DE102018008402A1 - Verfahren und system zum bestimmen einer bewegungsrichtung eines objekts - Google Patents

Abstract

Gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Objekt (2) bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bestimmen einer zyklischen Bewegung eines sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) durch Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten des sich zyklisch bewegenden Teils über mehrere Zyklen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers (13) oder Trägheitssensors, der an dem sich zyklisch bewegenden Teil angebracht ist, Integrieren der Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, Messen eines externen Magnetfelds des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) mit Hilfe eines Magnetometers (12), um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu bestimmen, Bestimmen der Bewegungsrichtung (3, 4, 5) des Objekts (2) basierend auf der Neigung und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) umfasst.

Description

• GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Bewegungsrichtung eines Objekts.
• Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Bestimmen einer Bewegungsrichtung eines Objekts.
• Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Speichermedium.
• Insbesondere betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Sensortechnologie in Mobilgeräten, d. h. insbesondere die Verarbeitung von Informationen, die durch eine Vielzahl von Sensoren bereitgestellt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere das Verbessern der Genauigkeit einer Positionsangabe, die mit Hilfe eines Mobilgeräts oder -systems gemessen wird. Das Mobilgerät kann zum Beispiel ein Armbandcomputer, ein Mobiltelefon oder ein anderes transportables Gerät sein.
• STAND DER TECHNIK
• Das Signal von einem Sensor eines GPS (Global Positioning System) oder eines anderen satellitenbasierten Navigationssystems, das sich in einem Gerät befindet, das von einer Person am Handgelenk oder an anderer Stelle des Körpers getragen wird, weist eine sehr kleine systematische Abweichung (Bias Error) auf, enthält aber ein starkes Rauschen. Bei einer Messfrequenz von 1 Hz kann das Rauschen bei einer rein GPSbasierten Geschwindigkeitsmessung bei einer gehenden oder rennenden Person im Vergleich zu dem reinen GPS-Signal in der Größenordnung von 20 bis 30 % liegen.
• Richtungs- oder Geschwindigkeitsdaten, die von Sensoren gemessen und geschätzt werden, die direkt am Körper einer Person getragen werden, enthalten gewöhnlich weniger Rauschen. In diesen Messsignalen können jedoch große systematische Abweichungen vorhanden sein.
• Sensorfusion bedeutet, dass ein erster und ein zweiter Sensor auf verschiedenen Funktionsprinzipien basieren können, aber die gleiche physikalische Variable messen. Zum Beispiel kann die horizontale Geschwindigkeit mit Hilfe eines Satelliten-Positionsbestimmungssensors oder eines Beschleunigungssensors gemessen werden. Sensoren, die in einer Sensorfusion verwendet werden können, können zum Beispiel ein GPS-Sensor, ein Magnetometer (Kompass) und Beschleunigungssensoren sein. Mit derartigen Sensoren können die Beschleunigung, Geschwindigkeit und Richtung eines sich bewegenden Objekts gemessen und auf einem Mobilgerät angezeigt werden, zum Beispiel auf dem Display eines Armbandcomputers, eines Mobiltelefons oder eines anderen transportablen Geräts.
• Aus GB 2497153 ist es bekannt, mit einem ersten und einem zweiten Sensor eine erste beziehungsweise zweite physikalische Variable zu messen und eine Schätzung einer Ziel variablen durch Messen einer ersten physikalischen Variablen zu bestimmen. Eine Abweichungsschätzung wird durch Messen einer zweiten physikalischen Variablen bestimmt und die Schätzung der Zielvariablen wird mit einer Stärke gefiltert, die von der Abweichungsschätzung abhängt. Jedoch kann während eines Verlust von Satellitensignalen, wie es Schattenbereichen der Fall ist, wie beispielsweise in Tunneln, Hinterhöfen und Gebirgsregionen, wo nur eine schwache oder nicht erkennbare Stärke des Positionsbestimmungssignals vorhanden ist, eine satellitenbasierte Messung nicht immer zur Verfügung stehen.
• Deshalb besteht ein Bedarf an einem Verfahren und System, die in der Lage sind, die Bewegungsrichtung eines Objekts zu bestimmen. Das Verfahren und das System sollten zum Beispiel für ein Positionsbestimmungssystem verwendbar sein, das genaue und nicht unterbrochene Positionsdaten und andere davon ableitbare Daten liefert. In Anbetracht des Vorstehenden wäre es vorteilhat, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, die in der Lage sind, die Bewegungsrichtung eines Objekts zu bestimmen, das einen ersten Teil umfasst und einen zweiten Teil, der sich im Verhältnis zum ersten Teil zyklisch bewegt, wobei bei dem Verfahren und dem System der Batterieverbrauch verringert sein kann. Es wäre außerdem vorteilhaft, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, die in der Lage sind, nicht unterbrochene Positionsdaten und andere davon ableitbare Daten bereitzustellen.
• KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Die Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche definiert. Einige spezielle Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
• Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine neue Art von Verfahren und System zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Objekts sowie von Positionsbestimmungs- und Navigationsdiensten in einem Mobilgerät und ein entsprechendes System bereit. Die Aufgabe bestimmter Ausführungsformen der Erfindung besteht insbesondere darin, GPS-Positionsbestimmungsdienste oder einen anderen Positionsbestimmungsdienst, zum Beispiel drahtlose Positionsbestimmungsdienste, visuelle Standortbestimmungsdienste oder einen von einem Benutzer angegebenen Standort, unter veränderlichen Bewegungs- und Umgebungsbedingungen mit Positionsinformationen zu ergänzen, die von anderen Sensoren abgeleitet sind.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Bewegungsrichtung eines Objekts bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bestimmen einer zyklischen Bewegung eines sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts durch Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten eines sich zyklisch bewegenden Teils über mehrere Zyklen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors, der an dem sich zyklisch bewegenden Teil angebracht ist, Integrieren der Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts zu bestimmen, Bestimmen einer charakteristischen Position des sich zyklisch bewegenden Teils in nachfolgenden Zyklen, Messen eines externen Magnetfelds des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts mit Hilfe eines Magnetometers, um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts im Verhältnis zu dem externen Magnetfeld zu bestimmen, Bestimmen der Bewegungsrichtung des Objekts basierend auf der Neigung und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts umfasst.
• Verschiedene Ausführungsformen des ersten Aspekts können mindestens ein Merkmal der folgenden Aufzählung umfassen:
• • eine charakteristische Position des sich zyklisch bewegenden Teils wird in aufeinanderfolgenden Zyklen bestimmt,
• • das externe Magnetfeld des sich zyklisch bewegenden Teils wird in der charakteristischen Position gemessen,
• • die Bewegungsrichtung des Objekts wird basierend auf einer zuvor bestimmten Richtung des Objekts und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts bestimmt,
• • die Bewegungsrichtung des Objekts wird basierend auf der zuvor bestimmten Richtung des Objekts und einer gemessenen geomagnetischen Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts bestimmt,
• • die zuvor bestimmte Richtung des sich bewegenden Objekts wird basierend auf Signalen bestimmt, die von einem externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden,
• • die zuvor bestimmte Richtung des sich bewegenden Objekts wird basierend auf GPS-Signalen bestimmt, die zu zwei separaten Zeitpunkten gemessen werden,
• • eine erste Richtung eines sich bewegenden ersten Teils des Objekts wird basierend auf Signalen bestimmt, die von einem externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden, Beschleunigungsdaten eines zweiten Teils des Objekts werden mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors, der am zweiten Teil des Objekts angebracht ist, über mehrere Zyklen aufgezeichnet, wobei sich der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil des Objekts zyklisch bewegt, wobei die Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus integriert werden, um die Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts im Verhältnis zur horizontalen Ebene zu bestimmen, eine charakteristische Position des sich zyklisch bewegenden zweiten Teils des Objekts wird in aufeinanderfolgenden Zyklen bestimmt, eine geomagnetische erste Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts wird mit Hilfe eines Magnetometers in der charakteristischen Position gemessen, eine zweite Bewegungsrichtung des ersten Teils des Objekts wird durch Messen einer geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts in der charakteristischen Position mit Hilfe eines Magnetometers gemessen und wobei die Bestimmung auf der Neigung und der Abweichung zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts basiert,
• • mindestens eines von der ersten Ausrichtung, der zweiten Ausrichtung, einer Beschleunigung, einer Geschwindigkeit, einer Position des ersten Teils des sich bewegenden Objekts wird nachverfolgt,
• • mindestens eines von einem ersten Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und der ersten Richtung des ersten Teils des Objekts und einem zweiten Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts wird bestimmt,
• • ein dritter Winkel zwischen der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und der zweiten Richtung des ersten Teils des Objekts ist identisch mit dem ersten Winkel,
• • eine Position des ersten Teils des Objekts wird mit der kombinierten Verwendung des externen Positionsbestimmungssystems zum Bestimmen der ersten Richtung des ersten Teils des Objekts, des Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors zum Bestimmen der Beschleunigungsdaten, des Magnetometers zum Bestimmen der ersten Ausrichtung und der zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und einer Zeitsteuerungsfunktion bestimmt, die verwendet wird, um die Zeit aufzuzeichnen, die sich das Objekt in eine Richtung bewegt hat,
• • die Zeit, die sich das Objekt in eine Richtung bewegt hat, wird durch eine Zeitsteuerungsfunktion aufgezeichnet,
• • die Neigung des Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors wird mit Hilfe der folgenden Formel bestimmt $${\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{\tilde{a}}}={\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{a}}+{\displaystyle \int {}_{C}f\left(\overrightarrow{g}\right)}\approx \overrightarrow{0}+\overrightarrow{O}\cdot \Delta t,$$
  
• • wobei $\overrightarrow{a}$
  
  die Beschleunigung des zweiten Teils ist, $\overrightarrow{g}$
  
  die Schwerkraft in globalen Koordinaten ist, $\overrightarrow{O}$
  
  die Neigung ist und t die Zeit ist,
• • der Luftdruck wird mittels eines Luftdrucksensors gemessen und eine Höhe des Objekts wird basierend auf dem Luftdruck bestimmt,
• • eine Position des sich bewegenden Objekts wird auf einem Display eines Systems angezeigt, vom System zu einem anderen Gerät übertragen oder auf einer Karte gezeigt, die über das Internet zur Verfügung steht,
• • die Position ist einen Innenraum- oder eine Außenraumposition,
• • die Position wird in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt bestimmt,
• • die charakteristische Position jedes Zyklus liegt bei einem maximalen oder minimalen Beschleunigungswert,
• • ein Track, der in einem ersten Koordinatensystem gebildet ist, wird mit einem zweiten Koordinatensystem abgeglichen.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Bestimmen einer Bewegungsrichtung eines Objekts bereitgestellt, wobei das System einen Empfänger zum Empfangen von Signalen von einem externen Positionsbestimmungssystem umfasst, einen Trägheitssensor und/oder einen Beschleunigungsmesser, ein Magnetometer, mindestens eine Speichereinheit und eine Verarbeitungseinheit, die mindestens einen Verarbeitungskern umfasst, mindestens einen Speicher, der Computerprogrammcode beinhaltet, wobei der mindestens eine Speicher und der Computerprogrammcode dafür konfiguriert sind, zusammen mit dem mindestens einen Verarbeitungskern das System dazu zu veranlassen, zumindest eine zyklische Bewegung eines sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts, durch Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors über mehrere Zyklen zu bestimmen, die Beschleunigungsdaten über mindestens einen Zyklus zu integrieren, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, ein externes Magnetfeld des sich bewegenden Objekts mit Hilfe eines Magnetometers aufzuzeichnen, um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts im Verhältnis zu dem externen Magnetfeld zu bestimmen, die Bewegungsrichtung des Objekts basierend auf der Neigung und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts zu bestimmen.
• Verschiedene Ausführungsformen des zweiten Aspekts können mindestens ein Merkmal der folgenden Aufzählung umfassen:
• • das System ist dafür konfiguriert, eine charakteristische Position des sich zyklisch bewegenden Teils in aufeinanderfolgenden Zyklen zu bestimmen,
• • das System ist dafür konfiguriert, das externe Magnetfeld des sich zyklisch bewegenden Teils an der charakteristischen Position zu messen,
• • das System ist dafür konfiguriert, die Bewegungsrichtung des Objekts basierend auf einer zuvor bestimmten Richtung des Objekts und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts zu bestimmen,
• • das System ist dafür konfiguriert, die Bewegungsrichtung des Objekts basierend auf einer zuvor bestimmten Richtung des Objekts und einer gemessenen geomagnetischen Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts zu bestimmen,
• • das System ist dafür konfiguriert, die zuvor bestimmte Richtung des sich bewegenden Objekts basierend auf Signalen zu bestimmen, die von einem externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden,
• • das System ist dafür konfiguriert, die zuvor bestimmte Richtung des sich bewegenden Objekts basierend auf GPS-Signalen zu bestimmen, die zu zwei separaten Zeitpunkten gemessen werden,
• • die Verarbeitungseinheit umfasst den mindestens einen Verarbeitungskern, der mindestens eine Speicher beinhaltet Computerprogrammcode, der mindestens eine Speicher und der Computerprogrammcode sind ferner dafür konfiguriert, zusammen mit dem mindestens einen Verarbeitungskern das System dazu zu veranlassen, basierend auf Signalen, die vom externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden, zumindest eine erste Richtung eines sich bewegenden ersten Teils des Objekts zu bestimmen, Beschleunigungsdaten eines zweiten Teils des Objekts über mehrere Zyklen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors aufzuzeichnen, der am zweiten Teil des Objekts angebracht ist, wobei sich der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil des Objekts zyklisch bewegt, die Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus zu integrieren, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, eine charakteristische Position in aufeinanderfolgenden Zyklen zu bestimmen, ein externes Magnetfeld des zweiten Teils des Objekts an einer charakteristischen Position aufeinanderfolgender Zyklen mit Hilfe eines Magnetometers zu messen, eine geomagnetische zweite Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts an der charakteristischen Position jedes Zyklus mit Hilfe des Magnetometers zu messen, eine zweite Richtung des ersten Teils des sich bewegenden Objekts basierend auf der Neigung und einer Abweichung zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts zu bestimmen,
• • die Verarbeitungseinheit errechnet und speichert kontinuierlich mindestens eines von der ersten Richtung, der zweiten Richtung, einer Beschleunigung, einer Geschwindigkeit und einer Position des ersten Teils des sich bewegenden Objekts,
• • das System ist dafür konfiguriert, die erste Richtung des ersten Teils des Objekts basierend auf GPS-Signalen zwischen zwei separaten Zeitpunkten zu bestimmen,
• • das System ist dafür konfiguriert, mindestens eines von der ersten Richtung, der zweiten Richtung, einer Beschleunigung, einer Geschwindigkeit und einer Position des ersten Teils des sich bewegenden Objekts nachzuverfolgen,
• • das System ist dafür konfiguriert, mindestens eines von einem ersten Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und der ersten Richtung des ersten Teils des Objekts und einem zweiten Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts zu bestimmen,
• • das System ist dafür konfiguriert, eine Position des ersten Teils des Objekts mit der kombinierten Verwendung des externen Positionsbestimmungssystems zum Bestimmen der ersten Richtung des ersten Teils des Objekts, des Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors zum Bestimmen der Beschleunigungsdaten, des Magnetometers zum Bestimmen der ersten Ausrichtung und der zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und einer Zeitsteuerungsfunktion zu bestimmen, die verwendet wird, um die Zeit aufzuzeichnen, die sich das Objekt in eine Richtung bewegt hat,
• • das System ist dafür konfiguriert, durch eine Zeitsteuerungsfunktion die Zeit aufzuzeichnen, die sich das Objekt in eine Richtung bewegt hat,
• • das System ist dafür konfiguriert, die Neigung des Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors wird mit Hilfe der folgenden Formel zu bestimmen $${\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{\tilde{a}}}={\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{a}}+{\displaystyle \int {}_{C}f\left(\overrightarrow{g}\right)\approx \overrightarrow{0}+\overrightarrow{O}\cdot \Delta }t,$$
  
  wobei $\overrightarrow{a}$
  
  die Beschleunigung des zweiten Teils ist, $\overrightarrow{g}$
  
  die Schwerkraft in globalen Koordinaten ist, $\overrightarrow{O}$
  
  die Neigung ist und t die Zeit ist,
• • das System umfasst ferner einen Luftdrucksensor,
• • das System ist dafür konfiguriert, eine Position des sich bewegenden Objekts auf einem Display des Systems anzuzeigen, die Position des sich bewegenden Objekts von dem System zu einem anderen Gerät zu übertragen oder die Position des sich bewegenden Objekts auf einer Karte zu zeigen, die über das Internet zur Verfügung steht,
• • das System ist dafür konfiguriert, eine Innenraum- oder eine Außenraumposition des sich bewegenden Objekts nachzuverfolgen,
• • das System ist dafür konfiguriert, die Position in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt zu bestimmen,
• • das System umfasst ferner ein Gyroskop,
• • das System ist dafür konfiguriert, einen Track, der in einem ersten Koordinatensystem gebildet ist, mit einem zweiten Koordinatensystem abzugleichen.
• Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Medium bereitgestellt, in dem ein Satz computerlesbarer Befehle gespeichert ist, die bei Ausführung durch mindestens einen Prozessor eine Vorrichtung dazu veranlassen, zumindest eine zyklische Bewegung eines sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts durch Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors zu bestimmen, die Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus zu integrieren, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts im Verhältnis zu einer horizontalen Eben zu bestimmen, ein externes Magnetfeld des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts mit Hilfe eines Magnetometers zu messen, um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils im Verhältnis zu dem externen Magnetfeld zu bestimmen, die Bewegungsrichtung des Objekts basierend auf der Neigung und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts zu bestimmen.
• Verschiedene Ausführungsformen des dritten Aspekts können mindestens ein Merkmal umfassen, das einem Merkmal der vorstehenden Aufzählungen entspricht, die in Verbindung mit dem ersten oder dem zweiten Aspekt angelegt wurden.
• Durch bestimmte Ausführungsformen der Erfindung werden erhebliche Vorteile erzielt. Es werden ein Verfahren und ein System zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Objekts bereitgestellt. Es ist möglich, die Position eines Objekts mittels des bereitgestellten Kompasssystems im Koordinatensystem nachzuverfolgen, das der beschriebene Kompass bildet. Das Koordinatensystem kann mit einem beliebigen anderen Koordinatensystem abgeglichen werden, zum Beispiel kann der Track selbst im Nachhinein mit einem geografischen Track abgeglichen werden.
• Gemäß einer bestimmten Ausführungsform ist ein externes Positionsbestimmungssystem nur zum Kalibrieren einer ersten Richtung erforderlich, in die sich das Objekt bewegt. Nachfolgend kann die Position des Objekts basierend auf Abweichungen zwischen verschiedenen Ausrichtungen eines zweiten Teils des Objekts an charakteristischen Positionen während zyklischer Bewegungen des zweiten Teils des Objekts berechnet werden. Das Kalibrieren kann zum Beispiel nur einmal ausgeführt werden oder in bestimmten Zeitintervallen. Somit kann der Batterieverbrauch des Systems gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verringert werden, da die Verwendung des externen Positionsbestimmungssystems, zum Beispiel eines FPS-Positionsbestimmungssystems, deutlich verringert werden kann.
• Das Objekt kann zum Beispiel ein Ruderboot oder ein Fahrrad sein. Das Objekt kann ebenso ein Mensch sein, der zum Beispiel läuft, schwimmt oder ein Boot rudert. Es kann die Position eines beliebigen Objekts bestimmt werden, solange sich ein zweiter Teil des Objekts im Verhältnis zum ersten Teil des Objekts zyklisch bewegt, die Bewegung im Vergleich zu der Zeit, die ein vollständiger Zyklus in Anspruch nimmt, sehr langsam abläuft und die horizontale Geschwindigkeit des Massepunkts des Objekts konstant und das Integral der vertikalen Geschwindigkeit null ist. Ferner betrifft die Erfindung insbesondere das Verbessern der Genauigkeit einer Positionsangabe, die mit Hilfe eines Mobilgeräts oder -systems gemessen wird. Das Mobilgerät kann zum Beispiel ein Armbandcomputer, ein Mobiltelefon oder ein anderes transportables Gerät sein.
• Ferner wird während eines Verlusts eines Satellitensignals, wie es z. B. in Schattenbereichen wie beispielsweise Tunneln, in und zwischen Gebäuden, Hinterhöfen und Gebirgsregionen der Fall sein kann, wo nur eine schwache oder nicht erkennbare Stärke des Positionsbestimmungssignals vorhanden ist und eine satellitenbasierte Messung nicht möglich ist, ein Positionsbestimmungsverfahren und ein Positionsbestimmungssystem bereitgestellt, die unter allen Umständen genaue und nicht unterbrochene Positionsdaten und andere davon ableitbare Daten liefern.
• Richtungsdaten, Geschwindigkeitsdaten und Positionsangabedaten sowie andere davon ableitbare Daten können in Echtzeit und/oder zu einem späteren Zeitpunkt bereitgestellt werden. Die Richtungsdaten, Geschwindigkeitsdaten und Positionsangabedaten sowie andere davon ableitbare Daten können auf einem Display des Systems gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, auf einem anderen Gerät oder im Internet sichtbar gemacht werden.
• Die Daten können z. B. dazu verwendet werden, die zurückgelegte Entfernung zu berechnen und/oder zu überwachen, oder aus Sicherheitsgründen. Ein Läufer möchte möglicherweise die zurückgelegte Entfernung während einer Übungszeit in Echtzeit und/oder zu einem späteren Zeitpunkt wissen. Des Weiteren kann eine Person, die im Gelände wandert, den Wunsch haben, zum Beispiel im Fall eines Unfalls den Echtzeitstandort zu kennen. In beiden Fällen können das Verfahren und das System gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genaue und nicht unterbrochene Positionsdaten bereitstellen.
• Des Weiteren kann mittels bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Innenraumposition berechnet werden. Zum Beispiel kann die Position in einem Tunnel oder einem anderen Gebäude, wie beispielsweise einem Sportstadion, wo kein externes Positionsbestimmungssignal zur Verfügung steht oder die Güte des Signals nicht ausreicht, berechnet werden. Die berechnete Positionsangabe kann zum Beispiel in einem Notfall verwendet werden. Die berechnete Positionsangabe kann zum Beispiel an einen Server übertragen werden oder mittels einer Smartphone-App an einen Notfallarzt oder andere Notfallkräfte, was die Sicherheit eines Benutzers erhöht.
• Figurenliste
• 1 stellt eine schematische Ansicht eines Beispiels für die Bestimmung einer Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar,
• 2 stellt ein Zeit-Beschleunigung-Diagramm dar,
• 3 stellt ein Zeit-Bewegungsrichtung-Diagramm dar,
• FIGR 4 stellt ein Diagramm mit geometrischen Wegen dar, die mit Hilfe unterschiedlicher Verfahren nachverfolgt werden,
• 5 stellt eine weitere schematische Ansicht eines Beispiel für die Bestimmung einer Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar,
• 6 stellt ein Satellitensystem und ein System gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar,
• 7 stellt eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Bestimmung der Außenraumposition dar,
• 8 stellt eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für eine Bestimmung der Außenraumposition dar,
• 9 stellt eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Bestimmung der Innenraumposition dar,
• 10 stellt eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für eine Positionsbestimmung dar und
• 11 stellt ein Beispiel für ein System gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
• AUSFÜHRUNGSFORMEN
• In 1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für die Bestimmung einer Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Person 2, die ein System 1 gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung trägt, schickt sich an, eine Strecke T entlangzulaufen. Das System 1 kann zum Beispiel ein Armbandcomputer sein, der am rechten Arm der Person 2 angebracht ist.
• Es wird ferner von der Beobachtung ausgegangen, dass Laufen eine zyklische Bewegung ist. Mit Zyklus ist gemeint, dass eine Vor- und Rückwärtsbewegung durch einen Arm eines Läufers oder ein Schrittepaar erfolgt. Für das gesamte Dokument gelten die folgenden Annahmen:
1. 1. Die Laufform eines Läufers entwickelt sich im Vergleich zu der Zeit, die ein vollständiger Zyklus in Anspruch nimmt, sehr langsam und
2. 2. die horizontale Geschwindigkeit des Massezentrums des Läufers ist konstant und das Integral der vertikalen Geschwindigkeit ist null.
• Diese Annahmen bedeuten, dass sich das Handgelenk oder ein anderer Körperteil des Läufers am Ende des Zyklus in der gleichen Ausrichtung befindet wie am Anfang des Zyklus.
• Im Allgemeinen weist der Unterarm eines Läufers nicht in die Richtung der Bewegung des Läufers. Beim Laufen bewegen sich die Arme der Person 2 zyklisch im Verhältnis zum Körper der Person 2. Die zyklische Bewegung 6 kann zum Beispiel winkelförmig oder linear sein. Anders ausgedrückt bewegt sich ein erster Teil der Person 20 in eine erste Richtung 3, und ein zweiter Teil der Person 20 bewegt sich im Verhältnis zum ersten Teil der Person 20 zyklisch. Der Ausdruck zyklische Bewegung bedeutet, dass eine Bewegung in spezifischen Zeitintervallen wiederholt wird.
• Für die Kalibrierung des Systems 1 wird die erste Richtung 3 des ersten Teils der Person 2, d. h. der Körper der Person 2, basierend auf Signalen bestimmt, die von einem externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden. Zum Beispiel wird die erste Richtung 3 des ersten Teils der Person 2 basierend auf GPS-Signalen zwischen zwei getrennten Punkten P1, P2 bestimmt. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die erste Richtung 3 nach Norden ausgerichtet.
• Zwischen dem ersten Punkt P1 und dem zweiten Punkt P2, d. h. an der Position, an der das System 1 am Arm der Person 2 angebracht ist, werden mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors über mehrere Zyklen Beschleunigungsdaten des zweiten Teils der Person 2 aufgezeichnet. Der Beschleunigungsmesser oder Trägheitssensor ist am zweiten Teil der Person 2, d. h. am rechten Arm der Person 2, angebracht. Da der Beschleunigungsmesser oder Trägheitssensor im Armbandcomputer enthalten ist, werden an der Position des Armbandcomputers Beschleunigungsdaten aufgezeichnet. Eine Abtastfrequenz des Beschleunigungsmessers kann zum Beispiel 104 Hz betragen. Anders ausgedrückt sind die Beschleunigung des Körpers, d. h. Daten, aus denen die Geschwindigkeit und eine Position der Person 2 abgeleitet werden können, und die Beschleunigung des Arms, an dem der Armbandcomputer angebracht ist, infolge der zyklischen Bewegung des Arms der Person 2 unterschiedlich.
• In aufeinanderfolgenden Zyklen der zyklischen Bewegung kann eine charakteristische Position bestimmt werden. Die charakteristische Position jedes Zyklus kann zum Beispiel bei einem maximalen oder minimalen Beschleunigungswert liegen. Eine Art und Weise zum Bestimmen der Zyklen besteht darin, die Gesamtbeschleunigung zu berücksichtigen und die Höchstwerte zu zählen, die dem Schritt entsprechen. Dann vervollständigt jeder zweite Schritt, oder ein Höchstwert, einen Zyklus. Außerdem kann zum Beispiel ein adaptiver Algorithmus zum Finden des Höchstwertes verwendet werden. Ein n-Sekunden-Sliding-Window wird bereitgestellt, um eine mittlere und eine Standardabweichung bereitzustellen. Ein Maximalwert wird akzeptiert, nachdem das Signal unter den Mittelwert minus einen Koeffizienten mal Standardabweichung fällt.
• Beim Integrieren der Beschleunigungsdaten über die vollen Zyklen integriert die dynamische Beschleunigung, d. h. die Bewegung des Arms im Verhältnis zum Körper, zu null. Nur die Schwerkraft multipliziert mit der Zyklusdauer für jeweils jede Achse bleibt übrig. Anders ausgedrückt können ein durch die Beschleunigung des Arms im Verhältnis zum Körper verursachter Fehler durch Integrieren der Beschleunigungsdaten über die vollen Zyklen und eine Ausrichtung des Beschleunigungsmessers 13 oder Trägheitssensors im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene bestimmt werden.
• Die Ausrichtung des Beschleunigungsmessers 13 oder des Trägheitssensors im Verhältnis zur horizontalen Ebene, d. h. die Neigung, kann in der charakteristischen Position jedes Zyklus bestimmt oder geschätzt werden. Die Neigung des Beschleunigungsmessers kann z. B. mit folgender Formel bestimmt oder geschätzt werden: $${\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{\tilde{a}}}={\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{a}}+{\displaystyle \int {}_{C}f\left(\overrightarrow{g}\right)\approx \overrightarrow{0}+\overrightarrow{O}\cdot \Delta }t,$$

  

  wobei $\overrightarrow{a}$

  

  die Beschleunigung des zweiten Teils der Person 2 ist, $\overrightarrow{g}$

  

  die Schwerkraft in globalen Koordinaten ist, $\overrightarrow{O}$

  

  die Neigung ist und t die Zeit ist.
• Zusätzlich wird mit Hilfe eines Magnetometers ein externes Magnetfeld gemessen, um Ausrichtungen des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts 2 im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu bestimmen. Zum Beispiel wird mit Hilfe des Magnetometers eine geomagnetische erste Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 an der charakteristischen Position jedes Zyklus bestimmt, d. h. ein Kurs. Die Abtastfrequenz des Magnetometers kann zum Beispiel 10 Hz betragen. Nachfolgend kann ein erster Winkel zwischen der ersten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 und der ersten Richtung 3 des ersten Teils der Person bestimmt werden.
• Zwischen dem zweiten Punkt P2 und dem dritten Punkt P3 bewegt sich die Person 2 in eine zweite Richtung 4. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die zweite Richtung 4 nach Osten ausgerichtet. Zwischen den Punkten P1 und P2 werden Beschleunigungsdaten aufgezeichnet. Des Weiteren werden Beschleunigungsdaten über die vollen Zyklen integriert, um die Neigung des Beschleunigungsmessers 13 oder Trägheitssensors im Verhältnis zu einer horizontalen Eben zu bestimmen. Darüber hinaus wird in nachfolgenden Zyklen eine charakteristische Position bestimmt. Zusätzlich wird mit Hilfe des Magnetometers an der charakteristischen Position jedes Zyklus eine geomagnetische zweite Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 bestimmt. Die zweite Richtung 4 des ersten Teils der Person 2 kann nun basierend auf der Neigung und der Abweichung zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils der Person bestimmt werden. Es kann ein zweiter Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 bestimmt werden. Ein dritter Winkel zwischen der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 und der zweiten Richtung 4 des ersten Teils der Person 2 ist mit dem ersten Winkel identisch und somit kann die zweite Richtung 4 basierend auf der Abweichung zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 bestimmt werden. Anders ausgedrückt ist die Abweichung zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 identisch mit der Abweichung zwischen der ersten Richtung 3 und der zweiten Richtung 4 der Person 2.
• Zwischen dem dritten Punkt P3 und dem vierten Punkt P4 bewegt sich die Person 2 in eine dritte Richtung 5. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die dritte Richtung 5 nach Süden ausgerichtet. Zwischen den Punkten P3 und P4 werden Beschleunigungsdaten aufgezeichnet. Des Weiteren werden Beschleunigungsdaten über die vollen Zyklen integriert, um die Neigung des Beschleunigungsmessers 13 oder Trägheitssensors im Verhältnis zu einer horizontalen Eben zu bestimmen. Darüber hinaus wird eine charakteristische Position bestimmt. Zusätzlich wird mit Hilfe des Magnetometers an der charakteristischen Position jedes Zyklus eine geomagnetische dritte Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 bestimmt. Die dritte Richtung 5 des ersten Teils der Person 2 kann nun basierend auf der Abweichung zwischen der geomagnetischen zweiten Ausrichtung und der geomagnetischen dritten Ausrichtung des zweiten Teils der Person bestimmt werden. Es kann ein zweiter Winkel zwischen der geomagnetischen zweiten Ausrichtung und der geomagnetischen dritten Ausrichtung des zweiten Teils der Person bestimmt werden. Ein dritter Winkel zwischen der geomagnetischen dritten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 und der dritten Richtung 5 des ersten Teils der Person ist mit dem ersten Winkel identisch und somit kann die dritte Richtung 5 basierend auf der Neigung und der Abweichung zwischen der geomagnetischen zweiten Ausrichtung und der geomagnetischen dritten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 bestimmt werden. Anders ausgedrückt ist die Abweichung zwischen der geomagnetischen zweiten Ausrichtung und der geomagnetischen dritten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 identisch mit der Abweichung zwischen der zweiten Richtung 4 und der dritten Richtung 5 der Person 2.
• Gemäß bestimmten Ausführungsformen können jede Richtung 3, 4, 5 und die Geschwindigkeit des ersten Teils der sich bewegenden Person 2 nachverfolgt werden und somit kann eine Position der Person berechnet werden. Die Position des ersten Teils der Person 2 wird mit der kombinierten Verwendung verschiedener Systeme bestimmt. Es wird ein externes Positionsbestimmungssystem verwendet, um die erste Richtung 3 des ersten Teils der Person 2 zu bestimmen, d. h. zu Zwecken der Kalibrierung. Ein Beschleunigungsmesser oder Trägheitssensor wird verwendet, um die Beschleunigungsdaten zu bestimmen. Ein Magnetometer wird verwendet, um die geomagnetische erste Ausrichtung, die geomagnetische zweite Ausrichtung und beliebige weitere geomagnetische Ausrichtungen des zweiten Teils der Person 2 zu messen. Ferner wird eine Zeitsteuerungsfunktion verwendet, um die Zeit aufzuzeichnen, die sich das Objekt in eine Richtung 3, 4, 5 bewegt hat. Eine nachverfolgte Position des ersten Teils der Person 2 kann auf einem Display des Systems angezeigt, von dem System zu einem anderen Gerät übertragen oder auf einer Karte gezeigt werden, die über das Internet zur Verfügung steht. Die nachverfolgte Position kann eine Innenraum- oder Außenraumposition sein. Die nachverfolgte Position kann in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt bestimmt werden.
• Der Batterieverbrauch des Systems 1 gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann verringert werden, da die Verwendung des externen Positionsbestimmungssystems, zum Beispiel des FPS-Positionsbestimmungssystems, deutlich verringert werden kann. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird das externe Positionsbestimmungssystem nur zum Kalibrieren des Systems 1 verwendet. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird das externe Kalibrierungssystem in bestimmten Zeitintervallen verwendet, zum Beispiel aller 30 Sekunden oder aller 60 Sekunden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird das externe Positionsbestimmungssystem verwendet, um das System 1 konstant zu kalibrieren. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird das externe Positionsbestimmungssystem verwendet, wenn die Signalstärke einen Grenzwert überschreitet.
• In 2 ist ein Zeit-Beschleunigung-Diagramm dargestellt. Beschleunigungsdaten des zweiten Teils der in 1 dargestellten Person 2, wobei sich der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil der Person 2 zyklisch bewegt, werden mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors, der am zweiten Teil der Person 2 angebracht ist, über mehrere Zyklen aufgezeichnet. Eine charakteristische Position kann basierend auf den Beschleunigungsdaten in aufeinanderfolgenden Zyklen bestimmt werden. Bei jedem Zyklus kann die charakteristische Position zum Beispiel die Position des zweiten Teils der Person 2 sein, an der mittels eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors ein maximaler Beschleunigungswert, z. B. ein Höchstwert, gemessen wird. Beim Integrieren der Beschleunigungsdaten über die vollen Zyklen integriert die dynamische Beschleunigung, d. h. die Bewegung des zweiten Teils im Verhältnis zum ersten Teil der Person 2, zu null und es kann die Neigung des Beschleunigungsmessers 13 oder Trägheitssensors im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene bestimmt werden. Ferner kann mit Hilfe eines Magnetometers ein externes Magnetfels gemessen werden, um eine Ausrichtung des sich bewegenden Teils im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu bestimmen. Die geomagnetische Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 kann zum Beispiel mit Hilfe des Magnetometers bestimmt werden, der am zweiten Teil der Person 2 angebracht ist.
• Eine weitere geomagnetische Ausrichtung des zweiten Teils der Person kann an der charakteristischen Position bestimmt werden, nachdem sich die Richtung des ersten Teils der Person von einer ersten Richtung 3 in eine zweite Richtung 4 geändert hat, und somit kann die zweite Richtung 4 der Bewegung des ersten Teils der Person 2 basierend auf der Abweichung zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils der Person 2 bestimmt werden.
• In 3 ist ein Zeit-Bewegungsrichtung-Diagramm dargestellt. Die Bewegungsrichtung eines Läufers ist mit Hilfe verschiedener Verfahren zum Bestimmen einer Bewegungsrichtung eines Objekts im Zeitverlauf gezeigt. Die Bewegungsrichtung wird basierend auf einem Verfahren mit Hilfe eines auf dem Fachgebiet bekannten GPS-Positionsbestimmungssystems (gekennzeichnet mit „GPS-Spur“), eines Verfahrens zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (gekennzeichnet mit „Spur“) sowie eines Verfahrens zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung errechnet, bei dem bestimmte Fehler korrigiert wurden (gekennzeichnet mit „korrigierte Spur“).
• Zusätzlich zu dem Konstantenversatz, der durch die Fehlausrichtung des Unterarms eines Läufers im Vergleich zur Bewegungsrichtung des Läufers verursacht wird, sind weitere Fehlerquellen vorhanden, wie beispielsweise eine Fehlausrichtung der Magnetomerter- und der Beschleunigungsmesserachse, Kalibrierungsversätze und Integrationsfehler. Die kombinierte Wirkung all dieser Fehler besteht darin, dass die Differenz zwischen tatsächlichem und geschätztem Fehler spurabhängig ist. Dies kann zum Beispiel wie folgt modelliert werden: $${\theta }_{\text{est}\text{.}}-{\theta }_{\text{true}}=\text{cos}\left({\theta }_{\text{est}\text{.}}+\alpha \right)\cdot \beta +\gamma .$$

  

  Diese Parameter können kalibriert werden, wenn Bezugsrichtungen zur Verfügung stehen.
• Es ist zu erkennen, dass die Abweichung der Bewegungsrichtung, die mit dem Verfahren zur Bestimmung einer Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, bei dem bestimmte Fehler korrigiert werden, offenbar sehr gering ist.
• Somit stellt das Verfahren zur Bestimmung der Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine ausreichende Genauigkeit zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Objekts bereit. Insbesondere nach dem Kalibrieren eines Systems gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das System z. B. in Schattenbereichen verwendet werden, wie es im Weiteren in Verbindung mit den 7-10 beschrieben wird.
• In 4 ist ein Diagramm mit geometrischen Wegen dargestellt, die mit Hilfe verschiedener Verfahren nachverfolgt werden. Der geometrische Weg wird basierend auf einem Verfahren mit Hilfe eines auf dem Fachgebiet bekannten GPS-Positionsbestimmungssystems (gekennzeichnet mit „GPS“), eines Verfahrens zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (gekennzeichnet mit „original“) sowie eines Verfahrens zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung errechnet, bei dem eine Fehlerkorrektur stattgefunden hat, wie sie vorstehend in Verbindung mit 3 beschrieben ist, (gekennzeichnet mit „korrigiert“).
• Es ist möglich, die Position eines Objekts mittels des bereitgestellten Kompasssystems im Koordinatensystem nachzuverfolgen, das der beschriebene Kompass bildet. Ein derartiges Koordinatensystem ist zum Beispiel in 4 beschrieben. Ein in einem derartigen Koordinatensystem gebildeter Track kann mit einem zweiten Koordinatensystem abgeglichen werden, zum Beispiel einem geografischen Koordinatensystem, und somit kann ein Track in Verbindung mit einer Karte gezeigt werden. Der Track kann sogar im Nachhinein mit einem geografischen Track abgeglichen werden, indem das Koordinatensystem kalibriert wird, das der beschriebene Kompass gebildet hat.
• Somit stellt das Verfahren zur Bestimmung einer Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausreichend Genauigkeit zur Bestimmung des geometrischen Weges eines Objekts und/oder zur Bestimmung der Position des Objekts bereit. Insbesondere nach dem Kalibrieren eines Systems gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das System z. B. in Schattenbereichen verwendet werden, wie es im Weiteren in Verbindung mit den 7-10 beschrieben wird.
• In 5 ist eine weitere schematische Ansicht eines Beispiels für die Bestimmung einer Bewegungsrichtung eines Objekts gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wenn eine Person ein Ruderboot 2 rudert, bewegen sich die Arme der Person zyklisch im Verhältnis zum Körper der Person. Andererseits bewegen sich auch die Blätter der Ruder zyklisch im Verhältnis zum Rumpf des Ruderboots 2. Demzufolge kann ein System gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der Erfindung entweder an einem Arm der Person angebracht oder am Blatt eines Ruders angebracht oder in dieses integriert sein. Im ersten Fall kann eine Bewegungsrichtung der Person bestimmt werden. Im letzteren Fall kann eine Bewegungsrichtung des Ruderboots 2 bestimmt werden. Anders ausgedrückt ist der Begriff Objekt im vorliegenden Dokument als eine Person, ein Tier oder ein anderer dreidimensionaler Körper zu verstehen.
• Die Bewegungsrichtung kann bestimmt werden, indem eine zyklische Bewegung eines sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts 2 durch Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten des sich zyklisch bewegenden Teils über mehrere Zyklen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers 13 oder Trägheitssensors, der an dem sich zyklisch bewegenden Teil angebracht ist, Integrieren der Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts 2 im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, Messen eines externen Magnetfelds des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts 2 mit Hilfe eines Magnetometers 12, um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts 2 im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu bestimmen, und durch Bestimmen der Bewegungsrichtung des Objekts 2 basierend auf der Neigung und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts, bestimmt wird.
• Die Richtung 3 der Bewegung bleibt so lange konstant, wie die Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts 2 konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt. Veränderungen in der Ausrichtung zeigen an, dass sich entweder die zyklische Bewegung geändert hat oder dass sich die Bewegungsrichtung geändert hat. Veränderungen in der zyklischen Bewegung können zum Beispiel durch Veränderungen in der Neigung erkannt werden.
• Es ist möglich, die Position eines Objekts mittels des bereitgestellten Kompasssystems im Koordinatensystem nachzuverfolgen, das der beschriebene Kompass bildet. Es kann ein Bezugssystem verwendet werden, um entweder die berechnete Richtung zu kalibrieren, wenn die zyklische Bewegung in einem Winkel im Verhältnis zur Bewegungsrichtung des Objekts stattfindet, oder um die Richtung zu kalibrieren, wenn ein lokales Magnetfeld nicht in die gleiche Richtung weist wie das Bezugssystem, zum Beispiel wegen magnetischer Deklination. Natürlich kann das Bezugssystem auch verwendet werden, um die berechnete Richtung zu kalibrieren, wenn die zyklische Bewegung in einem Winkel im Verhältnis zur Bewegungsrichtung des Objekts stattfindet und wenn ein lokales Magnetfeld nicht in die gleiche Richtung weist wie das Bezugssystem.
• Die Position des Objekts kann in einem Koordinatensystem lediglich basierend auf der Ausrichtung nachverfolgt werden. Wenn jedoch das Koordinatensystem mit einem geografischen Koordinatensystem abgeglichen werden soll, wird die Bewegungsrichtung des Objekts 2 basierend auf einer zuvor bestimmten Richtung 3 des Objekts 2 und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts 2 bestimmt. Die zuvor bestimmte Richtung 3 kann zum Beispiel mit Hilfe eines externen Positionsbestimmungssystems 10, wie beispielsweise eines GPS-Systems, bestimmt werden.
• In 6 ist eine schematische Ansicht eines Satellitensystems und eines Systems gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es ist eine schematische Ansicht eines Satelliten 10 gezeigt, der zum Beispiel ein GPS-Satellit sein kann. Ein System 1 ist gemäß der Erfindung mit sowohl einem Magnetometer 12 als auch mit Beschleunigungssensoren 13 ausgestattet. Das System 1 kann zum Beispiel das System sein, das in Verbindung mit 1 beschrieben wurde.
• Eine primäre Positionsangabe des Systems 1 wird basierend auf Signalen 14 bestimmt, die vom externen Positionsbestimmungssystem 10 empfangen werden. Aus diesen Signalen 14 kann auch eine erste Bewegungsrichtung der Person bestimmt werden.
• Die geomagnetische Ausrichtung des Systems 1 kann basierend auf den Signalen des Beschleunigungssensors 13 durch Integrieren der gemessenen Beschleunigungsdaten über einer ausgewählte Zeitspanne berechnet werden, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts 2 im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, und durch Messen eines externen Magnetfelds des sich zyklisch bewegenden Teils an einer charakteristischen Position, um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu bestimmen. Wenn die Bewegung rhythmisch oder zyklisch ist, was fast immer der Fall ist, wenn eine Person das Gerät trägt, kann jede weitere Richtung der Person aus der geomagnetischen Ausrichtung des Systems 1 erzielt werden.
• Dann können Geschwindigkeitsdaten errechnet werden, zum Beispiel basierend auf den gleichen oder unterschiedlichen Signalen des Beschleunigungssensors 13 oder eines anderen Geschwindigkeitssensors, Radsensors, Tachometers, Laufrades oder einer Staudrucksonde, und eine sekundäre Positionsangabe des Systems kann basierend auf einer bekannten vorherigen Position, Richtungsdaten, Geschwindigkeitsdaten und einer Zeitsteuerungsfunktion erzielt werden. Die sekundäre Positionsangabe kann dann statt der primären Positionsangabe verwendet werden, um die Position des Systems 1 zu bestimmen, wenn die Güte oder Verfügbarkeit des Satellitensignals unter einen festgelegten Grenzwert fällt.
• In 7 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Bestimmung der Außenraumposition dargestellt. Eine Person 2, die ein System 1 gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung trägt, läuft oder geht in einem Berggebiet M1, M2 entlang eines Weges (Track T). Wegen der Berge M1 und M2 weisen die Satellitenpositionsbestimmungssignale entlang des Tracks T Schattenbereiche S1 und S2 auf, in denen die Satellitensignale schwach oder nicht vorhanden sind. Entlang des Tracks T ist gelegentlich eine Satellitensignalabdeckung bereitgestellt, wie durch die Strahlungsmuster C1, C2, C3 dargestellt.
• Am Punkt P1 verliert das System 1 den Kontakt mit dem Satellitennavigationssystem, wenn es in den Schattenbereich S1 eintritt. S1 ist dann die letzte bekannte „gute“ Position, d. h. eine primäre Positionsangabe, die auf dem Satellitennavigationssystem basiert. Die Richtung und Geschwindigkeit des Benutzers 2 in dem Schattenbereich S1 wird durch die Verarbeitungseinheit in dem System bestimmt, indem sie basierend auf Signalen C1 vom Satellitensystem eine primäre Positionsangabe errechnet, um die Position des Benutzers am Punkt P1 zu bestimmen.
• Zwischen den Punkten P1 und P2 zeichnet die Verarbeitungseinheit von System 1 Bewegungsdaten des Benutzers mit Hilfe von Sensorsignalen von dem/den Beschleunigungsmesser(n) in dem System auf und berechnet die Bewegungsrichtung des Benutzers 2 basierend auf den Sensorsignalen, wie es zum Beispiel in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Die Verarbeitungseinheit zeichnet Richtungsdaten des Benutzers 2 in einer Speichereinheit auf, um die gegenwärtige Richtung des Benutzers 2 zu bestimmen. Sie errechnet außerdem die Geschwindigkeit des Benutzers 2 in jede Richtung. Die Richtungs- und Geschwindigkeitsdaten werden in der Speichereinheit gespeichert, um sekundäre Positionsangaben des Benutzers entlang Track T nachzuverfolgen und zu speichern, die als eine Entfernung von der letzten bekannten Position an P1 errechnet wurden. Das System 1 kann dann an Punkt P2 basierend auf der sekundären Positionsangabe an diesem Punkt die zweite Position des Benutzers 2 anbieten. Zwischen den Punkten P2 und P3 ist wieder eine Satellitenabdeckung C2 bereitgestellt und die Position des Benutzers 2 wird an Punkt P2 basierend auf Signalen C2 vom Satellitensystem mit einer neuen primären Positionsangabe aktualisiert. Wenn der Benutzer 2 an Punkt P3 in den Schattenbereich S2 eintritt, beginnt der gleiche Vorgang wie im Schattenbereich S1. Am Punkt P4 steht basierend auf Signalen C3 vom Satellitensystem wieder eine primäre Positionsangabe zur Verfügung.
• Für einen Läufer im Geländelauf kann zusätzlich zu einer Richtung in einer horizontalen Ebene auch die vertikale z-Richtung des Läufers aufgezeichnet werden, d. h. die Änderung der Höhe. Das Aufzeichnen der vertikalen z-Richtung kann mit Hilfe von Höhendaten ausgeführt werden, die aus Luftdruckdaten berechnet werden, die zum Beispiel mittels eines Luftdrucksensors gemessen werden. Das Abbilden dieser Informationen auf einer topografischen Karte im Verhältnis zur Zeit gibt Informationen der Geschwindigkeit am Boden und der Position des Läufers.
• In 8 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für eine Bestimmung einer Außenraumposition dargestellt. Eine Person 2, die ein System 1 gemäß zumindest bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung trägt, schickt sich an, in einem urbanen Gebiet zwischen verschiedenen Gebäuden entlang eines Tracks T zu laufen oder zu gehen. Wegen der Gebäude weisen die Satellitenpositionsbestimmungssignale entlang des Tracks T Schattenbereiche S1 und S2 auf, in denen die Satellitensignale schwach, nicht vorhanden oder nicht eindeutig sind. Entlang des Tracks T wird gelegentlich eine Satellitensignalabdeckung bereitgestellt, wie durch die Strahlungsmuster C1, C2, C3, C4 dargestellt.
• Am Punkt P1 verliert das System 1 den Kontakt mit dem Satellitennavigationssystem, wenn es in den Schattenbereich S1 eintritt. S1 ist dann die letzte bekannte „gute“ Position, d. h. eine primäre Positionsangabe, die auf dem Satellitennavigationssystem basiert. Die Richtung und Geschwindigkeit des Benutzers 2 in dem Schattenbereich S1 wird durch die Verarbeitungseinheit in dem System bestimmt, indem sie basierend auf Signalen C1 vom Satellitensystem eine primäre Positionsangabe errechnet, um die Position des Benutzers am Punkt P1 zu bestimmen.
• Zwischen den Punkten P1 und P2 zeichnet die Verarbeitungseinheit von System 1 Bewegungsdaten des Benutzers mit Hilfe von Sensorsignalen von dem/den Beschleunigungsmesser(n) in dem System auf und errechnet die Bewegungsrichtung des Benutzers 2 basierend auf den Sensorsignalen, wie es zum Beispiel in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Die Verarbeitungseinheit zeichnet Richtungsdaten des Benutzers in einer Speichereinheit auf, um die gegenwärtige Richtung des Benutzers 2 zu bestimmen. Sie errechnet außerdem die Geschwindigkeit des Benutzers 2 in jede Richtung und bestimmt die Zeit, die sich die Person in eine Richtung bewegt hat. Die Richtungs- und Geschwindigkeitsdaten werden in der Speichereinheit gespeichert, um sekundäre Positionsangaben des Benutzers entlang Track T nachzuverfolgen und zu speichern, die als eine Entfernung von der letzten bekannten Position an P1 errechnet wurden. Das System 1 kann dann an Punkt P2 basierend auf der sekundären Positionsangabe an diesem Punkt die zweite Position des Benutzers 2 anbieten. Zwischen den Punkten P2 und P3 ist wieder eine Satellitenabdeckung C2 bereitgestellt und die Position des Benutzers 2 wird an P2 basierend auf Signalen C2 vom Satellitensystem mit einer neuen primären Positionsangabe aktualisiert.
• Wenn der Benutzer 2 an Punkt P3 in den Schattenbereich S2 eintritt, wird das Satellitensignal C3 durch das Gebäude H2 reflektiert und somit ist die Position der Person nicht eindeutig. Die Verarbeitungseinheit des Systems 1 zeichnet Bewegungsdaten des Benutzers mit Hilfe von Sensorsignalen von dem/den Beschleunigungsmesser(n) in dem System auf und berechnet die Bewegungsrichtung des Benutzers 2 basierend auf den Sensorsignalen, wie es zum Beispiel in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Die Verarbeitungseinheit zeichnet Richtungsdaten des Benutzers 2 in einer Speichereinheit auf, um die gegenwärtige Richtung des Benutzers 2 zu bestimmen. Sie errechnet außerdem die Geschwindigkeit des Benutzers 2 in jede Richtung und bestimmt die Zeit, die sich die Person in eine Richtung bewegt hat. Die Richtungs- und Geschwindigkeitsdaten werden in der Speichereinheit gespeichert, um sekundäre Positionsangaben des Benutzers entlang Track T nachzuverfolgen und zu speichern, die als eine Entfernung von der letzten bekannten Position an P3 berechnet errechnet wurden. Am Punkt P4 steht basierend auf Signalen C4 vom Satellitensystem wieder eine primäre Positionsangabe zur Verfügung.
• Eine primäre Positionsangabe kann vom externen Positionsbestimmungssystem innerhalb spezifischer Zeitintervalle bestimmt werden, zum Beispiel aller 30 Sekunden oder jede Minute. Die Güte des Signals des externen Positionsbestimmungssystems kann ebenfalls innerhalb eines spezifischen Zeitintervalls bestimmt werden. Das Zeitintervall zum Bestimmen einer primären Positionsangabe und das Zeitintervall zum Bestimmen der Güte des Signals des externen Positionsbestimmungssystems können unterschiedlich oder identisch sein. Die Güte des Signals des externen Positionsbestimmungssystems kann zum Beispiel basierend auf der Signalstärke und/oder -verfügbarkeit bestimmt werden. Wenn die Signalstärke unter einem spezifischen Grenzwert liegt oder gar kein Signal vom externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden kann, kann die sekundäre Positionsangabe des Benutzers 2 berechnet werden. Die Berechnung der sekundären Positionsangabe kann auch dauerhaft erfolgen. Die nachverfolgte sekundäre Positionsangabe kann auch auf dem Display des Systems 1 angezeigt werden, zum Beispiel in Verbindung mit einer Karte.
• In 9 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Bestimmung einer Innenraumposition dargestellt. Eine Person 2, die ein System 1 gemäß zumindest bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung trägt, schickt sich an, entlang eines Tracks T durch einen Tunnel oder ein Tunnelsystem zu laufen oder zu gehen. Ter Tunnel weist einen Eingang Entr und zwei separate Ausgänge E1, E2 auf. Entlang des Tracks T wird gelegentlich eine Satellitensignalabdeckung bereitgestellt, wie durch die Strahlungsmuster C1, C2 dargestellt. Wegen des Tunnels sind die Satellitenpositionsbestimmungssignale zwischen dem Eingang Entr des Tunnels an Punkt P1 und dem Ausgang E1 des Tunnels an Punkt P2 nicht zu empfangen.
• Die Richtung und die Geschwindigkeit des Benutzers 2 in dem Tunnel wird durch die Verarbeitungseinheit in dem System bestimmt, indem sie basierend auf Signalen C1 vom Satellitensystem eine primäre Positionsangabe errechnet, um die Position des Benutzers an Punkt P1 zu bestimmen.
• Zwischen den Punkten P1 und P2 zeichnet die Verarbeitungseinheit von System 21 Bewegungsdaten des Benutzers mit Hilfe von Sensorsignalen von dem/den Beschleunigungsmesser(n) in dem System auf und berechnet die Bewegungsrichtung des Benutzers basierend auf den Sensorsignalen, wie es zum Beispiel in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Die Verarbeitungseinheit zeichnet Richtungsdaten des Benutzers 2 in einer Speichereinheit auf, um die gegenwärtige Richtung des Benutzers 2 zu bestimmen. Sie errechnet außerdem die Geschwindigkeit des Benutzers 2 in jede Richtung und bestimmt die Zeit, die sich die Person in eine Richtung bewegt hat. Die Richtungs- und Geschwindigkeitsdaten werden in der Speichereinheit gespeichert, um sekundäre Positionsangaben des Benutzers 2 entlang Track T nachzuverfolgen und zu speichern, die als eine Entfernung von der letzten bekannten Position an P1 errechnet wurden. Das System 1 kann dann an Punkt P2 basierend auf der sekundären Positionsangabe an diesem Punkt die zweite Position des Benutzers 2 anbieten. Am Punkt P2 wird wieder eine Satellitenabdeckung C2 bereitgestellt und die Position des Benutzers 2 wird an P2 basierend auf Signalen C2 vom Satellitensystem mit einer neuen primären Positionsangabe aktualisiert. Somit ist es möglich, die Position der Person in einem Tunnel oder Tunnelsystem zu berechnen und/oder zu überwachen. Insbesondere ist es möglich zu berechnen und/oder zu überwachen, in welchem Teil des Tunnels oder Tunnelsystems sich die Person 2 befindet oder befunden hat.
• Da zwischen den Punkten P1 und P2 entlang des Tracks T kein Satellitensignal zur Verfügung steht, kann die sekundäre Positionsangabe der P2 zum Beispiel basierend auf der primären Positionsangabe, den Richtungsdaten und den Geschwindigkeitsdaten innerhalb spezifischer Zeitintervalle bestimmt werden. Ein Zeitintervall kann zum Beispiel 1 Sekunde, 5 Sekunden oder 10 Sekunden betragen. Anders ausgedrückt kann, solange zwischen den Punkten P1 und P2 kein Satellitensignal zur Verfügung steht, das Berechnen und/oder Überwachen der sekundären Positionsangabe zum Beispiel jede Sekunde stattfinden. Dementsprechend können gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Daten der sekundären Positionsangabe, Geschwindigkeitsdaten und Richtungsdaten jede Sekunde in den Speicher eines Systems gespeichert werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Daten der sekundären Positionsangabe, Geschwindigkeitsdaten und Richtungsdaten zusätzlich dazu oder stattdessen über eine drahtlose Verbindung zu einer Serverinfrastruktur oder einem anderen Rechengerät übertragen werden. Natürlich können die Daten auch zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen werden.
• Zumindest eines der Daten der sekundären Positionsangabe, der Geschwindigkeitsdaten und der Richtungsdaten können gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf einem Display des Systems sichtbar gemacht werden. Insbesondere die Daten der sekundären Positionsangabe können auf einer Karte auf dem Display des Systems gezeigt werden. Die Daten der sekundären Positionsangabe können in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt sichtbar gemacht werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen können die Daten der nachverfolgten sekundären Positionsangabe auf einer Karte auf einem Display eines anderen Geräts in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt gezeigt werden. Gemäß bestimmten anderen Ausführungsformen können die Daten der nachverfolgten sekundären Positionsangabe in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt auf einer Karte gezeigt werden, auf die über das Internet zugegriffen werden kann. Des Weiteren können Daten, die aus mindestens einem der Daten der sekundären Positionsangabe, der Geschwindigkeitsdaten und der Richtungsdaten abgeleitet werden können, auf dem Display des Systems gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, auf einem anderen Gerät oder im Internet sichtbar gemacht werden. Natürlich können auch Daten, die von den Daten der primären Angabe erzielt oder abgeleitet werden können, auf dem Display des Systems gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, auf einem anderen Gerät oder im Internet sichtbar gemacht werden.
• Des Weiteren können die zwei externen Positionsbestimmungssignale an den Punkten P1 und P2 verwendet werden, um zumindest eines von der Bewegungsrichtung, der Berechnung der sekundären Positionsangabe und den Sensoren des Systems 1 zu kalibrieren. Im Allgemeinen können beliebige zwei oder mehr externe Positionsbestimmungssignale zur Kalibrierung verwendet werden. Die Kalibrierung kann dauerhaft stattfinden, d. h. zum Beispiel auch wenn das externe Positionsbestimmungssignal zur Verfügung steht, oder innerhalb spezifischer Zeitintervalle. Eine dauerhafte Kalibrierung der Berechnung der sekundären Positionsangabe zwischen zwei verschiedenen externen Positionsbestimmungssignalen ist von Vorteil, weil in dem Fall, dass kein externes Positionsbestimmungssignal zur Verfügung steht oder die Güte des Signals nicht ausreicht, ein gut kalibriertes System bereitgestellt wird. Die Kalibrierung kann personenbezogen sein. Zum Beispiel kann eine Person ein System 1 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Form einer Armbanduhr tragen. Andere Personen können ihre Arme beim Gehen oder Laufen anders bewegen und somit können durch die Beschleunigungssensoren andere Beschleunigungen gemessen werden, auch wenn die Personen mit gleicher Geschwindigkeit gehen oder laufen. Jedes System 1 kann dadurch, dass andere Beschleunigungen stattfinden, anders kalibriert sein. Anders ausgedrückt kann die Kalibrierung des Systems 1 personenbezogen sein, insbesondere durch dauerhaftes Kalibrieren der Berechnung der sekundären Positionsangabe.
• Beim Beispiel des Tunnels von 9 sollte die berechnete sekundäre Positionsangabe an Punkt P2 mit der neuen primären Positionsangabe identisch sein, die an Punkt P2 vom externen Positionsbestimmungssystem empfangen wird. Jede Abweichung zwischen der sekundären Positionsangabe und der neuen primären Positionsangabe kann verwendet werden, um mehrere Parameter zu kalibrieren. Unabhängige Parameter können zum Beispiel Geschwindigkeit und Richtung sein. Es kann ein mathematischer Optimierungsalgorithmus verwendet werden, um die mehreren Parameter zu kalibrieren. Zum Beispiel kann das Verfahren der kleinsten Quadrate oder das Simplexverfahren verwendet werden. Die mathematischen Verfahrensweisen können verwendet werden, um die am besten passende Kurve für eine gegebene Gruppe von Punkten zu finden, indem zum Beispiel die Summe der Quadrate von Versätzen der Punkte zur Kurve minimiert wird. Wenn eine derartige sogenannte Passung kleinster Quadrate angewendet wird, wird statt der absoluten Werte die Summe der Versatzquadrate verwendet. Das Verfahren der kleinsten Quadrate findet ihr Optimum, wenn die Summe der quadrierten Versatze minimal ist. Somit können Auswirkungen verschiedener Fehlerquellen ausgeglichen werden, um die beste Passung für die Position der Person bereitzustellen.
• In 10 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für eine Bestimmung einer Innenraumposition dargestellt. Eine Person 2, die ein System 1 gemäß zumindest bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung trägt, schickt sich an, entlang eines Tracks T innerhalb eines Gebäudes H1, zum Beispiel eines Sportstadions, zu laufen oder zu gehen. Das Gebäude H1 weist einen Eingang Entr und einen Ausgang E1 auf. Zwischen dem Eingang Entr des Gebäudes H am Punkt P1 und dem Ausgang E1 des Gebäudes H1 sind keine Satellitenpositionsbestimmungssignale zu empfangen.
• Die Position, Richtung und Geschwindigkeit des Benutzers 2 innerhalb des Gebäudes H1 werden durch die Verarbeitungseinheit in dem System bestimmt, indem sie basierend auf Signalen C1 vom Satellitensystem eine primäre Positionsangabe bestimmt, um die Position des Benutzers an Punkt P1 zu bestimmen, wenn dieser das Gebäude H1 betritt.
• Zwischen den Punkten P1 und P2 zeichnet die Verarbeitungseinheit von System 21 Bewegungsdaten des Benutzers mit Hilfe von Sensorsignalen von dem/den Beschleunigungsmesser(n) in dem System auf und berechnet die Bewegungsrichtung des Benutzers 2 basierend auf den Sensorsignalen, wie es zum Beispiel in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Die Verarbeitungseinheit zeichnet Richtungsdaten des Benutzers 2 in einer Speichereinheit auf, um die gegenwärtige Richtung des Benutzers 2 zu bestimmen. Sie errechnet außerdem die Geschwindigkeit des Benutzers 2 in jede Richtung und bestimmt die Zeit, die sich die Person 2 in eine Richtung bewegt hat. Die Richtungs- und Geschwindigkeitsdaten werden in der Speichereinheit gespeichert, um sekundäre Positionsangaben des Benutzers entlang Track T nachzuverfolgen und zu speichern.
• Innerhalb des Gebäudes H1 kann die Person 2 zum Beispiel eine spezifische Entfernung über eine 400-m-Strecke laufen oder gehen. Die Position, die Geschwindigkeit und die Richtung des Benutzers 2 sowie die zurückgelegte Entfernung innerhalb des Gebäudes H1 können mittels des Systems 1 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung errechnet und/oder überwacht werden. Insbesondere können auch Veränderungen in der Geschwindigkeit und der Richtung des Benutzers berechnet und/oder überwacht werden. Anders ausgedrückt ist das System 1 dafür konfiguriert, jede Position zwischen den Punkten P1 und P2 zu berechnen. Außerdem beinhaltet die Berechnung insbesondere Veränderungen der Richtung einer sich bewegenden Person 2. Bei dem Beispiel von 10 bewegt sich die Person 2 entlang einer halben Runde der 400-m-Strecke hin zu Punkt P2, dann bewegt sie sich entlang einer halben Runde der 400-m-Strecke hin zu Punkt P1 und danach wieder entlang einer halben Runde der 400-m-Strecke hin zu Punkt P2. Derartige Veränderungen in der Richtung können durch das System mit Hilfe der bereitgestellten Magnetometerdaten berechnet werden. Somit kann durch das System 1 zwischen den Punkten P1 und P2, wo kein externes Positionsbestimmungssignal zur Verfügung steht oder die Güte nicht ausreicht, jede Bewegungsbahn der Person 2 berechnet und/oder überwacht werden.
• Wenn der Benutzer 2 das Gebäude H1 an Punkt P2 über den Ausgang E1 verlässt, kann das System 1 dann basierend auf der sekundären Positionsangabe an Punkt P2 seine zweite Position an diesem Punkt anbieten. An Punkt P2 wird die Satellitenabdeckung wieder bereitgestellt und die Position des Benutzers wird basierend auf Signalen C2 vom Satellitensystem an Punkt P2 mit einer neuen primären Positionsangabe aktualisiert. Somit ist es möglich die Position, Geschwindigkeit und Richtung der Person 2 in dem Gebäude H1 zwischen den Punkten P1 und P2 zu berechnen und/oder zu überwachen.
• In 11 ist ein Beispiel für ein System gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dargestellt ist ein System 600, das zum Beispiel ein Auslesesystem oder ein integriertes System umfassen kann, das Auslese- und Analysefunktionen umfasst. Im System 600 enthalten ist ein Prozessor 610, der zum Beispiel einen Ein- oder Mehrkernprozessor umfassen kann, wobei ein Einkernprozessor einen Verarbeitungskern umfasst und ein Mehrkernprozessor mehr als einen Verarbeitungskern umfasst. Der Prozessor 610 kann mehr als einen Prozessor umfassen. Ein Verarbeitungskern kann zum Beispiel einen Cortex-A8-Verarbeitungskern umfassen, der von der ARM Holdings hergestellt wird, oder einen Steamroller-Verarbeitungskern, der von der Advanced Micro Devices Corporation hergestellt wird. Der Prozessor 610 kann mindestens einen Qualcomm Snapdragon- und/oder einen Intel Atom-Prozessor umfassen. Der Prozessor 610 kann mindestens eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) umfassen. Der Prozessor 610 kann mindestens ein FPGA, Field-Programmable Gate Array, umfassen. Der Prozessor 610 kann ein Mittel zum Ausführen von Verfahrensschritten im System 600 sein. Der Prozessor 610 kann zumindest teilweise durch Computerbefehle dafür konfiguriert sein, Aktionen auszuführen.
• Das System 600 kann einen Speicher 620 umfassen. Der Speicher 620 kann einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff und/oder einen Dauerspeicher umfassen. Der Speicher 620 kann mindestens einen RAM-Chip umfassen. Der Speicher 620 kann zum Beispiel einen Festkörper-, Magnet-, optischen und/oder holografischen Speicher umfassen. Auf den Speicher 620 kann zumindest teilweise durch den Prozessor 610 zugegriffen werden. Der Speicher 620 kann zumindest teilweise in dem Prozessor 610 enthalten sein. Der Speicher 620 kann ein Mittel zum Speichern von Informationen sein. Der Speicher 620 kann Computerbefehle umfassen, für deren Ausführung der Prozessor 610 konfiguriert ist. Wenn in dem Speicher 620 Computerbefehle gespeichert sind, die dafür konfiguriert sind, den Prozessor 610 zu veranlassen, bestimmte Aktionen auszuführen, und das System 600 insgesamt dafür konfiguriert ist, unter Anleitung des Prozessors 610 mit Hilfe der Computerbefehle vom Speicher 620 zu laufen, können der Prozessor 610 und/oder sein mindestens einer Verarbeitungskern als dafür konfiguriert betrachtet werden, die bestimmten Aktionen auszuführen. Der Speicher 620 kann zumindest teilweise außerhalb des Systems 600 liegen, aber für das System 600 zugänglich sein.
• Das System 600 kann einen Sender 630 umfassen. Das System 600 kann einen Empfänger 640 umfassen. Der Sender 630 und der Empfänger 640 können dafür konfiguriert sein, Informationen gemäß mindestens einer Kommunikationsnorm zu senden beziehungsweise zu empfangen. Der Sender 630 kann mehr als einen Sender umfassen. Der Empfänger 640 kann mehr als einen Empfänger umfassen. Der Sender 630 und/oder der Empfänger 640 können dafür konfiguriert sein, zum Beispiel gemäß den folgenden Normen zu arbeiten: GSM (Global System for Mobile communication), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), 5G, LTE (Long Term Evolution), IS-95, WLAN (Wireless Local Area Network), Ethernet und/oder WiMAX (Worldwide interoperability for microwave access). Der Empfänger 640 ist dafür konfiguriert, Signale von einem externen Positionsbestimmungssystem zu empfangen, zum Beispiel ein GPS-Satellitensignal. Das System 600 kann einen einzelnen Empfänger 640 oder mehrere verschiedene Empfänger 640 umfassen.
• Das System 600 kann eine Ausleseschaltung 650 umfassen. Das System 600 kann eine Benutzerschnittstelle (UI) 660 umfassen. Die UI 660 kann mindestens eines von einem Display, einer Tastatur, einer Taste, einem Touchscreen, einer Vibrationseinrichtung, die dafür angeordnet ist, einem Benutzer ein Signal zu geben, indem sie das System 600 veranlasst zu vibrieren, einem Lautsprecher und ein Mikrofon umfassen. Ein Benutzer kann in der Lage sein, das System 600 über die UI 660 zu bedienen, um zum Beispiel das Überwachen von Positionsdaten zu beginnen oder zu beenden.
• Der Prozessor 610 kann mit einem Sender versehen sein, der dafür angeordnet ist, Informationen vom Prozessor 610 über elektrische Leitungen in dem System 600 an andere in dem System 600 enthaltene Systeme auszugeben. Ein derartiger Sender kann einen Sender mit seriellem Bus umfassen, der zum Beispiel dafür angeordnet ist, über mindestens eine elektrische Leitung Informationen an den Speicher 620 auszugeben, um diese darin zu speichern. Alternativ zum seriellen Bus kann der Sender einen Sender mit parallelem Bus umfassen. Ebenso kann der Prozessor 610 einen Empfänger umfassen, der dafür angeordnet ist, über elektrische Leitungen in dem System 600 Informationen von anderen im System 600 enthaltenen Systemen im Prozessor 610 zu empfangen. Ein derartiger Empfänger kann einen Empfänger mit seriellem Bus umfassen, der zum Beispiel dafür angeordnet ist, über mindestens eine elektrische Leitung Informationen vom Empfänger 640 zu empfangen, die im Prozessor 610 zu verarbeiten sind. Alternativ zu einem seriellen Bus kann der Empfänger einen Empfänger mit parallelem Bus umfassen.
• Der Prozessor 610, der Speicher 620, der Sender 630, der Empfänger 640, die Ausleseschaltung 650 und/oder die UI 660 können durch elektrische Leitungen in dem System 600 auf eine Vielzahl verschiedener Weisen miteinander verbunden sein. Jedes der zuvor genannten Systeme kann zum Beispiel separat mit einem Master-Bus im System 600 verbunden sein, um es den Systemen zu gestatten, Informationen auszutauschen. Wie Fachleute jedoch erkennen werden, ist dies lediglich ein Beispiel und je nach der Ausführungsform können verschiedene Weisen ausgewählt werden, mindestens zwei der genannten Systeme miteinander zu verbinden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Gemäß einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das System 600 ferner einen X-, Y-, Z-Beschleunigungsmesser und einen X-, Y-, Z-Magnetometer. Ein Luftdrucksensor kann ein zusätzliches optionales Merkmal sein. D. h., das System 600 umfasst Geräte zum Messen der Beschleunigung in drei Dimensionen, zum Messen der Richtung in drei Dimensionen sowie zum Messen des Luftdrucks. Aus den gemessenen Daten können in Verbindung mit der primären Positionsangabe eine Richtung, eine Geschwindigkeit und eine Position eines Benutzers abgeleitet werden. Das System ist ferner dafür konfiguriert, durch eine Zeitsteuerfunktion die Zeit aufzuzeichnen, die sich ein Objekt in eine Richtung bewegt hat.
• Gemäß einer weiteren bestimmten Ausführungsform beinhaltet das System 600 ferner einen X-, Y-, Z-Beschleunigungsmesser, ein X-, Y-, Z-Gyroskop und einen X-, Y-, Z- Magnetometer sowie einen Luftdrucksensor. Das Gyroskop kann zum System hinzugefügt werden, um die Wirkung magnetischer Störungen und Situationen abzumildern, in denen die zyklische Bewegung gestört ist, wenn zum Beispiel eine Person mit den Händen winkt. Wenn die Ausrichtung zu Beginn bekannt ist, kann das Integrieren von Gyroskopdaten theoretisch die Ausrichtung zu jedem späteren Zeitpunkt angeben. Wegen der Sensorfehler müssen Gyrospokmesswerte mit anderen Sensormesswerten fusioniert werden. Das Gyroskop fügt Extrafehlerquellen zum System hinzu. Gyroskopfehler können mit Hilfe des Verhaltens der Daten geschätzt werden. Die Integration des Gyroskopsignals über ausgewählte aufeinanderfolgende Zyklen sollte, unter der Annahme, dass sich die Bewegungsrichtung nicht verändert hat, null betragen. Somit kann die Bewegungsrichtung auch mit Hilfe der Gyroskopdaten zusätzlich zu den Beschleunigungsmesser- und Magnetometerdaten bestimmt werden. Darüber hinaus ermöglicht das Gyroskop das Definieren eines Zyklus auf eine andere Weise. Wenn ein Zyklus aus Höchstwerten im Beschleunigungsmessersignal geschätzt wird, besteht eine gewisse Latenz, da der Höchstwert nicht sofort akzeptiert wird. Nulldurchgänge des Gyroskopsignals können jedoch verwendet werden, um den Zyklus so zu schätzen, dass die Erkennung ohne Latenz erfolgt. Dies bedeutet, dass es nicht notwendig ist, die Gyroskopdaten für die Integration zwischenzuspeichern. Im Fall eines Armbandgeräts ist es dienlich, die Zyklen aus Nulldurchgängen der Funktion $$f={\omega }_y-{\omega }_z.$$

  

  zu berechnen, wobei w_i Gyroskopmesswerte sind und angenommen wird, dass die X-Richtung zur Bewegungsrichtung weist.
• Das System 600 kann gemäß einigen Ausführungsformen zum Beispiel ein Smartphone oder ein Tablet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das System ein Armbandcomputer sein. Die oben genannten Geräte können alle in einer einzigen Vorrichtung oder getrennt voneinander in verschiedenen Geräten eines Systems enthalten sein. In einem Armbandcomputer können zum Beispiel ein Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, ein Magnetometer, ein Luftdrucksensor und ein Empfänger, der dafür konfiguriert ist, ein Signal von einem externen Positionsbestimmungssystem zu empfangen, enthalten sein. Gemäß einer weiteren bestimmten Ausführungsform können in einem Armbandcomputer ein Beschleunigungsmesser, ein Magnetometer und ein Luftdrucksensor enthalten sein. Der Empfänger, der dafür konfiguriert ist, ein Signal von einem externen Positionsbestimmungssystem zu empfangen, und der Prozessor 610 können in einem separaten Rechengerät enthalten sein. Der Armbandcomputer und das Rechengerät sind dann dafür konfiguriert, Daten über ein PAN (Personal Area Network) zu senden und zu empfangen. Anders ausgedrückt können durch den Armbandcomputer Beschleunigungs-, Richtungs- und Druckdaten gemessen und an das Rechengerät gesendet werden. Zusätzlich kann das externe Positionsbestimmungssignal durch das Rechengerät empfangen werden. Die auf den Signalen vom Beschleunigungsmesser basierende Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts in der Richtung kann dann durch das Rechengerät errechnet werden und die sekundäre Positionsangabe des Objekts kann durch das Rechengerät bestimmt werden. Letztlich kann dann das nachverfolgte sekundäre Positionsbestimmungssignal durch das Rechengerät angezeigt werden.
• Das System 600 kann ein weiteres Gerät umfassen, das in 11 nicht dargestellt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist mindestens eines der oben beschriebenen Geräte nicht im System 600 vorhanden.
• Es versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen der Erfindung nicht auf bestimmte Strukturen, Prozessschritte oder Materialien beschränkt sind, die hier offenbart sind, sondern sich auf ihre Äquivalente erstrecken, wie Durchschnittsfachleute der entsprechenden Gebiete erkennen werden. Es versteht sich außerdem, dass die im Vorliegenden verwendete Terminologie lediglich zum Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen verwendet wird und nicht einschränkend sein soll.
• Der in dieser Beschreibung vorgenommene durchgehende Bezug auf eine Ausführungsform bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Das Auftreten der Formulierung „bei einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in der gesamten Beschreibung bezieht sich also nicht notwendigerweise stets auf die gleiche Ausführungsform. Wird mit Hilfe eines Ausdrucks wie beispielsweise etwa oder im Wesentlichen auf einen numerischen Wert Bezug genommen, ist der genaue numerische Wert ebenfalls offenbart.
• Wenn im Vorliegenden verwendet, können mehrere Objekte, strukturelle Elemente, kompositorische Elemente und/oder Materialen der Zweckdienlichkeit halber in einer gemeinsamen Liste dargestellt sein. Diese Listen sollten jedoch so ausgelegt werden, als sei jedes Element der Liste einzeln als ein separates und einzigartiges Element benannt worden. Folglich soll ohne Angaben von Gegenteiligem kein individuelles Element einer derartigen Liste einzig basierend auf dessen Darstellung in einer gemeinsamen Gruppe als tatsächliches Äquivalent eines anderen Elements der gleichen Liste ausgelegt werden. Des Weiteren können im Vorliegenden verschiedene Ausführungsformen und Beispiele für die vorliegende Erfindung zusammen mit Alternativen für deren verschiedene Komponenten davon genannt sein. Es versteht sich, dass derartige Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen nicht als tatsächliche Äquivalente voneinander auszulegen sind, sondern als separate und autonome Darstellungen der vorliegenden Erfindung zu betrachten sind.
• Darüber hinaus können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in jeder geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details bereitgestellt, wie etwa Beispiele für Längen, Breiten, Formen usw., um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung bereitzustellen. Fachleute auf dem entsprechenden Gebiet werden jedoch erkennen, dass die Erfindung ohne eines oder mehrere der spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden kann oder mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien usw. In anderen Fällen sind allgemein bekannte Strukturen, Materialien oder Vorgänge nicht gezeigt oder ausführlich beschrieben, um zu vermeiden, dass Aspekte der Erfindung unklar werden.
• Obwohl die vorstehenden Beispiele die Prinzipien der vorliegenden Erfindung in einer oder mehreren bestimmten Anwendungen veranschaulichen, wird sich Durchschnittsfachleuten erschließen, dass zahlreiche Modifizierungen an Form, Verwendungsmöglichkeit und Details der Umsetzung vorgenommen werden können, ohne erfinderische Fähigkeiten einzusetzen und ohne von den Prinzipien und Konzepten der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist es, außer durch die nachstehenden Ansprüche, nicht beabsichtigt, die Erfindung einzuschränken.
• Die Verben „umfassen“ und „beinhalten“ werden in diesem Dokument als offene Einschränkungen verwendet, welche das Vorhandensein auch von nicht angeführten Merkmalen weder ausschließen noch erfordern. Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Merkmale sind untereinander frei kombinierbar, sofern nicht ausdrücklich anderes angegeben ist. Darüber hinaus versteht es sich, dass die Verwendung von „ein“, „eine“ usw., das heißt einer Singularform, im gesamten vorliegenden Dokument eine Mehrzahl nicht ausschließt.
• INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
• Zumindest einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden industrielle Anwendung beim Bestimmen einer Bewegungsrichtung eines Objekts.
• LISTE DER ABKÜRZUNGEN

GPS

Global Positioning System (Globales Positionsbestimmungssystem)

GSM

global system for mobile communication (globales System für Mobilkommunikation)

LTE

Long Term Evolution

UI

User Interfache (Benutzerschnittstelle)

WCDMA

Wideband Code Division Multiple Access

WiMAX

Worldwide Interoperability for Microwave Access

WLAN

Wireless Local Area Network

• Bezugszeichenliste

1

System

2

Objekt

3

erste Richtung

4

zweite Richtung

5

dritte Richtung

6

zyklische Bewegung

10

Satellit

12

Magnetometer

13

Beschleunigungsmesser

14

Signal

600

System

610

Prozessor

620

Speicher

630

Sender

640

Empfänger

650

Ausleseschaltung

660

Benutzerschnittstelle

C1

Satellitensignal

C2

Satellitensignal

C3

Satellitensignal

C4

Satellitensignal

E1

erster Ausgang

E2

zweiter Ausgang

Entr

Eingang

H1

Gebäude

H2

Gebäude

M1

Berg

M2

Berg

P1

erster Punkt

P2

zweiter Punkt

P3

dritter Punkt

P4

vierter Punkt

T

Track

• LISTE DER ANFÜHRUNGEN
• Patentliteratur
• GB 2497153
• 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
• GB 2497153 [0008, 0095]

Claims (42)

1. Verfahren zum Bestimmen einer Bewegungsrichtung eines Objekts (2), wobei das Verfahren folgendes umfasst: - Bestimmen einer zyklischen Bewegung eines sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) durch Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten des sich zyklisch bewegenden Teils über mehrere Zyklen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers (13) oder Trägheitssensors, der an dem sich zyklisch bewegenden Teil angebracht ist, - Integrieren der Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, - Messen eines externen Magnetfelds des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) mit Hilfe eines Magnetometers (12), um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu bestimmen, - Bestimmen der Bewegungsrichtung (3, 4, 5) des Objekts (2) basierend auf der Neigung und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die charakteristische Position des sich zyklisch bewegenden Teils in aufeinanderfolgenden Zyklen bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das externe Magnetfeld des sich zyklisch bewegenden Teils an der charakteristischen Position gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bewegungsrichtung (3, 4, 5) des Objekts basierend auf einer zuvor bestimmten Richtung des Objekts (2) und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bewegungsrichtung (3, 4, 5) des Objekts basierend auf einer zuvor bestimmten Richtung des Objekts (2) und einer gemessenen geomagnetischen Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zuvor bestimmte Richtung des sich bewegenden Objekts basierend auf Signalen bestimmt wird, die von einem externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die zuvor bestimmte Richtung des sich bewegenden Objekts basierend auf GPS-Signalen bestimmt wird, die zu zwei separaten Zeitpunkten gemessen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei - eine erste Richtung (3) eines sich bewegenden ersten Teils des Objekts (2) basierend auf Signalen bestimmt wird, die von einem externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden, - Beschleunigungsdaten eines zweiten Teils des Objekts (2) mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers (13) oder Trägheitssensors, der am zweiten Teil des Objekts (2) angebracht ist, über mehrere Zyklen aufgezeichnet werden, wobei sich der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil des Objekts (2) zyklisch bewegt, - wobei die Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus integriert werden, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zur horizontalen Ebene zu bestimmen, - eine charakteristische Position des sich zyklisch bewegenden zweiten Teils des Objekts (2) in aufeinanderfolgenden Zyklen bestimmt wird, - eine geomagnetische erste Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts (2) mit Hilfe eines Magnetometers an der charakteristischen Position gemessen wird, - eine zweite Richtung (4) der Bewegung des ersten Teils des Objekts (2) durch Messen einer geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts (2) an der charakteristischen Position mit Hilfe eines Magnetometers (12) gemessen wird und wobei die Bestimmung auf der Neigung und der Abweichung zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts (2) basiert.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei mindestens eines von der ersten Ausrichtung, der zweiten Ausrichtung, einer Beschleunigung, einer Geschwindigkeit und einer Position des ersten Teils des sich bewegenden Objekts nachverfolgt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei mindestens eines von einem ersten Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und der ersten Richtung des ersten Teils des Objekts und einem zweiten Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts bestimmt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein dritter Winkel zwischen der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und der zweiten Richtung des ersten Teils des Objekts identisch mit dem ersten Winkel ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine Position des ersten Teils des Objekts mit der kombinierten Verwendung des externen Positionsbestimmungssystems zum Bestimmen der ersten Richtung des ersten Teils des Objekts, des Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors zum Bestimmen der Beschleunigungsdaten, des Magnetometers zum Bestimmen der ersten Ausrichtung und der zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und einer Zeitsteuerungsfunktion bestimmt wird, die verwendet wird, um die Zeit aufzuzeichnen, die sich das Objekt in eine Richtung bewegt hat.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Zeit, die sich das Objekt in eine Richtung bewegt hat, durch eine Zeitsteuerungsfunktion aufgezeichnet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Neigung des Beschleunigungsmessers (13) oder Trägheitssensors mit Hilfe der folgenden Formel bestimmt wird $${\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{\tilde{a}}}={\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{a}}+{\displaystyle \int {}_{C}f\left(\overrightarrow{g}\right)\approx \overrightarrow{0}+\overrightarrow{O}\cdot \Delta }t,$$

    

    wobei $\overrightarrow{a}$

    

    die Beschleunigung des zweiten Teils des Objekts ist, $\overrightarrow{g}$

    

    die Schwerkraft in globalen Koordinaten ist, $\overrightarrow{O}$

    

    die Neigung ist und t die Zeit ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Luftdruck mittels eines Luftdrucksensors gemessen wird und eine Höhe des Objekts basierend auf dem Luftdruck bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine Position des sich bewegenden Objekts auf einem Display eines Systems angezeigt, vom System zu einem anderen Gerät übertragen oder auf einer Karte gezeigt wird, die über das Internet zur Verfügung steht.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Position eine Innenraum- oder eine Außenraumposition ist.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Position in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt bestimmt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die charakteristische Position jedes Zyklus bei einem maximalen oder minimalen Beschleunigungswert liegt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei eine Spur (ein Track), die in einem ersten Koordinatensystem gebildet ist, mit einem zweiten Koordinatensystem abgeglichen wird.
21. System zum Bestimmen einer Bewegungsrichtung eines Objekts, wobei das System folgendes umfasst: - einen Empfänger zum Empfangen von Signalen von einem externen Positionsbestimmungssystem, - mindestens einen Beschleunigungsmesser oder einen Trägheitssensor, - ein Magnetometer, - mindestens eine Speichereinheit und - eine Verarbeitungseinheit, die mindestens einen Verarbeitungskern umfasst, mindestens einen Speicher, der einen Computerprogrammcode beinhaltet, wobei der mindestens eine Speicher und der Computerprogrammcode dafür konfiguriert sind, zusammen mit dem mindestens einen Verarbeitungskern das System dazu zu veranlassen, zumindest folgendes zu tun: - Bestimmen einer zyklischen Bewegung eines sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) durch Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten des sich zyklisch bewegenden Teils über mehrere Zyklen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers (13) oder Trägheitssensors, der an dem sich zyklisch bewegenden Teil angebracht ist, - Integrieren der Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, - Messen eines externen Magnetfelds des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) mit Hilfe eines Magnetometers (12), um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu bestimmen, - Bestimmen der Bewegungsrichtung (3, 4, 5) des Objekts (2), basierend auf der Neigung und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2).
22. System nach Anspruch 21, wobei das System dafür konfiguriert ist, eine charakteristische Position des sich zyklisch bewegenden Teils in aufeinanderfolgenden Zyklen zu bestimmen.
23. System nach Anspruch 22, wobei das System dafür konfiguriert ist, das externe Magnetfeld des sich zyklisch bewegenden Teils an der charakteristischen Position zu messen.
24. System nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das System dafür konfiguriert ist, die Bewegungsrichtung (3, 4, 5) des Objekts (2) basierend auf einer zuvor bestimmten Richtung des Objekts (2) und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) zu bestimmen.
25. System nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das System dafür konfiguriert ist, die Bewegungsrichtung (3, 4, 5) des Objekts (2) basierend auf der zuvor bestimmten Richtung des Objekts (2) und einer gemessenen geomagnetischen Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) zu bestimmen.
26. System nach Anspruch 24 oder 25, wobei das System dafür konfiguriert ist, die zuvor bestimmte Richtung des sich bewegenden Objekts basierend auf Signalen zu bestimmen, die von einem externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden.
27. System nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei das System dafür konfiguriert ist, die zuvor bestimmte Richtung des sich bewegenden Objekts basierend auf GPS-Signalen zu bestimmen, die zu zwei separaten Zeitpunkten gemessen werden.
28. System nach einem der Ansprüche 21 bis 27, wobei die Verarbeitungseinheit mindestens einen Verarbeitungskern umfasst, der mindestens einen Speicher umfasst, welcher Computerprogrammcode beinhaltet, wobei der mindestens eine Speicher und der Computerprogrammcode ferner dafür konfiguriert sind, zusammen mit dem mindestens einen Verarbeitungskern das System zu zumindest Folgendem zu veranlassen: - Bestimmen einer ersten Richtung eines sich bewegenden ersten Teils des Objekts, basierend auf Signalen, die vom externen Positionsbestimmungssystem empfangen werden, - Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten eines zweiten Teils des Objekts über mehrere Zyklen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors, der am zweiten Teil des Objekts angebracht ist, wobei sich der zweite Teil im Verhältnis zum ersten Teil des Objekts zyklisch bewegt, - Integrieren der Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, - Bestimmen einer charakteristischen Position in aufeinanderfolgenden Zyklen, - Messen einer geomagnetischen ersten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts an einer charakteristischen Position aufeinanderfolgender Zyklen mit Hilfe eines Magnetometers, - Messen einer geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts an der charakteristischen Position jedes Zyklus mit Hilfe des Magnetometers, - Bestimmen einer zweiten Richtung des ersten Teils des sich bewegenden Objekts basierend auf der Neigung und einer Abweichung zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts.
29. System nach Anspruch 28, wobei die Verarbeitungseinheit kontinuierlich mindestens eines von der ersten Richtung, der zweiten Richtung, einer Beschleunigung, einer Geschwindigkeit und einer Position des ersten Teils des sich bewegenden Objekts errechnet und speichert.
30. System nach Anspruch 28 oder 29, wobei das System dafür konfiguriert ist, die erste Richtung des ersten Teils des Objekts basierend auf GPS-Signalen zwischen zwei separaten Zeitpunkten zu bestimmen.
31. System nach einem der Ansprüche 28 bis 30, wobei das System dafür konfiguriert ist, mindestens eines von der ersten Richtung, der zweiten Richtung, einer Beschleunigung, einer Geschwindigkeit und einer Position des ersten Teils des sich bewegenden Objekts nachzuverfolgen.
32. System nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei das System dafür konfiguriert ist, mindestens eines von einem ersten Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und der ersten Richtung des ersten Teils des Objekts und einem zweiten Winkel zwischen der geomagnetischen ersten Ausrichtung und der geomagnetischen zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts zu bestimmen.
33. System nach einem der Ansprüche 28 bis 32, wobei das System dafür konfiguriert ist, eine Position des ersten Teils des Objekts mit der kombinierten Verwendung des externen Positionsbestimmungssystems zum Bestimmen der ersten Richtung des ersten Teils des Objekts, des Beschleunigungsmessers oder Trägheitssensors zum Bestimmen der Beschleunigungsdaten, des Magnetometers zum Bestimmen der ersten Ausrichtung und der zweiten Ausrichtung des zweiten Teils des Objekts und einer Zeitsteuerungsfunktion zu bestimmen, die verwendet wird, um die Zeit aufzuzeichnen, die sich das Objekt in eine Richtung bewegt hat.
34. System nach einem der Ansprüche 21 bis 33, wobei das System dafür konfiguriert ist, durch eine Zeitsteuerungsfunktion die Zeit aufzuzeichnen, die sich das Objekt in eine beliebige Richtung bewegt hat.
35. System nach einem der Ansprüche 21 bis 34, wobei das System dafür konfiguriert ist, die Neigung des Beschleunigungsmessers (13) oder Trägheitssensors mit Hilfe der folgenden Formel zu bestimmen $${\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{\tilde{a}}}={\displaystyle \int {}_C\overrightarrow{a}}+{\displaystyle \int {}_{C}f\left(\overrightarrow{g}\right)\approx \overrightarrow{0}+\overrightarrow{O}\cdot \Delta }t,$$

    

    wobei $\overrightarrow{a}$

    

    die Beschleunigung des zweiten Teils des Objekts ist, $\overrightarrow{g}$

    

    die Schwerkraft in globalen Koordinaten ist, $\overrightarrow{O}$

    

    die Neigung ist und t die Zeit ist.
36. System nach einem der Ansprüche 21 bis 35, wobei das System ferner einen Luftdrucksensor umfasst.
37. System nach einem der Ansprüche 21 bis 36, wobei das System dafür konfiguriert ist, eine Position des sich bewegenden Objekts auf einem Display des Systems anzuzeigen, die Position des sich bewegenden Objekts vom System zu einem anderen Gerät zu übertragen oder die Position des sich bewegenden Objekts auf einer Karte zu zeigen, die über das Internet zur Verfügung steht.
38. System nach einem der Ansprüche 21 bis 37, wobei das System dafür konfiguriert ist, eine Innenraum- oder eine Außenraumposition des sich bewegenden Objekts nachzuverfolgen.
39. System nach Anspruch 37 oder 38, wobei das System dafür konfiguriert ist, die Position in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt zu bestimmen.
40. System nach einem der Ansprüche 21 bis 39, wobei das System ferner ein Gyroskop umfasst.
41. System nach einem der Ansprüche 21 bis 40, wobei das System dafür konfiguriert ist, einen Track, der in einem ersten Koordinatensystem gebildet ist, mit einem zweiten Koordinatensystem abzugleichen.
42. Nicht-flüchtiges, computerlesbares Medium, in dem ein Satz computerlesbarer Befehle gespeichert ist, die bei Ausführung durch mindestens einen Prozessor eine Vorrichtung zu zumindest Folgendem veranlassen: - Bestimmen einer zyklischen Bewegung eines sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) durch Aufzeichnen von Beschleunigungsdaten des sich zyklisch bewegenden Teils über mehrere Zyklen mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers (13) oder Trägheitssensors, der an dem sich zyklisch bewegenden Teil angebracht ist, - Integrieren der Beschleunigungsdaten über mindestens einen Bewegungszyklus, um eine Neigung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene zu bestimmen, - Messen eines externen Magnetfelds des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) mit Hilfe eines Magnetometers (12), um eine Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2) im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu bestimmen, - Bestimmen der Bewegungsrichtung (3, 4, 5) des Objekts (2) basierend auf der Neigung und der Ausrichtung des sich zyklisch bewegenden Teils des Objekts (2).

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