定向感測系統，其采用迭代式改進物體姿態估計的算法。在每次迭代中，產生誤差向量，其表示實際測量的傳感器信號和在給定前一次迭代的姿態估計的情況下這些傳感器信號的基于模型的預測之間的差值。基于復合傳感器數據誤差向量，通過用復合誤差向量乘以靈敏度矩陣的偽逆矩陣來計算姿態估計誤差(3個自由度的旋轉)。然后，通過將姿態估計誤差的逆應用到先前的姿態估計來獲得改進的姿態估計。文檔編號G01C17/00GK101652629SQ200880010871公開日2010年2月17日申請日期2008年3月27日優先權日2007年4月2日發明者漢斯·馬克·貝爾·貝維,特尼斯·讓·伊金克申請人:Nxp股份有限公司