DE102008054739A1 - navigation methods - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Navigationsverfahren für eine Navigationsvorrichtung mit einem dreiachsigen Beschleunigungssensor vorgeschlagen, wobei in einem ersten Verfahrensschritt von dem Beschleunigungssensor gemessene Beschleunigung detektiert wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Beschleunigung in eine Vertikalbeschleunigung parallel zum Schwerefeld und eine zur Vertikalbeschleunigung senkrechte Horizontalbeschleunigung zerlegt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt ein Schrittsignal in Abhängigkeit der Vertikalbeschleunigung ermittelt wird und wobei in einem vierten Verfahrensschritt ein Richtungssignal in Abhängigkeit der Horizontalbeschleunigung ermittelt wird und wobei ferner in einem fünften Verfahrensschritt eine Positionsveränderung in Abhängigkeit des Schrittsignals und des Richtungssignals bestimmt wird.A navigation method for a navigation device with a three-axis acceleration sensor is proposed, wherein in a first method step acceleration measured by the acceleration sensor is detected, wherein in a second method step the acceleration is decomposed into a vertical acceleration parallel to the gravitational field and a vertical acceleration perpendicular to horizontal acceleration, wherein In a fourth method step, a direction signal is determined as a function of the horizontal acceleration, and further wherein in a fifth method step, a position change is determined as a function of the step signal and the direction signal.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Navigationsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a navigation method according to the preamble of claim 1.

Solche Navigationsverfahren sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift US 2008/0 190 201 A1 ein Verfahren zur Detektion einer Körperbewegungsvorrichtung bekannt, wobei ein Beschleunigungsvektor von einem dreiachsigen Beschleunigungssensor gemessen wird, wobei aus dem Beschleunigungsvektor ein Gravitationsvektor berechnet wird und wobei aus dem Beschleunigungsvektor ferner vertikale Beschleunigungskomponenten bestimmt werden, welche zur Detektion einer Vertikalbewegung der Körperbewegungsvorrichtung vorgesehen ist. Überschreitet die detektierte Vertikalbewegung einen vorgegebenen Schwellwert wird ein Schrittzähler um eins erhöht. Der Schrittzähler zählt somit die von einem Benutzer der Körperbewegungsvorrichtung durchgeführten Schritte. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass lediglich die Anzahl der erfolgten Schritte bestimmt wird und keine Auswertung der horizontalen Beschleunigungskomponenten zur Bestimmung einer Hauptbewegungsrichtung senkrecht zum Gravitationsvektor vorgesehen ist. Somit ist eine Bestimmung, in welche Richtung sich der Benutzer relativ zum Erdmagnetfeld oder relativ zur Orientierung der Körperbewegungsvorrichtung im Raum durch die Schritte bewegt hat, nicht möglich.Such navigation methods are well known. For example, from the document US 2008/0 190 201 A1 a method for detecting a body movement device, wherein an acceleration vector is measured by a triaxial acceleration sensor, wherein from the acceleration vector, a gravitational vector is calculated and from the acceleration vector further vertical acceleration components are determined, which is provided for detecting a vertical movement of the body moving device. If the detected vertical movement exceeds a predetermined threshold value, a pedometer is incremented by one. The pedometer thus counts the steps performed by a user of the body movement device. A disadvantage of this method is that only the number of steps taken is determined and no evaluation of the horizontal acceleration components is provided for determining a main movement direction perpendicular to the gravitational vector. Thus, a determination of which direction the user has moved relative to the geomagnetic field or relative to the orientation of the body moving device in space through the steps is not possible.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Navigationsverfahren gemäß Anspruch 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mit nur einem einzigen Beschleuni gungssensor nicht Schritte bzw. die Anzahl von Schritten eines Benutzer detektiert werden, sondern darüberhinaus auch die Bewegungsrichtung bestimmt wird, in welche sich der Benutzer durch die Schritte bewegt. Dies hat den Vorteil, dass bei Kenntnis der Ausgangsposition eine aktuelle Positionsbestimmung bzw. die Bestimmung einer Positionsveränderung nach der Durchführung einer Mehrzahl von Schritten lediglich mit dem einen Beschleunigungssensor ermöglicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die von dem Beschleunigungssensor gemessene Beschleunigung in die Vertikalbeschleunigung und die Horizontalbeschleunigung zerlegt wird. Durch einen Schritt eines Benutzers erfährt die Navigationsvorrichtung einerseits eine Bewegung im Wesentlichen parallel zum Schwerefeld, so dass mittels einer Analyse der Vertikalbeschleunigung ein Schritt detektierbar und eine Mehrzahl von Schritten zählbar ist. Das Schrittsignal ermöglicht eine Schätzung einer durch den Schritt zurückgelegten Distanz, wobei den Schritten vorzugswiese eine mittlere Schrittweite, beispielsweise von 60 cm, zugrunde gelegt wird. Andererseits wird die Navigationsvorrichtung während des Schrittes in eine Bewegungsrichtung bewegt, welche im Wesentlichen senkrecht zum Schwerefeld ausgerichtet ist, so dass durch eine Analyse der Horizontalbeschleunigung die Bewegungsrichtung relativ zur Orientierung der Navigationsvorrichtung ermittelbar ist und das Richtungssignal in Abhängigkeit dieser Bewegungsrichtung erzeugt wird. Durch eine Kombination des Schrittsignals und des Richtungssignals ist somit eine Position bzw. eine Positionsveränderung der Navigationsvorrichtung ausgehend von der Ausgangsposition bestimmbar. Insbesondere in Gebäuden oder in der Nähe von Gebäuden ist dies besonders vorteilhaft, da in diesen Bereichen GPS-Positionssensoren, welche üblicherweise zur Positionsbestimmung verwendet werden, nicht oder nur sehr ungenau funktionieren. Die ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrensschritte werden insbesondere in einem Zyklus sequentiell durchgeführt, wobei dieser Zyklus vorzugsweise periodisch wiederholt wird. Insbesondere wird genau einem Schritt jeweils ein Richtungssignal zugeordnet. Besonders vorteilhaft ist die Navigationsvorrichtung in ein Handgerät, wie beispielsweise ein mobiles Telefon, ein PDA, einen MP3-Player, einen GPS-Gerät und dergleichen integrierbar, wobei die Orientierung der Navigationsvorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unerheblich ist, da im zweiten Verfahrensschritt die Orientierung der Navigationsvorrichtung im Schwerefeld während jedes Zyklus neu bestimmt wird.The Navigation method according to the invention according to claim 1 has the advantage over the prior art that with only a single acceleration sensor not steps or the number of steps of a user are detected, but in addition, the direction of movement is determined, in which the user moves through the steps. this has the advantage that with knowledge of the starting position a current Position determination or the determination of a change in position after performing a plurality of steps only with which an acceleration sensor is made possible. This is achieved by that measured by the acceleration sensor Acceleration into vertical acceleration and horizontal acceleration is decomposed. Learned by a step of a user the navigation device on the one hand a movement substantially parallel to the gravitational field, so that by means of an analysis of the vertical acceleration one step is detectable and a plurality of steps are countable. The step signal allows an estimation of a through the distance covered by the step, taking the steps preferably an average step size, for example of 60 cm, is taken as a basis. On the other hand, the navigation device becomes moved during the step in a direction of movement, which is aligned substantially perpendicular to the gravitational field, so that by an analysis of the horizontal acceleration, the direction of movement relative to the orientation of the navigation device determined is and the direction signal depending on this direction of movement is produced. By a combination of the step signal and the Directional signal is thus a position or a change in position the navigation device can be determined starting from the starting position. Especially in buildings or near by This is particularly advantageous for buildings, since in these areas GPS position sensors, which is usually used for position determination will not, not or only very inaccurately work. The first, second, third, Fourth and fifth method steps are in particular performed sequentially in one cycle, this one Cycle is preferably repeated periodically. In particular, will exactly one step in each case assigned a direction signal. Especially Advantageously, the navigation device is in a hand-held device, such as a mobile phone, a PDA, an MP3 player, a GPS device and the like integrated, the Orientation of the navigation device during execution the method according to the invention is irrelevant, since in the second method step, the orientation of the navigation device in the gravity field during each cycle.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.advantageous Refinements and developments of the invention are the subclaims, and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem sechsten Verfahrensschritt mittels eines Orientierungssensors, insbesondere ein elektronischer Kompass, eine Himmelsrichtung ermittelt wird, wobei die Positionsveränderung im fünften Verfahrensschritt in Abhängigkeit eines Peilsignals bestimmt wird. In vorteilhafter Weise ist somit nicht nur die Bewegungsrichtung der Navigationsvorrichtung relativ zur Orientierung der Navigationsvorrichtung zu bestimmen, sondern darüberhinaus auch die Bewegungsrichtung relativ zum Erdmagnetfeld.According to one preferred training is provided that in a sixth Process step by means of an orientation sensor, in particular an electronic compass, a cardinal direction is determined wherein the position change in the fifth method step is determined as a function of a direction finding signal. In an advantageous manner Way is thus not only the direction of movement of the navigation device relative to the orientation of the navigation device to determine but also the direction of movement relative to the earth's magnetic field.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem siebten Verfahrensschritt mittels eines Zeitsensors, insbesondere einer elektronischen Uhr, ein Zeitsignal ermittelt wird und wobei in einem achten Verfahrensschritt ein Geschwindigkeitssignal in Abhängigkeit des Schrittsignals und des Zeitsignals bestimmt wird. Besonders vorteilhaft wird somit nicht nur die pro Schritt zurückgelegte Distanz, entsprechende der Schrittweite, bestimmbar, sondern unter Berücksichtigung des Zeitsignal ist daraus auch die Geschwindigkeit der Navigationsvorrichtung in Bewegungsrichtung zu bestimmen.According to a further preferred embodiment, it is provided that in a seventh process step by means of a time sensor, in particular an electronic clock, a time signal is determined and wherein in a eighth method step, a speed signal in dependence of the step signal and the time signal is determined. Thus, not only the return per step is particularly advantageous set distance, corresponding to the step size, determinable, but taking into account the time signal is also to determine the speed of the navigation device in the direction of movement.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Positionsveränderung im fünften Verfahrensschritt durch Koppelnavigation in Abhängigkeit des Peilsignals, des Geschwindigkeitssignals und des Zeitsignal bestimmt wird. In vorteilhafter Weise wird somit eine vollständige und vergleichsweise genaue Navigation zur Bestimmung einer Positionsveränderung bzw. einer Position ermöglicht, ohne dass äußere Signale, wie bspw. Satellitensignale, benötigt werden, wobei von jeder Ausgangsposition automatisch zu einer neuen Position gekoppelt wird. Aufgrund der Berücksichtigung des Peilsignals wird in besonders vorteilhafter Weise eine Berechnung der Positionsveränderung bzw. der Position in geographischen Koordinaten, d. h. in Längen- und Breitengrade, ermöglicht.According to one Another preferred embodiment provides that the change in position in the fifth method step by coupling navigation in Dependency of the direction finding signal, the speed signal and the time signal is determined. Advantageously, thus a complete and comparatively accurate navigation for determining a position change or a position allows, without external signals, as, for example, satellite signals are needed, each one of them Starting position is automatically coupled to a new position. Due to the consideration of the DF signal is in particular Advantageously, a calculation of the change in position or the position in geographic coordinates, d. H. in length and latitudes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem neunten Verfahrensschritt die Positionsveränderung auf einer elektronischen Karte bestimmt wird, wobei die elektronische Karte vorzugsweise von einem Speicher bereitgestellt wird und wobei die Karte und die Positionsveränderung auf der Karte vorzugsweise auf einem Bildschirm visualisiert werden. Besonders vorteilhaft wird somit die Positionsveränderung bzw. die Position auf dem Bildschirm in einer vergleichsweise anschaulichen und übersichtlichen Weise dargestellt. Insbesondere wird die Positionsveränderung bzw. die Position der Navigationsvorrichtung relativ zu anderen raumbezogenen Elementen, wie Flüssen, Seen, Bergen, Wälder, Straßen, Gebäuden, Städten und dergleichen, illustriert und mit Hilfe eines Zeichensystems grafisch in ihren Raumbeziehungen veranschaulicht.According to one Another preferred development is provided that in one Ninth procedural step on the position change an electronic card is determined, the electronic Card is preferably provided by a memory and wherein the map and the position change on the map preferably be visualized on a screen. Especially advantageous Thus, the position change or position on the screen in a comparatively clear and concise Way illustrated. In particular, the position change or the position of the navigation device relative to others spatial elements, such as rivers, lakes, mountains, forests, Streets, buildings, cities and the like, illustrated and with the help of a drawing system graphically in theirs Room relations illustrated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem zehnten Verfahrensschritt ein Positionssignal von einem Positionssensor, insbesondere einem GPS-Sensor, ermittelt wird, wobei in einem elften Verfahrensschritt die Positionsveränderung anhand des Positionssignals verifiziert wird. Besonders vorteilhaft ist somit die Positionsveränderung mit den Daten des Positionssensors zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Positionsbestimmung abgleichbar. Der zehnte Verfahrensschritt wird vorzugsweise taktweise durchgeführt, wobei zwischen den Takten die Position bzw. die Positionsveränderung mittels des fünften Verfahrensschritte bestimmt wird. Besonders vorteilhaft wird die Positionsbestimmung im zehnten Verfahrensschritt beschleunigt, da die Position der Navigationsvorrichtung während des zehnten Verfahrensschritts zumindest relativ genau bekannt ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem Aussetzen des Empfangs von GPS-Signalen, beispielsweise beim Gehen durch einen Tunnel oder durch ein Gebäude, die Positionsbestimmung anhand des fünften Verfahrensschrittes fortgesetzt wird, bis die GPS-Signale zur Positionsbestimmung mittels des zehnten und des elften Verfahrensschrittes wieder verfügbar sind (bspw. beim Verlassen des Tunnels oder des Gebäudes).According to one Another preferred development is provided that in one tenth method step, a position signal from a position sensor, In particular, a GPS sensor is determined, wherein in an eleventh Process step verifies the position change based on the position signal becomes. Thus, the position change is particularly advantageous with the data of the position sensor to increase the accuracy adjustable in position determination. The tenth process step is preferably carried out in cycles, with between the clocks the position or the position change means of the fifth method steps is determined. Especially Advantageously, the position determination is accelerated in the tenth method step, because the position of the navigation device during the tenth procedural step is known at least relatively accurately. Another advantage is that if the reception is suspended of GPS signals, for example when walking through a tunnel or through a building, the positioning on the basis of the fifth The process continues until the GPS signals for position determination available again by means of the tenth and the eleventh method step are (for example when leaving the tunnel or the building).

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im elften Verfahrensschritt ein Abweichungssignal zwischen einer in Abhängigkeit der Positionsveränderung ermittelten Position und dem Positionssignal bestimmt wird, wobei im achten Verfahrensschritt das Geschwindigkeitssignal in Abhängigkeit des Abweichungssignals, des Schrittsignals und des Zeitsignals bestimmt wird. Besonders vorteilhaft wird somit das Verfahren zur Ermittlung der Positionsveränderung mit der durch den Positionssensor ermittelten Position abgeglichen und somit eine Adaption der Ermittlung der Positionsveränderung auf das Verhalten des Benutzers zur Erhöhung der Genauigkeit erzielt. Beispielsweise wird anhand des elften Verfahrensschrittes der Beschleunigungssensor, der Orientierungssensor und/oder der Zeitsensor zur Erhöhung der Präzision des fünften Verfahrensschrittes geeicht bzw. justiert.According to one Another preferred development is provided that in the eleventh Process step, a deviation signal between a depending the position change determined position and the position signal is determined, wherein in the eighth step, the speed signal in response to the deviation signal, the step signal and the time signal is determined. Thus, it is particularly advantageous the method for determining the position change with the position determined by the position sensor adjusted and thus an adaptation of the determination of the change in position the behavior of the user to increase the accuracy achieved. For example, by the eleventh method step the acceleration sensor, the orientation sensor and / or the time sensor to increase the precision of the fifth process step calibrated or adjusted.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt in Abhängigkeit des Verlaufs der Vertikalbeschleunigung für jedes Schrittsignal ein Schrittweitensignals ermittelt wird, wobei im achten Verfahrensschritt das Geschwindigkeitssignal sowohl in Abhängigkeit des Schrittsignals, als auch in Abhängigkeit des Schrittweitensignals erzeugt wird. Die Schritteweite hängt im Allgemeinen vom Gehverhalten (wie beispielsweise Schlendern, Laufen, Joggen, Sprinten, etc.) und von der körperlichen Konstitution des Benutzers ab. Anhand der Charakteristik der Vertikalbeschleunigung ist eine Unterscheidung von verschiedenen Schritttypen, hervorgerufen durch die jeweiligen gehverhalten oder der körperlichen Konstitution des Benutzers, möglich, wobei jedem Schritttyp vorzugsweise jeweils eine spezielle Schrittweite in Form des Schrittweitensignals zugeordnet wird. Beispielsweise wird bei der Detektion einer Sprintbewegung eines vergleichsweise großen Benutzers eine größere Schrittweite angenommen, als bei der Detektion einer Schlenderbewegung eines vergleichsweise kleinen Benutzers. Besonders vorteilhaft ist somit eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Positionsveränderung im fünften Verfahrensschritt bzw. bei der Bestimmung des Geschwindigkeitssignals im achten Verfahrensschritt zu erzielen, da die in einem Schritt vom Benutzer zurückgelegte Wegstrecke jeweils in Abhängigkeit des Gehverhaltens und/oder der körperlichen Konstitution des Benutzers bestimmt wird.According to one Another preferred development is provided that in the third Process step as a function of the course of the vertical acceleration determines a step size signal for each step signal is in the eighth step, the speed signal both in dependence of the step signal, as well as in Dependence of the step size signal is generated. The Step size generally depends on walking behavior (such as Strolling, running, jogging, sprinting, etc.) and from the physical Constitution of the user. Based on the characteristic of the vertical acceleration is a differentiation of different step types through the particular behavior or the physical Constitution of the user, possible, with each step type preferably in each case a specific step size in the form of the step size signal is assigned. For example, when detecting a sprint motion a comparatively large user a larger one Step size, as in the detection of a Schlenderbewegung a comparatively small user. Is particularly advantageous thus an increase in the accuracy of the determination the change in position in the fifth step or in the determination of the speed signal in the eighth method step to achieve because the in one step by the user covered Distance depending on the walking behavior and / or the physical constitution of the user is determined.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt das Schrittweitensignal unter Berücksichtigung einer, insbesondere lernfähigen, Look-Up-Tabelle und/oder eines neuronales Netzwerkes ermittelt wird. Besonders vorteilhaft wird das Schrittweitensignal in Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen der durch die bestimmte Positionsveränderung ermittelten Position und der mittels des Positionssensors ermittelten Position erzeugt, so dass das Schrittweitensignal automatisch auf den individuellen Benutzer und insbesondere auf das individuelle Gehverhalten eines bestimmten Benutzers angepasst wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ”lernt” die Navigationsvorrichtung die Bewegungsmuster eines bestimmten Benutzers und gleicht die je weiligen Bewegungsmuster mit der jeweils zurückgelegte Wegstrecke, welche von dem Positionssensor ermittelt wird, ab, so dass die Positionsveränderung eines Benutzers, beispielsweise während des Wegfalls von GPS-Signalen, vergleichsweise präzise bestimmbar sind.According to one Another preferred development is provided that in the third Process step the step size signal under consideration a, especially adaptive, look-up table and / or a neural network is determined. Especially advantageous the step size signal becomes dependent on a comparison between the determined by the particular change in position Position and the position determined by the position sensor generated so that the step size signal automatically to the individual Users and in particular on the individual walking behavior of a specific user. In a preferred embodiment, the "learns" Navigation device, the movement patterns of a particular user and resembles the respective movement pattern with the respective traveled Distance, which is determined by the position sensor, from, so that the position change of a user, for example during the removal of GPS signals, comparatively can be precisely determined.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigenIt demonstrate

1 eine schematische Illustration eines ersten und zweiten Verfahrensschrittes eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 1 a schematic illustration of a first and second method step of a method according to a first embodiment of the present invention,

2 eine schematische Illustration eines ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrensschrittes eines Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 a schematic illustration of a first, second, third, fourth and fifth method step of a method according to the first embodiment of the present invention,

3 eine schematische Illustration eines ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Verfahrensschrittes eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3 a schematic illustration of a first, second, third, fourth, fifth and sixth method step of a method according to a second embodiment of the present invention and

4 eine schematische Blockdarstellung eines ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrensschrittes eines Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 a schematic block diagram of a first, second, third, fourth and fifth method step of a method according to the first embodiment of the present invention.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In 1 ist eine schematische Illustration eines ersten und zweiten Verfahrensschrittes eines Verfahrens 10, 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei schematisch eine Navigationsvorrichtung 1 mit einem dreiachsigen Beschleunigungssensor 2 dargestellt ist. Der Beschleunigungssensor 2 weist gegenüber der Navigationsvorrichtung 1 eine feste Orientierung auf und ist relativ zur Navigationsvorrichtung 1 in den drei Sensorachsen X', Y und Z' sensitiv. Die Navigationsvorrichtung 1 weist eine zufällige Orientierung gegenüber einem Schwerefeld 3 der Erde auf, welches im Wesentlichen senkrecht zur Erdoberfläche 4 ausgerichtet ist. Die zufällige Orientierung der Navigationsvorrichtung 1 gegenüber dem Schwerefeld 3 beruht beispielswei se darauf, dass die Navigationsvorrichtung 1 in ein Mobiltelefon integriert ist, welches sich lose in einer Tasche eines Benutzers 7 befindet. In einem ersten Verfahrensschritt 10 detektiert der Beschleunigungssensor 2 eine Beschleunigung in den drei Sensorachsen X', Y und Z'. Befindet sich die Navigationsvorrichtung 1 in Ruhe so erfährt der Beschleunigungssensor 2 beispielsweise lediglich die Gravitationsbeschleunigung 5 parallel zum Schwerefeld 3, während bei einer Bewegung des Beschleunigungssensor 2 weitere Beschleunigungskomponenten insbesondere senkrecht zum Schwerefeld 3 hinzukommen. In einem zweiten Verfahrensschritt 20 wird die detektierte Beschleunigung in eine Vertikalbeschleunigung parallel zum Schwerefeld 3 und eine Horizontalbeschleunigung senkrecht zur Schwerefeld 3 zerlegt. Dazu wird zunächst die Richtung der Gravitationsbeschleunigung 5 im Schwerefeld 3 bestimmt. Durch die Gravitationsbeschleunigung 5 wird anschließend die vertikale Richtung Z und die zur vertikalen Richtung Z senkrechten Richtungen X, Y definiert. Zur Vertikalbeschleunigung werden alle Beschleunigungskomponenten der Beschleunigung parallel zur vertikalen Richtung Z zugeordnet, während zur Horizontalbeschleunigung alle zur X-Y-Ebene 9 parallelen Beschleunigungskompenenten der Beschleunigung zugeordnet werden.In 1 is a schematic illustration of a first and second method step of a method 10 . 20 according to a first embodiment of the present invention, wherein schematically a navigation device 1 with a three-axis accelerometer 2 is shown. The acceleration sensor 2 points opposite the navigation device 1 a fixed orientation and is relative to the navigation device 1 in the three sensor axes X ', Y and Z' sensitive. The navigation device 1 indicates a random orientation with respect to a gravitational field 3 the earth, which is substantially perpendicular to the earth's surface 4 is aligned. The random orientation of the navigation device 1 opposite the gravity field 3 For example, it is based on the navigation device 1 is integrated into a mobile phone which loosely fits in a user's pocket 7 located. In a first process step 10 the acceleration sensor detects 2 an acceleration in the three sensor axes X ', Y and Z'. Is the navigation device 1 at rest so learns the acceleration sensor 2 for example, only the gravitational acceleration 5 parallel to the gravity field 3 while during a movement of the accelerometer 2 further acceleration components, in particular perpendicular to the gravitational field 3 added. In a second process step 20 the detected acceleration becomes a vertical acceleration parallel to the gravitational field 3 and a horizontal acceleration perpendicular to the gravitational field 3 disassembled. For this purpose, the direction of gravitational acceleration is first 5 in the gravity field 3 certainly. By the gravitational acceleration 5 Subsequently, the vertical direction Z and the directions perpendicular to the vertical direction Z directions X, Y defined. For vertical acceleration, all acceleration components are assigned to the acceleration parallel to the vertical Z direction, while for horizontal acceleration all are assigned to the XY plane 9 parallel acceleration components are assigned to the acceleration.

In 2 ist eine schematische Illustration eines ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrensschrittes eines Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die ersten und zweiten Verfahrensschritte 10, 20 gemäß den Ausführungen zur 1 durchgeführt werden, wobei die Messung der Beschleunigung während der Durchführung eines Schrittes des Benutzers 7 erfolgt, so dass die Navigationsvorrichtung 1 eine sowohl eine Beschleunigung parallel zur vertikalen Richtung Z, als auch senkrecht zur vertikalen Richtung Z erfährt. In einem dritten Verfahrensschritt 30 wird anhand der Vertikalbeschleunigung ein Schritt detektiert, wobei die Vertikalbeschleunigung zur Detektion des Schrittes insbesondere einen Schrittschwellert für eine bestimmte Zeit überschreiten muss. Vorzugsweise wird anhand der Charakteristik der Vertikalbeschleunigung, d. h. insbesondere das Spektrum der Vertikalbeschleunigung gegen die Zeit, ein Schritttyp ermittelt, so dass diesem Schritt eine bestimmte Schrittweite 8 zugeordnet wird. Andernfalls wird dem Schritt vorzugsweise eine voreingestellte Standardschrittweite von beispielsweise 60 cm zugeordnet. Durch die Bewegung des Benutzers 7 durch den Schritt erfährt die Navigationsvorrichtung 1 auch eine Bewegung senkrecht zum Schwere feld 3 in eine Laufrichtung 7. In einem vierten Verfahrensschritt wird anhand der Horizontalbeschleunigung ein Richtungssignal entsprechend der Laufrichtung 6 des Benutzers 7 ermittelt. Das Richtungssignal entspricht der Richtung der Laufrichtung 6 relativ zur Orientierung der Navigationsvorrichtung 1 in der X-Y-Ebene 9. Anhand des Richtungssignals und des Schrittsignals ist in einem fünften Schritt eine Positionsveränderung bestimmbar, da die Richtung (Richtungssignal) und die zurückgelegte Strecke (Schrittsignal mit Schrittweite) bei der Durchführung des Schrittes durch den Benutzer 7 bekannt sind.In 2 is a schematic illustration of a first, second, third, fourth and fifth method step of a method according to the first embodiment of the present invention, wherein the first and second method steps 10 . 20 according to the comments on 1 be performed, wherein the measurement of the acceleration while performing a step of the user 7 done so that the navigation device 1 one experiences both an acceleration parallel to the vertical direction Z, as well as perpendicular to the vertical direction Z. In a third process step 30 a step is detected on the basis of the vertical acceleration, wherein the vertical acceleration for the detection of the step must in particular exceed a step threshold for a certain time. Preferably, based on the characteristic of the vertical acceleration, ie in particular the spectrum of the vertical acceleration against time, a step type determined, so that this step a certain step size 8th is assigned. Otherwise, the step preferably becomes a default default step size of, for example, 60 cm assigned. Through the movement of the user 7 through the step, the navigation device experiences 1 also a movement perpendicular to the gravity field 3 in one direction 7 , In a fourth method step, a direction signal corresponding to the direction of travel is determined on the basis of the horizontal acceleration 6 the user 7 determined. The direction signal corresponds to the direction of the running direction 6 relative to the orientation of the navigation device 1 in the XY plane 9 , Based on the direction signal and the step signal, a position change can be determined in a fifth step, since the direction (direction signal) and the distance traveled (step signal with step size) in the step by the user 7 are known.

In 3 ist eine schematische Illustration eines ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Verfahrensschrittes eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrensschritt identisch zur anhand der 1 und 2 illustrierten ersten Ausführungsform sind, wobei die Navigationsvorrichtung 1 einen Orientierungssensor in Form eines elektronischen Kompasses, beispielsweise ein mikromechanischer Magnetfeldsensor, aufweist, so dass die Laufrichtung 6 nicht nur im vierten Verfahrensschritt relativ zur Orientierung der Navigationsvorrichtung 1 bestimmbar ist, sondern dass die Laufrichtung 6 in einem sechstens Verfahrensschritt auch relativ zum Erdmagnetfeld bzw. relativ zur Nordrichtung 11 bestimmbar ist. Es wird somit die Himmelsrichtung der Laufrichtung 1 bestimmt und in Form eines Peilsignals, welches insbesondere einen Kompasskurs umfasst, bei der Bestimmung der Positionsveränderung im fünften Verfahrensschritt herangezogen. Die Positionsveränderung wird somit in Bezug zur Himmelrichtung gesetzt. Es ist somit möglich die aktuelle Position der Navigationsvorrichtung 1 bzw. des Benutzers 7 durch Koppelnavigation zu bestimmen, wobei bei jedem Schritt des Benutzers 7 das Schrittsignal, das Richtungssignal und das Peilsignal bestimmt werden. Die Positionsveränderung kann beispielsweise anhand einer gespeicherten Karte auf einem Display des Navigationsgerät 1 angezeigt und in räumliche Relation zu anderen auf der Karte angezeigten Objekten gesetzt werden.In 3 is a schematic illustration of a first, second, third, fourth, fifth and sixth method step of a method according to a second embodiment of the present invention, wherein the first, second, third, fourth and fifth method step identical to the 1 and 2 illustrated first embodiment, wherein the navigation device 1 an orientation sensor in the form of an electronic compass, for example a micromechanical magnetic field sensor, so that the running direction 6 not only in the fourth method step relative to the orientation of the navigation device 1 is determinable, but that the running direction 6 in a sixth method step also relative to the geomagnetic field or relative to the north direction 11 is determinable. It is thus the direction of the direction 1 determined and in the form of a bearing signal, which in particular includes a compass course, used in the determination of the change in position in the fifth method step. The position change is thus set in relation to the sky direction. It is thus possible the current position of the navigation device 1 or the user 7 to determine through dead reckoning, taking every step of the user 7 the step signal, the direction signal and the bearing signal are determined. The change in position, for example, based on a stored map on a display of the navigation device 1 displayed and placed in spatial relation to other objects displayed on the map.

In 4 ist eine schematische Blockdarstellung eines ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrensschrittes eines Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei im ersten Verfahrensschritt 10 die Beschleunigungen aX', aY' und aZ' parallel zu den drei Sensorachsen X', Y' und Z' gemessen werden, wobei in einem optionalen vorge schobenen dritten Verfahrensschritt 30 das Schrittsignal in Abhängigkeit der Beschleunigungen aX', aY' und aZ' ermittelt wird. In einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt 20, 20' wird aus den Beschleunigungen aX', aY' und aZ' der Gravitationsvektor 5 bestimmt, wobei die Bestimmung des Gravitationsvektors 5 laufend durchgeführt wird, so dass bei einer Neuorientierung der Navigationsvorrichtung 1 im Raum sofort die neue Richtung des Gravitationsvektors 5 relativ zur Orientierung der Navigationsvorrichtung 1 bestimmt wird. Nachfolgend wird im zweiten Verfahrensschritt 20, 20'' die Vertikalbeschleunigung aZ und die Horizontalbeschleunigungen aX und aY aus den Beschleunigungen aX', aY' und aZ' anhand des Gravitationsvektors 5 extrahiert. In einem vierten Verfahrensschritt wird anschließend die Laufrichtung 6 aus den Horizontalbeschleunigungen aX und aY bestimmt. Anschließend werden die Beschleunigungen aX', aY' und aZ' erneut gemessen und ein neuer Zyklus beginnt.In 4 is a schematic block diagram of a first, second, third, fourth and fifth method step of a method according to the first embodiment of the present invention, wherein in the first method step 10 the accelerations aX ', aY' and aZ 'are measured parallel to the three sensor axes X', Y 'and Z', wherein in an optional pre-pushed third process step 30 the step signal is determined as a function of the accelerations aX ', aY' and aZ '. In a subsequent second process step 20 . 20 ' becomes from the accelerations aX ', aY' and aZ 'the gravitational vector 5 determines the determination of the gravitational vector 5 is carried out continuously, so that when reorienting the navigation device 1 in space immediately the new direction of the gravitational vector 5 relative to the orientation of the navigation device 1 is determined. Subsequently, in the second process step 20 . 20 '' the vertical acceleration aZ and the horizontal accelerations aX and aY from the accelerations aX ', aY' and aZ 'based on the gravitational vector 5 extracted. In a fourth method step, the direction of rotation then becomes 6 determined from the horizontal accelerations aX and aY. Subsequently, the accelerations aX ', aY' and aZ 'are measured again and a new cycle begins.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 2008/0190201 [0002] US 2008/0190201 [0002]

Claims (9)

Navigationsverfahren für eine Navigationsvorrichtung 1 mit einem dreiachsigen Beschleunigungssensor 2, wobei in einem ersten Verfahrensschritt 10 von dem Beschleunigungssensor 2 gemessene Beschleunigung detektiert wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt 20, 20', 20'' die Beschleunigung in eine Vertikalbeschleunigung parallel zum Schwerefeld 3 und eine zur Vertikalbeschleunigung senkrechte Horizontalbeschleunigung zerlegt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt 30 ein Schrittsignal in Abhängigkeit der Vertikalbeschleunigung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Verfahrensschritt ein Richtungssignal in Abhängigkeit der Horizontalbeschleunigung ermittelt wird und wobei in einem fünften Verfahrensschritt eine Positionsveränderung in Abhängigkeit des Schrittsignals und des Richtungssignals bestimmt wird.Navigation method for a navigation device 1 with a three-axis accelerometer 2 , wherein in a first method step 10 from the acceleration sensor 2 measured acceleration is detected, wherein in a second process step 20 . 20 ' . 20 '' the acceleration into a vertical acceleration parallel to the gravitational field 3 and a vertical acceleration perpendicular to the vertical acceleration is decomposed, wherein in a third method step 30 a step signal is determined as a function of the vertical acceleration, characterized in that in a fourth method step, a direction signal is determined as a function of the horizontal acceleration and wherein in a fifth method step, a position change in dependence on the step signal and the direction signal is determined. Navigationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sechsten Verfahrensschritt mittels eines Orientierungssensors, insbesondere ein elektronischer Kompass, eine Himmelsrichtung ermittelt wird, wobei die Positionsveränderung im fünften Verfahrensschritt in Abhängigkeit eines Peilsignals bestimmt wird.Navigation method according to claim 1, characterized that in a sixth method step by means of an orientation sensor, in particular an electronic compass, a cardinal direction is determined wherein the position change in the fifth method step is determined as a function of a direction finding signal. Navigationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem siebten Verfahrensschritt mittels eines Zeitsensors, insbesondere einer elektronischen Uhr, ein Zeitsignal ermittelt wird und wobei in einem achten Verfahrensschritt ein Geschwindigkeitssignal in Abhängigkeit des Schrittsignals und des Zeitsignals bestimmt wird.Navigation method according to one of the preceding Claims, characterized in that in a seventh Process step by means of a time sensor, in particular a electronic clock, a time signal is detected and being in one eighth process step a speed signal depending the step signal and the timing signal is determined. Navigationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsveränderung im fünften Verfahrensschritt durch Koppelnavigation in Abhängigkeit des Peilsignals, des Schrittsignals und des Zeitsignals bestimmt wird.Navigation method according to one of the preceding Claims, characterized in that the change in position in the fifth method step by coupling navigation in Dependency of the direction finding signal, the step signal and the Time signal is determined. Navigationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem neunten Verfahrensschritt die Positionsveränderung auf einer elektronischen Karte bestimmt wird, wobei die elektronische Karte vorzugsweise von einem Speicher bereitgestellt wird und wobei die Karte und die Positionsveränderung auf der Karte vorzugsweise auf einem Bildschirm visualisiert werden.Navigation method according to one of the preceding Claims, characterized in that in a ninth Process step the position change on an electronic Card is determined, the electronic card preferably is provided by a memory and wherein the card and the Position change on the card preferably on one Screen visualized. Navigationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zehnten Verfahrensschritt ein Positionssignal von einem Positionssensor, insbesondere einem GPS-Sensor, ermittelt wird, wobei in einem elften Verfahrensschritt die Positionsveränderung anhand des Positionssignals verifiziert wird.Navigation method according to one of the preceding Claims, characterized in that in one tenth Step a position signal from a position sensor, In particular, a GPS sensor is determined, wherein in an eleventh Process step, the position change based on the position signal is verified. Navigationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im elften Verfahrensschritt ein Abweichungssignal zwischen einer in Abhängigkeit der Positionsveränderung ermittelten Position und dem Positionssignal bestimmt wird, wobei im achten Verfahrensschritt das Geschwindigkeitssignal in Abhängigkeit des Abweichungssignals, des Schrittsignals und des Zeitsignals bestimmt wird.Navigation method according to one of the preceding Claims, characterized in that in the eleventh method step a deviation signal between a function of the Position change determined position and the position signal is determined, wherein in the eighth step, the speed signal in response to the deviation signal, the step signal and the time signal is determined. Navigationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt in Abhängigkeit des Verlaufs der Vertikalbeschleunigung für jedes Schrittsignal ein Schrittweitensignals ermittelt wird, wobei im achten Verfahrensschritt das Geschwindigkeitssignal sowohl in Abhängigkeit des Schrittsignals, als auch in Abhängigkeit des Schrittweitensignals erzeugt wird.Navigation method according to one of the preceding Claims, characterized in that in the third method step depending on the course of the vertical acceleration determines a step size signal for each step signal is in the eighth step, the speed signal both in dependence of the step signal, as well as in Dependence of the step size signal is generated. Navigationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt das Schrittweitensignal unter Berücksichtigung einer, insbesondere lernfähigen, Look-Up-Tabelle und/oder eines neuronales Netzwerkes ermittelt wird.Navigation method according to one of the preceding Claims, characterized in that in the third method step the step size signal taking into account a, in particular learning, Look-up table and / or a neural network is determined.
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