DE60208267T2

DE60208267T2 - Verfahren und Anordnung zur Bewegungsbestimmung

Info

Publication number: DE60208267T2
Application number: DE60208267T
Authority: DE
Inventors: Jani Mäntyjärvi; Panu Korpipää
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP4125555B2; EP1271099A2; FI110549B; EP1271099B1; US20030109258A1; DE60208267D1; EP1271099A3; JP2003050140A; US6983219B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Lösung zur Bestimmung der Bewegung eines Geräts.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Tragbare elektronische Geräte werden für zunehmend mannigfaltigere Zwecke verwendet. Typische Beispiele dieser Geräte sind Mobiltelefone und Computer. Die Geräte führen große Mengen an Daten über den Benutzer und verschaffen dem Benutzer Zugriff auf verschiedene Informationskanäle. Bis jetzt sind der mit der Bewegung des Geräts verbundene Zustand oder Änderungen des Zustands nicht in einem größeren Maße ausgenutzt worden, obwohl sie es ermöglichen würden, den Aktivitätskontext des Benutzers zu erkennen, der von den Aktivitäten des Benutzers abhängt, die mit Arbeit oder Freizeit zusammenhängen, wie Verhandlungen, Reise- oder Freizeitaktivitäten.
Eine Methode zum Messen der Bewegung eines mobilen Geräts oder zum Bestimmen des Aktivitätskontexts des Benutzers besteht darin, einen oder mehrere Beschleunigungsmesser zum Messen der Beschleunigungen des Geräts in einer oder mehreren Richtungen zu verwenden. Beschleunigungen, die zu unterschiedlichen Dimensionen parallel sind, variieren je nach Aktivitätskontext und sind für jeden Aktivitätskontext charakteristisch. Grundsätzlich ist es folglich möglich, Aktivitätskontexte auf Grundlage der Beschleunigungs- oder Bewegungsdaten, die zu den unterschiedlichen Dimensionen parallel sind, zu identifizieren. Es ist beispielsweise möglich, zu identifizieren zu versuchen, ob der Benutzer geht, läuft, Treppen steigt usw. Ein mit diesem einhergehendes Problem ist jedoch, dass die Signale des Beschleunigungsmessers sich ändern, wenn die Position des Geräts sich ändert, und somit ist es nicht möglich, die Strukturrichtungen des Geräts zu kennen, nach denen die Beschleunigungen sich tatsächlich richten. Es ist beispielsweise nicht möglich, die Richtung der Schwerkraft in Bezug auf die Achsen, die zu den Strukturen des Geräts parallel sind, zu messen, und folglich können Messungen nicht dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob das Gerät sich in einer geraden, ungefähr richtigen Position befindet oder auf dem Kopf steht.
Ein Versuch, dieses Problem zu lösen, bestand darin, das Gerät immer in derselben Stellung zum Benutzer anzubringen. Dies löst jedoch nicht das Problem, sondern erschwert die Verwendung des Geräts. Darüber hinaus wirken sich Änderungen der Haltung des Benutzers auf die Position des Geräts aus und ändern folglich die Richtungen der Beschleunigungen, was es schwieriger macht, die Richtung der Schwerkraft in Bezug auf das Gerät zu erkennen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Anordnung, die das Verfahren implementiert, zur Bestimmung einer dynamischen Beschleunigungskomponente, die zur Schwerkraft parallel und von der Position eines Geräts unabhängig ist, bereitzustellen. Dies wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Bewegung des Geräts erreicht, wobei in dem Verfahren die Beschleunigung des Geräts mindestens in drei unterschiedlichen Richtungen gemessen wird, um eine dreidimensionale Messung zu liefern. Das Verfahren umfasst außerdem die Schritte des Erzeugens von Beschleunigungssignalen, die zu drei orthogonalen Achsen parallel sind, die sich in einer bekannten Ausrichtung zum Gerät befinden; Erzeugens von Durchschnittssignalen der Beschleunigungssignale, die zu den unterschiedlichen Achsen parallel sind; Definierens von Neigungswinkeln des Geräts in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft mittels der Durchschnittssignale; Erzeugens von Beschleunigungsänderungssignalen durch Entfernen der Durchschnittssignale aus deren jeweiligen Beschleunigungssignalen, die zu den unterschiedlichen Achsen parallel sind; Bildens einer Komponente der Beschleunigungsänderung des Geräts mittels der Beschleunigungsänderungssignale und der Neigungswinkel des Geräts, wobei die Komponente zur Schwerkraft parallel und von der Position des Geräts unabhängig ist.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Bestimmung der Bewegung eines Geräts, wobei die Anordnung dazu angeordnet ist, die Beschleunigung des Geräts mindestens in drei unterschiedlichen Richtungen zu messen, um eine dreidimensionale Messung zu liefern. Die Anordnung ist dazu angeordnet, Beschleunigungssignale in der Richtung von drei orthogonalen Achsen zu messen, die sich in einer bekannten Ausrichtung zum Gerät befinden; Durchschnittssignale der Beschleunigungssignale, die zu den unterschiedlichen Achsen parallel sind, zu erzeugen; die Durchschnittssignale zum Bilden von Neigungswinkeln des Geräts in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft zu verwenden; Beschleunigungsänderungssignale durch Entfernen der Durchschnittssignale aus deren jeweiligen Beschleunigungssignalen, die zu den unterschiedlichen Achsen parallel sind, zu erzeugen; eine Komponente der Beschleunigungsänderung des Geräts mittels der Beschleunigungsänderungssignale und der Neigungswinkel des Geräts zu bilden, wobei die Komponente zur Schwerkraft parallel und von der Position des Geräts unabhängig ist.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, Gerätebeschleunigungen, die parallel zu drei Dimensionen sind, zu messen und sich langsam ändernde Beschleunigungen zur Bestimmung von Neigungswinkeln des Geräts in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft zu verwenden. Durch Entfernen sich langsam ändernder Beschleunigungen aus Gesamtbeschleunigungen werden sich schnell ändernde Beschleunigungen erhalten. Die sich schnell ändernden Beschleunigungen und Neigungswinkel des Geräts werden zur Bestimmung von schnellen Beschleunigungsänderungen, die zur Schwerkraft parallel sind, verwendet.
Das Verfahren und die Anordnung der Erfindung liefern mehrere Vorteile. Sie ermöglichen, Beschleunigung, die parallel zur Schwerkraft ist, und Änderungen der Beschleunigung ungeachtet der Position des Geräts zu bestimmen, was wichtig ist, wenn ein Aktivitätskontext identifiziert werden soll.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung ausführlicher in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 den Aufbau eines Mobiltelefonsystems;
2 ein Mobilfunksystem;
3 ein Blockdiagramm, das ein Mobiltelefon veranschaulicht;
4A ein Blockdiagramm der beschriebenen Anordnung;
4B ein Ablaufdiagramm der beschriebenen Anordnung;
5A sich langsam ändernde und sich schnell ändernde Beschleunigungen, die zu drei unterschiedlichen Dimensionen parallel sind;
5B sich schnell ändernde Beschleunigungen, die zu drei unterschiedlichen Dimensionen parallel sind;
6A Schwerkraft, die in einer Richtung zur rechten oberen vorderen Ecke eines Raums wirkt, der auf Grundlage der Strukturachsen des Geräts definiert ist;
6B Schwerkraft, die in einer Richtung zur linken oberen hinteren Ecke eines Raums wirkt, der auf Grundlage der Strukturachsen des Geräts definiert ist;
6C Schwerkraft, die in einer Richtung zur linken oberen vorderen Ecke eines Raums wirkt, der auf Grundlage der Strukturachsen des Geräts definiert ist;
6D Schwerkraft, die in einer Richtung zur rechten oberen hinteren Ecke eines Raums wirkt, der auf Grundlage der Strukturachsen des Geräts definiert ist;
6E Schwerkraft, die in einer Richtung zur rechten unteren vorderen Ecke eines Raums wirkt, der auf Grundlage der Strukturachsen des Geräts definiert ist;
6F Schwerkraft, die in einer Richtung zur linken unteren hinteren Ecke eines Raums wirkt, der auf Grundlage der Strukturachsen des Geräts definiert ist;
6G Schwerkraft, die in einer Richtung zur linken unteren vorderen Ecke eines Raums wirkt, der auf Grundlage der Strukturachsen des Geräts definiert ist; und
6H Schwerkraft, die in einer Richtung zur rechten unteren hinteren Ecke eines Raums wirkt, der auf Grundlage der Strukturachsen des Geräts definiert ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die beschriebene Lösung ist anwendbar in tragbaren elektronischen Benutzergeräten, wie Mobiltelefonen und Computern, jedoch nicht darauf beschränkt.
Zunächst betrachten wir einige Aspekte, die mit dem Aktivitätskontext eines tragbaren Benutzergeräts zusammenhängen. Wenn es vom Benutzer getragen wird, verändert sich die Position eines tragbaren Geräts üblicherweise je nach Situation, Zeit und Ort (ein Mobiltelefon kann in der Tasche auf den Kopf gestellt, am Gürtel in einer horizontalen Position angebracht oder beim Halten in der Hand leicht geneigt sein). Änderungen der Position des Geräts wiederum bewirken Änderungen der Signale, die in den Richtungen der unterschiedlichen Dimensionen des Geräts gemessen werden, was es sehr schwierig gestaltet, die Position des Geräts und dessen Aktivitätskontext zu erkennen. Tatsächlich ist die wichtigste Voraussetzung zur Erkennung des Aktivitätskontexts, dass die Position des Geräts mindestens in der vertikalen Richtung bestimmt wird. Darüber hinaus sollte die Position ebenso in horizontalen Richtungen bestimmt werden.
Bevor näher auf die beschriebene Lösung eingegangen wird, betrachten wir ein Beispiel eines Funksystemaufbaus mit Bezugnahme auf 1, da eine Anwendung der beschriebenen Lösung darin besteht, sie in tragbaren Geräten zu verwenden, die mit einem Funksystem verbunden sind. Beim Funksystem kann es sich beispielsweise um ein GSM- oder UMTS-Funksystem handeln und es umfasst ein terrestrisches Funkzugangsnetz 2 und eine Benutzereinrichtung (user equipment) UE 4. Die Benutzereinrichtung 4 umfasst zwei Teile: eine Funktionseinheit, bei der es sich um die mobile Einrichtung ME 6 handelt, deren Funkterminal zum Herstellen einer Funkstrecke zum Netz 2 verwendet wird, und ein benutzerspezifisches Modul, d. h. ein Teilnehmerkennungsmodul (subscriber identity module) SIM 8, bei dem es sich um eine Chipkarte handelt, die Benutzerkennungsdaten umfasst und die in der Regel Identifikationsalgorithmen ausführt und Verschlüsselungsparameter und Teilnehmerdaten speichert.
Das Netz 2 besteht aus Funknetzuntersystemen (radio network subsystems) 10, die Basisstationssteuerungen 12 und eine oder mehrere Basisstationen 14 umfassen. Jede Basisstationssteuerung 12 steuert Funkressourcen durch die an sie angeschlossenen Basisstationen.
Da die Abbildung in 1 ziemlich allgemein ist, wird sie durch ein detaillierteres Beispiel eines Mobilfunksystems verdeutlicht, das in 2 gezeigt ist. 2 umfasst nur die wesentlichsten Blöcke; für einen Fachmann wird jedoch offensichtlich sein, dass ein herkömmliches Mobilfunknetz auch andere Funktionen und Strukturen umfassen kann, die in diesem Zusammenhang nicht ausführlicher beschrieben werden brauchen. Es sollte auch angemerkt werden, dass der in 2 gezeigte Aufbau lediglich ein Beispiel liefert.
Das Mobilfunknetz umfasst folglich in der Regel eine Festnetzinfrastruktur, d. h. einen Netzteil 200, und eine Benutzereinrichtung 202, wie fest montierte, in Fahrzeugen montierte oder tragbare Terminals. Der Netzteil 200 umfasst Basisstationen 204. Mehrere Basisstationen 204 wiederum werden zentral von einer Funknetzsteuerung 206 gesteuert, die mit den Basisstationen kommuniziert. Eine Basisstation 204 umfasst Sende-Empfangs-Geräte 208 und einen Multiplexer 212.
Die Basisstation 204 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 210, die den Betrieb der Sende-Empfangs-Geräte 208 und des Multiplexers 212 steuert. Der Multiplexer wird zum Einrichten der Verkehrs- und Steuerkanäle verwendet, die von mehreren Sende-Empfangs-Geräten 208 auf einer Übertragungsstrecke 214 verwendet werden.
Von den Sende-Empfangs-Geräten 208 der Basisstation 204 aus besteht eine Verbindung zu einer Antenneneinheit 218, die eine bidirektionale Funkstrecke 216 zur Benutzereinrichtung 202 bereitstellt. Der Aufbau der Rahmen (Frames), die auf der bidirektionalen Funkstrecke 216 übermittelt werden, wird für jedes System getrennt definiert. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird mindestens ein Teil eines Signals mit drei oder mehr Übertragungsantennen oder drei oder mehr Richtstrahlen, die von mehreren Übertragungsantennen bereitgestellt werden, übertragen.
Die Funknetzsteuerung 206 umfasst ein Gruppenvermittlungsfeld 220 und eine Steuereinheit 222. Das Gruppenvermittlungsfeld 220 wird zum Vermitteln von Sprache und Daten und zum Verbinden von Signalgabeschaltkreisen verwendet. Das Funknetzuntersystem 224, das von der Basisstation 204 und der Funknetzsteuerung 206 gebildet wird, umfasst weiterhin einen Transcoder 226. Der Transcoder 226 ist üblicherweise so nah wie möglich an einer Mobilfunkvermittlungsstelle 228 angeordnet, da Sprache dann zwischen dem Transcoder 226 und der Funknetzsteuerung 206 in einer Mobilfunknetzform übermittelt werden kann, was Übertragungskapazität einspart.
Der Transcoder 226 wandelt unterschiedliche digitale Sprachcodierungsformate um, die zwischen dem öffentlichen Wählnetz und dem Funktelefonnetz verwendet werden, um sie kompatibel zu machen, beispielsweise von einem Festnetzformat in ein anderes Format im Mobilnetz und umgekehrt. Die Steuereinheit 222 führt Rufsteuerung, Mobilitätsmanagement, Sammlung statistischer Daten und Signalgabe durch.
2 stellt weiterhin die Mobilfunkvermittlungsstelle 228 und eine Gateway-Mobilfunkvermittlungsstelle 230 dar, die für die externen Verbindungen des Mobilkommunikationssystems zuständig ist, in diesem Fall für die zu einem öffentlichen Wählnetz 232.
Mit Bezugnahme auf 3 betrachten wir jetzt ein Beispiel eines tragbaren Benutzerterminals in einem GSM- oder UMTS-Funksystem. Das Terminal umfasst einen Prozessor 200, in dem die Softwareroutinen des Terminals ausgeführt werden. Der Prozessor 200 ist beispielsweise für digitale Signalverarbeitung zuständig und steuert den Betrieb der anderen Blöcke. Das Terminaldisplay und seine Tastatur 202 dienen als die Benutzeroberfläche und werden dazu verwendet, dem Benutzer visuelle Informationen, wie Text und Bilder, anzuzeigen, die vom Prozessor 200 verarbeitet wurden, wobei die Benutzeroberfläche es außerdem dem Benutzer ermöglicht, solche Informationen zu erstellen. Der Prozessor 200 führt außerdem die Überprüfung des SIM-Moduls 204 durch. Vom Prozessor 200 benötigte Informationen, wie die für eine Beschleunigungsmesserkalibrierung erforderlichen Daten, werden in einem Speicher 206 gespeichert. Ein Beschleunigungsmesser-Block 208 umfasst einen oder mehrere Beschleunigungsmesser, die die Beschleunigung in mindestens drei orthogonalen Richtungen messen. Selbst im Fall nur eines Beschleunigungsmessers muss dieser mit Elementen versehen werden, die eine dreidimensionale Beschleunigungsmessung ermöglichen. Von den Beschleunigungsmessern gelieferte Beschleunigungssignale werden dem Prozessor 200 zugeführt, der die eigentliche Signalverarbeitung durchführt. Ein Codec-Block 210 wandelt ein vom Prozessor 200 kommendes Signal in ein Format um, das für einen Lautsprecher 212 geeignet ist, und der Codec-Block 210 wandelt ein von einem Mikrofon 214 kommendes Signal in ein Format um, das für den Prozessor 200 geeignet ist. Ein HF-Block 216 wiederum wandelt das zu übertragende digitale Signal, das vom Prozessor 200 empfangen wird, in ein analoges Hochfrequenzsignal um, um zu ermöglichen, dass es in der Form von elektromagnetischer Strahlung über die Antenne 218 übertragen werden kann. Dementsprechend wird das von der Antenne 218 empfangene Hochfrequenzsignal in eine niedrigere Frequenz umgewandelt und im HF-Block 216 digitalisiert, bevor das Signal dem Prozessor 200 zugeführt wird.
Die Beschleunigung wird mit einem oder mehreren Beschleunigungsmessern gemessen, die ein elektrisches Signal, das der Beschleunigung entspricht, an ihre Ausgabepole erzeugen. Der Beschleunigungsmesser kann beispielsweise elektromechanisch sein. Sein Betrieb kann beispielsweise auf einem piezoelektrischen Kristall basieren, in dem eine Änderung der Ladungsverteilung zu einer auf den Kristall einwirkenden Kraft proportional ist.
Jetzt betrachten wir die offenbarte Lösung mit Bezugnahme auf die 4A und 4B. 4A ist ein Blockdiagramm, das die beschriebene Lösung darstellt, und 4B ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens. Ein Beschleunigungsmesser-Block 400 umfasst mindestens drei Beschleunigungsmesser 402, 404 und 406, die die Beschleunigung in der Richtung von drei zueinander orthogonalen Dimensionen messen. Die Anzahl von Beschleunigungsmessern kann mehr als drei betragen; wichtig ist, dass die Messsignale der Beschleunigungsmesser zum Bilden von Beschleunigungssignalen verwendet werden können, die zu allen drei Dimensionen parallel sind, wie in Block 500 angegeben. Diese Strukturlösung ist für einen Fachmann offensichtlich und wird daher hierin nicht ausführlicher beschrieben. Die Achsen, die zu den gemessenen Dimensionen parallel sind, sind mit den Buchstaben X, Y und Z bezeichnet und sind vorzugsweise entweder mit den Strukturrichtungen X_d, Y_d und Z_d des Geräts identisch oder stehen zumindest in einer bekannten Beziehung zu diesen. Anders ausgedrückt stellen die Achsen X, Y und Z die Richtungen der Messachsen dar, wobei die Richtungen X_d, Y_d und Z_d der Strukturachsen des Geräts zu den Flächen bzw.
Seiten des Deckels oder Rahmens des Geräts oder dergleichen parallel sind (die Geräte ähneln üblicherweise einem rechteckigen Prisma). Die Richtungen der Strukturachsen des Geräts und die Messrichtungen stehen in einer vorbestimmten Beziehung zueinander, wobei die Abhängigkeiten zwischen den Messrichtungen und den Strukturdimensionen des Geräts als θ = θ₁ + Δθ, φ = φ₁ + Δφ und γ = γ₁ + Δγ ausgedrückt werden, wobei θ der Winkel zwischen der Strukturrichtung des Geräts X_d und der Schwerkraftrichtung g ist, φ der Winkel zwischen der Strukturrichtung des Geräts Y_d und der Schwerkraftrichtung g ist, γ der Winkel zwischen der Strukturrichtung des Geräts Z_d und der Schwerkraftrichtung g ist und die Neigungswinkel θ, φ, γ innerhalb von θ, φ, γ ∊ [–π/2, π/2] liegen.
Die zu messenden Richtungen werden vorzugsweise so gewählt, dass sie zu den Strukturrichtungen des elektronischen Geräts in Beziehung stehen, beispielsweise derart, dass, wenn sich das elektronische Gerät in einer vertikalen Position mit dem Display in Richtung des Benutzers (der die Buchstaben in ihrer korrekten Position sieht) befindet, die Achse Z_d nach oben zeigt, die Achse Y_d horizontal von links nach rechts zeigt und die Achse X_d horizontal von vorne nach hinten zeigt, direkt zum Benutzer. Die Richtungen der gemessenen Dimensionen sind folglich vorzugsweise mit den Strukturrichtungen des Geräts identisch, d. h. X = X_d, Y = Y_d und Z = Z_d.
Analoge Messsignale, die zu den unterschiedlichen Dimensionen parallel sind, werden in einem A/D-Wandler 408 digitalisiert. Die Filterung der digitalen Beschleunigungssignale ist in den Blöcken 410 und 502 gezeigt. Sie wird auf der Zeitebene durchgeführt, indem eine Signalabtastsequenz mit einer endlichen Länge mit einem Fenster 412 mit einer endlichen Länge und einem geeigneten Frequenzinhalt, wie einem Hanning-Fenster, multipliziert wird, das zum Trennen dynamischer Signale von statischen geeignet ist. Darüber hinaus wird in Block 414 der Durchschnittswert mehrerer gefensterter Signale berechnet. Anstatt den tatsächlichen Durchschnittswert zu berechnen, kann die Mittelung unter Anwendung von Mittelwertberechnung, Tiefpassfilterung oder anderen bekannten Verfahren durchgeführt werden. Auf Grundlage des Durchschnittswerts wird ein statisches Beschleunigungssignal gebildet, das sich fast nie ändert oder nur auf langsame Änderungen reagiert. Auf welche Weise langsame Phänomene berücksichtigt werden sollten, kann beispielsweise mittels des zur Berechnung des Durchschnittswerts verwendeten Fensters frei gewählt werden. Der Durchschnittswert wird in Block 412 mit einem gewünschten Zeitfenster berechnet, das beispielsweise als ein Hanning-Fenster, das an sich bekannt ist, gebildet werden kann. Die Hanning-Fenster für Beschleunigungen, die zu den unterschiedlichen Dimensionen parallel sind, nehmen die folgenden mathematischen Formen an:
wobei x_i, y_i und z_i Beschleunigungsabtastwerte sind, die zu den unterschiedlichen Dimensionen parallel sind; n die Anzahl von Abtastwerten im Fenster ist, x w / i, y w / i und z w / i modifizierte Abtastwerte sind. Andere mögliche, an sich bekannte Fenster umfassen die Hamming-, Kaiser-, Bessel- und Dreieckfenster. Der Durchschnittswert kann in Block 414 durch Anwenden der beispielhaften Formel (2) berechnet werden:
wobei x, y und z die Durchschnittswerte darstellen. 5A zeigt die unterschiedlichen Beschleunigungssignale x, y und z und die gemittelten Beschleunigungssignale x, y und z. Wie in 5A gezeigt ist, sind die gemittelten Signale x, y und z gewissermaßen statische Gleichstromsignale der gemessenen Beschleunigungssignale. Es ist nicht erforderlich, die Durchschnittswerte x, y und z aus den gefensterten Abtastwerten x w / i, y w / i und z w / i zu bilden; die Durchschnittswerte x, y und z können jedoch auch direkt aus den Abtastwerten x_i, y_i und z_i berechnet werden.
Die gemittelten Signale breiten sich weiter zu einem Skalierungs-Block 416 aus, bei dem die Pegel der gefilterten Signale derart angeordnet werden, dass sie zueinander proportional sind, so dass sie als Sinusfunktionsargumente verwendet werden können. Da die gemittelten Signale in einigen Fällen direkt als Sinusfunktionsargumente anwendbar sind, ist der Skalierungs-Block 416 in der offenbarten Lösung nicht unbedingt erforderlich. Die Skalierung wird beispielsweise zum Korrigieren von Verzerrungen, falls solche vorliegen, im Beschleunigungsmesserbetrieb verwendet. Hersteller binden die im Skalierungs-Block durchzuführenden Operationen üblicherweise in den von ihnen gelieferten Beschleunigungsmessern ein. Die Skalierung stellt somit sicher, dass die gemittelte Beschleunigung nicht die Schwerkraftbeschleunigung übersteigen kann, zumindest nicht auf einer kontinuierlichen Basis, und folglich entspricht das Verhältnis der Beschleunigungen, die in den unterschiedlichen Dimensionen gemessen wurden, zur
Schwerkraftbeschleunigung dem Verhältnis einer Sinusfunktion eines Neigungswinkels zur Richtung der Schwerkraft, d. h. x/g = sin(θ₁), y/g = sin(φ₁) und z/g = sin(γ₁), wobei θ₁ dem Winkel zwischen der gemessenen Beschleunigungsrichtung X und der Schwerkraftrichtung g entspricht, φ₁ dem Winkel zwischen der gemessenen Beschleunigungsrichtung Y und der Schwerkraftrichtung g entspricht und γ₁ dem Winkel zwischen der gemessenen Beschleunigungsrichtung Z und der Schwerkraftrichtung g entspricht. Auf Grundlage der Winkel θ₁, φ₁ und γ₁ können die Neigungswinkel θ, φ und γ zwischen den Strukturrichtungen des Geräts und der Schwerkraftrichtung gebildet werden, da von den Richtungen der Strukturachsen des Geräts und den Richtungen der Messung bekannt ist, dass sie zueinander proportional sind.
In Block 418 werden die Beschleunigungen, die zu den unterschiedlichen Dimensionen parallel sind und von den Beschleunigungsmessern gemessen wurden, zum Bilden der Neigungswinkel θ, φ und γ verwendet, die die Abweichung der unterschiedlichen Strukturrichtungen des Geräts von der Schwerkraftrichtung darstellen. Dies ist gleichfalls in Block 504 gezeigt. Wenn die Strukturrichtungen des Geräts mit den Richtungen der gemessenen Beschleunigungen identisch sind, Δθ = Δφ = Δy = 0, können die Winkel als Umkehrfunktionen des Sinus θ₁ = θ = arcsin(x/g), φ₁ = φ = arcsin(y/g) und γ₁ = γ = arcsin(z/g) gebildet werden. Andenfalls muss die Abweichung der Strukturrichtungen X_d, Y_d und Z_d von den gemessenen Richtungen X, Y und Z durch Berechnen von θ = θ₁ + Δθ, φ = φ₁ + Δφ und γ = γ₁ + Δγ berücksichtigt werden.
In Block 420 werden die gemittelten Beschleunigungen x, y und z von den gemessenen Beschleunigungen x, y und z, die zu den unterschiedlichen Beschleunigungen parallel sind, in Sequenzen subtrahiert, die der Länge der Abtastfenster gleich sind, wodurch Änderungssignale x_c, y_c und z_c, die eine kontinuierliche Änderung der Beschleunigungen darstellen, gebildet werden. Dies ist in Block 506 gezeigt. Diese Beschleunigungsänderungssignale x_c, y_c und z_c stellen schnelle Beschleunigungsänderungen dar, die oftmals auch regelmäßig sind und beispielsweise zum Aktivitätskontext des Benutzers in Beziehung stehen. 5B zeigt die Beschleunigungsänderungssignale x_c, y_c und z_c, die zu den unterschiedlichen Richtungen der Strukturachsen des Geräts parallel sind, in Abhängigkeit von der Zeit auf einer frei gewählten Skala. Der Zustand der Bewegung des Geräts kann in den unterschiedlichen Richtungen der Achsen ziemlich beträchtlich variieren. Wie in den 5A und 5B gezeigt ist, sind die Beschleunigungsänderungssignale gewissermaßen dynamische Wechselstromsignale der gemessenen Beschleunigungssignale. Die Subtraktion wird für jede Dimension getrennt in den Summierungs-Blöcken 422, 424 und 426 durchgeführt, in denen die Negationen –x, –y und –z der gemittelten Beschleunigungen zu den Beschleunigungen x, y und z addiert werden.
In Übereinstimmung mit Block 508 können die Beschleunigungsänderungssignale und die Neigungswinkel θ, φ und γ des Geräts in Block 428 zum Bilden einer Komponente Z_ztot der Beschleunigungsänderung des Geräts verwendet werden, wobei die Komponente zur Schwerkraftbeschleunigung der Erde parallel ist und sich kontinuierlich ändernde Vertikalbeschleunigungen anzeigt, die zur Schwerkraft parallel sind und auf das Gerät einwirken. Ein wesentlicher Aspekt ist hier, dass die Beschleunigungsänderungskomponente Z_ztot des Geräts in der vertikalen Richtung unabhängig von der Position des Geräts bestimmt werden kann. Es werden Vertikalbeschleunigungsänderungsunterkomponenten X_z, Y_z und Z_z gebildet, indem die Beschleunigungsänderungssignale x_c, y_c und z_c mit den Sinusfunktionen der Neigungswinkel des Geräts θ, φ und γ gemäß der folgenden Projektionen multipliziert werden: wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0 Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ) und wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 Xz = xcsin|θ| Yz = ycsin|φ| Zz = zcsin|γ|, (3)wobei sgn() eine Vorzeichenfunktion, ob der Winkel positiv oder negativ ist, bezeichnet und |θ|, |φ| und |γ| die Absolutwerte der Winkel θ, φ und γ bezeichnen. Die Beschleunigungsänderungskomponente Z_ztot, die parallel zur Schwerkraft ist, ist die Summe der Unterkomponenten der Beschleunigungsänderung des Geräts: Z_ztot = X_z + Y_z + Z_z.
Mit Bezugnahme auf die 6A bis 6H betrachten wir nun eine alternative Methode zum Bilden einer Beschleunigungsänderungskomponente für das Gerät, die zur Schwerkraft der Erde parallel ist. In dieser Ausführungsform wird der in den 6A bis 6H als ein Würfel dargestellte Raum in acht Teile bezüglich der Ecken des Würfels unterteilt. Die Richtung der Schwerkraft hinsichtlich jeder der drei Achsen X, Y und Z kann zwei Werte, π/4 ± π/4 oder –(π/4 ± π/4), erhalten und folglich ist die Anzahl der Teile 2³ = 8. In dieser Ausführungsform wird zunächst die Richtung eines Schwerkraftvektors auf Grundlage der Vorzeichen der Neigungswinkel θ, φ und γ bestimmt. Wenn die Vorzeichen bestimmt worden sind, wird die entsprechende Berechnungsformel gewählt. Diese Vorgehensweise entspricht gänzlich der Formel (3).
In 6A wirkt die Schwerkraftrichtung g in der Richtung der rechten oberen vorderen Ecke des Würfels und für die Neigungswinkel θ und φ gilt deshalb, dass sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0. Darüber hinaus ist der Winkel γ als sgn(γ) ≥ 0 definiert. Dies liefert die folgende Berechnungsformel 1/8 für die Beschleunigungsänderungskomponenten in der vertikalen Richtung: Xz = xcsin|θ| Yz = ycsin|φ| Zz = –zcsin(γ).
In 6B zeigt der Schwerkraftvektor auf die linke obere hintere Ecke des Würfels und für die Neigungswinkel θ, φ und γ gilt deshalb, dass sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0. Dies liefert die folgende Berechnungsformel 2/8 für die Beschleunigungsänderungskomponenten in der vertikalen Richtung: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ).
In 6C wirkt die Schwerkraftrichtung g in der Richtung der linken oberen vorderen Ecke des Würfels und für die Neigungswinkel θ, φ und γ gilt deshalb, dass sgn(θ) < 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0. Dies liefert die folgende Berechnungsformel 3/8 für die Beschleunigungsänderungskomponenten in der vertikalen Richtung: Xz = xcsin|θ| Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ).
In 6D wirkt die Schwerkraftrichtung g in der Richtung der rechten oberen hinteren Ecke des Würfels und für die Neigungswinkel θ, φ und γ gilt deshalb, dass sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) ≥ 0. Dies liefert die folgende Berechnungsformel 4/8 für die Beschleunigungsänderungskomponenten in der vertikalen Richtung: Xz = –xcsin(θ) Yz = ycsin|φ| Zz = –zcsin(γ).
In 6E wirkt die Schwerkraftrichtung g in der Richtung der rechten unteren vorderen Ecke des Würfels und für die Neigungswinkel θ, φ und γ gilt deshalb, dass sgn (θ) < 0, sgn (φ) < 0 und sgn (γ) < 0. Dies liefert die folgende Berechnungsformel 5/8 für die Beschleunigungsänderungskomponenten in der vertikalen Richtung: Xz = xcsin|θ| Yz = ycsin|φ| Zz = zcsin|γ|.
In 6F wirkt die Schwerkraftrichtung g in der Richtung der linken unteren hinteren Ecke des Würfels und für die Neigungswinkel θ, φ und γ gilt deshalb, dass sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) < 0. Dies liefert die folgende Berechnungsformel 6/8 für die Beschleunigungsänderungskomponenten in der vertikalen Richtung: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ|.
In 6G wirkt die Schwerkraftrichtung g in der Richtung der linken unteren vorderen Ecke des Würfels und für die Neigungswinkel θ, φ und γ gilt deshalb, dass sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0. Dies liefert die folgende Berechnungsformel 7/8 für die Beschleunigungsänderungskomponenten in der vertikalen Richtung: Xz = xcsin|θ| Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ|.
In 6H schließlich wirkt die Schwerkraftrichtung g in der Richtung der rechten unteren hinteren Ecke des Würfels und für die Neigungswinkel θ, φ und γ gilt deshalb, dass sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0. Dies liefert die folgende Berechnungsformel 8/8 für die Beschleunigungsänderungskomponenten in der vertikalen Richtung: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ|.
In diesem Fall ist außerdem die Beschleunigungsänderungskomponente Z_ztot, die parallel zur Schwerkraft ist, die Summe der Änderungskomponenten: Z_ztot = X_z + Y_z + Z_z.
In Block 430 wird die Gesamtvertikalbeschleunigung Z_ztot aus den Änderungssignalen x_c, y_c und z_c entfernt, wodurch eine Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente Z_Htot gebildet wird, die sich ändernde Beschleunigungen darstellt, die in horizontalen Richtungen auf das Gerät einwirken. Die mathematische Form, in der dies durchgeführt wird, ist Subtraktion: Z_Htot = (x_c + y_c + z_c) – Z_ztot. Diese Berechnung ermöglicht jedoch nicht, die Richtung der Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente genauer zu bestimmen.
Die beschriebene Lösung kann auch einen Kompass einsetzen, bei dem es sich um einen gewöhnlichen Kompass, der auf einer Magnetnadel basiert, oder einen Kreiselkompass handeln kann. Der Kompass wird zum Anordnen einer horizontalen Richtung in Bezug auf zwei orthogonale Achsen verwendet. Dies ermöglicht, die Position des Geräts bezüglich des Magnetfelds der Erde zur gleichen Zeit wie die Beschleunigungsinformationen exakt zu definieren. Eine bevorzugte Methode zum Wählen der horizontalen Achsen ist eine, in der eine erste Achse X_ns in der Nord-Süd-Richtung und eine zweite Achse Y_ow in der Ost-West-Richtung ist. Diese Achsen ermöglichen, die in Block 430 gebildete Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente Z_Htot mittels der Horizontalunterkomponenten Z_ns und Z_ow der Änderung zu bestimmen, die als Projektionen der Achsen dienen.
In Block 432 sind Beschleunigungsmesserkalibrierungswerte gespeichert, die zum Korrigieren von Nichtlinearitäten in den Beschleunigungsmessern verwendet werden. Beispiele der Kalibrierung umfassen Kriechen, Temperaturwechsel, das Ausmaß der Schwerkraft an den verschiedenen Breitengraden der Erde und dergleichen.
Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf ein in den beigefügten Zeichnungen gezeigtes Beispiel beschrieben wird, ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf dieses beschränkt ist, sondern auf viele Weisen innerhalb des in den beigefügten Ansprüchen offenbarten Erfindungsgedankens variieren kann.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Bewegung eines Geräts, wobei in dem Verfahren die Beschleunigung des Geräts mindestens in drei unterschiedlichen Richtungen gemessen wird, um eine dreidimensionale Messung zu liefern, gekennzeichnet dadurch, dass es die folgenden Schritte umfasst: (500) Erzeugen von Beschleunigungssignalen (x, y, z), die zu drei orthogonalen Achsen parallel sind, die sich in einer bekannten Ausrichtung zum Gerät befinden; (502) Erzeugen von Durchschnittssignalen (x, y, z) der Beschleunigungssignale, die zu den unterschiedlichen Achsen parallel sind; (504) Definieren von Neigungswinkeln (θ, φ, γ) des Geräts in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft (g) mittels der Durchschnittssignale (x, y, z); (506) Erzeugen von Beschleunigungsänderungssignalen (x_c, y_c, z_c) durch Entfernen der Durchschnittssignale (x, y, z) aus deren jeweiligen Beschleunigungssignalen (x, y, z), die zu den unterschiedlichen Achsen parallel sind; (508) Bilden einer Komponente (Z_ztot) der Beschleunigungsänderung des Geräts mittels der Beschleunigungsänderungssignale (x_c, y_c, z_c) und der Neigungswinkel (θ, φ, γ) des Geräts, wobei die Komponente zur Schwerkraft parallel und von der Position des Geräts unabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bilden einer Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente (Z_Htot) durch Entfernen der Beschleunigungsänderungskomponente, die zur Schwerkraft parallel ist, aus den Beschleunigungsänderungssignalen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die orthogonalen Achsen sich in bekannten Ausrichtungen in Bezug auf die Strukturrichtungen des Geräts befinden und dass Neigungswinkel der Strukturrichtungen des Geräts in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft unter Anwendung der Durchschnittssignale gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsänderungskomponenten X_z, Y_z und Z_z gebildet werden, indem die Beschleunigungsänderungssignale x_c, y_c und z_c mit den Sinusfunktionen der Neigungswinkel θ, φ und γ des Geräts gemäß der folgenden Projektionen multipliziert werden: wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0 Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ) oder wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 Xz = xcsin|θ| YZ = ycsin|φ| Zz = zcsin|γ|,wobei sgn() eine Vorzeichenfunktion bezeichnet und |θ|, |φ| und |γ| die absoluten Werte der Winkel θ, φ und γ bezeichnen; und dass eine Beschleunigungsänderungskomponente Z_ztot, die parallel zur Schwerkraft ist, als die Summe der Unterkomponenten der Beschleunigungsänderung gebildet wird: Z_ztot = X_z + Y_z + Z_z.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Achsen definierten Raumrichtungen in Abschnitte unterteilt werden, wobei für jeden Abschnitt separate Formeln zum Bilden einer Vertikalbeschleunigungsänderungskomponente bestimmt werden; der Abschnitt in der Richtung, in der die Schwerkraft wirkt, unter Anwendung der Neigungswinkel bestimmt wird und eine Vertikalbeschleunigungsänderungskomponente entsprechend dem betreffenden Geräteabschnitt gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Achsen definierten Raumrichtungen in acht Abschnitte unterteilt werden, so dass die Richtung der Schwerkraft in Bezug auf jede der drei gemessenen Achsenrichtungen die Werte (π/4 ± π/4) oder –(π/4 ± π/4) erhält, wobei für jeden Abschnitt separate Formeln zum Bilden von Unterkomponenten der Vertikalbeschleunigungsänderung bestimmt werden, und wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) ≥ 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt gebildet werden: Xz = xcsin|θ| Yz = ycsin|φ| Zz = –zcsin(γ), wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt gebildet werden: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ),wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt gebildet werden: Xz = xcsin|θ| Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ)wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) ≥ 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt gebildet werden: Xz = –xcsin(θ) Yz = ycsin|φ| Zz = –zcsin(γ),wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt gebildet werden: Xz = xcsin|θ| Yz = ycsin|φ| Zz = zcsin|γ|wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) < 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt gebildet werden: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ|,wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt gebildet werden: Xz = xcsin|θ| Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ| undwenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt gebildet werden: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ|; unddie Beschleunigungsänderungskomponente Z_ztot des Geräts, die parallel zur Schwerkraft ist, als eine Summe der Änderungskomponenten gebildet wird: Z_ztot = X_z + Y_z + Z_z.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass es weiterhin die Schritte des Bildens einer Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente durch Entfernen der Beschleunigungsänderungskomponente, die zur Schwerkraft parallel ist, aus den Beschleunigungsänderungssignalen; Bestimmens von zwei zueinander orthogonalen Richtungen in der horizontalen Ebene mittels eines Kompasses und Bestimmens von Unterkomponenten der Beschleunigungsänderung als Projektionen der Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente, die zu den orthogonalen Achsen parallel sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, bevor die Durchschnittssignale gebildet werden, die Beschleunigungssignale mit einer gewünschten Fenstertechnikfunktion gefenstert werden.
Anordnung zur Bestimmung der Bewegung eines Geräts, wobei die Anordnung dazu angeordnet ist, die Beschleunigung des Geräts mindestens in drei unterschiedlichen Richtungen zu messen, um eine dreidimensionale Messung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zu Folgendem angeordnet ist: Messen von Beschleunigungssignalen (x, y, z), die zu drei orthogonalen Achsen parallel sind, die sich in einer bekannten Ausrichtung zum Gerät befinden; Erzeugen von Durchschnittssignalen (x, y, z) der Beschleunigungssignale, die zu den unterschiedlichen Achsen parallel sind; Definieren von Neigungswinkeln (θ, φ, γ) des Geräts in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft (g) mittels der Durchschnittssignale (x, y, z); Erzeugen von Beschleunigungsänderungssignalen (x_c, y_c, z_c) durch Entfernen der Durchschnittssignale (x, y, z) aus deren jeweiligen Beschleunigungssignalen (x, y, z), die zu den unterschiedlichen Achsen parallel sind; Bilden einer Komponente (Z_ztot) der Beschleunigungsänderung des Geräts mittels der Beschleunigungsänderungssignale (x_c, y_c, z_c) und der Neigungswinkel (θ, φ, γ) des Geräts, wobei die Komponente zur Schwerkraft parallel und von der Position des Geräts unabhängig ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung dazu angeordnet ist, eine Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente durch Entfernen der Beschleunigungsänderungskomponente, die zur Schwerkraft parallel ist, aus den Beschleunigungsänderungssignalen zu bilden.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die orthogonalen Achsen sich in bekannten Ausrichtungen in Bezug auf die Strukturrichtungen des Geräts befinden und dass die Anordnung dazu angeordnet ist, Neigungswinkel der Strukturrichtungen des Geräts in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft durch Anwendung der Durchschnittssignale zu bilden.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung zu bilden, indem die Beschleunigungsänderungssignale x_c, y_c und z_c mit den Sinusfunktionen der Neigungswinkel θ, φ und γ des Geräts gemäß der folgenden Projektionen multipliziert werden: wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0 Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ) oder wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 Xz = xcsin|θ| Yz = ycsin|φ| Zz = zcsin|γ|, wobei sgn() eine Vorzeichenfunktion bezeichnet und |θ|, |φ| und |γ| die absoluten Werte der Winkel θ, φ und γ bezeichnen; und dass die Anordnung dazu angeordnet ist, die Beschleunigungsänderungskomponente Z_ztot, die parallel zur Schwerkraft ist, als die Summe der Unterkomponenten der Beschleunigungsänderung zu bilden: Z_ztot = X_z + Y_z + Z_z.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Achsen definierten Raumrichtungen in Abschnitte unterteilt werden, wobei für jeden Abschnitt separate Formeln zum Bilden einer Vertikalbeschleunigungsänderungskomponente bestimmt werden; die Anordnung dazu angeordnet ist, den Abschnitt in der Richtung, in der die Schwerkraft wirkt, durch Anwendung der Neigungswinkel zu bestimmen und die Anordnung dazu angeordnet ist, die Vertikalbeschleunigungsänderungskomponente entsprechend dem betreffenden Geräteabschnitt zu bilden.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Achsen definierten Raumrichtungen in acht Abschnitte unterteilt werden, so dass die Richtung der Schwerkraft in Bezug auf jede der drei gemessenen Achsenrichtungen die Werte (π/4 ± π/4) oder –(π/4 ± π/4) erhält, wobei für jeden Abschnitt separate Formeln zum Bilden von Unterkomponenten der Vertikalbeschleunigungsänderung definiert werden; und wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) ≥ 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt zu bilden: Xz = xcsin|θ| Yz = ycsin|φ| Zz = –zcsin(γ),wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt zu bilden: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ),wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) ≥ 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt zu bilden: Xz = xcsin|θ| Yz = –ycsin(φ) Zz = –zcsin(γ)wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) ≥ 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt zu bilden: Xz = –xcsin(θ) Yz = ycsin|φ| Zz = –zcsin(γ),wenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt zu bilden: Xz = xcsin(θ) Yz = ycsin|φ| Zz = zcsin(γ),wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) ≥ 0 und sgn(γ) < 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt zu bilden: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ|,wenn sgn(θ) ≥ 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt zu bilden: Xz = xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ| undwenn sgn(θ) < 0, sgn(φ) < 0 und sgn(γ) < 0 für die Neigungswinkel θ, φ und γ gelten, die Anordnung dazu angeordnet ist, die Unterkomponenten X_z, Y_z und Z_z der Beschleunigungsänderung wie folgt zu bilden: Xz = –xcsin(θ) Yz = –ycsin(φ) Zz = zcsin|γ|; unddie Anordnung dazu angeordnet ist, die Beschleunigungsänderungskomponente Z_ztot des Geräts, die parallel zur Schwerkraft ist, als die Summe der Änderungskomponenten zu bilden: Z_ztot = X_z + Y_z + Z_z.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung dazu angeordnet ist, eine Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente durch Entfernen der Beschleunigungsänderungskomponente, die zur Schwerkraft parallel ist, aus den Beschleunigungsänderungssignalen zu bilden; die Anordnung dazu angeordnet ist, zwei zueinander orthogonale Richtungen in der horizontalen Ebene mittels eines Kompasses zu bestimmen; und die Anordnung dazu angeordnet ist, Unterkomponenten der Beschleunigungsänderung als Projektionen der Horizontalbeschleunigungsänderungskomponente, die zu den orthogonalen Achsen parallel sind, zu bestimmen.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung dazu angeordnet ist, die Beschleunigungssignale mit einer gewünschten Fenstertechnikfunktion zu fenstern, bevor die Durchschnittssignale gebildet werden.