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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Nullpunktsabweichung
eines elektronischen Kompasses, ein Verfahren zum Betreiben eines
elektronischen Kompasses, sowie einen elektronischen Kompass.
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Stand der Technik
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Magnetsensoren
können zur Messung des Erdmagnetfeld genutzt werden und
eignen sich dadurch zum Einsatz in elektronischen Kompassen. Da das
Erdmagnetfeld parallel zur Erdoberfläche verläuft,
ist ein Magnetsensor erforderlich, der das Erdmagnetfeld entlang
mindestens zweier zueinander senkrechter Achsen ermitteln kann.
In diesem Fall muss der elektronische Kompass parallel zur Erdoberfläche
gehalten werden. Bei Verwendung eines dreiachsigen Magnetsensors
kann eine Neigung des elektronischen Kompasses gegenüber
der Erdoberfläche herausgerechnet werden.
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Da
die Stärke des Erdmagnetfelds im Bereich von lediglich
einigen zehn μT liegt, sind sehr empfindliche Magnetsensoren
erforderlich, die dementsprechend anfällig gegenüber
Störfeldern sind. Solche Störfelder können
beispielsweise durch nahegelegene elektrische Leitungen oder ferromagnetische
Materialien verursacht werden und bewirken eine zusätzliche,
dem Erdmagnetfeld überlagerte Magnetfeldkomponente. Dies
führt zu einem Fehler bei der Auswertung der gemessenen
Signale und dadurch zu einer fehlerhaften Ermittlung der Himmelsrichtungen.
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Aus
der Druckschrift
US
2007/0276625 A1 ist ein elektronischer Kompass mit einem
dreiachsigen Magnetsensor bekannt, der eine automatische Korrektur
einer Nullpunktsabweichung ermöglicht. Hierzu sammelt der
elektronische Kompass bei unterschiedlichen Ausrichtungen des elektronischen Kompasses
gemessene Magnetfeldstärken und trägt deren Raumkomponenten
in einem drei dimensionalen kartesischen Koordinatensystem auf. Anschließend
wird versucht, die Verteilung der Messwerte im dreidimensionalen
Koordinatensystem durch eine Kugelschale zu approximieren. Aus einer
Abweichung des Mittelpunkts der Kugelschale vom Ursprung des Koordinatensystems
wird auf eine durch Störungen verursachte Nullpunktsabweichung
des elektronischen Kompasses geschlossen. Wegen der direkten Verarbeitung
der dreidimensionalen Magnetsensordaten sind komplizierte und fehleranfällige Algorithmen
erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren
zur Bestimmung einer Nullpunktsabweichung eines elektronischen Kompasses anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Kompasses anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
9 gelöst. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten
elektronischen Kompass bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch
einen elektronischen Kompass gemäß Anspruch 11
gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer
Nullpunktsabweichung eines elektronischen Kompasses umfasst Schritte
zum Ermitteln einer Mehrzahl von ersten Magnetfeldstärken
in einem ersten Koordinatensystem des elektronischen Kompasses mittels
eines dreiachsigen Magnetsensors, zum Errechnen einer Mehrzahl von
neigungskompensierten zweiten Magnetfeldstärken in einem zur
Erdoberfläche parallelen zweiten Koordinatensystem aus
der Mehrzahl erster Magnetfeldstärken, zum Anpassen einer
Ansatzfunktion an die Mehrzahl von neigungskompensierten zweiten
Magnetfeldstärken, sowie zum Bestimmen einer Nullpunktsabweichung
aus der angepassten Ansatzfunktion. Vorteilhafterweise wird die
Bestimmung der Nullpunktsabweichung durch dieses Verfahren von einem
dreidimensionalen auf ein zweidimensionales Problem reduziert. Dies
vereinfacht die Anpassung der Ansatzfunktion. Vorteilhafterweise
sind die zweiten Magnetfeldstärken bereits neigungskompensiert,
was die Bestimmung der Nullpunktsabweichung vereinfacht.
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Bevorzugt
werden zum Errechnen der Mehrzahl von neigungskompensierten zweiten
Magnetfeldstärken für jede erste Magnetfeldstärke
Schritte zum Bestimmen eines Querneigungswinkels und eines Nickwinkels
des ersten Koordinatensystems bezüglich des zweiten Koordinatensystems
und zum Errechnen der neigungskompensierten zweiten Magnetfeldstärke
aus der ersten Magnetfeldstärke, dem Querneigungswinkel
und dem Nickwinkel ausgeführt.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Verfahrens werden zum Bestimmen des Querneigungswinkels und
des Nickwinkels Schritte zum Ermitteln eines Beschleunigungswerts
im ersten Koordinatensystem mittels eines dreiachsigen Beschleunigungssensors und
zum Errechnen des Querneigungswinkels und des Nickwinkels des ersten
Koordinatensystems bezüglich des zweiten Koordinatensystems
ausgeführt. Vorteilhafterweise wird dadurch die Orientierung
des elektronischen Kompasses bezüglich der Erdoberfläche
mittels eines vom Magnetsensor unabhängigen Beschleunigungssensors
ermittelt, was die Robustheit des Verfahrens erhöht.
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In
einer Ausführungsform wird der ermittelte Beschleunigungswert
vor der Weiterverarbeitung mittels eines Tiefpassfilters gefiltert.
Dadurch können Störbewegungen bei der Aufnahme
der Messdaten unterdrückt werden, was die Genauigkeit des
Verfahrens erhöht.
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Zweckmäßigerweise
wird als Ansatzfunktion eine Kreisfunktion verwendet.
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Gemäß einer
Ausführungsform des Verfahrens wird der elektronische Kompass
während des Aufnehmens der Mehrzahl erster Magnetfeldstärken bewegt,
beispielsweise geschwenkt. Dies ist beispielsweise für
tragbare Geräte wie Mobiltelefone geeignet.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines
elektronischen Kompasses umfasst Schritte zum Bestimmen einer Nullpunktsabweichung
des elektronischen Kompasses nach einem oben beschriebenen Verfahren,
zum Ermitteln einer ersten Magnetfeldstärke in einem ersten
Koordinatensystem des elektronischen Kompasses mittels eines dreiachsigen
Magnetsensors, zum Errechnen einer neigungskompensierten zweiten
Magnetfeldstärke in einem zur Erdoberfläche parallelen
zweiten Koordinatensystem aus der ersten Magnetfeldstärke, zum
Errechnen einer nullpunktskorrigierten dritten Magnetfeldstärke
durch Subtrahieren der Nullpunktsabweichung von der neigungskompensierten
zweiten Magnetfeldstärke und zum Errechnen eines Azimuthwinkels,
um den eine Achse des zweiten Koordinatensystems gegen eine Nord-Süd-Richtung
abweicht. Vorteilhafterweise ist der durch den elektronischen Kompass
gemäß dieses Verfahrens ermittelte Azimuthwinkel
nullpunktskorrigiert, also von eventuellen Störeinflüssen
befreit.
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Ein
erfindungsgemäßer elektronischer Kompass umfasst
einen dreiachsigen Magnetsensor und einen dreiachsigen Beschleunigungssensor
und ist dazu ausgebildet, das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmung
einer Nullpunktsabweichung auszuführen.
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Bevorzugt
ist der elektronische Kompass auch dazu ausgebildet, das beschriebene
Verfahren zum Betreiben des elektronischen Kompasses auszuführen.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst der Magnetsensor mindestens einen
GMR-Sensor.
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In
einer anderen Ausführungsform umfasst der Beschleunigungssensor
mindestens einen mikromechanischen Beschleunigungssensor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines elektronischen Kompasses;
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2 zeigt
eine schematische Innenansicht eines elektronischen Kompasses;
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des Verlaufs einer neigungskompensierten
zweiten Magnetfeldstärke bei einer Drehung des elektronischen
Kompasses um 360°;
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4 zeigt
eine alternative Darstellung des Verlaufs der neigungskompensierten
zweiten Magnetfeldstärke;
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5 zeigt
eine schematische Darstellung von nicht nullpunktskorrigierten zweiten
Magnetfeldstärken und nullpunktskorrigierten dritten Magnetfeldstärken;
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6 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung
einer Nullpunktsabweichung;
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7 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Errechnen
neigungskompensierter Magnetfeldstärken;
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8 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen
von Querneigungswinkel und Nickwinkel;
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9 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben
eines elektronischen Kompasses.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines elektronischen Kompasses 100.
Der elektronische Kompass 100 kann einen Bildschirm 101 zur
Anzeige der durch den elektronischen Kompass 100 ermittelten
Himmelsrichtungen aufweisen. Der elektronische Kompass 100 kann
auch Bedienelemente 102, beispielsweise eine oder mehrere
Bedientasten aufweisen. Die Bedienelemente 102 erlauben
eine Bedienung des elektronischen Kompasses 100. Der elektronische
Kompass 100 kann in ein anderes tragbares oder nicht tragbares
elektronisches Gerät, beispielsweise ein Mobiltelefon,
einen Personal Digital Assistant (PDA), ein Navigationsgerät
oder eine Armbanduhr integriert sein.
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Ein
erstes Koordinatensystem KS' kann als mit dem elektronischen Kompass 100 fest
verbunden gedacht werden. Das erste Koordinatensystem KS' weist
drei zueinander senkrechte Achsen x', y', z' auf. Die x'-Achse weist
vom elektronischen Kompass 100 nach vorne, die y'-Achse
zur Seite und die z'-Achse nach unten. Eine Drehung des elektronischen
Kompasses um die x'-Achse entspricht einer Änderung eines
Querneigungswinkels 6. Eine Drehung des elektronischen
Kompasses 100 um die y'-Achse entspricht einer Änderung
eines Nickwinkels φ. Eine Drehung des elektronischen Kompasses 100 um
die z'-Achse entspricht einer Änderung eines Azimuthwinkels α.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht der im elektronischen Kompass 100 enthaltenen
Komponenten. Der elektronische Kompass 100 weist einen dreiachsigen
Magnetsensor 110 und einen dreiachsigen Beschleunigungssensor 120 auf.
Weiter ist eine Auswertelektronik 130 vorhanden, die mit
dem Magnetsensor 110 und dem Beschleunigungssensor 120 verbunden
ist. Der Magnetsensor 110 kann beispielsweise Hall-Sonden,
GMR-Sensoren, Fluxgate-Sensoren oder andere geeignete Magnetsensoren
aufweisen. Der Beschleunigungssensor 120 kann beispielsweise
mikromechanische Beschleunigungssensoren ausweisen. Die Auswertelektronik 130 kann
einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder andere geeignete
elektronische Komponenten aufweisen. Geeignete Bauteile sind dem
Fachmann aus dem Stand der Technik geläufig.
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Der
Magnetsensor 110 ist dazu ausgebildet, die Stärke
eines Magnetfeldes in alle drei Raumrichtungen des mit dem elektronischen
Kompass 100 verbundenen ersten Koordinatensystems KS' zu
ermitteln. Der Magnetsensor 110 ermittelt somit eine erste
Magnetfeldstärke M' mit den Komponenten Mx' in Richtung
der x'-Achse, My' in Richtung der y'-Achse und Mz' in Richtung der
z'-Achse. Der Beschleunigungssensor 120 ist dazu ausgebildet,
die Größe einer auf den elektronischen Kompass 100 wirkenden Beschleunigung
in alle drei Raumrichtungen des mit dem elektronischen Kompass 100 verbundenen
ersten Koordinatensystems KS' zu messen. Der Beschleunigungssensor 120 ermittelt
somit einen Beschleunigungswert a' mit den Komponenten ax' in Richtung
der x'-Achse, ay' in Richtung der y'-Achse und az' in Richtung der
z'-Achse.
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Da
auf den ruhenden elektronischen Kompass 100 nur die Erdbeschleunigung
wirkt und diese senkrecht zur Erdoberfläche 900 angreift,
kann die Auswertelektronik 130 aus den Komponenten ax', ay',
az' des ermittelten Beschleunigungswerts a' auf die Orientierung
des mit dem elektronischen Kompass 100 verbundenen ersten
Koordinatensystems KS' bezüglich eines zweiten Koordinatensystems
KS mit Achsen x, y, z schließen. Die x-y-Ebene des zweite
Koordinatensystems KS ist parallel zur Erdoberfläche 900 ausgerichtet.
Die x-Achse des zweiten Koordinatensystems ist gegenüber
einer Nord-Süd-Richtung der Erdoberfläche 900 um
den gleichen Azimuthwinkel α verdreht wie die x'-Achse
des ersten Koordinatensystems KS'. Beispielsweise kann die Auswertelektronik 130 einen
Querneigungswinkel θ und einen Nickwinkel φ berechnen,
um die das zweite Koordinatensystem KS um die x- und y-Achsen gedreht
werden muss, um es in das erste Koordinatensystem KS' zu überführen.
Die Berechnung kann beispielsweise nach folgenden Formeln erfolgen: θ = 1/tan(ay'/sqrt(ax'ax' + az'az'));
φ =
1/tan(ax'/sqrt(ay'ay' + az'az')). (1)
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Außerdem
kann die Auswertelektronik 130 aus der ersten Magnetfeldstärke
M' im ersten Koordinatensystems KS' eine zweite Magnetfeldstärke
H mit Komponenten Hx in Richtung der x-Achse des zweiten Koordinatensystems
KS und Hy in Richtung der y-Achse des zweiten Koordinatensystems
KS errechnen. Die Berechnung kann beispielsweise durch folgende
Formeln erfolgen: Hx = Mx'cos(φ)
+ My'sin(φ)sin(θ) – Mz'sin(φ)cos(θ);
Hy
= My'cos(θ) + Mz'sin(θ). (2)
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Die
Auswertelektronik 130 kann auch eine Komponente Hz der
zweiten Magnetfeldstärke H in Richtung der z-Achse des
zweiten Koordinatensystems KS errechnen. Da das Erdmagnetfeld parallel zur
Erdoberfläche 900, also innerhalb der x-y-Ebene des
zweiten Koordinatensystems KS verläuft, sollte die Komponente
Hz der zweiten Magnetfeldstärke H gleich Null sein. Andernfalls
kann auf das Vorliegen eines Fehlers geschlossen werden.
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Da
das Erdmagnetfeld in Nord-Süd-Richtung der Erdoberfläche 900 verläuft,
kann die Auswertelektronik 130 aus den Komponenten Hx,
Hy der zweiten Magnetfeldstärke H auf die Größe
des Azimuthwinkels α, also auf die Abweichung der Richtung der
x-Achse des zweiten Koordinatensystem KS von der Nord-Süd-Richtung
schließen. Die Berechnung des Azimuthwinkels α kann
beispielsweise durch folgende Formel erfolgen: α = arctan(Hy/Hx). (3)
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3 stellt
schematisch den erwarteten Verlauf der Komponenten Hx, Hy der zweiten
Magnetfeldstärke H in Abhängigkeit des Azimuthwinkels α dar.
Ist der elektronische Kompass 100 Richtung Süden
ausgerichtet, so sollte die in x-Richtung des zweiten Koordinatensystems
KS weisende Komponente Hx ein Maximum annehmen, während
die in y-Richtung weisende Komponente Hy gleich Null ist. Wird der
elektronische Kompass 100 nach Westen ausgerichtet, so
ist die x-Komponente der zweiten Magnetfeldstärke H gleich
Null, während die y-Komponente ein Minimum annimmt. Wird
der elektronische Kompass 100 in Richtung Norden gehalten,
so nimmt die x-Komponente der zweiten Magnetfeldstärke
H ein Minimum an, während die y-Komponente gleich Null
ist. Weist der elektronische Kompass 100 in Richtung Osten,
so nimmt die y-Komponente Hy ein Maximum an, während die
x-Komponente Hx gleich Null ist.
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4 zeigt
den erwarteten Verlauf der Komponenten Hx, Hy der zweiten Magnetfeldstärke
H in einer alternativen Darstellung. In 4 ist die
erwartete zweite Magnetfeldstärke H parametrisch als Funktion
des Azimuthwinkels α in der Hx-Hy-Ebene dargestellt. Es
ergibt sich ein Kreis, der durch die möglichen Wertepaare
der Komponenten Hx, Hy zweiten Magnetfeldstärke H gebildet
wird.
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Ist
das Erdmagnetfeld in der Umgebung des elektronischen Kompasses 100 durch
eine magnetische Störquelle verzehrt oder lokal gestört,
so liegen die durch den elektronischen Kompass 100 ermittelten
zweiten Magnetfeldstärken H in der Hx-Hy-Ebene nicht auf
einen Kreis um den Nullpunkt, sondern auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt
gegenüber dem Nullpunkt um eine Nullpunktsabweichung Hx0,
Hy0 verschoben ist. Dies ist schematisch in 5 dargestellt. 5 zeigt
einen Ausschnitt der Hx-Hy-Ebene, in der exemplarisch eine Anzahl
von Messwerten 200 der zweiten Magnetfeldstärke
H eingezeichnet ist. Jeder der dargestellten Messwerte 200 wurde
bei unterschiedlicher Orientierung des elektronischen Kompasses 100 bezüglich
der Erdoberfläche 900 ermittelt. Aufgrund der
Existenz eines magnetischen Störfeldes in der Umgebung
des elektronischen Kompasses 100 liegen die Messwerte 200 nicht
auf einem Kreis um den Ursprung der Hx-Hy-Ebene. Werden die ermittelten
Messwerte 200 zur Bestimmung des Azimuthwinkels α nach
Formel (3) verwendet, so ergibt sich wegen der magnetischen Störung
in der Umgebung des elektronischen Kompasses 100 ein falscher
Azimuthwinkel α. Daher sollten die Messwerte 200 zunächst
um den Betrag der Nullpunktsabweichung Hx0, Hy0 korrigiert werden.
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Da
die Messwerte 200 kreisförmig um die Nullpunktsabweichung
Hx0, Hy0 verteilt sind, kann zur Bestimmung der Nullpunktsabweichung
Hx0, Hy0 eine Ansatzfunktion 210 an die Messwerte 200 angepasst
werden und die Nullpunkts abweichung Hx0, Hy0 aus der angepassten
Ansatzfunktion 210 bestimmt werden. Als Ansatzfunktion
eignet sich beispielsweise eine Kreisfunktion mit fest vorgegebenem
oder anpassbarem Radius. Wird als Ansatzfunktion eine Kreisfunktion
verwendet, so ergibt sich die Nullpunktsabweichung Hx0, Hy0 als
Mittelpunkt der angepassten Kreisfunktion. Die so ermittelte Nullpunktsabweichung
Hx0, Hy0 kann anschließend von den Messwerten 200 subtrahiert
werden, wodurch sich nullpunktskorrigierte dritte Magnetfeldstärken Bx,
By ergeben, die entlang einer erwarteten Messwertverteilung 215 um
den Ursprung der Hx-Hy-Ebene liegen. Aus einer nullpunktskorrigierten
dritten Magnetfeldstärke Bx, By kann anschließend
der korrekte Azimuthwinkel α nach folgender Formel berechnet
werden: α = arctan(By/Bx). (4)
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6 erläutert
ein Verfahren 300 zur Bestimmung einer Nullpunktsabweichung
eines elektronischen Kompasses 100, wie es durch den elektronischen
Kompass 100 ausgeführt werden kann. In einem ersten
Verfahrensschritt 310 ermittelt der elektronische Kompass 100 mittels
des dreiachsigen Magnetsensors 110 eine Mehrzahl von ersten
Magnetfeldstärken M mit Komponenten Mx', My', Mz' im ersten,
fest mit dem elektronischen Kompass 100 verbundenen Koordinatensystem
KS'. Bevorzugt werden die ersten Magnetfeldstärken M' bei
unterschiedlichen Orientierungen des elektronischen Kompasses 100 erfasst.
Beispielsweise kann der elektronische Kompass 100 während
der Ermittlung der Mehrzahl von ersten Magnetfeldstärken
M' gedreht oder geschwenkt werden.
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Im
folgenden Verfahrensschritt 320 wird aus der Mehrzahl erster
Magnetfeldstärken M' eine Mehrzahl von neigungskompensierten
zweiten Magnetfeldstärken H mit Komponenten Hx, Hy in einem
zur Erdoberfläche 900 parallelen zweiten Koordinatensystem
KS errechnet. Dies kann beispielsweise durch das unten anhand von 7 beschriebene Verfahren 400 erfolgen.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt 330 wird eine Ansatzfunktion 210 an
die Mehrzahl der neigungskompensierten zweiten Magnetfeldstärken
H angepasst. Als Ansatzfunktion 210 kann beispielsweise
eine Kreisfunktion verwendet werden. Der Radius des Kreises kann
fest vorgegeben sein und dem erwarteten Betrag der Erdmagnetfeldstärke
entsprechen oder an die Werte der neigungskompensierten zweiten
Magnetfeldstärken H angepasst werden.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt 340 wird aus der angepassten
Ansatzfunktion 210 die Nullpunktsabweichung Hx0, Hy0 bestimmt.
Wird als Ansatzfunktion 210 eine Kreisfunktion verwendet,
so ergibt sich die Nullpunktsabweichung Hx0, Hy0 als Mittelpunkt
der angepassten Kreisfunktion.
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7 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens 400 zum
Errechnen einer Mehrzahl von neigungskompensierten zweiten Magnetfeldstärken
H bezüglich eines zweiten Koordinatensystems KS aus einer
Mehrzahl erster Magnetfeldstärken M bezüglich
eines ersten Koordinatensystems KS'. Das Verfahren 400 wird
für jede erste Magnetfeldstärke M' ausgeführt,
um daraus eine neigungskompensierte zweite Magnetfeldstärke
H zu berechnen. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt 410 ein
Querneigungswinkel θ und ein Nickwinkel φ des
ersten Koordinatensystems KS' bezüglich des zweiten Koordinatensystems
KS bestimmt. Dies kann beispielsweise durch das unten anhand von 8 erläuterte
Verfahren 500 erfolgen.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt 420 wird aus der ersten
Magnetfeldstärke M', dem Querneigungswinkel θ und
dem Nickwinkel φ die neigungskompensierte zweite Magnetfeldstärke
H berechnet. Dies kann beispielsweise durch die oben genannte Formel
(2) erfolgen.
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8 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens 500 zur
Bestimmung von Querneigungswinkel θ und Nickwinkel φ.
Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt 510 zum Ermitteln
eines Beschleunigungswertes a' mit Komponenten ax', ay', az' im
ersten Koordinatensystem KS' mittels des dreiachsigen Beschleunigungssensors 120.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt 520 werden aus dem ermittelten
Beschleunigungswert a' der Querneigungswinkel θ und Nickwinkel φ des
ersten Koordinatensystems KS' bezüglich des zweiten Koordinatensystems
KS errechnet. Die Berechnung kann beispielsweise durch die oben
genannte Formel (1) erfolgen.
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Querneigungswinkel θ und
Nickwinkel φ sollten bevorzugt für jeden Messwert
M', der in einen neigungskompensierten Magnetfeldwert H umgerechnet
werden soll, getrennt bestimmt werden. Das bedeutet, dass zu jedem
Magnetfeldwert M' auch ein Beschleunigungswert a' bei gleicher Orientierung
des elektronischen Kompasses 100 bezüglich der
Erdoberfläche 900 aufgezeichnet wird.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens 500 kann der ermittelte
Beschleunigungswert a' zwischen den Verfahrensschritten 510 und 520 einen
Tiefpassfilter durchlaufen, um Störbewegungen bei der Aufnahme
der Messdaten zu unterdrücken. Wird der elektronische Kompass 100 beispielsweise
stark geschüttelt, so treten Fliehkräfte auf,
die die auf den elektronischen Kompass 100 wirkende Erdbeschleunigung überlagern
und das Messergebnis verfälschen. Durch Anwendung eines
Tiefpassfilters können derartige Verfälschungen
herausgefiltert werden.
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9 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum
Betreiben des elektronischen Kompasses 100. Das Verfahren 600 umfasst
einen Verfahrensschritt 610 zum Bestimmen einer Nullpunktsabweichung
Hx0, Hy0 des elektronischen Kompasses 100. Dies kann beispielsweise durch
das oben anhand der 6 beschriebene Verfahren 300 erfolgen.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt 620 wird eine erste Magnetfeldstärke
M' im ersten Koordinatensystem KS' des elektronischen Kompasses 100 mittels
des dreiachsigen Magnetsensors 110 ermittelt.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt 630 wird aus der ersten
Magnetfeldstärke M' eine neigungskompensierte zweite Magnetfeldstärke
H im zur Erdoberfläche 900 parallelen zweiten
Koordinatensystem KS errechnet. Dies kann beispielsweise mittels des
oben anhand von 7 beschriebenen Verfahrens 400 erfolgen.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt 640 wird eine nullpunktskorrigierte
dritte Magnetfeldstärke B durch Subtrahieren der Nullpunktsabweichung
Hx0, Hy0 von der neigungskompensierten zweiten Magnetfeldstärke
H errechnet.
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In
einem nachfolgenden Verfahrensschritt 650 wird aus der
dritten Magnetfeldstärke B mit Komponenten Bx, By der Azimuthwinkel α errechnet,
um den die x- Achse des zweiten Koordinatensystems KS gegen die Nord-Süd-Richtung
der Erdoberfläche 900 abweichen. Dies kann beispielsweise
durch Formel (4) erfolgen. Der so ermittelte Azimuthwinkel α kann
beispielsweise auf dem Bildschirm 101 des elektronischen
Kompasses 100 angezeigt werden.
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Der
elektronische Kompass 100 kann das beschriebene Verfahren
zur Bestimmung der Nullpunktsabweichung periodisch oder auf Kommando eines
den elektronischen Kompass 100 bedienenden Benutzers durchführen.
Der elektronische Kompass 100 kann das beschriebene Verfahren
zur Bestimmung der Nullpunktsabweichung jedoch auch kontinuierlich
ausführen. In dieser Ausführungsform kann jeder
durch den elektronischen Kompass 100 gemessene Messwert
zum permanenten Abgleich der Nullpunktsabweichung herangezogen werden.
Es kann auch vorgesehen sein, vom bisherigen Verlauf der Messwerte
stark abweichende Messdaten herauszufiltern, um kurzfristige Störungen
zu unterdrücken.
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Das
beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Nullpunktsabweichung des
elektronischen Kompasses 100 eignet sich zur Kompensation
interner und externer Störungen des elektronischen Kompasses 100.
Eine interne Störung wird durch ein im Inneren des elektronischen
Kompasses 100 erzeugtes Störmagnetfeld hervorgerufen.
Eine externe Störung wird durch ein in der Umgebung des
elektronischen Kompasses 100 befindliches Störmagnetfeld bewirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0004]