【技术实现步骤摘要】
带倾斜补偿的导航仪和相关方法
[0001]本专利技术涉及导航仪，特别是具有倾斜补偿功能的电子指南针，包含该导航仪的可穿戴设备，尤其是手表，允许确定导航仪的方向角的相关方法，用于实现所讨论的方法的程序和用于该程序的计算机可读记录介质。
技术介绍
[0002]目前，电子指南针主要用于倾斜补偿。该方法包括测量沿两个或三个坐标轴的地面磁场，并首先补偿指南针(由加速度计和/或陀螺仪获取)的姿态(翻滚和俯仰)，以估算等效指向，就像指南针水平放置一样，这在实践中是可行的。这些技术通常称为“倾斜补偿”或6
‑
DOF。例如，专利申请EP1669718A1描述了一种电子指南针，它可以测量沿两个坐标轴的磁场并进行俯仰和翻滚校正。
[0003]这些技术的目标是能够估计手表的俯仰角和翻滚角(偏航由测量地面磁场来定义)。通常先计算翻滚角，然后计算俯仰角。这种方法的主要问题是当俯仰接近90
°
时，由于重力矢量在翻滚测量平面上的投影有一个范数接近于零，所以翻滚计算存在不稳定。加速度计的测量噪声因此产生异常结果(万向节锁定)。
[0004]在安装在手表中的电子指南针的特定情况下，如果用户不水平使用他的手表来了解北向或指向，当他观察时，很有可能向他的手腕上所佩戴的手表施加剧烈的俯仰(通常对应于手腕的转动，以便他可以在相应的手臂抬起的同时看他的表盘)而不是剧烈的翻滚(通常对应于前臂与水平面之间形成的角度)。从产品的角度来看，这会导致无法忍受的不稳定。
[0005]解决方案是存在的，例如专利文献U...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种导航仪(4)，包括：
‑
第一传感器(6)，配置成在关联至所述导航仪的参照系中测量第一地面力场的第一矢量的三个分量，所述第一矢量称为第一测量矢量，所述参照系称为机载参照系，并且生成代表所述三个分量(g
′
x,mes
,g
′
y,mes
,g
′
z,mes
；B
′
x,mes
,B
′
y,mes
,B
′
z,mes
)的第一输出信号；
‑
导航仪的取向角计算单元(8)，所述计算单元连接到所述第一传感器(6)以接收所述第一输出信号，并配置为能计算所述机载参照系的相对于地面参照系的第一取向角和第二取向角(θ)，并因此能计算导航仪的第一取向角和第二取向角，第一取向角和第二取向角由第一测量矢量必须经历的两次连续旋转定义，所述两次旋转是针对第一取向角的围绕第一旋转参照坐标轴的旋转和针对第二取向角的围绕第二旋转参照坐标轴的旋转，以使该第一测量矢量与计算矢量匹配，所述计算矢量在机载参照系中具有三个计算分量，所述三个计算分量与第一参照矢量在地面参照系中的三个参照分量一致，所述第一参照矢量是在地面参照系中预定义或预确定的；其特征在于，取向角计算单元(8)配置为能以两次连续旋转的给定顺序以及以颠倒顺序确定第一取向角和第二取向角；计算单元(8)配置为能够在所述给定顺序和所述颠倒顺序之间进行选择，以基于量化所述计算单元在确定第一取向角和第二取向角期间的不稳定风险的误差风险指标与预定阈值之间的比较，计算第一取向角和第二取向角，所述误差风险指标是由导航仪根据至少一个第一输出信号确定的。2.根据权利要求1所述的导航仪，其特征在于，所述误差风险指标是在垂直于第一旋转参照坐标轴的平面中测量的第一矢量的投影的范数；所述取向角计算单元(8)被配置为当所述误差风险指标大于所述预定阈值时，通过在所述两次连续旋转中首先使第一测量矢量围绕第一旋转参照坐标轴旋转，首先确定第一取向角。3.根据权利要求2所述的导航仪，其特征在于，预定阈值的值在第一测量矢量的范数的0.15至0.45之间，优选地在该范数的0.20至0.30之间。4.根据权利要求1所述的导航仪，其特征在于，所述误差风险指标为在计算第二取向角之前计算第一取向角时，第二取向角的绝对值；取向角计算单元(8)配置为当所述误差风险指标大于所述预定阈值时，通过首先计算第二取向角来再次确定第一取向角和第二取向角，第二取向角的计算是通过首先在所述两次连续旋转中使第一测量矢量围绕第二旋转参照坐标轴旋转，然后计算单元(8)保留再次确定的第一取向角和第二取向角的值以用于第一取向角和第二取向角。5.根据权利要求4所述的导航仪，其特征在于，预定阈值的值在65
°
和80
°
之间，优选地在70
°
和75
°
之间。6.根据前述权利要求之一所述的导航仪，其特征在于，地面参照系的预定义坐标轴与第一参照矢量匹配，优选地，该第一参照矢量与地面参照系的竖向坐标轴匹配。7.根据权利要求6所述的导航仪，其特征在于，所述第一测量矢量是地面引力场的矢量。
8.根据权利要求7所述的导航仪，其特征在于，所述第一测量矢量通过构成所述第一传感器的加速度计(6)确定。9.根据前述权利要求之一所述的导航仪，其特征在于，第一旋转参照坐标轴对应于机载参照系的坐标轴第二旋转参照坐标轴对应于机载参照系的坐标轴第一旋转参照坐标轴和第二旋转参照坐标轴是彼此垂直的。10.根据前述权利要求之一所述的导航仪，其特征在于，所述导航仪包括第二传感器(10)，其配置为测量机载参照系中的第二地面力场的第二矢量的三个分量，并生成代表这三个分量的第二输出信号，该第二矢量称为第二测量矢量，该第二测量矢量与第一测量矢量不共线；所述导航仪还包括确定单元(12)，用于相对于地面参照系确定所述机载参照系的第三取向角并由此确定该导航仪的第三取向角，该确定单元连接到所述第二传感器(10)以接收所述第二输出信号并且配置为根据计算的第一取向角和第二取向角以及第二输出信号确定第三取向角。11.根据权利要求10所述的导航仪，其特征在于，所述计算单元(8)和确定第三取向角的所述单元(12)由同一个电子单元构成，该电子单元本身构成导航仪的中央电子单元(14)。12.根据从属于权利要求9的权利要求10或11所述的导航仪，其特征在于，在通过应用到所述第一次和第二次连续旋转的第二测量矢量在机载参照系中重新定向之后，所述第三取向角由第二测量矢量必须经历的旋转定义，该旋转围绕垂直于第一旋转参照坐标轴和第二旋转参照坐标轴的第三旋转参照坐标轴，其对应于机载参照系的第三坐标轴使得第二测量和重新取向矢量位于包括第一旋转参照坐标轴和第三旋转参照坐标轴的机载参照系的第一参照平面中，该第二测量和重新取向矢量称为第二重新取向矢量。13.根据权利要求12所述的导航仪，其特征在于，第三取向角如此确定，首先优选地以在所述给定顺序和所述颠倒顺序之间选择的顺序将所述第一次和第二次连续旋转应用于第二测量矢量，以定义第一取向角和第二取向角，从而获得第二重新取向矢量，然后计算第二重新取向矢量在包括第一旋转参照坐标轴和第二旋转参照坐标轴的第二参照平面中的投影与第一旋转参照坐标轴之间的夹角。14.根据权利要求10至13之一所述的导航仪，其特征在于，第二测量矢量是地面磁场的矢量，该第二测量矢量通过构成所述第二传感器的磁传感器(10)确定。15.根据权利要求10至14之一所述的导航仪，其特征在于，所述第三取向角视为该导航仪的指向。16.根据权利要求1至5之一所述的导航仪，其特征在于，第一测量矢量是地面磁场的矢量，该第一测量矢量通过构成所述第一传感器的磁传感器(10)确定。17.根据权利要求16所述的导航仪，其特征在于，所述三个参照分量是根据源自导航仪的定位设备的数据预先确定的，该定位设备尤其是GPS类型的。18.根据与从属于权利要求1至5之一的权利要求10至13之一结合的权利要求16或17所述的导航仪，其特征在于，第二测量矢量是地面引力场的矢量。19.根据权利要求18所述的导航仪，其特征在于，第二测量矢量通过构成所述第二传感器的加速度计(6)确定。20.根据从属于权利要求9的权利要求10至15之一所述的导航仪，其特征在于，该导航
仪是电子指南针(4)，其包括磁北或地理北的指示器(18)和用于控制该指示器的装置(16)，该装置布置成控制指示器(18)，使得其相对于第一旋转参照坐标轴的角度等于第三取向角的对角，优选地，除了地面磁场的偏角之外，还校正导航仪位置处的地面磁场偏...
【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：ETA瑞士钟表制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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