CN1054927C - 确定方位的方法以及采用该方法的时计 - Google Patents

Abstract

根据本发明的方法，通过将地方时与一个参考时区的时间加以比较，可以确定人在地球表面所述位置的经度，而通过测量地球磁场相对于水平面的倾角，则可以确定人所处位置的纬度。

Description

确定方位的方法以及采用该方法的时计

本发明是关于一种至少能近似地确定人在地球表面所处位置的经纬度的方法。本发明还涉及一种时计，它包括：一个时基、可指示地方时的至少是时和分的显示装置、用于设定所述显示装置的时间的装置，此外还包括显示一种数据的装置，这种数据至少是该时计在地球表面所处位置的函数。

确定人在地球表面所处位置的经纬度的最通常的那些方法依赖于天文观测操作，或者甚至依赖于对卫星发送信号的解码。这类方法不适合全自动地使用在一个时计中。

因此，本发明的一个目的是提供一种至少能近似地确定人在地球表面所处位置的经纬度的方法，这种方法适合于全自动地使用，而且不需要求助于卫星。

本发明的第二个目的是提供一种至少能近似地确定人在地球表面所处位置的经纬度的方法，它能用于例如时计那样的小尺寸的装置中。

本发明的第三个目的是提供一种时计，它能自动显示出取决于人所处位置的经纬度的数据。

因此，本发明一个方面是关于至少能近似地确定人在地球表面所处位置的经纬度的一种方法，其特征在于包括下列步骤：

确定地方时与一个参考时区的时间二者的时间差值；

将该时间差值转换成当地经度的近似值；

确定地磁场相对于水平面的倾角；

将该地磁场倾角转换成当地纬度的近似值。

对时差的确定可以简单地完成，例如将两个计时器提供的数据加以比较，而地磁场的倾角可由地磁场的垂直分量与水平分量的关系来确定，这两个分量都能借助于磁传感器得到。

依照根据本发明的方法构成的可供选择的最佳实施例，在将地磁场倾角转换成纬度之时考虑了经度值。

由于地磁场相对于水平面的倾角不仅是纬度的函数，而且在一定程度上是经度的函数，所以如果在将地磁场倾角转换成纬度的阶段考虑到经度便能得到更为精确得多的纬度值。

另一方面，本发明也是关于一种时计，它包括：一个时基、可指示地方时的至少是时和分的显示装置、用于设定所述显示装置的时间的装置，此外还包括显示一种数据的装置，所述的这种数据至少是该时计在地球表面所处位置的函数。该时计的特征在于包括能将本发明的方法所包括的各个步骤付诸实际操作，从而确定该时计所处的位置的测量、计算和转换装置。

根据本发明的一个具体实施例，所提供的计算装置还能由所述经度和纬度确定地球表面上一个预选位置的方位角。

根据这后一个实施例的另一个最佳替代方案，所提供的测量装置还能确定地磁北的方向，所提供的计算和数据显示装置能将所述预选位置的方向作为所述方位角和磁北方向的函数而进行确定并指示出这一方向。

阅读下文中的描述，将会发现本发明的其他特征和优点，下文中只是以举例的方式并参考附图来加以说明，该附图中给出的示意框图描述了本发明的时计的一个具体实施例的操作。

这里所描述的时计将使用根据本发明的方法，并使用由此得到的纬度值和经度值来确定麦加(Mecca)的方向。

本实例中的时计以方框图的形式表示出来。该时计依次由石英振荡器2、提供1/60赫(1周/分)信号的分频链路4以及分针位置计数器6串接而成。它还包括一个除12的除法器8，用于接收来自分频链路4的输出信号，以及一个时针位置计数器10，该计数器的输入与除法器8的输出相连。计数器6和10是60归零计数器，它们以标准模式确定分针和时针相对于时计表盘上以小时为一个园周的位置。

在所示实施例中，所提供的时计有三个电机18、19和20，它们分别由驱动电路12、14和16控制，分别用于驱动分针、时针和一个附加指针。该附加指针称作方向指针，用于指示麦加的方向，前两个驱动电路14和16以标准模式接收分别加到分针位置计数器6和时针位置计数器10输入端的脉冲。

刚刚描述过的各方框部件说明了该时计就标准时间显示而言所实现的操作。然而，如前所述，这里所描述的时计还可以指示麦加的位置。下面要描述的图中的部件一方面能确定和指示麦加的方向，另一方面能对时针和分针重置时间。

如图中所能看到的，该时计还包括电子控制装置22，它一方面使本发明的方法能进行实施，另一方面能在需要时驱动三个指针中任何一个。电子控制装置22包括输入端MN和H，用于读入分针和时针位置计数器6和10的内容；还包括并行访问端口COR，用于访问由时间设置杆的运动所产生的控制信号。

提供给电子控制装置22的访问端口COR的信号是由用于解释控制杆的位置和运动的电路24产生的。这些时间设置信号能控制对显示装置的校正，或者是逐分校正，或者是一次校正一小时，而且这些校正都可以按两个方向中的任何一个方向进行。这里将不详细描述控制杆和解释电路24的操作，因为精通本技术领域的人们已经知道这类装置。特别是在专利EP-O 175 961中所披露的与解释电路合用的一种控制杆能够容易地修改成适用于这里所描述的时计。

在图中还能看到一个时差计数器25连接到电子控制装置22的输入/输出访问端口DH。计数器25是一个24归零的计数器，用于对使用者借助控制杆进行的每次一小时的校正操作所相应的时区变化进行相应的计数。

电子控制装置22还包括三个输出端Mmn、Mh及Mdir，分别向电机18、19及20提供脉冲信号，还包括输出端C，用于控制设在前两个驱动电路12和14输入端的开关26和28的状态。当这两个开关处于所示位置a时，则将加在分针和时针位置计数器6和10的输入端的脉冲通过开关传送给驱动电路12和14；当这两个开关处于所示位置b时，则将电子控制装置22提供的脉冲传送给驱动电路12和14。

电子控制装置最好是制成集成电路的形式，它包含一个编程的微控制器。熟悉本技术领域的人们将从这里提供的指示中知道如何对微控制器编程，从而使它实现这里描述的操作。

在标准时间显示模式中，电子控制装置处于不工作状态，开关26和28处于符号a所示位置，电机18和19接收加于分针和时针位置计数器6和10的输入端的脉冲。

设置时间、确定时差和经度

刚才描述的各部件一方面能校正由分针和时针显示的时间，另一方面能保持对相对于参考时区的时差进行的计数，以便使得随后能按照本发明的方法确定经度。使用者可通过拉出控制杆来启动时间校正操作。控制杆的向外运动使解释电路向电子控制装置22的访问端口COR发出一个信号。电子控制装置22接收这一信号从而将开关26和28驱动到状态b。同时，电子控制装置22沿着分频链路4的辅助线(图中标为“复位”(reset))发出一个信号，从而使分频链路不再提供分针和时针位置计数器6和10的增量信号。

然后，解释电路24发出相应于使用者对控制杆的不同操作的脉冲给电子控制装置22的输入端COR，电子控制装置22转而发出控制脉冲使分针和时针位置计数器6和10增值或减值，并同时控制电机18和19，使之或者按常规方式逐分地转动分针和时针，或者可以选择按一次一小时的方式转动指针。当设置时间操作结束从而将控制杆推回时，解释电路24向电子控制装置21提供一个停止工作信号，电子控制装置22转而通过其输出端C提供一个信号使开关26和28进入a状态。同时，在分频链路辅助线上的信号转为零，于是分频链路重新开始提供指针位置计数器6和10的增量信号。

只有当使用者在旅行期间改变时区的情况下，才使用上述可选用的一次一小时校正显示时间。在这种情况下，当根据上述描述由电子控制装置22发出控制脉冲以使时针位置计数器10增量或减量时，电子控制装置22也发出脉冲使时差计数器25增量或减量。这样，时差计数器25总是保持该时计的使用者所在位置与参考时区之间的时间差值。

某些国家的法定时处于两个时区之间的一半处。这样，这些国家与其邻国的时差为半小时。根据本发明的另一个最佳实施例，所提供的实施例中考虑了政治地理中的这些奇特情况。为达到这一目的，毫无问题，精通本技术领域的人们知道如何用一个模数计数器48代替时差计数器25，并同时修改控制杆运动解释电路24，从而使改变时区时对显示的校正为每次半小时而不是每次一小时。

通过将时针和分针拨到相应于被选作参考时区的时区时间，然后压住凸头10秒钟，这样来实现对参考时区编程。由使用者加到凸头上的压力转换成信号，从而提供给电子控制装置22。当电子控制装置已在其输入端COR检测到该信号达3秒钟时，电子控制装置便将时差计数器25的内容复位为零，其作用是使相应于所显示时间的时区起到参考时区的作用。

由于时区将地球表面分割成24个区域，每个区域的角宽度基本上是15度，所以时差计数器25的内容对应于带有时计的人所在位置经度的近似值。这样，这些内容可以构成能使电子控制装置22实现本发明方法所必需的时差数据。

确定地磁场取向和纬度

再参考所附的方框图，可以看到该时计还包括一个模块(参考标号30)，它主要由三个相互正交放置的单方向磁传感器32、34及36构成，由此测定按三个正交方向的外磁场强度。已知有多种磁传感器，而对本发明来说，使用哪种具体类型的传感器则并不重要，只要传感器足够灵敏从而能测量地球磁场，只要传感器的尺寸足够小从而能放置在时计中，最后是它们的耗电量不能大。例如，磁通门型传感器可满足这些条件。

两个传感器(参考标号32和34)相对于时计而取向，使其能测量沿着平行于表盘(图中未画出)平面的两个轴向的地磁场强度。这两个传感器之一(参考标号34)的取向沿着平行于表盘上穿过6点和12点的直径的轴线，而另一个传感器32的位置平行于表盘上穿过3点和9点的直径。最后，时计的第三传感器36的取向垂直于表盘。这样，当把时计平放时，就是说使表盘为水平时，传感器32和34便测量地磁场的两个水平分量Bx和By，而第3个传感器36测量同一磁场的垂直分量Bz。所测量的三个强度Bx、By及Bz以通常方式通过总线传送给电子控制装置22。装置22被编程，从而能根据地球磁场三分量的测量值Bx、By及Bz计算出该磁场相对于水平面的倾角I。

地球磁场的倾角I根据人在地球表面所处位置而改变。对于一个给定的经度，其磁倾角在理论上是纬度的确定函数。在这种情况下，如果已知所处位置的经度以及此地的地磁场的倾角，那么在理论上便有可能明确地确定该地的纬度。为此目的，电子控制装置22包含一个非易失存贮器，在其中，一个双重输入转换表(该表中含有地磁场的磁倾角I的值)已被作为时间和纬度的函数而编程。对这个表的访问使电子控制装置22能够确定使用者所在地的纬度，该纬度是例如由时差计数器25所提供的时区以及借助传感器32、34和36所确定的地磁场倾角这二者的函数。当然，为使这一测定成为可能，电子控制装置22必须使用一个容量足够大的非易失存贮器，以存贮足够多的地球磁场倾角值，使这些值以足够的密度复盖地球表面。由在地球表面基本上是均匀分布的2000个点组成的一组数据足以得到可接受的精度水平。

使用不均匀分布点还可能限制住所必须的点数，例如在人口稠密地区的点分布可比海洋上密集。

确定磁北和麦加的方向

如前所述，这里描述的时计能指示麦加的方向。为此目的，已将麦加的坐标(纬度和经度)编程写入电子控制装置22的第二个非易失存贮器。这样，一旦根据上面所作的描述确定了时计在地球表面所处位置的纬度和经度，电子控制装置22便能计算出相应于麦加方向的方位角。这后一个计算只涉及众所周知的三角学关系。再有，可供完成这后一个计算的装置已经公开，例如在专利DE-A-3412777号中已作了披露。

一旦确定了麦加的方位角，那么只要知道北方向便足以能指示出麦加的方向。为此目的，所提供的电子控制装置22还能根据由上述两个水平向传感器32和34测定的地磁场Bx和By分量来确定磁北的方向。由于磁场的By分量是平行于时计表盘上12点-6点直径方向的分量，因此由这两个强度Bx和By之间的关系借助简单的三角学运算便可提供出磁北方向与表盘上12点-6点轴线之间的夹角。

然后电子控制装置22对先前计算的麦加方位角和磁北与时计的12点-6点直径之间的夹角求和。这个和数对应于麦加方向与时计的12点-6点轴线之间的夹角。

如将要说明的那样，只有在认定由传感器32和34确定的磁北方向与实际的地理北方向完全相同的情况下，这里所描述的和数才真正对应于麦加方向与时计的12点-6点轴线之间的夹角。但众所周知，通常情况并非如此。我们所忽略的磁场偏角(磁北和地理北之间的夹角)可能会构成确定麦加方向时的一个误差源。能够消除这一误差源的办法是在微处理器的非易失存贮器中提供第二个双项目表，它包含一组由其时区和纬度所表示的地球表面点的地磁场偏角。

根据本发明的另一个最佳实施例，可以使确定麦加方位角的方法简化。为达到这一目的，在非易失时计存贮器中只包含一个双项目表，它对全部麦加真实方位角一劳永逸地提供作为时区和地磁场倾角的函数的直接计算值。

指示麦加方向

如前所述，该时计包含一个由驱动电路16控制的第三电机20，用于驱动方向指针从而由它指示麦加的方向。如从图1中可见，该时计还含一个该方向指针的位置计数器38。该计数器是一个360归零的计数器，它确定了方向指针相对于时计上的小时园周的360个分度的位置。

为了使方向指针指示出麦加的方向，电子控制装置22首先读出方向指针位置计数器38的内容，并从先前计算出的麦加方向与12点-6点的时计轴线之间夹角值中减掉这个数。

这一减法的结果对应于为使方向指针指向麦加而要使电机20走过的步数。电子控制装置22向驱动电路16发出对应于电机要走过的步数的脉冲数，以此控制电机20的向前运动。由电子装置22提供的推动电机20向前的脉冲同时还使方向指针位置计数器38增值。这样，计数器38的内容总是对应于方向指针在表盘上的位置。

Claims (5)

1.一种时计，包括时基、用于显示地方时的显示装置、和用于设置所述地方时的时间设置装置，其中所述显示装置还用于显示作为该时计在地球表面所处位置的函数的附加数据，所述时计还包括：

用于确定地方时和参考时区的时间差值的装置；

用于将所述时间差值转换为当地经度的近似值的装置；

用于确定地磁场相对于水平面的倾角的装置；和

用于将所述被确定的地磁场的倾角转换为当地纬度的近似值的装置。

2.如权利要求1所述的时计，其特征在于包括一个时差计数器，用于对所述被显示时间的全部变化进行计数，这种变化是当时区改变时由所述时间设置装置产生的，所述计数器的内容对应于所述时间差值。

3.如权利要求1或2所述的时计，其特征在于包括：

一个参考平面；和

测量装置和计算装置，用于确定地磁场相对于所述参考平面的倾角，从而在当所述参考平面保持水平并且不存在附加磁场时能够确定相对于水平面的地磁场倾角。

4.如权利要求3所述的时计，其特征在于，所述计算装置计算作为时计所在位置的函数的地球表面上一个预选位置的方位角，其中所述附加的被显示数据对应于该方位角。

5.如权利要求4所述的时计，其特征在于，所述显示装置包括一个指示器，并且所述测量和计算装置确定磁北的方向，并且所述计算装置确定作为所述方位角和所述磁北的所述方向的函数的所述预选位置的方向，所述附加的被显示数据是所述预选位置的方向，而所述方向是借助所述指示器而显示的。

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