DE102013226677A1

DE102013226677A1 - Verfahren und vorrichtung zur richtungsbestimmung in einem magnetfeld

Info

Publication number: DE102013226677A1
Application number: DE201310226677
Authority: DE
Inventors: Aimo Heikkinen; Erik Lindman; Mikko Martikka
Original assignee: Suunto Oy
Current assignee: Suunto Oy
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: HK1196424A1; GB2511187A; US20140182148A1; US9068832B2; FI126012B; GB2511187B; DE102013226677B4; FI20126398A; GB201322594D0

Abstract

Ein Verfahren und ein elektronisches Gerät zur Richtungsbestimmung eines Magnetfelds: ein mobiles elektronisches Kompassgerät zum Messen von drei Feldvektoren des Magnetfelds mit einer gewünschten Häufigkeit. Aus jeder Messung wird innerhalb eines dreidimensionalen Koordinatensystems ein Datenpunkt (p1–p6) gebildet, für welche Messdatenpunkte ein gemeinsamer Referenzpunkt (C) berechnet wird. Der Ort des Geräts wird in Bezug auf den Referenzpunkt in dem Koordinatensystem bestimmt, und die gewonnenen Koordinaten des Referenzpunkts werden verglichen mit den Koordinaten mindestens eines früheren Referenzpunkts. Die Koordinatenwerte des Referenzpunkts werden kalibriert, woraufhin die Richtung des Magnetfelds mit Hilfe des Referenzpunkts angezeigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronische Vorrichtung (Gerät) und ein Verfahren zum Bestimmen der Richtung in einem Magnetfeld, wobei elektromagnetische Sensormittel dazu dienen, die Feldkomponenten in dem Magnetfeld zu messen, mit deren Hilfe die Magnetfeldrichtung gemessen und angezeigt sowie die Kalibrierung des Geräts vorgenommen wird. Speziell handelt es sich bei dem Gerät um ein Kompassgerät, beispielsweise in Form eines Wristop-Computers, es ist jedoch gleichermaßen geeignet zur Verwendung als fest eingebaute Anlage, beispielsweise in Fahrzeugen.
Elektronische Kompasse dienen zum Anzeigen einer Richtung, beispielsweise in Autos und in Wristop-Computern. Bei derartigen Kompassen gibt es typischerweise zwei oder drei Magnetfeldsensoren, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, um die Komponenten des Magnetfelds zu ermitteln. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in der US-Veröffentlichung 6817106 und der US-Anmeldungsveröffentlichung 2010/0312509 offenbart.
Natürlich sind die Sensoren nicht nur für das Magnetfeld der Erde empfindlich, sondern auch für andere äußere Magnetfelder und Magnetfelder, die aus dem Gerät selbst stammen. Magnetisierende Substanzen in der Nähe des Geräts verformen außerdem äußere Magnetfelder, was zu einer Verzerrung des Kompass-Ablesewerts führen kann. Aufgrund einer derartigen Störung erfordert eine exakte Messung, dass der Kompass kalibriert wird, bevor die eigentliche Richtungsbestimmung stattfindet. Die Korrektur findet üblicherweise durch eine von dem Benutzer vorgenommene Kalibrierung statt. Es gibt auch Wristop-Computer, bei denen die Kalibrierung zunächst durch den Benutzer vorgenommen wird, der das Gerät in einen Kalibrierzustand versetzt und sich dann bei Halten des Geräts in der Hand um 360 Grad dreht. Aus den während dieser Drehung gesammelten Daten wird der Mittelpunkt eines magnetischen Kreises definiert, der dazu dient, die Kompassrichtung basierend auf neuen Messungen zu berechnen, wenn sich das Gerät in einem Kompass-Zustand befindet. Probleme bei diesem Verfahren bestehen darin, dass die Kalibrierung langsam und schwierig durchzuführen ist, und dass dann, wenn die Kalibrierung nicht häufig genug stattfindet, die Messung der Geräterichtung nicht unbedingt zuverlässig ist.
Kalibrierungen dienen folglich in erster Linie dazu, den Effekt statischer Störfaktoren zu beseitigen, die sich aus der Einsatzumgebung bei der Richtungsbestimmung ergeben. Bei der eigentlichen Richtungsbestimmung jedoch verursacht das Messrauschen ein Problem, welches vornehmlich zurückzuführen ist auf die Kipplage der Magnetsensoren abweichend von der Horizontalebene. Das Signal, welches sie dann liefern, entspricht nicht der realen Kompassrichtung, so dass Verfahren erforderlich sind, um dieses Rauschen zu berücksichtigen. Die US-Veröffentlichungen 6356851 , 8239153 und 2002/0035791 beschreiben das Problemfeld bezüglich der Kalibrierung von elektronischen Kompassen, und sie zeigen einige Verfahren, wie bei Kompassen die aktuelle Kalibrierung vorzunehmen ist.
Das in der US-Schrift 6356851 offenbarte Verfahren basiert auf dem Suchen nach kleinsten und größten Sensormesswerten. Das Gerät wird in der Weise bewegt, dass Messdaten von sämtlichen Vierteln eines den verschiedenen Lagerungen entsprechenden Kreises ermittelt werden. Diese Art der Kalibrierung eignet sich nur unzureichend beispielsweise für den Einsatz beim Wandern und für Wristop-Geräte, außerdem erfordert sie ein sehr sauberes Signal für ein zuverlässiges Arbeiten.
Das Verfahren nach der US-Schrift 2002/0035791 basiert auf der Messung von drei x, y-Punktepaaren entsprechend den verschiedenen Positionen des Geräts und dem Lösen einer Kreisgleichung auf der Grundlage der Messungen. Ein Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass das Gerät einen beträchtlichen Drehhub erfordert, um eine erfolgreiche Kalibrierung vorzunehmen. Ferner ist das Verfahren mathematisch relativ aufwendig, das heißt es benötigt viel Energie. Aus den vorgenannten Gründen sind auch die Ansprechzeiten unnötigerweise lang.
Die US-Schrift 8239153 offenbart ein Autokalibrierverfahren, welches kontinuierlich Veränderungen überwacht, die in dem Umgebungs-Magnetfeld stattfinden, und es nimmt eine Berechnung vor, wenn eine Kalibrierung erforderlich ist. Das Kalibrierereignis selbst ist hier nicht von Belang. Diese Vorgehensweise hat auch den Nachteil eines hohen Energiebedarfs.
Das FI-Patent 120276 offenbart ein Kompassgerät, bei dem für den Gebrauch des Kompasses dieser kontinuierlich kalibriert wird, wenn die Messdaten eine ausreichend hohe Qualität aufweisen, um die Kalibrierung vornehmen zu können. Bei diesem Gerät besteht nicht das Erfordernis eines eigenen Kalibrierzustands, vielmehr erfolgt die Kalibrierung in einem Richtungsanzeigezustand im Zuge des Gebrauchs des Kompasses, wenn die vorab definierten Qualitätskriterien für das Kompasssignal erforderlich sind.
Die meisten der bekannten Geräte sind allerdings auf das Messen von Magnetfeldern in einer Ebene beschränkt, beispielsweise einem 2D-Zustand. Die Qualität einer 2D-Kalibrierung ist in hohem Maße abhängig von örtlichen Gegebenheiten, weil je weiter man sich entfernt von dem Äquator befindet, desto stärker ist die Vertikalkomponente des Magnetfelds und das darauf zurückzuführende abträgliche Rauschen, und desto einfacher ruft eine leichte Schräglage des Kompasses einen Fehler hervor, der eine Kompensation erforderlich macht. Die Genauigkeit der Sensoren, die Bewegungen des Benutzers und die verwendeten Kalibrierverfahren haben abträglichen Einfluss auf die Notwendigkeit und das Resultat einer Kalibrierung. Eine Kalibrierung erfordert typischerweise intensive Rechenarbeiten und/oder, dass der Benutzer die Kalibrierung mehrmals wiederholt, bevor eine akzeptierbare Genauigkeit erreicht ist.
Eine Möglichkeit, den Versatzvektor (Offset-Vektor) eines Magnetfelds zu berechnen, ist in dem US-Patent 7177779 offenbart, wonach die Rechnung in drei Dimensionen (3D) erfolgt. In diesem Fall werden sowohl der Versatzvektor als auch der Radius des magnetischen Kreises bestimmt, womit von Verfahren Gebrauch gemacht wird, die intensive Rechenarbeit erfordern, so zum Beispiel Matrixberechnung und statistische Algorithmen, außerdem eine große Anzahl von Prüfungen der Richtigkeit der Abschätzungen der Kompassrichtung notwendig ist.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anzeigen einer Richtung mit automatischer Kalibrierung zu schaffen, die für den Benutzer unbeschwerlich und zuverlässig ist, und dies bei geringem Energiebrauch, wobei kein Erfordernis umfangreicher und kontinuierlicher Rechenleistung besteht. Insbesondere soll die Erfindung einen neuen Wristop-Computer, Bootcomputer oder Fahrzeugcomputer mit einem Kompass schaffen, dessen Anwendungszweck seinen Einsatz unter stark variierenden Betriebsbedingungen ermöglicht.
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass beim Einsatz des Kompasses dieser kontinuierlich abhängig davon kalibriert wird, ob die gemessenen Daten eine ausreichend hohe Qualität für die vorzunehmende Kalibrierung besitzen. Damit muss bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen der Kompassrichtung mit Hilfe des elektronischen Kompassgeräts der Benutzer keine separate Kalibrierung vornehmen, allenfalls in Ausnahmefällen. Auf diese Weise findet die Kalibrierung im Normalfall im Richtungsanzeige-Zustand, das heißt „on the fly” statt, wenn das Gerät benutzt wird, falls die spezifischen Qualitätskriterien bezüglich des Kompasssignals erfüllt sind. Wenn der Benutzer das Kompassgerät startet, ist in einer normalen Situation die Kalibrierung in dem Kompass ausreichend gut für eine unmittelbare Verwendung des Kompasses. Das Gerät selbst führt eine Kalibrierung kontinuierlich im Hintergrund durch, so dass die durch den Kompass angezeigte Richtung exakt ist. Außerdem findet eine Kalibrierung immer dann statt, wenn die Batterie gewechselt wird, ferner in regelmäßigen Intervallen, wobei all dies im Hintergrund ohne Wahrnehmung durch den Benutzer stattfindet.
Die Kalibrierung im Hintergrund kann beispielsweise in wöchentlichen Intervallen vorgenommen werden, wobei die Ausführung der Kalibrierung vorzugsweise mit anderen Kriterien verbunden ist. Beschleunigungssensoren können dazu dienen, die Bewegungen des Geräts zu überwachen und eine geeignete Zeit für die Kalibrierung ausgehend davon zu suchen. Die Tageszeit und/oder ein Kalender kann dazu dienen, festzustellen, ob es gerade Tag und Wochenende ist, während die Bewegung mit Freizeitaktivitäten und Reisen in Verbindung gebracht wird, in welchem Fall der Gebrauch und damit die Notwendigkeit der Kalibrierung des Kompasses wahrscheinlicher ist. Nach einem Energiesparzustand oder nach dem Abschalten kann eine Prüfung darüber erfolgen, wie viel Zeit im Anschluss an die vorausgehende Kalibrierung und dem Bewegungszustand vergangen ist.
Wenn in dem Hintergrund keine gute Kalibrierung zu erzielen ist, wird der Benutzer aufgefordert, die Kalibrierung vorzunehmen, in welchem Fall das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit bietet, eine Kalibrierung mittels einer relativ beliebigen Drehung des Geräts durchzuführen, so dass diese leicht und rasch ausführbar ist. Andererseits kann, wenn eine Kalibrierung nicht innerhalb einer voreingestellten Zeit („time-out”) vorgenommen werden sollte, der Versuch zum Zweck der Energieersparnis unterbleiben. In diesem Fall kann die von dem Benutzer durchzuführende Kalibrierung dann erfolgen, wenn dieser den Kompass einschaltet.
Mit Hilfe der Erfindung lassen sich beträchtliche Vorteile erzielen. Dies deshalb, weil mit Hilfe der Erfindung die Kalibrierung aus der Sicht des Benutzers verdeckt als nicht störende Hintergrundoperation vonstatten geht, die gleichzeitig mit der Betätigung des Kompasses durch den Benutzer in einem normalen Richtungsanzeigezustand erfolgt.
Die Kalibrierungs-Messung wird nur bei Bedarf wiederholt, falls eine übermäßige Abweichung in dem Magnetfeld nachgewiesen wird, oder wenn frühere, zuverlässige Kalibrierdaten nicht verfügbar sind (zum Beispiel beim Einrichten des Kompass-Zustands zum ersten Mal nach langer Zeit). Dies schafft die Möglichkeit, die Aufgabe der Kalibrierung Prozessoren mit geringem Energiebedarf „stromlinienförmig” mit Hilfe des erfindungsgemäßen, weiter unten zu beschreibenden Verfahren zu überlassen, ohne dass die Notwendigkeit intensiver statistischer Berechnungen im Hintergrund besteht. Wenn es keine Fehlmessungen bei den Messdaten gibt und die Messungen orthogonal sind (die Magnetsensoren sind fabrikseitig orthogonal mit Hilfe von Empfindlichkeitsmatrizen kalibriert), reicht tatsächlich eine einzelne Anpeilung in drei Ebenen aus. Insbesondere besitzen Mehrzweck-Wristop-Geräte kleine Prozessoren, was leicht zu langen Ansprechzeiten führen kann, wenn der Prozessor zahlreiche Simultan-Aufgaben zu erledigen hat, beispielsweise die Handhabung von Fernsensor-Funkverkehr und die Ausführung verschiedener Berechnungen, so zum Beispiel von Dekompressions-Algorithmen beim Tauchen, Trainingsanweisungen bei Übungseinheiten oder Kalorienverbrauch.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 eine 3D-Kalibrierung eines Kompasses in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung,
2 schematisch ein Kompassgerät gemäß der Erfindung, und
3 ein Flussdiagramm der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Kompassgeräts.
1 zeigt die Messgeometrie der Kalibrierung eines Geräts gemäß der Erfindung. Die Magnetsensoren des Geräts, die innerhalb des Geräts fixiert sind, sind aus diesem Grund in der Lage, die Richtung des magnetischen Nordens in drei Dimensionen mit einer spezifischen Genauigkeit darzustellen. In 1 ist dieser Raum durch ein Koordinatensystem xyz und dessen Ursprung O als Mittelpunkt des Messraums der Magnetsensoren veranschaulicht, beispielsweise ist der Ursprung O der Schnittpunkt der Messrichtungen der Sensoren (2), und mithin auch der physikalische Mittelpunkt des Kompasses des Geräts. Allerdings besitzt das Gerät verschiedene Bauteile, beispielsweise metallische Strukturen, Lautsprecher, etc., die zu Interferenz und Rauschen führen. Bei fest installierten Geräten gibt es entsprechende Faktoren auch in der Umgebung. Der Mittelpunkt des Messraums der Magnetsensoren ist daher niemals O, sondern stattdessen ein Punkt C am Ende des Vektors V. Der Ort des Punkts C ist nicht konstant, obschon das Rauschen des Vektors V aufgrund der internen Eigenschaften des Geräts messbar ist und sich dauerhaft auskalibrieren lässt. Die sich ändernde Umgebung und die darin befindlichen Objekte beeinflussen den Fehler bei größeren Entfernungen ebenso wie Änderungen des Erdmagnetfelds und dessen Neigung. Der Vektor V wird hier als Versatz- oder Offset-Vektor bezeichnet. Der Offset-Vektor V wird ermittelt, wenn es erforderlich ist, indem die von dem Gerät und dem Magnetfeld in dessen Umgebung stammende Störung gemessen wird, und ein neuer Offset-Vektor V an dem Referenzpunkt C ausgehend von dem Mittelpunkt O des Geräts erzeugt wird.
Was folgt, ist eine detailliertere Betrachtung unterschiedlicher Fehlerquellen von Magnetsensormessungen und deren Kompensation im Stadium der Fertigung und einer möglichen Neuinstallation und weiterer ähnlicher Situationen mit einem Kompassgerät, die mit einer Änderung der andauernden Bedingungen für die Magnetsensoren einhergehen.
Deklination
Die Deklination, das heißt die Abweichung, ist ein ortsabhängiger Fehler und bezieht sich auf den Winkel zwischen den Richtungen des geographischen Nordens einerseits und des magnetischen Nordens andererseits, die nicht parallel zueinander sind. Der Kompass kann entweder manuell kalibriert werden, beispielsweise basierend auf Abweichungsinformation, die auf einer Karte aufgezeichnet ist, oder mit Hilfe eines GPS-Geräts, in welchem die fragliche Information vorab gespeichert wurde. Nach der Kalibrierung zeigt der Kompass in Richtung des geographischen Nordens.
Schiefstellungen
Die von einem Kompass angezeigte Richtung wird abträglich beeinflusst durch den Winkel, unter welchem der Kompass gehalten wird. Die Oberfläche der Erde lässt sich als eine Menge von xy-Koordinaten auffassen, wobei die x-Richtung in Richtung des Horizonts und die y-Richtung rechtwinklig zu den Seiten verläuft. Dann muss man den Inklinationswinkel (Elevation) relativ zu dem Horizont und die Neigung (die Querneigung) relativ zu der y-Achse des Kompasses kompensieren. Bei den Winkelmessungen der Sensoren wird üblicherweise ein IMU-Messgerät (Inertial Measurement Unit = Trägheits-Messeinheit) verwendet, in welchem sich mindestens zwei Sensoren befinden: ein Beschleunigungssensor und ein Magnetometer. Das Gerät kann außerdem ein Gyroskop enthalten, obschon sich dieses nicht besonders stark miniaturisieren lässt, aus welchem Grund sie in mikromechanischen, sogenannten MEMS-Geräten nicht eingesetzt werden. Die Schiefstellungen werden unter Verwendung von Beschleunigungsmessern berechnet, die die Beschleunigung des Geräts in drei Dimensionen messen. Die Beschleunigung in x-Richtung und die Schwerkraft der Erde (nach unten gerichtete z-Richtung) ergeben den Elevationswinkel, und entsprechen ergeben die y- und z-Werte den Querneigungswinkel. Die Kalibrierung bezüglich der Schiefstellung erfolgt natürlich dann, wenn das Kompassgerät im Einsatz ist, jedoch müssen Schrägstellungs-Korrekturtabellen für die Werte des Magnetfelds in der sogenannten Empfindlichkeitsmatrix des Geräts gespeichert sein.
Die von einem magnetischen Kompass angezeigte Nordrichtung wird außerdem durch eine Abweichung beeinträchtigt, die durch Metalle in der Nähe des Kompasses hervorgerufen wird. Davon gibt es zwei Typen: jene (Harteisen), die ein Feld konstanter Stärke einen permanenten Versatz des Orts des Erdmagnetfelds, wie es von einem Magnetometer erfasst wird, erzeugen lassen. Typische Beispiele sind Magnete von Lautsprechern. Wenn das von einem Magnetometer nachgewiesene Erdmagnetfeld als Kreis betrachtet wird, erscheint die Abweichung bei Drehung um 360 Grad in der Horizontalebene als Verschiebung des Mittelpunkts des Kreises. Eine derartige Abweichung lässt sich relativ einfach bei der Kalibrierung eines Kompassgeräts kompensieren, weil Stärke und Richtung des Magnetfelds im allgemeinen konstant sind.
Eine zweite Ursache der Abweichung sind verschiedene Metalle wie beispielsweise Nickel und Eisen in der Nähe des Magnetometers, die die Form eines sie durchsetzenden Magnetfelds verzerren, ohne selbst magnetisch zu sein (Weicheisen). Diese sind schwieriger zu kompensieren, weil die Abweichung von der Orientierung des Materials relativ zu dem Sensor und von dem Magnetfeld, welches dieser nachweist, abhängt. Das Ergebnis der Verzerrung tritt üblicherweise derart in Erscheinung, dass der Kreis der von dem Magnetometer nachgewiesenen Feldstärke zu einer schiefen Ellipse wird. Eine Kompensation erfolgt, indem zu allererst das Feld des Magnetometers relativ zu der Deklination und jeglichen festen Magnetfeldern korrigiert wird. Im Anschluss daran werden die längsten und kürzesten Vektoren der Ellipse von dem Mittelpunkt aus gemessen, woraus die Achsen der Ellipse gewonnen werden, woraufhin dies bezüglich der Schieflage der Ellipse aufgelöst wird. Nachdem der Kippwinkel bekannt ist, lässt sich die Lage der Ellipse so korrigieren, dass sie horizontal ist. Die Form der Ellipse lässt sich auf einen Kreis korrigieren, beispielsweise, indem man die Koordinatenwerte des Umfangs der Ellipse durch das Verhältnis ihrer Achsen, das heißt durch eine Skalierkonstante, dividiert. Durch Zurückdrehen des so erhaltenen Kreises um den Betrag des Kippwinkels der Ellipse erhält man einen korrigierten Kreis, der als gerätespezifische Grundkalibrierung ebenso fungiert wie als Grundlage für später vorzunehmende Kalibrierungen. Falls notwendig, können die Korrekturen auch den Ellipsoid betreffen, in welchem Fall die drei Feldstärkevektoren des magnetischen Messsensors für die drei Magnetsensoren in dem Magnetometer skaliert und in der Empfindlichkeitsmatrix des Geräts gespeichert werden können.
Damit werden also die Verzerrungen der Messung, die von dem Gerät selbst und dessen Magnetsensoren verursacht werden, in den Speicher des Kompassgeräts gemäß der Erfindung eingegeben. Die Korrektur der Richtung des geographischen Nordens, das heißt die Deklination, wird möglicherweise ebenfalls aufgezeichnet. Diese „Tabelle” von Korrekturparametern wird als die Empfindlichkeitsmatrix des Geräts bezeichnet. Die Verstärkung und die Querempfindlichkeitsdaten der magnetischen Sensoren des Kompassgeräts werden üblicherweise bereits fabrikseitig bestimmt und in der Empfindlichkeitsmatrix abgespeichert, so dass diese Daten bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Erfindung als bekannt vorausgesetzt werden, wobei weiterhin angenommen wird, dass mindestens die Querempfindlichkeits-Faktoren sich während des Betriebs des Geräts nicht wesentlich ändern. Damit sind Verzerrungen bezüglich der Lage jedes Messpunkts p1–p6 bereits eliminiert. Alternativ werden fabrikseitig nur die Magnetsensoren zusammen mit den Anwendungsspezifischen ASIC-Schaltkreisen (ASIC = Application Specific Integrated Circuit) kalibriert, so dass der bereits kalibrierte Kompass-Sensor ein Produkt ist, welches in irgendeinem beliebigen Gerätegehäuse installiert werden kann.
Bei ortsfesten Installationen erfolgt die Kalibrierung unter Berücksichtigung des gesamten Fahrzeugs, Boots oder Geräts, welches sich zusammen mit dem Kompassgerät bewegt. Wird der Kompass zu einer anderen Stelle innerhalb des Fahrzeugs etc. bewegt, so kann der Benutzer natürlich selbst das Kompassgerät in den Kalibrierzustand versetzen, so dass die neue Position bei der Kalibrierung unmittelbar berücksichtigt wird.
Kalibrierung
In dem erfindungsgemäßen Gerät befinden sich Sensoren, mit deren Hilfe sich das Magnetfeld in drei unterschiedlichen Richtungen messen lässt. Die Sensoren können sich in demselben Bauteilegehäuse befinden oder voneinander getrennt sein. In einer optimalen Situation bilden die Sensoren ein rechtwinkliges Koordinatensystem, und ihre Verstärkungsfaktoren sind identisch. Dies bedeutet, dass dann, wenn das Gerät in der Weise geschwenkt wird, dass ein Sensor exakt in die Richtung eines Magnetfelds weist, dieser Sensor dann einen Messwert M liefert, der der Stärke |M| des Magnetfelds M entspricht. Die beiden anderen Sensoren der Gruppe von Koordinaten ergeben den Messwert 0. Dementsprechend liefert, wenn das Gerät in der Weise getragen wird, dass der zweite Sensor exakt in die Richtung des Magnetfelds weist, dieser Sensor den Messwert M, während der erste und der dritte Sensor den Messwert 0 liefern. Das gleiche gilt für den dritten Sensor. In der Realität ist dies jedoch nicht der Fall, vielmehr muss das Sensoren-Trio für eine korrekte Anzeige abgestimmt werden. Die Abstimmung führt zu einer sogenannten Empfindlichkeitsmatrix und einem Abweichungsvektor V = [x, y, z]. Wenn beliebige Sensor-Messwerte in einem dreidimensionalen Koordinatensystem untersucht werden, bilden sie ein Ellipsoid. Dieses Ellipsoid lässt sich unter Verwendung der in der Empfindlichkeitsmatrix enthaltenen Korrekturfaktoren in eine sphärische Fläche umwandeln. Der Mittelpunkt der durch die Messergebnisse so erhaltenen sphärischen Fläche befindet sich an einer Stelle, die durch den Abweichungsvektor V innerhalb des Messraums angegeben wird (1).
In dem erfindungsgemäßen Kompassgerät wird von der Annahme ausgegangen, dass die Empfindlichkeitsmatrix während des gesamten Betriebsverlauf des Geräts unverändert bleibt. Andererseits ändert sich der Abweichungsvektor V der Messung nahezu kontinuierlich. Dies kann beispielsweise zurückzuführen sein auf die Tatsache, dass die Bauteile des Geräts in einem starken äußeren Magnetfeld magnetisiert werden. Diese magnetisierten Bauteile rufen einen systematischen Fehler in den Messwerten der Sensoren hervor. Der Abweichungsvektor sollte daher ermittelt werden, bevor die Messergebnisse bei der Bestimmung der Position (Kompassrichtung) des Geräts verwendet werden können. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses Bestimmen des Abweichungsvektors als Kalibrierung bezeichnet, und die vorliegende Erfindung zeigt Verfahren auf, mit deren Hilfe die Kalibrierung vorgenommen werden kann durch ökonomisches Berechnen und ohne Verwirrung des Benutzers.
Die Verwendung einer Berechnung zum Bestimmen einer Änderung des Abweichungsvektors ist häufig mühsam, und sie sollte aufgrund der häufigen Änderung der Abweichung oft vorgenommen werden. Dies bedeutet auch, dass der Abweichungsvektor häufig bestimmt werden sollte. Dies macht es „überflüssig”, das Auftreten von Änderungen des Abweichungsvektors zu überprüfen. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies also umgangen, und die Abweichung wird bei jeder Verwendung des Kompasses bestimmt.
Wenn das zu messende Magnetfeld M = [Mxi, Myi, Mzi] und die Messwerte der Sensoren unter Verwendung der Empfindlichkeitsmatrix korrigiert werden, erhält man folgende Messergebnisse: pxi = Mxi + x pyi = Myi + y pzi = Mzi + z (1)
Dabei bezeichnet i unterschiedliche Messzeitpunkte, die Werte sind typischerweise i = 1, 2, ..., 6. Der Begriff Messpunkt bezieht sich auf die Ablesewerte pxi, pyi und pzi zu einem einzelnen Messzeitpunkt. Die Komponenten Mxi, Myi und Mzi sind die Werte des Erdmagnetfelds in den Richtungen der Sensoren, sie ändern sich, wenn das Gerät relativ zu dem Magnetfeld in unterschiedliche Lagen gedreht wird. Drei Vektoren werden aus den Messpunkten gebildet. Dies kann unter Verwendung von drei Messpunkten geschehen, wobei die maximale Anzahl von Messpunkten sechs beträgt, wie dies in 1 dargestellt ist.
Der Abweichungsvektor des Magnetfelds lässt sich beispielsweise dadurch bestimmen, dass man von dem sogenannten Zielverfahren Gebrauch macht. Es sei angenommen, dass die Empfindlichkeitsmatrix eine Kugelfläche aus den Messwerten produziert. 1 zeigt sechs Punkte p1–p6 auf dieser Kugelfläche, die paarweise (p1, p2; p3, p4 und p5, p6) drei Vektoren a, b und c bilden. Ihre Mittelpunkte sind pa = (p1 + p2)/2 pb = (p3 + p4)/2 pc = (p5 + p6)/2 (2) und die Einheitsvektoren sind na = (p2 – p1)/|p2 – p1| nb = (p4 – p3)/|p4 – p3| nc = (p6 – p5)/|p6 – p5| (3)
Der Mittelpunkt und Einheitsvektor jedes Vektors, beispielsweise pa und na, definieren eine durch die Halbierende des Vektors verlaufende Ebene. na ist der Normalenvektor der fraglichen Ebene, das heißt er verläuft rechtwinklig zu der Ebene. Im Fall der Kugelfläche liegt der Radius der Kugel auf dieser Ebene. Demzufolge definiert der Schnittpunkt der oben gebildeten Ebenen auch den Mittelpunkt der Kugel (den „Referenzpunkt”). Der Schnittpunkt der Ebenen wird mit Hilfe folgender Gleichung erhalten: V = inv(|na nb nc|)[pa·na)(nb × nc) + (pb·nb)(nc × na) + (pc·nc)(na × nb) (4) hier ist inv(|na nb nc|) die inverse Determinante der dreireihigen Matrix, welche durch die Vertikal-Vektoren na, nb und nc gebildet wird. pa·na ist das Skalarprodukt der Vektoren pa und na; nb × nc ist das Kreuzprodukt der Vektoren nb und nc, und so fort. Wenn zwei Ebenen parallel sind, oder wenn sämtliche Normalenvektoren innerhalb derselben Ebene liegen, so ist |na nb nc| = 0, und die Definition ist nicht möglich.
Alternativ lässt sich der Abweichungsvektor V = [x, y, z] (der Mittelpunkt C der Kugel P, der „Referenzpunkt”) dadurch bestimmen, dass man die Gruppe von Gleichungen löst, die durch folgende Messpunkte p1 – p6 der Kugel P nach 1 erfüllt sind. (p1x – x)² + (p1y – y)² + (p1z – z)² = (p2x – x)² + (p2y – y)² + (p2z – z)² (p3x – x)² + (p3y – y)² + (p3z – z)² = (p4x – x)² + (p4y – y)² + (p4z – z)² (p5x – x)² + (p5y – y)² + (p5z – z)² = (p6x – x)² + (p6y – y)² + (p6z – z)² (5)
Zu der obigen Gleichungsgruppe sei angemerkt, dass die Faktoren zweiter Ordnung der Variablen x, y und z sich aufheben.
Beispiel
Weiter unten ist die Berechnung des Symmetriepunkts einer Magnetmessung dargestellt, die mit Hilfe des Zielverfahrens unter Verwendung des Matlab^®-Codes mit Hilfe des Verfahrens der Gleichungen (2)–(4) vorgenommen wurde. Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass die Sensoren vollständig orthogonal sind und die Messwerte rauschfrei sind. Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, dass der Radius der Kugel nicht vorab bekannt sein muss, nicht einmal als Abschätzung, und dass die Berechnung auch mit ganzen Zahlen gut möglich ist.
function intersection = calc(origo)
%
% Verifizierungscode für das „Zielen-mit-Ebenen”-Verfahren unter Verwendung idealer Daten. Ideal bedeutet, dass Messungen von Orthogonal-Achsen stammen und es kein Rauschen gibt.
% „origo” ist der zu bestimmende Referenzpunkt.
% „intersection” sollte nach der Berechnung der gleiche Wert wie „origo” sein.
%
%{

% Holen der Segmentpunkte (xp) und der Segment-Einheitsvektoren (n).
%}
[n, xp] = simulateMeasurements(origo);
%{
Berechnen der Inversen der Normalmatrix-Determinante
%}
detN = n(1,1)·(n(2,2)·n(3,3) – n(3,2)·n(2,3)) ...
– n(2,1)·(n(1,2)·n(3,3) – n(3,2)·n(1,3)) ...
+ n(3,1)·(n(1,2)·n(2,3) – n(2,2)·n(1,3)) ...;
inv detN = 1/detN;

%{
Berechnen des Schnittpunkts der drei Ebenen, die durch die Messpunkte definiert werden. Drei Punkte sind das Minimum, sechs das Maximum zum Konstruieren von drei Kugelsegmenten.
%}

c1 = dotProduct(xp(1,:), n(1,:))·crossProduct(n(n,:), n(3,:));
c2 = dotProduct(xp(2,:), n(2,:))·crossProduct(n(3,:), n(1,:));
c3 = dotProduct(xp(3,:), n(3,:))·crossProduct(n(1,:), n(2,:)); intersection) = inv detN·(c1 + C2 + c3);

function sp = dotProduct(ve1, vec2)
%
%
%
sp = vecl(1)·vec2(1) + vec1(2)·vec2(2) + vec1(3)·vec2(3);

function cpVec = crossProduct(vec1, vec2)
%
%
%
cpVec(1) = vec1(2)·vec2(3) – vec2(2)·vec1(3);
cpVec(2) = –vec1(1)·vec2(3) + vec2(1)·vec1(3);
cpVec(3) = vec1(1)·vec2(2) – vec2(1)·vec1(2);

function [segment_unit_vectors, segment_midpoints] = simulateMeasurements(origo)
%
%
%

%{
Initialisieren der Variablen auf Null
%}
segment_end_points = zeros (4, 3);
segment_unit_vectors = zeros (3, 3); % unit vectors of segments
segment_midpoints = zeros (3, 3); % midpoints
R = 3000·rand + 100; % beliebiger Radius für die Simulation, ist nach jedem Aufruf verschieden

%{
Erzeugen beliebiger Endpunkte der Segmente
%}
für i = 1:4,
x = rand;
y = rand;
p = sqrt(x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2);
segment_end_points(i,:) = R·[x y z]/p + origo;
end
%{
Erzeugen von Einheitsvektoren und Mittelpunkten
%}
für i = 1:3,
v = segment_end_points(i,:) – segment_end_points(i + 1,:);
segment_unit_vectors(i,:) = v/norm(v);
segment_midpoints(i,:) = (segment_end_points(i,:) +
segment_end_points(i + 1,:)/2;
end
Reale Messungen weisen stets als Zufallsfehler („Messrauschen”) auf. Die Zuverlässigkeit der Berechnung wird verbessert, wenn der Winkel zwischen den Liniensegmenten, die durch die Messergebnisse definiert sind, groß ist, beispielsweise 37 Grad oder mehr beträgt. Selbst eine geringere Bewegung des Geräts reicht aus, wenn die Qualität der Positionsinformation der Messpunkte geprüft werden kann, wie weiter unten beschrieben wird. Es wurde beobachtet, dass dann, wenn der Rauschpegel weniger als 2% beträgt, die Bestimmung des Abweichungsvektors bei einer Änderung der Richtung von zwei Grad oder sogar weniger erfolgreich ist. In einem solchen Fall bleibt die Genauigkeit der Kompassrichtung besser als zwei Grad.
Fehlerprüfung
Die Qualität der Kalibrierung verbessert sich, wenn die Messpunkte passend gewählt werden. Die Auswahlkriterien hängen von der gewünschten Genauigkeit, den Eigenschaften des Kompassgeräts und den gewählten Berechnungsverfahren ab. Die im folgenden beschriebenen Überprüfungen sind daher lediglich Beispiele:

– Prüfen der Minimum- und Maximumwerte der Koordinaten der Messpunkte p1–p6. Es ist offensichtlich, dass die Akzeptanzgrenzen für Werte eingestellt werden können, die sich außerhalb oder innerhalb der Hüllkurve der Kugel P befinden. Beispielsweise kann vereinbart werden, dass der Abstand sämtlicher Punkte von dem berechneten Mittelpunkt innerhalb einer Fehlergrenze von 5% liegen sollen;
– der Abstand der Messpunkte voneinander muss mindestens in der Größenordnung von 1/3 des Radius' der Kugel P liegen, das heißt, die Messpunkte dürfen nicht zu nah nebeneinander liegen. Darüber hinaus lässt sich die Verarbeitungsschaltung derart einrichten, dass die Segmente stets zwischen den aufeinanderfolgenden Messpunkten berechnet werden, so dass die Segmente sich wahrscheinlich nicht kreuzen;
– der Winkel der Vektoren a, b und c zueinander sollte nicht mehr als 37 Grad betragen, wodurch sichergestellt wird, dass die Vektoren nicht parallel zueinander verlaufen, und dass die Bestimmung des Mittelpunkts nicht übermäßig empfindlich für Fehler ist, die durch Rauschen bezüglich der Richtung der Segmente hervorgerufen werden;
– das Volumen des von den Vektoren festgelegten Parallelepipeds sollte größer sein als die Hälfte des Produkts der Längen der Vektoren a, b und c, das heißt |(a × b)c| > |a||b||c|/2, wodurch sichergestellt ist, dass die Vektoren sich nicht innerhalb derselben Ebene befinden;
– die Differenz des Referenzpunkts C von dem vorhergehenden Referenzpunkt sollte weniger betragen als 1/20 des Radius' der Kugel P. Dies sichert Genauigkeit, während bei derselben Kalibrierung gefordert sein kann, dass zwei aufeinanderfolgende Referenzpunkte mit der erwähnten Genauigkeit erhalten werden sollten, um fehlerhafte Kalibrierungen zu vermeiden;
– der Wert der Koordinaten der Referenzpunkte C wird so eingestellt, dass er dem Mittelwert der Koordinaten der letzten beiden akzeptiert berechneten Punkte C entspricht;
– die ältesten beiden Messpunkte, das heißt der älteste Vektor, wird bei jeder neuerlichen Kalibrierung gelöscht.

Kompassrichtung
2 zeigt schematisch ein Kompassgerät 1 gemäß der Erfindung, wobei es sich hier beispielhaft um einen Wristop-Computer handelt. Die Figur zeigt außerdem die Knöpfe 2a–2d, die die Funktionen es Geräts steuern. Im Inneren des Geräts befinden sich Magnetsensoren 3a–3c, die das Erdmagnetfeld orthogonal messen. In 2 befinden sich die Sensoren in der Mitte des Geräts, wobei ihre Lage entsprechend den elektrischen Geräteeigenschaften gewählt ist. Die Symbole Mx, My und Mz dienen zum Veranschaulichen der Komponenten des Erdmagnetfelds parallel zu den Sensoren. Der Begriff „Kompassrichtung” bezieht sich allgemein auf die Richtung derselben Referenzachse einer horizontalen Projektion in Bezug auf eine horizontale Projektion des Erdmagnetfelds. Im allgemeinen wird in Wristop-Computern die Referenzachse als „Zwölf-Uhr”-Richtung betrachtet. In 2 entspricht die Komponente Mx dieser Richtung. Ein Wristop-Computer wird typischerweise nicht horizontal getragen, sondern es muss seine Neigung ermittelt werden, bevor die Kompassrichtung bestimmt wird. Ein Wristop-Computer kann beispielsweise mit Beschleunigungssensoren ausgestattet sein, mit deren Hilfe die Schräglage relativ zu mindestens zwei unabhängigen Richtungen ermittelt wird. Dann werden zwei die Schräglage beschreibende Messwerte ermittelt, nämlich tilt_x und tilt_y. Mit Hilfe der magnetischen Messungen und der Schräglagen-Daten (tilt) werden die Horizontal-Projektionen der Messungen definiert: [Mx, My, Mz, tilt_x, tilt_y] → [Mx_h, My_h, Mz_h, 0, 0].
Mit deren Hilfe wird die Zielrichtung des Magnetfelds folgendermaßen berechnet: D = atan2(My_h, Mx_h).
Die Schräglagen-Kompensation lässt sich mathematisch auf verschiedene Weise vornehmen, sie wird hier nicht beschrieben. Mx_h, My_h und Mz_h sind die Komponenten der Horizontal-Projektion der Messung.
Die von dem Kompassgerät berechnete Richtung D lässt sich als solche für den Benutzer in der Anzeige des Kompassgeräts darstellen, beispielsweise mit Hilfe eines Pfeils 4. Darüber hinaus kann die Zielrichtung A angezeigt werden. In dem Gerät nach 2 wurde die x-Richtung („Mx”) der Koordinaten des Magnetfelds als Anzeige der Fahrtrichtung ausgewählt. Natürlich kann die Anzeige der Fahrtrichtung auch eine andere Richtung sein. Beim Berechnen der Kompassrichtung dient der Symmetriepunkt „O” des Geräts gemäß 2 als „Ort” des gesamten Geräts.
Das in 3 dargestellte Flussdiagramm veranschaulicht die Arbeitsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dem Schritt 100 wird der Messpunkt pi definiert. Im Schritt 110 wird der Abweichungsvektor (der Referenzpunkt, das heißt der Mittelpunkt C der Kugel P) der Messung berechnet. Die Definition des Abweichungsvektors erfordert mehrere Messpunkte, typischerweise die Punkte p1–p6. Die Definition des Abweichungsvektors schlägt fehl, wenn es nicht ausreichend Punkte gibt, oder wenn die Definition fehlerhaft ist, vergleiche die Fehlerprüfung. In der Praxis werden die Schritte 100–120 so lange wiederholt, bis die aufeinanderfolgenden Definitionen des Referenzpunkts C in ausreichendem Maß ähnlich sind. Als nächstes wird die Kompassrichtung 130 angezeigt. Der Algorithmus nach 3 wird entweder nach einem spezifischen Zeitintervall oder nach einem vorab definierten Ereignis erneut wiederholt. Ein solches Ereignis kann beispielsweise eine einen voreingestellten Wert der Messwerte der Sensoren übersteigende Änderung sein.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern ist im Rahmen des vollständigen Umfangs der begleitenden Ansprüche zu interpretieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6817106 [0002]
US 6356851 [0004, 0005]
US 8239153 [0004, 0007]
US 2002/0035791 [0004, 0006]
FI 120276 [0008]
US 7177779 [0010]

Claims

Verfahren zur Richtungsbestimmung in einem Magnetfeld, bei dem: – mit einem tragbaren elektronischen Kompassgerät drei Feldvektoren eines Magnetfelds mit einer gewünschten Häufigkeit gemessen werden, aus jeder Messung ein Datenpunkt in einem dreidimensionalen Koordinatensystem gebildet wird und für die gemessenen Datenpunkte ein gemeinsamer Referenzpunkt berechnet wird, – der Ort des Geräts in Bezug auf den Referenzpunkt in dem Koordinatensystem bestimmt wird, – die Koordinaten des ermittelten Referenzpunkts verglichen werden mit den Koordinaten mindestens eines vorhergehenden Referenzpunkts, und die Koordinatenwerte des Referenzpunkts kalibriert werden, – die Richtung des Magnetfelds mit Hilfe des Referenzpunkts angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Datenpunkte auf einer im wesentlichen sphärischen Oberfläche gebildet werden und der berechnete Referenzpunkt der Mittelpunkt der Kugel ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens drei Datenpunkte für die Definition jedes Referenzpunkts gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem sechs Datenpunkte für die Definition jedes Referenzpunkts gemessen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Referenzpunkt berechnet wird, indem drei Liniensegmente zwischen ausgewählten Datenpunkten gebildet werden, von denen Einheitsvektoren für drei Ebenen gebildet werden, die durch die drei Mittelpunkte der Segmente laufen, wobei der Schnittpunkt der Ebenen der Referenzpunkt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Referenzpunkt berechnet wird durch Bilden eines Gleichungssystems aus den Koordinaten ausgewählter Datenpunkte, wobei die Gleichungen der aus den Koordinaten jedes Datenpunkts gebildeten Kugel paarweise gleichgesetzt werden, aus welchem Gleichungssystem die Koordinaten des Referenzpunkts ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Ort des Geräts in Bezug auf den berechneten Referenzpunkt sich an dem Ende eines vorab definierten Versatz-Vektors befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Ort des Geräts in Bezug auf den berechneten Referenzpunkt erhalten wird durch Messen der durch das Gerät und dessen Umgebung verursachten Störung des Magnetfelds, um daraus einen Versatz-Vektor von dem Gerät zu dem Referenzpunkt zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zwei aufeinanderfolgende Referenzpunkte gemessen und deren Koordinatenwerte verglichen werden, wobei der Mittelwert der Koordinatenwerte als der aktuelle Referenzpunkt verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine spezifische Anzahl von Referenzpunkten berechnet und die Koordinaten statistisch analysiert werden, wobei der Referenzpunkt mit dem kleinsten Fehler in der Statistischen Fehlerfunktion als der aktuelle Referenzpunkt verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem ein neuer Referenzpunkt immer dann berechnet wird, wenn die Energieversorgung des elektronischen Kompassgeräts ausgeschaltet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem ein neuer Referenzpunkt in spezifischen, vorab definierten Intervallen berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem ein neuer Referenzpunkt automatisch berechnet wird und im Fall des Fehlschlags der Benutzer des Geräts darüber informiert wird, dass eine Kalibrierung von Hand notwendig ist.
Elektronisches Gerät zur Bestimmung eines Magnetfelds, umfassend: – eine elektromagnetische Sensoreinrichtung zum Messen von mindestens drei Feldkomponenten des Magnetfelds, – eine Einrichtung zum Detektieren der Magnetfeldrichtung, und – eine Verarbeitungseinheit, ausgebildet, um aus jeder Messung einen Datenpunkt in einem dreidimensionalen Koordinatensystem zu bilden und einen gemeinsamen Referenzpunkt für eine durch mehrere Messungen erhaltene Anzahl von Datenpunkten zu berechnen, die Koordinaten des berechneten Referenzpunkts zu vergleichen mit dem Wert der Koordinaten mindestens eines vorhergehenden Referenzpunkts, auf der Grundlage des Vergleichs den Ort des Geräts in Bezug auf den Referenzpunkt in dem Koordinatensystem zu kalibrieren, und eine Anzeige der Magnetfeldrichtung relativ zu dem Gerät mit Hilfe des Referenzpunkts zu erzeugen.
Gerät nach Anspruch 14, bei dem die Datenpunkte zur Bildung auf einer im wesentlichen sphärischen Oberfläche angeordnet sind, wobei der durch die Berechnung gewonnene gemeinsame Referenzpunkt der Mittelpunkt der Kugel ist.
Gerät nach Anspruch 15, bei dem die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, den Referenzpunkt zu berechnen, indem drei Liniensegmente zwischen ausgewählten Datenpunkten gebildet werden, aus denen Einheitsvektoren zu drei Ebenen gebildet werden, die durch die Mittelpunkte der Segmente laufen, wobei der Schnittpunkt der Ebenen der Referenzpunkt ist.
Gerät nach Anspruch 15, bei dem die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, den Referenzpunkt zu berechnen, indem ein Gleichungssystem aus den Koordinaten der ausgewählten Datenpunkte gebildet wird, wobei die aus den Koordinaten jedes Datenpunkts gebildeten Kugelgleichungen paarweise gleichgesetzt werden, um aus dem Gleichungssystem die Koordinaten des Referenzpunkts als Lösung zu erhalten.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Einrichtung zum Ermitteln der Magnetfeldrichtung drei magnetische Sensoren aufweist, die das Magnetfeld rechtwinklig zueinander messen.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem ein vorab definierter Versatz-Vektor vorgespeichert wird, der bei Addieren auf den Referenzpunkt des Orts des Schnittpunkts der Messrichtungen der Magnetsensoren angibt, wobei es sich um den Ort des Geräts handelt.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem der Ort des Geräts in Bezug auf einen berechneten Referenzpunkt dadurch bestimmt wird, dass die durch das Gerät und dessen Umgebung verursachte Störung des Magnetfelds gemessen wird und daraus ein Versatz-Vektor von dem Gerät zu dem Referenzpunkt gebildet wird.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, jedes mal dann einen neuen Referenzpunkt zu berechnen, wenn die Energiezufuhr des elektronischen Kompassgeräts ausgeschaltet ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, einen neuen Referenzpunkt in spezifischen, vorab definierten Intervallen zu berechnen.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, einen neuen Referenzpunkt automatisch zu berechnen, und bei Fehlschlag den Benutzer des Geräts mitzuteilen, dass eine Kalibrierung von Hand vorzunehmen ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 23, bei dem die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, Operationen nach den Ansprüchen 1 bis 13 auszuführen.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 24, bei dem das Gerät ein Wristop-Gerät, beispielsweise ein Wristop-Computer für sportliche Aktivitäten und Wanderungen ist.