申请/专利权人：ISKN公司

申请日：2016-10-07

公开（公告）日：2021-05-07

公开（公告）号：CN108351735B

主分类号：G06F3/046(20060101)

分类号：G06F3/046(20060101)

优先权：["20151009 FR 1559642"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.05.07#授权;2018.10.26#实质审查的生效;2018.07.31#公开

摘要：本发明公开了一种跟踪相对于磁力计阵列移动的磁体的位置的方法。基于由阵列的每个磁力计检测到的磁场来估计磁体的位置。该估计基于考虑先前建立的参考磁场，该参考磁场从每个磁力计检测到的磁场中被减去，以形成差分测量。对磁体的位置的各个连续地估计使得可以跟踪其路径。

主权项：1.一种用于估计磁体15的位置rtn的方法，所述磁体相对于包括多个磁力计10i的磁力计阵列移动，每个磁力计能够测量由所述磁体沿着至少一个测量轴xi，yi，zi产生的磁场Bi，所述方法包括以下步骤：a利用每个磁力计在参考时间tref，tref，j测量参考磁场Bitref，Bitref，j；b将在所述参考时间的参考位置rreftref，rreftref，j赋予所述磁体，所述参考位置被赋为任意位置或赋为所述磁体在所述参考时间的位置的估计值；c在继所述参考时间之后的测量时间tn，利用每个磁力计10i测量由所述磁体产生的磁场Bitn；d针对每个磁力计10i，计算表示步骤c中测量的磁场Bitn与步骤a中测量的参考磁场Bitref，Bi，jtref，j之差的差分磁场ΔBitn，ΔBi，jtn；e基于每个差分磁场ΔBitn，ΔBi，jtn和对所述参考位置rreftref、rreftref，j、rreftn-1、rreftn-1，j的估计值，估计所述磁体在所述测量时间tn的位置rtn，所述估计由递归估计器来进行，在第一次迭代中，所述磁体的参考位置是在所述参考时间赋予所述磁体的位置；以及f基于步骤e中获得的估计值重复步骤c到e，同时递增测量时间。

全文数据：通过差分测量跟踪磁体的位置的方法技术领域[0001]本发明涉及一种用于通过估计由磁体相对于磁力计阵列连续占据的位置，来跟踪磁体相对于多个磁力计的位置的装置。一种可能的应用是将所述位置传送到屏幕或计算机文件。背景技术[0002]在专利申请W02013144337中已经描述了一种用于确定磁体相对于磁力计阵列的位置和取向的方法。在该文献中，解释了如何可以基于由磁体产生的磁场的多次测量来确定磁体的位置和方向。更确切地说，采用包括位置已知的磁力计阵列的装置。每个磁力计能够测量由磁体产生的磁场沿着至少一个测量轴的分量。由各个磁力计进行的各个测量的组合允许确定磁体相对于磁力计阵列的位置和可选的取向。[0003]该方法的一种可能的应用是磁性写字板，其中，磁力计被布置成平行于写字板支承表面的基本上平面的阵列。于是，用户可以移动包括磁体的笔，以便在书写介质（例如纸介质）上形成题字，该介质抵靠所述支承表面放置。因此，该方法允许跟踪磁体的路径。因此，由用户抵靠支承表面形成的题字可以由磁性写字板记录，然后公布在屏幕上和或存储在存储器中。[0004]文献W02009007210描述了一种用于确定磁体相对于磁力计阵列的取向的方法。为此，将由每个磁力计测量的磁场与参考值比较，参考值对应于当磁体具有预设取向时由磁力计测量的磁场的测量值或估计值。利用每个磁力计，确定对应于磁体的各个预设取向的参考值。该方法易于实施，因为它在于简单地将每个磁力计测量的磁场和预先确定的参考值比较。然而，由该方法测量的取向只能对应于所述预设取向中的一个。[0005]发明人试图改进W02013144337中描述的方法。特别地，该方法假设进行初始化，其中对于每个磁力计，由磁体产生的磁场的测量值必须是可忽略不计的。因此，在该初始化期间，每个磁力计测量环境信号，该环境信号基本上对应于装置所处环境的环境磁场。每个磁力计的测量也受特定于传感器的偏移信号影响。该信号可能是由于传感器的磁化效应或者由于某些部件例如磁电阻器）的波动。在该方法的实施期间，从每个磁力计进行的测量中去掉在初始时间确定的环境信号和偏移信号。然而，偏移信号和环境信号可能随时间较小程度地波动，这导致每个磁力计测量的信号中的漂移。在由磁体产生的磁场的测量中出现不受控制的偏差，这可能导致对磁体的位置的估计的误差。[0006]另外，初始化过程可能是受约束的，因为它要求将磁体放置在足够远离磁力计阵列的距离处，使得其产生的磁场不影响磁力计的测量。例如，磁矩等于0.2A.m2的磁体必须被放置在离磁力计约30cm的距离处，使得在磁力计处由磁体产生的磁场相对于环境磁场是可忽略不计的。[0007]本发明允许解决这些缺点，同时允许更精确地确定磁体的位置，并允许更加规律地重新初始化该方法，或者甚至同时考虑多个初始化。发明内容[0008]本发明的第一个主题是一种用于估计磁体的位置的方法，所述磁体相对于包括多个磁力计的磁力计阵列移动，每个磁力计能够测量由所述磁体沿着至少一个测量轴产生的磁场，方法包括以下步骤：[0009]a利用每个磁力计在参考时间测量参考磁场；[0010]b将在所述参考时间的参考位置赋予磁体；[0011]C在继参考时间之后的测量时间，利用每个磁力计测量由所述磁体产生的磁场；[0012]d针对每个磁力计，计算表示步骤c中测量的磁场与步骤a中测量的参考磁场之差的差分磁场；[0013]e基于每个差分磁场和所述参考位置的估计值，估计所述磁体在所述测量时间的位置；以及[0014]f基于步骤e中获得的估计值重复步骤c到e，同时递增测量时间。[0015]在第一次迭代中，参考位置可以特别是在参考时间赋予磁体的参考位置。它或者是已知的，或者是任意确定的。[0016]该方法可以包括在步骤e中基于以下来估计磁体的位置：[0017]-在测量时间之前的时间对磁体的位置的估计；[0018]-对参考位置的估计，所述估计在测量时间之前的时间进行；[0019]步骤e还包括在所述测量时间估计参考位置。[0020]在步骤e之后，该方法可以包括验证磁体在测量时间的位置以及参考位置的相应的估计值的步骤e’），该步骤包括以下子步骤：[0021]i确定在测量时间与参考时间之间磁体的移动，在这些时间中的每个时间通过加权因子加权每个磁力计的位置，该加权因子取决于由所述磁力计在所述时间测量的磁场的模；[0022]ii将在子步骤i中确定的移动与使用磁体在测量时间的位置和参考位置的估计值所计算的移动进行比较。[0023]子步骤i可以包括：[0024]-针对每个磁力计，确定称为瞬时差分磁场的差分磁场，其表示在第一时间测量的磁场与在第二时间测量的磁场之间的变化，所述第二时间邻近所述第一时间，所述确定通过连续地考虑对应于测量时间和参考时间的第一时间来进行，以便获得在这些时间中的每个时间的瞬时差分磁场，[0025]-分别基于在测量时间和在参考时间的瞬时微分磁场的模，分别在测量时间和参考时间进行每个加权因子的确定。[0026]根据一个实施例：[0027]-重复步骤a和b，使得获得多个参考位置，每个参考位置与以下相关联：[0028]参考时间；[0029]在所述参考时间赋予磁体的的位置；以及[0030]每个磁力计在所述参考时间测量的磁场;并且[0031]-步骤d包括根据至少一个参考磁场计算至少一个差分磁场。[0032]根据该实施例：[0033]-将每个参考位置与有效性指标相关联，而无论取决于所述有效性指标在每个测量时间、在步骤d和e中是否考虑所述参考位置；[0034]-当参考位置的数量小于参考位置的预设数量时，可以重复步骤a和b;[0035]-步骤d可以包括计算多个差分磁场，针对每个磁力计，每个差分磁场表示的在步骤c中测量的磁场与每个参考磁场之间的差。[0036]步骤e可以包括在所述测量时间对所述磁体的位置多次估计称为中间估计），每次中间估计基于参考位置，该参考位置从一个到下一个是不同的，磁体在所述测量时间的位置取决于这些中间估计值来确定。它也可以包括在每个测量时间更新每个参考位置的估计值。则可以估计磁体在测量时间的位置：[0037]根据所述中间估计值的可选加权平均值；[0038]通过考虑距所述多个中间估计值最远的参考位置或位于超过预设距离处的参考位置；[0039]基于取决于与参考位置相关联的有效性指标而选择的参考位置；[0040]通过连续地考虑所述多个参考位置中的每个参考位置。[0041]该方法可以单独或以任何技术可生产的组合的形式包括以下特征之一：[0042]-在步骤b中，将任意位置或者对磁体在参考时间的位置的估计值赋予所述参考位置；[0043]-步骤e除了包括估计磁体在每个测量时间的位置之外，还包括估计磁体此时的取向；[0044]-步骤e还包括估计磁体在测量时间的磁矩的分量。可以对这些分量设置条件，使得磁体的磁场的模对应于预设值或值范围。[0045]根据一个实施例，步骤e包括确定与测量时间有关的状态矢量，该状态矢量取决于在测量时间之前的时间的所述状态矢量来确定:该先前时间可以是参考时间或对应于先前迭代并且尤其是前一次迭代的测量时间。该状态矢量特别可以包括:磁体在测量时间的位置，在测量时间磁体的至少一个参考位置的估计值，以及可选地磁体在测量时间和在参考时间的磁矩的估计值。该状态矢量可以在步骤c、d和e的每次迭代中被更新，则步骤e可能包括：[0046]-基于与测量时间之前的时间相关的状态矢量，以及例如与先前迭代相对应的时间，估计在测量时间的状态矢量的子步骤；以及[0047]-基于步骤d中确定的差分磁场，更新在测量时间的状态矢量的子步骤。[0048]根据与上述实施例相兼容的一个实施例：[0049]-步骤d包括在测量时间分别确定平均差分磁场，该平均差分磁场表示每个磁力计在测量时间与在参考时间测量的磁场的平均值之差；[0050]-步骤e包括考虑如此建立的平均差分磁场，从差分磁场中减去平均差分磁场的相。[0051]则步骤e可以包括：[0052]-估计每个磁力计在测量时间测量的差分磁场，并确定所述估计值的平均值；[0053]-考虑由每个磁力计测量的每个差分磁场的估计值的平均值，从每个磁力计在测量时间测量的差分磁场的估计值中减去平均值的项。[0054]根据一个实施例，当使用多个参考时，建立称为融合参考位置的参考位置。确定该融合参考位置包括以下步骤：[0055]-基于在测量时间对第一参考位置的估计，确定在与所述第一参考位置相关联的参考时间由磁体产生的磁场并且确定在该参考时间的环境磁场；[0056]-基于在所述测量时间对第二参考位置的估计，确定在与所述第二参考位置相关联的参考时间由磁体产生的磁场并且确定在该参考时间的环境磁场；[0057]-通过组合如此建立的所述环境磁场来建立新的参考位置，该参考位置可能被赋予无穷远处的位置，或者被赋予零参考磁矩。[0058]根据该实施例，则可以通过估计与参考位置相关联的每个参考时间处的许多环境磁场来融合多个参考位置。[0059]对于任一实施例，可以使用递归估计器例如卡尔曼滤波器或扩展卡尔曼滤波器）来进行步骤e。[0060]本发明的另一主题是一种用于定位可移动磁体的装置，磁体能够相对于磁力计阵列移动，每个磁力计能够在各测量时间传递由所述磁体沿至少一个测量轴产生的磁场的测量值，装置包括处理器，该处理器被配置为在每个测量时间接收由每个磁力计传递的测量值，并且实施本专利申请中描述的方法，以便确定磁体在每个测量时间的位置。[0061]本发明的另一主题是一种包含用于执行本专利申请中描述的方法的指令的数据存储介质，这些指令能够由微处理器来执行。[0062]通过阅读以非限制性示例并且参照下述附图给出的以下描述，将更好地理解本发明。附图说明[0063]图IA示出了包括形成阵列的磁力计的保持架。[0064]图IB示出了该保持架和磁体的立体图，该磁体相对于磁力计阵列的位置和可选择的取向是待确定的。[0065]图2A示出了本发明的实施例的主要步骤。[0066]图2B示出了图2A的步骤之一的细节。[0067]图3A示出了图2A中所示的实施例的变型的主要步骤。[0068]图3B和3C是参照图3A描述的变型的图示。[0069]图4A示出了本发明的另一个实施例的主要步骤。[0070]图4B示出了该另一实施例的步骤之一的细节。[0071]在这些图中，将使用相同的附图标记来指代相同的元素。具体实施方式[0072]图IA示出了包括磁力计1〇1、1〇2···IOi.··IOi的阵列的保持架12。在此每个磁力计以矩阵阵列的方式布置。每个磁力计由标号i来指代，其中1纪幻。阵列包括I个磁力计，在这种情况下，1=32。在该示例中，磁力计共面或基本上共面于由轴X和Y限定的平面中。每个磁力计IOi能够测量其所暴露于的磁场Bi，尤其是该磁场沿着至少一个测量轴Xi、yi、Zi的分量。在该图中，已经示出了与保持架12相关联的参考系R的轴X、Y、Z。优选地，每个磁力计是三轴磁力计。在这种情况下，每个磁力计IOi的测量轴xi、yi、zi可以与参考系R的测量轴一致。在该示例中，保持架12是刚性保持架，磁力计被紧固到该保持架。它尤其可能是印刷电路板PCB。在该示例中，磁力计相对于彼此紧固在适当的位置，这是一个优选的配置。[0073]图IB示出了根据本发明的装置，包括参照图IA描述的保持架12,保持架12连接到处理器20,例如微处理器。处理器20连接到包含指令的存储器22,存储器22能够由处理器20执行以实施下面描述的方法。这些指令可以被保存到能够由处理器可读的存储介质中，诸如硬盘、⑶-ROM或其他类型的存储器。处理器可以连接到显示单元24,例如屏幕。[0074]图IB还示出了能够相对于磁力计移动的磁体15。磁体与称为磁体的参考系IT的参考系相关联，该参考系的轴χ、γ和Z如图IB中所示。该参考系能够相对于保持架的参考系R移动。使用与从参考系R即由轴XYZ限定的参考系）到参考系IT即由轴χ、γ和Z限定的参考系）相关联的欧拉角Φ进动）、θ章动）和f自转），由磁体产生的磁偶极矩m可以相对于参考系R来取向。[0075]磁体15可以是具有剩余磁场的铁磁材料、电磁体或永磁体。其磁矩例如为0.01A.m2到lA.m2。优选地，通过刚性构件将磁体紧固到笔上，使得装置能够检测笔相对于磁力计阵列的移动。由该磁体在多个磁力计处产生的磁场优选地高于ΙΟΟΑ.ηΓ1或500Α.ΠΓ1，使得磁体可以被所述磁力计“看到”，即检测到。本领域技术人员能够设置磁体和磁力计的规格，使得当磁体距离保持架至少5cm或IOcm时，由磁体产生的磁场能够被每个磁力计检测到。[0076]在一个应用中，将书写介质放置在置于磁力计12和笔之间的支承表面上。纸尤其可以抵靠在支承表面上，使得装置能够记录笔在所述纸上形成的题字，正如在背景技术中提到的W02013144337中描述的装置一样。书写介质可以是一张纸、一张纸板或一块布。书写介质足够薄以便由磁体产生的磁场能够由形成阵列的多个磁力计检测到。用户可以移动笔并在纸上产生题字，然后处理器20跟踪磁体的移动，以便将题字存储在存储器22中和或将其显示在屏幕24上。[0077]现在将参考图2A来描述方法的主要步骤，这些步骤可以被实施以检测磁体根据时间的位置，以便在保持架的参考系R中建立其路径。如上所述，该方法可以由处理器20实施，处理器20接收由阵列的磁力计⑺“则量的数据。然后将磁体的连续位置存储在存储器22中和或公布在显示屏24上。[0078]每个磁力计被配置为沿着至少一个测量轴Xl、yi、Zl测量其受到的磁场B1。该磁场是有用磁场*环境磁场和偏移信号的总和，其中有用磁场：是由磁体15产生的，环境磁场Be3nv是由于装置所处的磁环境产生的，偏移信号是响应于磁力计的偏移形成的。偏移信号取决于每个磁力计，而环境磁场对于所有磁力计而言被认为是相同的。换一种说法，[0079]步骤100:测量参考磁场。在该步骤中，每个磁力计IOi测量称为参考磁场的磁场Bitrrf。在参考时间trrf进行该测量。与现有技术不同，磁体15可以被放置在参考位置，使得其产生对于至少一个磁力计并且优选地对于所有磁力计而言显著的磁场。此外，在所述参考时间，称为磁体的参考磁矩的磁矩由mrrftrrf表示。[0080]步骤110:赋予参考位置。在该步骤中，赋予与参考系R中的磁体15的坐标对应的参考位置，该参考位置由rreftref表示。当关于该参考位置没有先验可用时，其可以被任意限定为例如预定位置。[0081]步骤120:递增时间。时间被离散化为采样时间周期，步骤120包括相对于在步骤100到110中考虑的参考时间trrf来递增时间。[0082]迭代地进行以下步骤，排序η的每次迭代与称为测量时间或当前时间的时间^相关联。[0083]步骤130:利用每个磁力计IOi在当前时间tn测量磁场Bitn。[0084]步骤140:差分测量:对于每个磁力计IO1，计算差分磁场AB1U，其代表了步骤130中测量的磁场Bitn与步骤100中测量的参考磁场Bitref之差。对于每个磁力计，通过逐轴减去当前时间和参考时间的磁场的分量来计算差值。由此形成了差分测量的矢量ΔBtn包括所讨论的磁力计的所有差分磁场AB1U。在阵列包含32个三轴磁力计的该示例中，矢量ABtn包含96个项，每个项表示由磁力计IO1获取的差分磁场沿着一个轴的测量值。差分测量的优点在于它可以排除每个磁力计1^的偏移信号和环境磁场。特别地：[0086]如果定期更新参考时间trrf和此时磁场B1tref的测量值，那么可以认为B_tref和是正确的。因此，差分测量ΔB1tn独立于环境磁场和每个检测器的偏移信号。将在下面描述参考时间的更新。[0087]步骤150:估计磁体在当前时间的位置。[0088]总体上，在该步骤中，确定状态矢量Xtn，其包括对磁体在当前时间tn的位置rtn的估计，该估计根据在前一次迭代中估计的状态矢量XtH来进行。在第一次迭代中，该估计根据初始状态矢量来进行。通过实施扩展卡尔曼滤波类型的递归估计器来进行估计。状态矢量Xtn包括：[0089]-对磁体在当前时间tn的位置rtn的估计以及对其磁矩mtn的估计，基于此可以确定磁体的取向Θtn;[0090]-对磁体在当前时间tn的参考位置rreftn的估计以及对参考磁矩mreftn的估计，基于此可以确定磁体在参考时间的取向U。在第一次迭代中，磁体的参考位置rre3ftrrf对应于在参考时间赋予磁体的位置:它或是已知的，或是任意确定的。[0091]在该示例中，状态矢量包括：[0092]-在当前时间tn和在参考时间trrf对沿着与保持架相关联的参考系R的每个轴X、Y、Z的磁体坐标的估计；[0093]-在这些时间中的每个时间对沿着参考系R的相应轴X、Y、Z的磁体的磁矩的分量mx、my、mz的估计。[0094]因此，在该示例中，状态矢量Xtn是维度矢量12,1。[0095]现在将参照图2B来描述该步骤150的子步骤，这些子步骤包括估计状态矢量的子步骤151、计算更新值的子步骤152、计算增益的子步骤153和基于子步骤151至153的计算来更新状态矢量的子步骤154。[0096]-子步骤151:估计。已知在前一次迭代中获得的状态矢量Xtw，根据表达式Xtntn-l=fXtn-l⑴来估计状态矢量Xtn，估计值被表示为XtnItn-l。[0097]在该示例中，XanItn-O=Xd1，即预测函数f是恒等函数。根据一个变型，预测函数考虑一个或更多个先前的位置以及对与先前迭代期间磁体的移动和或转动有关的运动学参数的估计:这些运动学参数可以是速度、加速度、角速度、角加速度。[0098]在第一次迭代中，所述估计基于初始状态矢量，该初始状态矢量是取决于磁体在参考时间的位置rrrftrrf以及此时的磁矩mrrf而确定的。[0099]-在步骤151中，还使用表达式GanItn-O=FUGan-OFTtn+Qtn，（2来估计误差的协方差矩阵GtnItn-l，其中：[0100]_Ftn是预测矩阵，将前一状态n-1与当前状态η相关联。在该示例中，它是（12，12大小的单位矩阵；[0101]T是转置运算符；[0102]_Qtn是（12,12大小的、过程的噪声协方差矩阵；[0103]^Gan-D是误差的协方差矩阵。它由前一次迭代产生。在第一次迭代n=l中，Gtn-l被初始化为对角矩阵。[0104]-子步骤152:计算更新矢量和更新矢量的协方差。更新矢量ytn使用以下表达式来确定：[0105]ytn=ΔBtn-hXtnItn-l⑶，其中：[0106]ABtn是96，1大小的、在步骤140中建立的差分测量的矢量；[0107]瞧是表示直接模型的函数，其将状态矢量的项与差分测量的矢量ΔBtn的项相关联。hXtnItn-l是96，1大小的矢量。hXtnItn-l表示针对每个磁力计在时间tn的差分磁场的估计值。矢量hXtnItn-l的每一项表示对差分磁场在磁力计IOi处沿轴的估计值。就像矢量ABtn—样，该矢量的项数等于所讨论的磁力计IO1的数量乘以每个磁力计的测量轴的数量。[0108]因此，该方法包括测量值在本情况下为矢量ΔBtn和对这些测量值的估计值采用矢量hXtnItw的形式之间的比较。该比较特别采取减法的形式。[0109]使用以下表达式来获得更新矢量Stn的协方差：[0110]其中[0111]_HU是将测量值与状态矢量相关联的矩阵，该矩阵的每一项Hu,VU使得其中u是矢量ΔBtn的项的标号（在该不例中，Ku来估计参考位置的形心位置，其中，kitrrf是在时刻trrf赋予磁力计IOi的加权项。例如，kitrrf=IIΔtrrfII=|Bitref-Bitrrf±q〇II，其中，IIABtrefII是诸如在所述参考时间，在先前段落中限定的瞬时差分磁场的范数。trrf±q是在参考时间trrf之前或之后的一次或多于一次的迭代，使得时间tref土q基本上相当于参考时间tref。标号q优选是1到10的整数，并且例如等于1。[0135]当磁力计共面时，在所描述的示例中就是这种情况，每个形心位置btn和btrrf分别对应于在测量时间和在参考时间，在磁力计的平面内磁体的位置的估计值。[0136]子步骤162:确定移动矢量。分别确定表示形心btrrf和btn之间以及位置rrrftn和rtn之间的移动的两个矢量Vbtn和Vrtn的坐标。[0137]子步骤164:验证状态矢量:通过比较预先确定的两个矢量Vbtn和Vrtn来验证状态矢量xtn。例如，可以借助于这些矢量之间的内积来进行比较。该内积可以通过矢量Vbtn和Vrtn中的每个的范数的积来标准化。然后获得标准化的指标indtn，其值允许在迭代中估计的状态矢量Xtn被验证或不被验证。[0138][0139]其中，•表示内积运算符，并且X表示乘法。[0140]利用范数的积的标准化允许获得与时间tn相关联的指标indU，使得-Kindtn彡1。该指标表示由矢量Vbtn和Vrtn形成的角度的余弦。当indtn多0.7时，状态矢量Xtn被验证。当时，不更新状态矢量，并进行新的迭代。当indtn-0.7时，可以如下所述使状态矢量无效和修正状态矢量，这种值表示参考位置tn的估计值可能是磁体在时间^的位置rU的逆。总体上，该比较旨在确定将两个移动矢量Vbtn和Vrtn各自的取向进行比较的指标indtn，如果这些取向被认为足够接近，则状态矢量Xtn被验证。[0141]验证步骤160的原理是将由状态矢量给出的精确但不确定的磁体的位置的估计值与由形心计算给出不太精确但确定的该位置的估计值进行比较。[0142]当矢量无效时，可以通过修正磁体的位置和参考位置以及在测量时间和在参考时间的磁矩来对其修正。可以通过同时进行以下更新来进行该修正：[0143][0144][0145][0146][0147]图3B和3C分别示出了两种配置，其中，状态矢量Xtn分别被验证和没有被验证。在每个图中示出了磁力计1〇1、1〇2、…IOi、…IOi及其相关位置ri、r2、"Tvri。也示出了形心位置btn和btrrf。在该示例中，磁力计是共面的。因此形心位置btn和btrrf在磁力计的平面XY内。也示出了位置rtn和rrrftn，后者可能每个都具有沿着Z轴不同于其他的坐标。图3B对应于状态矢量被正确估计的情况:移动矢量Vbtn和Vrtn具有彼此接近的取向，并且指标indtn是正的，具有接近于1的值。在这种情况下，状态矢量Xtn被验证。[0M8]图3C示出了与图3B的配置对称的配置，其中，步骤150的算法估计其中当前时间的磁体位置和参考位置颠倒的状态矢量Xtn。矢量Vbtn和Vrtn具有几乎相反的取向，并且指标indtn是负的。在这种情况下，状态矢量Xtn没有被验证。磁体的位置rtn的投影没有通过形心位置btn被正确估计，形心位置btn的估计更稳健，但不太精确。因此状态矢量是错误的，并且必须或者不被考虑或者被修正。[0149]可以实施其他验证方法。例如，当在测量时间，位置rtn比形心位置btn更接近于参考形心位置btrrf时，使状态矢量无效。另一种选择是建立等于以下中的最小值的指标：[0Ί50]-添加到矢量rtn-btn的范数中的矢量rreftn-btrrf的范数；[0151]-添加到矢量rtn-btrrf的范数中的矢量rrrftn-btn的范数。[0152]换句话说，根据该实施例，步骤140包括建立指标indtn，使得：[0153]indtn=min[IIrreftn-btrefIMIrtn-btnII;IIrreftn-btnI卜IIrtn-btrefII]13Ο[0154]如果则状态矢量被验证；[0155]如果则状态矢量不被验证。[0156]对于任一实施例，在迭代η中或在每次迭代中，步骤130可以包括根据磁力计IOi中的每个在时间tn测量的磁场强度仏tn来选择磁力计1^的子步骤。这可以包括选择测量磁场的一组磁力计，根据范数IIb1U11确定的该磁场强度位于预设阈值之上和或之下。这允许排除被认为是饱和的磁力计磁场强度太高和或其测量值不被认为是显著的磁力计磁场强度太低）。可以预先建立选择阈值。在选择后的步骤140和150中，差分矢量ABtn、更新矢量ytn和矩阵Htn、Rtn、Ktn、Stn的维度适于所选择的磁力计的数量。在迭代η中选择的磁力计的数量可以根据不同迭代而变化。[0157]考虑环境磁场[0158]根据一个实施例，在步骤150中，该方法包括在测量时间tn考虑环境磁场（由于地磁场或在所有磁力计上均匀地产生磁场的另一磁场源）。在步骤152中，通过确定表示平均差分磁场的矢量来考虑该磁场。为了获得这个矢量，针对所有磁力计IO1计算：[0159]-矢量.表示在时间tn测量的每个矢量Bitn的可选加权的平均值；[0160]-矢量.，.表示在参考时间tref测量的每个矢量Bitref的可选加权的平均值。[0161]在计算加权平均值的情况下，对于相对于磁体的距离大于阈值距离的磁力计可以使用高加权因子例如1，对于其他磁力计使用加权因子0。作为变型，每个加权因子表示传感器的测量中的不确定性。测量的不确定性越高，加权因子越低。[0162]通过使矢量和矢量相减来获得表不平均差分磁场的矢量[0163]该矢量的大小等于各磁力计中考虑的测量轴的数量。在三轴磁力计的情况下，表不平均差分磁场的矢量的大小是3,1。[0164]由此确定称为重组矢量的矢量该矢量具有与在步骤140中建立的差分测量的矢量ABtn相同的大小，即具有等于所讨论的磁力计的数量乘以测量轴的数量的大小。在该示例中，该大小等于32X3=96。通过将矢量的项连接与所讨论的磁力计的数量一样多的次数来获得重组的平均差分磁场矢量。该矢量具有96，1的大小。[0165]此外，确定所估计的差分磁场的平均结果其每个项是在子步骤152中确定的对应于相同测量轴的矢量hXtnItw那些项的平均值。在考虑三轴磁力计的情况下，对矢量hxU|U-D的分别与每个测量轴对应的项求平均。如上关于矢量的确定所描述的，该平均值可以被加权，在这种情况下，使用相同的加权因子来确定矢量和，获得矢量其表示对于每个测量轴所估计的平均差分磁场，该矢量的大小等于所讨论的测量轴的数量，并且因此在当前情况下等于（3，1。然后确定重组矢量其表示估计的平均差分磁场。就像矢量一样，通过将矢量的项连接与所讨论的磁力计IO1的数量一样多的次数来获得矢量在该不例中，矢量的大小为96,1。[0166]则使用等式3’）来计算更新值：[0167][0168]以及[0169][0170]参考位置的更新。[0171]在以上描述中，在各个测量时间估计磁体的位置之前，在步骤100和110中考虑了参考位置。然而，在迭代方法中，在不必使磁体远离磁力计的情况下，可以考虑新的参考位置。此外，这是本发明的显要优点，因为每个参考位置与在参考时间磁体的位置的测量值以及磁矩的估计值相关联。因此，在用户不必将磁体远离磁力计的情况下，可以随时改变参考位置。相反，对于参考磁gmarrf对于装置的所有磁力计是显著的而言有时是优选的。这允许在不对用户施加限制的情况下更频繁地更新参考位置。由此限制了由于环境磁场中漂移的影响，并且提高了磁体的位置的精度。当通过更频繁地更新参考位置来补偿测量漂移时，由于能够接受潜在的该测量漂移，这允许使用便宜的磁力计。[0172]可以通过以下方式或在以下情况下进行更新：[0173]-通过比较当前时间（tn和参考时间（tref，当这两个时间之间的时间间隔超过预设阈值时更新参考位置。这是定期更新；[0174]-和或，通过分析步骤150中实施的算法的参数，特别是更新值ytn的值；[0175]-和或，当磁体移动不是很大时，即在某个时间间隔期间，当其已经行进的距离小于阈值距离时。[0176]因此，在没有用户干预的情况下自动地进行更新。这增加了装置的用户友好性和可靠性。[0177]在更新参考位置期间，执行步骤100和110,并且在以下迭代中考虑与新参考时间trrf相关联的新参考位置rrrf。例如，在这种更新期间，可以具有关于新的参考位置rrrftrrf的先验，所述新的参考位置可以根据磁体的最后位置（即在更新的参考位置之前估计的位置来确定。这允许从继新参考时间之后的第一测量时间改进位置的精确度。[0178]建立多个参考位置。[0179]根据图4A中示出的一个实施例，考虑了多个参考位置rref,j，每个参考位置与一个参考时间trrf,j相关联，与此时的一个参考位置rrrftrrf,j和一个参考磁矩mrrf,j相关联。状态矢量除了包括当前时间的磁体的位置rtn和其磁矩HirefUtn的估计值之外，还包括在此时的一个或更多个参考位置rrrf,jtn和相关联的参考磁矩mrrf,jtn的估计值。该标号j与所讨论的参考位置相关，其中，KjJ，J为所讨论的参考位置的数量。J可以例如等于10。步骤200和210分别类似于参照图2A描述的步骤100和110,除了这些步骤中的每一个都是相对于参考位置j来实施的之外。[0180]步骤230类似于以上描述的步骤130,每个磁力计IO1在测量时间（tn测量磁场仏tn〇[0181]在步骤240中，对于每个磁力计IOi，计算对应于由磁力计IOi测量的磁场Bitn与在参考时间tref,j由磁力计IOi测量的磁场Bitrrf,j之差的差分磁场ABi,jtn。[0182]类似于步骤150,然后可以进行确定状态矢量xtn的步骤250,基于最远离在前一次迭代中确定的磁体的位置的参考位置rrrf,jtn-l来确定该矢量。[0183]根据一个实施例，可以通过连续地考虑参考位置中的每个来实施步骤250,以估计与每个参考位置j相关联的所谓的中间状态矢量Xtn，j。则该中间状态矢量还包括对在当前时间（tn的磁体的位置rtn，j和磁矩mtn,j的估计值，对第j个参考位置rrrftn,j和与第j个参考位置相关联的磁矩HlrrftnJ的估计值。然后，连续地确定与所讨论的参考位置一样多的中间状态矢量Xtn,j。每个中间状态矢量包括对磁体在测量时间（tn的位置rtn,j的估计值，该位置被称为中间位置并相对于标号j的参考位置来建立。[0184]然后可以通过取每个中间状态矢量xtn,j的平均值来建立状态矢量xtn。然后通过取中间位置xtnJ的平均值来估计磁体的位置rtn。可选地，该平均值可以通过与每个中间位置相关联的加权因子来加权。当参考位置tn,的估计值和与其相关联的中间位置rtn,」进一步分开时，例如可以增加加权因子。它也可以由更新矢量ytn,的范数的倒数来加权。[0185]对磁体的位置的估计也可以仅考虑一个或更多个中间状态矢量xtn,」），该中间状态矢量的标号j对应于距离与它们相关联的参考位置rreftn,」最远的中间位置rtn,（或多个位置）。然后可以限定阈值距离，使得仅如果与中间状态矢量xtnJ相关联的参考位置位于大于所述中间位置rtn,的阈值距离的距离处，才考虑该中间状态矢量Xtn,」）。这种阈值距离可以是几厘米，例如1或2cm。然后，取决于由此选择的中间状态矢量或所选择的中间状态矢量的平均结果来确定状态矢量Xtn。是否考虑参考位置rrrftn,j还可以取决于与该参考位置相关联的有效性指标Ltn的值。以下描述该有效性指标。[0186]根据一个实施例，当考虑多个参考位置时，对磁体的位置的估计仅考虑某些参考位置，例如已经受到最少迭代次数nmin的迭代的参考位置。换句话说，当在参考时间trrf,j-new选择新的参考位置j-new时，其受到最少迭代次数nmin的迭代，在这些迭代期间估计磁体在参考时间的位置tn,r_。如果没有达到该最少迭代次数，则对磁体位置rtn的估计不考虑该新的参考位置。该最少迭代次数允许针对新选择的参考，使对磁体在参考时间的位置rrrftn,j-ne3W的估计更精确。当以足够的精度估计参考位置rtn,j-_时，考虑新的参考以估计磁体的位置rtn,j-ne3w。最少迭代次数可以预设，或者取决于在参考时间trrf,j-ne3w磁体的位置的两次连续估计值rrrftn,j-ne3W，rre3ftn+i,j-ne3W之间的变化，当两次连续估计值之间的相对偏差足够小时，则认为所述变化是小的。这相当于考虑了“加热时间”，其中，在对磁体的位置的估计中使用新考虑的参考位置之前，使该新考虑的参考位置的估计值更精确。[0187]根据图4B中示出的一个变型，迭代地实施步骤250,在每次迭代中连续地考虑每个参考位置。[0188]因此，在第一次迭代（j=1中，确定了状态矢量Xtn,η，其包括位置rtn,η和磁矩mtn,j=l的中间估计值，以及磁体在第一参考时间t〇,j=l的磁矩mtn,j和第一参考位置rrrftwd的估计值。然后，使用以下表达式，在估计下一次迭代j=j+Ι的状态矢量的步骤251中，实施在迭代j中获得的中间状态矢量Xtn,j和误差的协方差矩阵Gtn,j:[0189][0190]以及[0191][0192]该算法继续如上所述地进行，以便确定：[0193]-更新矢量ytnJ和更新值的协方差矩阵StnJ步骤252;[0194]-增益矩阵Ktn,j步骤253;[0195]-中间状态矢量XtnJ和相关联的协方差矩阵GtnJ的估计值步骤254，所述矢量和矩阵用于下一次迭代中（步骤255,然后步骤251。[0196]在第J次迭代中，算法产生对应于迭代J的中间状态矢量XUu=J的状态矢量Xtn。类似于上述步骤160,该矢量优选受到验证步骤260，然后在测量时间tn+1重复该过程。因此，获得了磁体的位置rtn及其磁矩mtn的估计值，基于此可以计算取向0tn。还获得了每个参考位置rrrftn,j的最新版本。[0197]根据一个变型，状态矢量Xtn包括所有的参考位置，其用作测量多个差分磁场的基础。在迭代过程中使这些参考位置更精确。[0198]根据一个变型，移动多个磁体，并且状态矢量包括多个磁体中每个的位置的估计值和参考位置的至少一个估计值。状态矢量还可以包括每个磁体的磁矩的一个或更多个分量的估计值。[0199]当在算法中考虑多个参考位置时，这些参考位置中的一个或多于一个可以是无穷远的，或者零磁矩。这对应于参考位置位于由磁力计覆盖的距离范围之外的情况。阵列的每个磁力计IOi上产生的参考磁场Bitref可以忽略不计。[0200]在上述每个实施例中，可以给每个参考位置赋予有效性指标Vjtn，有效性指标表示在当前时间tn的第j个参考位置的有效性。该有效性指标特别可以确定取决于以下来确定：[0201]-当前时间（tn和与标号j的参考位置相关联的参考时间（trrf,」之间的比较，当这两个时间之间的时间间隔超过预设阈值时更新参考位置，这允许有规律地更新参考位置；[0202]-和或对步骤150中实施的算法的参数的分析，特别是更新值ytn,j的值；[0203]-和或对空间分布的参考位置rrrftn,的分布的获得。因此，如果新的参考位置位于一参考位置附近，即在小于预建立距离的距离处，则替换该参考位置。这允许优化参考位置的空间分布。[0204]当有效性指标表示参考位置不再有效时，在图4A示出的步骤200和210中或在参照图2A所描述的步骤100到110中替换该参考位置。[0205]融合参考位置。[0206]根据可应用于基于使用多个参考的实施例的一种变型，使用多个参考位置并且确定基于融合所述参考位置的新的参考位置。例如，第j个参考位置和第j+Ι个参考位置是已知的。[0207]在当前时间（tn，针对每个磁力计IOi，分别估计在参考时间（trrf,j和trrf,j+1下的环境磁场.和。环境磁场意味着由于传感器的环境和传感器的漂移而产生的磁场：，已经在上文限定了Benv和：[0208]对应于对放置在诸如在时间^估计的第j个参考位置tnJ的磁体所产生的磁场的估计；[0209]对应于对放置在诸如在时间^估计的第j+Ι个参考位置tn,j+1的磁体所产生的磁场的估计。[0210]可以基于估计值许且例如采用线性组合诸如的形式来限定新的参考介。该参考介，其被称为融合参考，在没有磁体的情况下，其对应于环境磁场的线性组合。因此，参考位置rtrrf,j〇被赋予零的参考力矩Hlrrf和或无限远的位置rrrf。[0211]尽管参照共面磁力计阵列进行了描述，但是可以使用以任何类型的阵列布置的磁力计来实施本发明，例如形成曲线表面的阵列。优选地，对于任一实施例，磁力计例如通过保持架12彼此刚性连接。[0212]此外，本说明书中描述的方法基于使用扩展卡尔曼滤波器。本发明涵盖实施允许直接模型的倒置的估计器的其他实施例，并且特别是本领域技术人员已知的任何递归估计器。

权利要求：1.一种用于估计磁体（15的位置（rU的方法，所述磁体相对于包括多个磁力计IOi的磁力计阵列移动，每个磁力计能够测量由所述磁体沿着至少一个测量轴xi，yi，Zi产生的磁场B1，所述方法包括以下步骤：a利用每个磁力计在参考时间trrf，trrf,j测量参考磁场Bitrrf，Bitref,j;b将在所述参考时间的参考位置赋予所述磁体，所述参考位置被赋为任意位置或赋为所述磁体在所述参考时间的位置的估计值；C在继所述参考时间之后的测量时间（tn，利用每个磁力计（IO1测量由所述磁体产生的磁场Bitn;d针对每个磁力计（IOi，计算表示步骤c中测量的磁场Bitn与步骤a中测量的参考磁场之差的差分磁场e基于每个差分磁场和对所述参考位置的估计值，估计所述磁体在所述测量时间（tn的位置rtn，所述估计由递归估计器来进行，在第一次迭代中，所述磁体的参考位置是在所述参考时间赋予所述磁体的位置；以及f基于步骤e中获得的估计值重复步骤c到e，同时递增测量时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤e中，基于以下来估计所述磁体的所述位置rtn:-在所述测量时间（tn之前的时间对所述磁体的位置的估计；-对所述参考位置的估计，该估计在所述测量时间tn之前的时间进行；步骤e还包括在所述测量时间tn，更新所述参考位置rrrftn，rrrftnJ的估计值。3.根据权利要求1或2所述的方法，在步骤e之后包括验证所述磁体在所述测量时间的位置rtn，rtnJ以及所述参考位置的相应的估计值的步骤e〇，该步骤包括以下子步骤：i确定在所述测量时间（U与所述参考时间（tre3f，tre3f,j之间所述磁体的移动（VbU，在这些时间中的每个时间通过加权因子kitn，kitrrf加权每个磁力计的位置η，所述加权因子取决于由所述磁力计（IO1在所述时间测量的磁场B1tn,B1trrf的模；ii将在子步骤i中确定的移动与使用所述磁体在所述测量时间（tn的位置rtn和所述参考位置rwtn，rrrftn,」）的估计值所计算的移动Vrtn进行比较。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述子步骤i包括：-针对每个磁力计，确定称为瞬时差分磁场的差分磁场，其表示在第一时间测量的磁场（BiU，Bitref与在第二时间测量的磁场（Bitn-q,Bitrrf±q〇之间的变化，所述第二时间邻近所述第一时间，所述确定通过连续地考虑对应于所述测量时间（tn和所述参考时间（trrf的第一时间来进行，以便获得在这些时间中的每个时间的瞬时差分磁场-分别基于在所述测量时间和在所述参考时间的所述瞬时差分磁场（AB〆（tn，ΔΒ〆trrf的模，分别在所述测量时间和所述参考时间进行每个加权因子Cutn，lutrrf的确定。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：-重复步骤a和b，使得获得多个参考位置j，每个参考位置与以下相关联：参考时间;在所述参考时间赋予所述磁体的位置rrrftrrf,j;以及每个磁力计（IO1在所述参考时间测量的磁场B1trrf,」）；并且-步骤d包括根据至少一个参考磁场B1trefJ计算至少一个差分磁场（Δtn。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将每个参考位置（j与有效性指标VjU相关联，而不管取决于所述有效性指标在每个测量时间（tn、在步骤d和e中是否考虑所述参考位置。7.根据权利要求5和6中任一项所述的方法，其中，当所述参考位置的数量小于所述参考位置的预设数量⑴时，重复步骤a和b。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，步骤d包括计算多个差分磁场（ΔBytn，针对每个磁力计（IO1，每个差分磁场表示在步骤c中测量的磁场B1tn和每个参考磁场Bitrrf,j之间的差。9.根据权利要求8所述的方法，其中：-步骤e包括在所述测量时间（tn对所述磁体的位置rtnJ的多次估计，称为中间估计，每次中间估计基于参考位置j，该参考位置从一个到下一个是不同的，所述磁体在所述测量时间的位置rtn根据这些中间估计值rtn,」）来确定;并且-步骤e还包括在所述测量时间tn更新每个参考位置retn,」）的估计值。10.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤e中，根据所述中间估计值rtn,」）的平均值来估计所述磁体在所述测量时间（tn的位置rtn。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，在步骤e中，通过考虑距离多个中间估计值rtnJ最远的参考位置j或距离多个中间估计值rtnJ超过预设距离的参考位置来估计所述磁体在所述测量时间（tn的位置rtn。12.根据引用权利要求8的权利要求9所述的方法，其中，在步骤e中，基于取决于与参考位置相关联的有效性指标Vjtn而选择的参考位置来估计所述磁体在所述测量时间tn的位置rtn。13.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤e中，通过连续地考虑每个参考位置来估计所述磁体在所述测量时间（tn的位置rtn。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤e除了包括估计所述磁体在每个测量时间的位置rtn之外，还包括估计所述磁体此时的取向Θtn。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤e还包括估计所述磁体在所述测量时间（tn的磁矩的分量。16.根据权利要求15所述的方法，其中，在步骤e中，对所述磁体的磁矩的所述分量设置条件，使得所述磁体的磁场的模对应于预设值或值范围。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：-步骤d包括在所述测量时间（tn确定平均差分磁场，该平均差分磁场表示每个磁力计（IO1分别在所述测量时间（tn与在所述参考时间（trrf测量的磁场的平均值之差；-步骤e包括考虑所述平均差分磁场，从差分磁场（AB1U，AB1,」tn中减去所述平均差分磁场的项。18.根据权利要求17所述的方法，其中，步骤e包括：-估计每个磁力计（IO1在所述测量时间（tn测量的所述差分磁场hXtnItn-〇，并确定所述估计值的平均值-考虑由每个磁力计（IO1测量的每个差分磁场的估计值的所述平均值从每个磁力计（IO1在所述测量时间（tn测量的所述差分磁场hXtnItn-i的所述估计值中减去所述平均值的项。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用扩展卡尔曼滤波器来进行步骤e〇20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤e包括确定与所述测量时间tn有关的状态矢量Xn，该状态矢量根据在所述测量时间之前的时间的所述状态矢量来确定，在测量之前的时间是参考时间（tn-Ι或对应于先前迭代的时间（trrf，所述状态矢量包括所述磁体在所述测量时间的位置。21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤e包括：-基于与测量之前的时间有关的状态矢量来估计在所述测量时间的状态矢量；以及-基于在步骤d中确定的差分磁场（AB1U，ABwU来更新在所述测量时间的状态矢量。22.—种用于定位可移动磁体15的装置1，所述磁体能够相对于磁力计阵列（IO1移动，每个磁力计能够在各测量时间CU传递由所述磁体沿至少一个测量轴xi，yi，zi产生的磁场B1U，（BJtref的测量值，所述装置包括处理器，该处理器被配置为在每个测量时间接收由每个磁力计传递的测量值，并且实施权利要求1至21的主题的方法，以便估计所述磁体在每个测量时间的位置rtn。23.—种数据存储介质，包含用于基于由磁力计阵列传递的测量值来执行权利要求1至21中任一项所述的方法的步骤b至e的指令，这些指令能够由微处理器来执行。

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