DE10147502A1

DE10147502A1 - Richtungsbestimmungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10147502A1
Application number: DE10147502A
Authority: DE
Inventors: Dirk Moldenhauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Offenbart ist eine Richtungsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer geographischen Nord-Süd-Richtung, die eine Ortserfassungseinrichtung (322) zum Ausgeben einer Ortsinformation, welche den augenblicklichen Standort der Richtungsbestimmungsvorrichtung angibt; eine Deklinationsbestimmungseinrichtung (326, 310) zum Ausgeben eines Deklinationswertes, der anhand der Ortsinformation mittels einer Ort-Deklinations-Abbildung (310) abgeleitet wird, welche einem Standort einen entsprechenden Deklinationswert zuordnet; eine Magnetsonde (302) zum Ausgeben einer Magnetfeldrichtungsinformation, die die Feldlinienrichtung des Erdmagnetfelds bei dem augenblicklichen Standort angibt; und eine Richtungsberechnungseinrichtung (306) zum Berechnen der geographischen Nord-Süd-Richtung anhand der Magnetfeldrichtungsinformation, die um den bestimmten Deklinationswert korrigiert wird, aufweist. Mittels der erfindungsgemäßen Richtungsbestimmungsvorrichtung kann eine genaue und automatische Bestimmung der Nord-Süd-Richtung vorgenommen werden, ohne auf umfangreiches Kartenmaterial zur augenblicklichen Standortsbestimmung sowie zur Bestimmung eines standortsspezifischen Deklinationswertes als Korrekturwert für die von der Magnetsonde gelieferte Feldlinienrichtung des Erdmagnetfelds zurückgreifen zu müssen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Richtungsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der geographischen Nord-Süd- Richtung.

Es ist möglich, sich auf der Erdoberfläche mit Hilfe eines Kompasses zu orientieren, da die Erde, wie es anhand von Fig. 1 gezeigt ist, ein Magnetfeld 1 besitzt und eine Kompassnadel 2 sich entlang der Feldlinien 3 dieses Erdmagnetfelds einstellt. Das Erdmagnetfeld 1 kann angenähert durch einen im Erdmittelpunkt angesiedelten magnetischen Dipol (durch die Symbole "S" und "N" gekennzeichnet) beschrieben werden, dessen Achse zur Zeit um etwa 11,4 Grad gegenüber der Rotationsachse der Erde, welche durch den geographischen Nordpol 4 und geographischen Südpol 5 hindurchgeht, geneigt ist. Die magnetische Dipol-Achse oder geomagnetische Achse 6, die senkrecht zu dem magnetischen Äquator 7 verläuft, durchstößt die Erdoberfläche an den geomagnetischen Punkten, die im Wesentlichen mit den Magnetpolen (arktischer Magnetpol 8, antarktischer Magnetpol 9) identisch sind. Der magnetische Dipol ist derart ausgerichtet, dass sich in der Nähe des geographischen Nordpols 4 ein magnetischer Südpol und in der Nähe des geographischen Südpols 5 ein magnetischer Nordpol befindet. Somit orientiert sich dann das Nordende der Kompassnadel 2 in Richtung des magnetischen Südpols. Die Magnetpole verändern im Laufe der Zeit ihre Position. Der arktische Magnetpol 8 lag 1980 bei 73,3 Grad nördlicher Breite und 101,8 Grad westlicher Länge (Nordkanada) und wandert derzeit jährlich etwa 7,5 Kilometer in nördliche Richtung. Der antarktische 9 Magnetpol befand sich 1983 bei 65,2 Grad südlicher Breite und 138,7 Grad östlicher Länge. Er bewegt sich zur Zeit jährlich um etwa 10 Kilometer in nordwestliche Richtung. Man nennt diese Polwanderung auch Säkularvariation.

Es gibt weitere Änderungen des Magnetfeldes, die auf eine komplette Richtungsänderung des Erdmagnetfelds zurückzuführen sind. Diese komplette Richtungsänderung des Erdmagnetfeldes, bei der ein Wechsel von magnetischem Nord- und Südpol stattfindet, erfolgt etwa alle 0,5 Millionen Jahre, wobei die Richtungsänderung selbst nur etwa 5000 Jahre lang dauert.

Um nun einen Kompass zur Richtungsbestimmung, insbesondere in Verbindung mit topographischen Karten, zu verwenden, ist es notwendig, zu wissen, um welchen Winkel die von der Kompassnadel angezeigte Nordrichtung von der geographischen Nordrichtung abweicht. Diese Abweichung wird auch Missweisung oder Deklination genannt und ist vom augenblicklichen Standort abhängig. Sie kann west- oder ostgerichtet sein und bis zu 180 Grad betragen. Um also eine Nord- oder Süd-Richtung genau zu bestimmen, ist es folglich nötig, zu der von einer Magnetnadel angezeigten (magnetischen) Nord- oder Süd-Richtung einen entsprechenden ortsspezifischen Deklinationswert hinzuzuaddieren. Die jeweiligen Deklinationswerte lassen sich aus einer Karte mit den Linien gleicher magnetischer Deklination, einer sogenannten Isogonenkarte, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ablesen. Da sich, wie bereits oben erwähnt, das Magnetfeld der Erde ständig verändert, verändern sich auch die ortsspezifischen Deklinationswerte ständig, weshalb für eine korrekte Richtungsbestimmung auch eine Aktualisierung der Deklinationswerte notwendig ist. Folglich wird zu guten Isogonenkarten ein Datum hinzugefügt.

Zur Richtungsbestimmung im Stand der Technik wird zunächst anhand eines mechanischen oder elektronischen Magnetkompasses eine (magnetische) Nord-Süd-Richtung bestimmt. Anschließend wird beispielsweise anhand einer topographischen Landkarte der entsprechende Standort des den Magnetkompass verwendenden Benutzers ermittelt, und wenn möglich, anhand der Landkarte oder einer Isogonenkarte ein dem Standort entsprechender Deklinationswert abgelesen. Dieser Deklinationswert wird dann zu dem abgelesenen Richtungswert des Magnetkompasses hinzuaddiert oder im Fall eines elektronischen Magnetkompasses als Versatzwert manuell eingestellt. Dieser aufwendige Anpassungsvorgang, um eine korrekte Richtungsangabe bzw. Nord-Süd- Richtungsangabe zu erhalten, muss bei jedem Standortwechsel des Benutzers erneut durchgeführt werden.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die eine korrekte Richtungsbestimmung mit minimalem Aufwand erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Richtungsbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat dabei eine Ortserfassungseinrichtung zum Erfassen des augenblicklichen Standorts der Richtungsbestimmungsvorrichtung bzw. des die Richtungsbestimmungsvorrichtung verwendenden Benutzers und zum Ausgeben einer Ortsinformation, die den augenblicklichen Standort angibt. Ferner hat die Richtungsbestimmungsvorrichtung eine Deklinationsbestimmungseinrichtung, die anhand der von der Ortserfassungseinrichtung ausgegebenen Ortsinformation einen entsprechenden ortsspezifischen bzw. standortsspezifischen Deklinationswert bestimmt. Dazu weist die Deklinationsbestimmungseinrichtung eine Ort-Deklinations-Abbildung auf, bei der zu jedem Ort auf der Erdoberfläche bzw. zu einem bestimmten Erdoberflächenabschnitt ein entsprechender Deklinationswert zugeordnet ist. Somit kann anhand der von der Ortserfassungseinrichtung ausgegebenen Ortsinformation über die Ort-Deklinations-Abbildung der dem augenblicklichen Standort zugehörige Deklinationswert bestimmt werden. Ferner weist die Richtungsbestimmungsvorrichtung eine Magnetsonde zum Erfassen der Feldlinienrichtung des Erdmagnetfelds bei dem augenblicklichen Standort und zum Ausgeben einer Magnetfeldrichtungsinformation, die die Feldlinienrichtung des Erdmagnetfelds bei dem augenblicklichen Standort angibt, auf. Der von der Deklinationsbestimmungseinrichtung ausgegebene Deklinationswert und die von der Magnetsonde ausgegebene Magnetfeldrichtungsinformation werden von einer Richtungsberechnungseinrichtung dazu verwendet, eine korrekte bzw. korrigierte geographische Nord-Süd- Richtungsinformation zu berechnen, wobei die Magnetfeldrichtungsinformation bzw. Magnetfeldrichtung am augenblicklichen Standort um den bestimmten Deklinationswert am augenblicklichen Standort korrigiert wird. Vorteilhafterweise wird dabei zu der Magnetfeldrichtungsinformation der entsprechende Deklinationswert in Form eines Winkels hinzuaddiert. Diese erfindungsgemäße Richtungsbestimmungsvorrichtung hat den Vorteil, dass zur Bestimmung einer korrekten geographischen Nord-Süd-Richtung, wie sie insbesondere zur Verwendung mit topographischen Karten notwendig ist, kein aufwendiger manueller Abgleich bzw. kein aufwendiger manueller Korrekturvorgang mittels eines ortsspezifischen Deklinationswerts mehr erforderlich ist. Ferner ist es nicht mehr notwendig, eine manuelle Positions- oder Ortsbestimmung mehr durchzuführen (anhand von topographischen Karten usw.) und es ist nicht notwendig, eine Karte mit Deklinationswerten verfügbar zu haben, um an einem beliebigen Ort eine korrekte geographische Nord-Süd-Richtung zu bestimmen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die Ortserfassungseinrichtung der Richtungsbestimmungsvorrichtung ein GPS- (Global Positioning System)-Modul, mittels dem eine Positionserfassung über das GPS bzw. globale Positionierungssystem möglich ist. Das bei dem GPS angewandte Ortsbestimmungsverfahren beruht auf dem Prinzip der Entfernungsbestimmung durch Messung der Laufzeit von Signalen zwischen dem GPS-Modul und je einem von mehreren Bezugspunkten (hier Satelliten), deren Positionen genau bekannt sind. Genauer gesagt, wird ein Messsignal hierbei von einem Satelliten (Bezugspunkt) erzeugt, ausgestrahlt und nach Durchlaufen der zu messenden Strecke von den GPS-Modul empfangen. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung hängt dabei von der Genauigkeit der Entfernungsmessung ab und diese wiederum von der Genauigkeit der zur Verfügung stehenden Uhrzeit bzw. Zeitbasis.

Gemessen wird die Laufzeit aufgrund der momentanen Uhrzeiten ("Zeitstempel") bei Ausstrahlung des Signals im Satelliten und bei Empfang durch das GPS-Modul. Eine genaue Zeitmessung setzt voraus, dass die Uhren beim GPS-Modul und in den Satelliten synchron und mit hoher Genauigkeit laufen. Ein Zeitunterschied beispielsweise von 1 µs ergibt einen Entfernungsfehler von 300 Meter. Derartige Genauigkeiten lassen sich nur mittels Atomfrequenznormalen erzielen. Wegen des technischen Aufwands und der Kosten ist deren Einsatz nur in den Satelliten und nicht in dem GPS-Modul möglich. Um die bei der Verwendung weniger genauer Uhren, beispielsweise quarzstabilisierte Oszillatoren, in einem GPS-Modul auftretende Zeitabweichung und damit entsprechende Entfernungsfehler zu eliminieren, wird bei dem GPS eine Zeitkorrektur vorgenommen, welche Bestandteil des Messvorgangs ist. Für diese Zeitkorrektur (Synchronisation der Empfänger- und Satellitenuhren) ist gewöhnlicherweise ein vierter Satellit notwendig, während zur Positionsbestimmung des Ortes (im Raum) des GPS-Moduls prinzipiell drei Entfernungen zu drei Satelliten, deren Koordinaten bekannt sein müssen, zu messen sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat die Ortserfassungseinrichtung ein Funkmodul zum Herstellen einer Funkverbindung (über eine Luftschnittstelle) mit zumindest einer entsprechenden Basisstation. Nach Herstellen der Funkverbindung kann die zumindest eine Basisstation ihre Basisstationsidentifikation bzw. Basisstationskennung an das Funkmodul der Ortserfassungseinrichtung übertragen, wodurch das Funkmodul nun weiß, mit welcher Basisstation es verbunden ist und es somit die geographische Lage der Basisstation bzw. der Zelle, welche die Basisstation versorgt, ermitteln kann. Dieses auch als Basis-Lokalisierungs- Verfahren bezeichnete Verfahren zur Ortserfassung kann verbessert werden, in dem die Basisstation dem Funkmodul ferner Informationen über das Funknetz, wie beispielsweise die Senderstandorte, die Zellengröße, die Antennenausrichtung einer Basisstation usw., zukommen lässt, um die Genauigkeit der Positionsbestimmung bzw. Ortserfassung abschätzen zu können.

Ferner kann zur Verbesserung der Ortserfassung die Ortserfassungseinrichtung dafür ausgelegt sein, anhand einer Laufzeitmessung ("Timing advance"-Messung) eines zwischen der zumindest einen Basisstation und dem Funkmodul übertragenen Funksignal die Entfernung von der Basisstation zu dem Funkmodul zu berechnen. Somit kann der Standort des Funkmoduls bezüglich der Basisstation weiter präzisiert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ortserfassungseinrichtung bzw. das Funkmodul dafür ausgelegt, anhand einer Intensitätsmessung eines von der zumindest einen Basisstation zu dem Funkmodul übertragenen Funksignals die Entfernung von der Basisstation zu dem Funkmodul zu bestimmen.

Des weiteren kann die Ortserfassungseinrichtung bzw. das Funkmodul derart ausgelegt sein, um mittels einer Funkverbindung zu drei Basisstationen eine Ortserfassung mit Hilfe des E-OTD-(Enhanced Observed Time Difference)-Verfahrens durchzuführen. Bei dem E-OTD-Verfahren wird vorausgesetzt, dass das Funkmodul die Funksignale von zumindest drei Basisstationen empfangen kann. Das Funkmodul misst dann die Laufzeitunterschiede zwischen den Funksignalen der Basisstationen und meldet diese auf Anfrage insbesondere an ein sogenanntes SMLC (Serving Mobile Location Center). Da insbesondere in GSM- Netzen jedoch keine Synchronisation gegeben ist, muss erst die Echtzeitdifferenz (Real Time Difference, RTD) zwischen den Basisstationen ermittelt werden. Dies geschieht durch eine sogenannte E-OTD-Location-Messurement-Unit (E-OTD LMU). Diese meldet den Wert ebenfalls an das SMLC, das dann die Position des Funkmoduls anhand der OTD- und RTD-Messungen sowie der Positionen der Basisstationen bestimmen kann.

Da sich wie bereits oben erwähnt, das Magnetfeld der Erde und somit die ortsspezifischen Deklinationswerte mit der Zeit ändern, ist es wichtig, immer eine aktuelle Ort-Deklinations-Abbildung zur Bestimmung einer korrigierten Nord-Süd-Richtung zu verwenden. Somit weist die erfindungsgemäße Richtungsbestimmungsvorrichtung vorteilhafterweise eine Aktualisierungseinrichtung zum Aktualisieren der Orts-Deklinations-Abbildung auf. Diese Aktualisierungseinrichtung kann dabei eine Eingabeeinrichtung aufweisen, mittels der für bestimmte Orte bzw. Standorte die zugehörigen Deklinationswerte manuell eingegeben und gespeichert werden können. Es ist ferner denkbar, dass die Aktualisierungseinrichtung eine Funkeinrichtung aufweist oder mit einer bereits bestehenden Funkeinrichtung, wie beispielsweise dem Funkmodul, das zur Ortserfassung verwendet wird, verbunden ist, um über eine Luftschnittstelle aktuelle Ort-Deklinations-Daten von einem Aktualisierungsdienst in einem Kommunikationsnetz, das mit einer dem Funkmodul zugeordneten Basisstation verbunden ist, zu empfangen und somit die in der Richtungsbestimmungsvorrichtung vorgesehene Ort-Deklinations-Abbildung zu aktualisieren.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Komponenten der Richtungsbestimmungsvorrichtung, nämlich die Ortserfassungseinrichtung, die Deklinationsbestimmungseinrichtung, die Magnetsonde, die Richtungsberechnungseinrichtung und/oder die Aktualisierungseinrichtung in einem einzigen Gerät integriert sein. Insbesondere in Mobilfunkgeräten bzw. Mobiltelefonen, in denen bereits ein Funkmodul zum Herstellen einer Funkverbindung mit einer oder mehreren Basisstationen vorgesehen ist, kann die Richtungsbestimmungsvorrichtung leicht integriert werden, wobei sie die vorhandenen Ressourcen, wie das Funkmodul, der Mobilfunkgeräte bzw. Mobiltelefone zur Ortserfassung mit verwenden kann. Ebenso kann die erfindungsgemäße Richtungsbestimmungsvorrichtung in Navigationssystemen integriert werden, in denen im Normalfall auch schon eine Ortserfassungseinrichtung, wie beispielsweise ein GPS-Modul, vorgesehen ist, das die Richtungsbestimmungsvorrichtung vorteilhafterweise mit verwenden kann. Es ist jedoch auch denkbar, die erfindungsgemäße Richtungsbestimmungsvorrichtung in Computern, insbesondere tragbaren Computern bzw. PDA's (Personal Digital Assistant), oder in einem elektronischen Kompass vorzusehen bzw. zu integrieren.

Ferner ist es denkbar, die Komponenten der Richtungsbestimmungsvorrichtung als Module auszubilden, die dann über eine Datenschnittstelle miteinander verbindbar sind. Somit ist es möglich, dass ein Benutzer die Ressourcen von bereits vorhandenen Geräten, wie beispielsweise das Funkmodul in seinem Mobiltelefon zur Ortserfassung, verwendet, um durch eine geeignete Verbindung bzw. Datenschnittstelle mit weiteren Modulen, wie beispielsweise einem elektronischen Magnetkompass mit Magnetsonde, in denen die übrigen Komponenten zur Richtungsbestimmung vorgesehen sind, eine erfindungsgemäße Richtungsbestimmungsvorrichtung zusammenzusetzen.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erde, in der die Beziehung zwischen den magnetischen und geographischen Polen dargestellt ist;
Fig. 2 eine beispielhafte Isogonenkarte, in der der magnetische Nordpol und der magnetische Südpol eingezeichnet sind;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Richtungsbestimmungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Richtungsbestimmungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Richtungsbestimmungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden soll nun eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Richtungsbestimmungsvorrichtung anhand von Fig. 3 erläutert werden.
Ein elektronischer Magnetkompass 100 weist dabei ein GPS- (Global Positioning System)-Modul auf, das mit dem elektronischen Magnetkompass 100 fest verbunden ist. Das GPS-Modul bzw. der GPS-Empfänger 120 steht in Funkkontakt mit Satelliten 10, die Teil eines Satelliten-Positionsbestimmungssystem, wie dem GPS, sind. Mittels dieser Satelliten 10 ist es möglich, dass das GPS-Modul 120 den Standort des elektronischen Magnetkompasses 100 bestimmt, beispielsweise in Form von Längen- und Breitengrad. Mittels einer nicht dargestellten Deklinationsbestimmungseinrichtung, die in dem elektronischen Magnetkompass 100 integriert ist, kann anhand der von dem GPS-Modul 120 ermittelten Positionsdaten mit Hilfe einer Liste 110 mit Deklinationswerten der dem augenblicklichen Standort des elektronischen Magnetkompasses 100 entsprechende Deklinationswert bestimmt werden. Bei der Liste 110 handelt es sich um eine Abbildung, in der zu bestimmten Positionsdaten ein entsprechender Deklinationswert zugeordnet ist. Diese Liste bzw. Abb. 110 ist in einem Speicher (nicht dargestellt) des elektronischen Magnetkompasses 100 gespeichert.
Um eine ökonomisch sinnvolle Abb. 110 zu erhalten, bei der zum einen eine für viele Anwendungen zufriedenstellende Genauigkeit der Deklinationswertbestimmung ermöglicht wird, zum anderen aber die Größe eines Speichermediums berücksichtigt wird, die bei zu großer Genauigkeit d. h. zu vielen Zuordnungen von Ortsdaten zu Deklinationswerten, enorm zunehmen würde, wird auf der Seite der Ortsdaten ein Raster von ausreichend großen Bereichen gebildet, denen ein bestimmter Deklinationswert zugeordnet wird. Die Bereiche können dabei eine Fläche von mehreren Quadratkilometern aufweisen.
Der elektronische Magnetkompass 100 weist eine Magnetsonde (nicht dargestellt) auf, die in der Lage ist, die Richtung der Feldlinien (entsprechend der Richtung des Erdmagnetfeldvektors) des Erdmagnetfelds zu bestimmen. Dabei kann die Magnetsonde beispielsweise eine Hall-Sonde oder eine beliebige Magnetspulenanordnung umfassen. Der elektronische Magnetkompass 100 bestimmt dabei die Richtung der Feldlinien des Erdmagnetfelds, die parallel zur Erdoberfläche verlaufen. Ist einmal von dem elektronischen Kompass 100 die Richtung der Erdmagnetfeldlinien vom augenblicklichen Standort bestimmt worden und ist von der Deklinationsbestimmungseinrichtung der für den augenblicklichen Standort spezifische Deklinationswert bestimmt worden, so kann von einer Richtungsberechnungseinrichtung bzw. Richtungskorrektureinrichtung (nicht dargestellt) im Magnetkompass 100 die von dem Magnetkompass 100 bestimmte Magnetfeldinformation um den am Standort geltenden Deklinationswert (Deklinationswinkel) korrigiert werden. Auf einer Anzeige (nicht dargestellt) des Magnetkompasses 100 kann dann die korrigierte Richtung dargestellt werden, die der gewünschten geographischen Nord-Süd-Richtung entspricht.
Ferner kann auch die tatsächliche Himmelsrichtung, in diesem Fall die Richtung zum geographischen Nordpol oder zum geographischen Südpol, bestimmt werden. Dies ergibt sich daraus, dass der Magnetkompass 100 bzw. dessen Magnetsonde sich entlang der Erdmagnetfeldlinien ausrichtet, die vom magnetischen Nordpol zum magnetischen Südpol verlaufen. Somit kann die Magnetsonde die Richtung zum magnetischen Nordpol oder Südpol bestimmen. Da ferner der ortsspezifische Deklinationswert angibt, um wie viel Grad die vom Magnetkompass bestimmte geographische Nordrichtung entweder in Richtung Westen oder Osten zu korrigieren ist, kann folglich (auf der Nordhalbkugel) auf die geographische Nordrichtung bzw. (auf der Südhalbkugel) auf die geographische Südrichtung, und daraus auf die übrigen Himmelsrichtungen geschlossen werden.
Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Richtungsbestimmungsvorrichtung wird im folgenden anhand von Fig. 4 erläutert. Hierbei ist die Richtungsbestimmungsvorrichtung in einem Mobilfunkgerät integriert.
Ein Mobilfunkgerät bzw. Mobiltelefon 250 weist dabei als für die vorliegende Erfindung wesentliche Komponenten einen elektronischen Kompass 200, einen Speicher mit einer Liste von Deklinationswerten 210 und ein Mobilfunkmodul 220 auf. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform, bei der ein GPS-Modul 120 zur Ortsbestimmung verwendet worden ist, wird bei dieser zweiten Ausführungsform das Mobilfunkmodul 220 mit entsprechenden Schaltungsanordnungen zur Ortserfassung verwendet. Das Mobilfunkmodul 220 steht dabei mit drei Basisstationen 20, 22, 24 in Verbindung, um eine Ortserfassung gemäß dem E-OTD-Verfahren durchzuführen. Hierbei sollen anhand der Laufzeitunterschiede von Funksignalen die Abstände d1, d2, d3 zu den jeweiligen Basisstationen 20, 22, 24 und somit die Position des Funkmoduls 220 relativ zu den Basisstationen bestimmt werden. Es ist auch denkbar, anstelle des E-OTD- Verfahrens das oben erwähnte Basis-Lokalisierungs-Verfahren in Verbindung mit einem einfachen Laufzeit-Verfahren und/oder einem Funksignal-Intensitätsmessungs-Verfahren zu verwenden, wobei diese letztgenannten Verfahren bei einer ungenaueren Positionsbestimmung jedoch nur die Funkverbindung zu einer Basisstation benötigen.
Zur Richtungsbestimmung wird nun von dem Mobilfunkmodul 220 eine Ortserfassung durchgeführt, um eine Ortsinformation des augenblicklichen Standorts ausgeben zu können. Mittels dieser Ortsinformation kann dann unter Zuhilfenahme der Liste 210 mit Deklinationswerten, die der Liste 110 von Fig. 3 entspricht, der für den augenblicklichen Standort gültige Deklinationswert bestimmt werden. Dieser Deklinationswert kann dann dazu verwendet werden, eine von dem elektronischen Kompass 200 bestimmte Magnetfeldinformation bezüglich der Richtung der Feldlinien des Erdmagnetfelds zu korrigieren, um daraus die geographische Nord-Süd-Richtung bzw. eine Himmelsrichtung (insbesondere die Nordrichtung oder Südrichtung) zu bestimmen. Die geographische Nord-Süd-Richtung bzw. die Nord- Richtung oder Süd-Richtung kann dann auf einer Anzeige (nicht dargestellt) des Mobilfunkgeräts 250 angezeigt werden. Diese Vorgänge des Bestimmens des Deklinationswerts, des Bestimmens der korrekten geographischen Nord-Süd-Richtung und der Steuerung der Anzeige können von einem Kontroller (nicht dargestellt) des elektronischen Kompasses 200 und/oder des Mobilfunkmoduls 220 durchgeführt werden.
Als vorteilhaft bei der Integration der Richtungsbestimmungsvorrichtung in einem Mobilfunkgerät stellt sich heraus, dass das beim Mobilfunkgerät sowieso vorhandene Mobilfunkmodul dafür eingesetzt werden kann, um eine Ortserfassung vorzunehmen. Da das Mobilfunkmodul in dem Mobilfunkgerät auch dafür ausgelegt ist, Informationen zu einer Basisstation zu senden, kann der von dem Mobilfunkgerät aktuelle Standort sowie die räumliche Ausrichtung des Mobilfunkgeräts (die Ausrichtungen bezüglich einer der Himmelsrichtungen) zu einer Basisstation übertragen werden. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass die Basisstation dem Mobilfunkgerät ortsspezifische Anwendungen bzw. Dienste bereitstellen kann. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, dass die Basisstation dem Mobilfunkgerät orts- und richtungsspezifische Umgebungsdaten bezüglich dem augenblicklichen Standort des Mobilfunkgeräts zukommen lässt, um den Benutzer des Mobilfunkgeräts im Rahmen einer Wegweisungs-Anwendung ("Route Guiding Application) zu führen. Die Anwendung eines Magnetkompasses in Verbindung mit einem Mobiltelefon bzw. Mobilfunkgerät ermöglicht auch weitere Dienste, insbesondere im Bereich der Telematik, wie beispielsweise "Navigation", Positioning" usw. Die Mobilfunkgeräte und die zugehörigen Mobilfunknetze einschließlich der Basisstationen, können auf einem beliebigen Mobilfunkstandard, wie beispielsweise dem GSM-(Global System Mobilcommunication)-Standard, dem UMTS-(Universal Mobil Telecommunication Service)-Standard usw. basieren.
Neben der Möglichkeit, einen elektronischen Kompass in einem Mobiltelefon zu integrieren, besteht auch die Möglichkeit, ein Mobiltelefon als ein erstes Modul mit einem elektronischen Kompass als einem zweiten Modul über eine geeignete Datenschnittstelle zu verbinden, um eine Richtungsbestimmungsvorrichtung zu schaffen. Eine derartige Richtungsbestimmungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt.
Hierbei wird eine erfindungsgemäße Richtungsbestimmungsvorrichtung realisiert, indem ein Mobilfunkgerät 320 über eine Datenschnittstelle, hier einen Bus 350, mit einem elektronischen Kompass 300 verbunden wird. Aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung sind nur die für die Erfindung wesentlichen Komponenten der Vorrichtungen 320 und 300 dargestellt. Das Mobilfunkgerät 320 weist ein Funkmodul 322 auf, in dem ein Sender bzw. Empfänger realisiert sind. Das Funkmodul 322 ist in der Lage mit einer oder mehreren Basisstationen eines Kommunikationsnetzes bzw. Mobilfunknetzes eine Funkverbindung herzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Funkmodul 322, wie bereits oben zu Fig. 4 erläutert, in der Lage ist, eine Ortserfassung mittels eines Basis-Lokalisierungs- Verfahrens, eines E-OTD-Verfahrens usw. durchzuführen. Das Mobilfunkgerät 320 weist ferner einen Speicher 324 auf, in dem eine Liste 310 von Deklinationswerten, entsprechend der Liste 110 oder 320 gespeichert ist. Der Speicher 324 und das Funkmodul 322 stehen in Verbindung mit einem Mikrokontroller 326. Wenn das Funkmodul 322 einmal die Positionsdaten des augenblicklichen Standorts des Mobilfunkgerätes 210 ermittelt hat, so können diese Positionsdaten an den Mikrokontroller 326 weitergeleitet werden. Dieser ist dann in der Lage, nach Zugriff auf die Liste 310 in dem Speicher 324 den den Positionsdaten entsprechenden Deklinationswert am augenblicklichen Standort des Mobilfunkgerätes 320 zu bestimmen. Somit erfüllt der Mikrokontroller 326 mit der Liste 310 in diesem Fall die Funktion einer Deklinationsbestimmungseinrichtung.
Der elektronische Magnetkompass 300 weist einen Magnetsensor bzw. eine Magnetsonde 302 zum Erfassen der Richtung der Feldlinien des Erdmagnetfelds auf. Der Magnetsensor 302 ist mit einem A/D-Wandler 304 verbunden, um die in analoger Form erhaltenen Messwerte des Magnetsensors 302 in digitale Werte zu überführen. Der A/D-Wandler ist schließlich mit einem Kontroller 306 verbunden, der die von dem Wandler erhaltenen Werte 304 sowie die über den Bus 350 erhaltenen Werte von dem Mikrokontroller 326 verarbeitet. Genauer gesagt wird von dem Magnetsensor 302 die Richtung der Feldlinien des Erdmagnetfelds erfasst und eine entsprechende Magnetfeldinformation, die die Richtung der Erdmagnetfeldlinien beinhaltet von dem Magnetsensor 302 ausgegeben. Diese analoge Magnetfeldinformation wird von dem Wandler 304 in eine digitale Magnetfeldinformation umgewandelt und zu dem Kontroller 306 geleitet. Der Kontroller 306 erhält ferner über den Bus 350 den von dem Mikrokontroller bestimmten Deklinationswert am augenblicklichen Standort des Mobilfunkgerätes 320. Anhand der digitalen Magnetfeldinformation und des Deklinationswertes kann der Kontroller 306 nun eine geographische Nord-Süd-Richtung bzw. eine Himmelsrichtung, insbesondere die Nord-Richtung oder die Süd-Richtung, genau bestimmen. Mittels dieses modularen Aufbaus einer Richtungsbestimmungsvorrichtung ist es möglich, dass ein Benutzer die einzelnen Module, nämlich das Mobilfunkgerät 320 und den elektronischen Magnetkompass 300, getrennt aufbewahrt oder auch getrennt transportiert und nur im Bedarfsfall zu einer Richtungsbestimmungsvorrichtung zusammenfügt. Somit können die Abmessungen der jeweiligen Vorrichtungen 320 oder 300 im wesentlichen unverändert bleiben und müssen nicht wie es evtl. bei einer Integration aller Komponenteneinrichtungsbestimmungsvorrichtung in einer einzigen Vorrichtung notwendig ist, vergrößert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn der Speicher 324 mit der Liste der Deklinationswerte 310 in dem Mobilfunkgerät 320 vorgesehen ist, da auf diese Weise eine einfache Aktualisierung der Ortsdaten und der zugehörigen Deklinationswerte möglich ist. Zum einen kann die in dem Mobilfunkgerät normalerweise vorgesehene Tastatur zur Eingabe oder zum Editieren von Ortsdaten oder Deklinationswerten verwendet werden. Es ist jedoch auch denkbar, eine Aktualisierung der Liste 310 derart vorzunehmen, dass aktuelle Ortsdaten und/oder Deklinationswerte von einer Basisstation über das Funkmodul 322 und dem Mikrokontroller 326 in den Speicher 324 übertragen werden. Diese Aktualisierungsvorgänge können dann von dem Mikrokontroller 326 gesteuert werden, der somit als eine Aktualisierungseinrichtung dient. Bezugszeichenliste 1 Magnetfeld der Erde
2 Kompaßnadel
3 Feldlinien des Erdmagnetfelds
4 Geographischer Nordpol
5 Geographischer Südpol
6 Geomagnetische Achse
7 Magnetischer Äquator
8 Arktischer Magnetpol
9 Antarktischer Magnetpol
10 Satelliten eines globalen Positionierungssystems
20, 22, 24 1., 2., 3. Basisstation
100 Elektronischer Kompass
110 Liste mit Deklinationswerten
120 GPS-Modul
200 Elektronischer Kompass
210 Liste mit Deklinationswerten
220 Mobilfunk-Modul
250 Mobilfunkgerät
300 Elektronischer Kompass
302 Magnetsensor
304 A/D-Wandler
306 Kontroller von 300
310 Liste mit Deklinationswerten
320 Mobilfunk-Modul
322 Funkmodul von 320
324 Speicher für 310
326 Mikrokontroller von 320
350 Bus zwischen 320 und 300
d1, d2, d3 Entfernungen von 1., 2., 3. Basisstation zu 250

Claims

1. Richtungsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der geographischen Nord-Süd-Richtung, mit folgenden Merkmalen:
einer Ortserfassungseinrichtung (120; 220; 322) zum Ausgeben einer Ortsinformation, die den augenblicklichen Standort angibt;
einer Deklinationsbestimmungseinrichtung (326) zum Ausgeben eines Deklinationswerts, der anhand der Ortsinformation mittels einer Ort-Deklinations-Abbildung (110; 210; 310) abgeleitet wird, welche einem Standort einen entsprechenden Deklinationswert zuordnet;
einer Magnetsonde (100; 200; 300, 302) zum Ausgeben einer Magnetfeldrichtungsinformation, die die Feldlinienrichtung des Erdmagnetfelds bei dem augenblicklichen Standort angibt;
eine Richtungsberechnungseinrichtung (306) zum Berechnen der geographischen Nord-Süd-Richtung anhand der Magnetfeldrichtungsinformation, die um den bestimmten Deklinationswert korrigiert wird.

2. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ortserfassungseinrichtung (120) ein GPS-Modul aufweist.

3. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ortserfassungseinrichtung (220; 322) ein Funkmodul zum Herstellen einer Funkverbindung mit zumindest einer Basisstation (20, 22, 24) aufweist, um anhand dieser Funkverbindung eine Ortserfassung durchzuführen.

4. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Ortserfassungseinrichtung (220; 322) dafür ausgelegt ist, anhand der Identifikation der zumindest einen in Funkverbindung stehenden Basisstation (20, 22, 24) die Ortserfassung durchzuführen.

5. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Ortserfassungseinrichtung (220; 322) dafür ausgelegt ist, anhand einer Laufzeitmessung eines zwischen der zumindest einen Basisstation (20, 22, 24) und dem Funkmodul übertragenen Funksignals die Entfernung (d1, d2, d3) von dem Funkmodul zur der zumindest einen Basisstation zu bestimmen.

6. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Ortserfassungseinrichtung (220; 322) dafür ausgelegt ist, anhand einer Intensitätsmessung eines von der zumindest einen Basisstation (20, 22, 24) zu dem Funkmodul übertragenen Funksignals die Entfernung (d1, d2, d3) von dem Funkmodul zur Basisstation zu bestimmen.

7. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem ein das Funkmodul (220; 322) mit zumindest drei Basisstationen (20, 22, 24) in Funkverbindung steht, um anhand einer Laufzeitmessung von zwischen dem Funkmodul und den zumindest drei Basisstation übertragenen Funksignalen eine Ortserfassung mittels des E-OTD-Verfahrens durchzuführen.

8. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner eine Aktualisierungseinrichtung (326) zum Aktualisieren der Ort-Deklinations-Abbildung (310) aufweist.

9. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Aktualisierungseinrichtung (326) eine Eingabeeinrichtung zum Editieren der Orts- und/oder Deklinationswerte aufweist.

10. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der die Aktualisierungseinrichtung (326) eine Funkeinrichtung (220) aufweist, durch die über eine Luftschnittstelle (20, 22, 24; 220) die Ort-Deklinations-Abbildung (210; 310) aktualisierbar ist.

11. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, die in einem tragbaren Computer, einem Mobilfunkgerät, einem Mobiltelefon oder einem Navigationssystem oder einem elektronischen Kompaß integriert ist.

12. Richtungsbestimmungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Ortserfassungseinrichtung (120; 220; 322) und/oder die Deklinationsbestimmungseinrichtung (326) und/oder Magnetsonde (100; 200; 300, 302) und/oder die Richtungsberechnungseinrichtung (306) und/oder die Aktualisierungseinrichtung (326) als Module ausgebildet sind, die über eine Datenschnittstelle (350) miteinander verbindbar sind.