FI120276B - Kompassilaite ja menetelmä kompassilaitteita varten - Google Patents

Description

Kompassilaite ja menetelmä kompassilaitteita varten

Keksintö koskee elektronisen kompassin käsittäviä laitteita, jotka käsittävät elektromagneettiset anturivälineet ulkoisen magneettikentän ainakin kahden kenttäkomponentin mittaamiseksi 5 ja prosessointiyksikön, joka on sovitettu määrittämään kompassisuunta mitattujen kenttäkom-ponenttien perusteella, sekä tällaisiin laitteisiin soveltuvaa menetelmää kompassisuunnan määrittämiseksi. Erityisesti keksintö koskee rannelaitteita, mutta se soveltuu hyvin käytettäväksi myös kiinteissä kohteissa kuten ajoneuvoissa.

10 Elektronisia kompassej a käytetään suunnan osoittamiseen esimerkiksi autoissa ja rannetieto- koneissa. Tällaisissa kompasseissa on tyypillisesti kaksi toisiinsa nähden kohtisuoraa magneettikentän komponenttia havainnoivaa magneettikenttäanturia. Yksi tällainen järjestely on esitetty US-julkaisussa 6817106.

15 Anturit ovat luonnollisesti herkkiä paitsi maan magneettikentälle, myös muille ulkoisille ja laitteesta itsestään lähtöisin oleville magneettikentille. Myös magnetoituvat aineet laitteen läheisyydessä muokkaavat ulkoisia magneettikenttiä, mikä myös voi aiheuttaa vääristymän kompassin lukemaan. Tällaisten häiriötekijöiden takia kompassi täytyy kalibroida ennen varsinaista suunnanmääritystä jotta sen lukemasta saadaan tarkka. Kalibroinnin tarkoituksena on 20 siis pääasiassa poistaa käyttöympäristöstä johtuvien staattisten häiriötekijöiden vaikutus suunnanmääritykseen. Varsinaisessa suunnanmäärityksessä ongelmana on taas mittauskohina, jota aiheuttaa pääasiassa magneettianturien kallistelu pois vaakatasosta. Tällöin niiden välittämä signaali ei vastaa todellista kompassisuuntaa, vaan tarvitaan menetelmiä tämän kohinan huomioimiseksi. US-julkaisuissa 6356851 ja 2002/0035791 on kuvattu elektronisten kompas-25 sien kalibrointiin liittyvää ongelmakenttää sekä joitain menetelmiä itse kalibroinnin suorittamiseksi ajoneuvokompassissa.

US-julkaisussa 6356851 esitetty menetelmä perustuu anturilukemien minimien ja maksimien etsimiseen ja algoritmi vaatii, että laitetta liikutetaan siten, että mittaustietoa on saatavilla kai-30 kista eri ilmansuuntia vastaavista ympyrän neljänsiksistä. Tällainen kalibrointi on suhteellisen hidas ja työläs toteuttaa käytännössä, jolloin se soveltuu huonosti esimerkiksi retkeilykäyttöön ja rannelaitteisiin. Menetelmä vaatii toimiakseen luotettavasti myös hyvin puhtaan signaalin.

2 US-julkaisussa 2002/0035791 esitetty menetelmä perustuu kolmen laitteen eri asentoa vastaavan x,y-pisteparin mittaamiseen ja edelleen yhtälön x2+y2+Ax+By+C=0 vakioiden A, B ja C ratkaisemiseen mittausten perusteella. Menetelmän yksi haittapuoli on, että mainittujen kolmen pisteparin tulee olla verrattain etäällä toisistaan (eli siten että niiden muodostama kolmio 5 on oleellisesti ei-tylppäkulmainen), jolloin laitetta pitää kiertää suhteellisen paljon onnistuneen kalibroinnin tekemiseksi. Lisäksi menetelmä on matemaattisesti verrattain raskas, eli kuluttaa paljon virtaa. Edellä mainituista syistä johtuen myös vasteajat tulevat tarpeettoman pitkiksi.

10 Magneettisensoreiden offset-arvot muuttuvat ajan mukana, jolloin jossain vaiheessa alkuperäinen kalibrointi antaa virheellisiä suuntalukemia. Asia korjataan käyttäjän tekemällä kalibroinnilla. Tunnetaankin joitakin rannetietokoneita, joissa kalibrointi suoritetaan siten, että käyttäjä, asetettuaan ensin laitteeseen kalibrointitilan, pyörähtää 360 astetta laite kädessään. Tämän pyörähdyksen aikana kerätystä datasta määritetään magneettisen ympyrän keskipiste, 15 jota käytetään kompassisuunnan laskemiseksi uusien mittausten perusteella, kun laite on kompassitilassa. Ongelmina tällaisessa menetelmässä on se, että kalibrointi on hidastaja vaivalloista sekä se, että jos kalibrointia ei tehdä riittävän usein, laitteen antamiin suuntalukemiin ei välttämättä voi luottaa.

20 Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan käyttäjän kannalta huomaamaton ja luotettava automaattisella kalibroinnilla varustettu suunnannäyttömenetelmä erityisesti rannetietokoneita varten sekä vastaava kannettava laite.

Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan vähän virtaa/laskentatehoa kuluttava laite ja 25 menetelmä kompassisuunnan määrittämiseksi luotettavasti erilaisissa käyttöolosuhteissa. Erityisesti tarkoituksena on saada aikaan uusi kompassin käsittävä rannetietokone, veneilytieto-kone tai ajoneuvotietokone, jotka käyttötarkoituksensa vuoksi joutuvat hyvin vaihteleviin käyttöolosuhteisiin.

30 Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan kompassilaite, jonka kalibroiminen on luotettavaa, kun käytettävissä oleva signaali on voimakkaasti epäideaalista, eli sisältää paljon kohinaa, ja vastaava menetelmä. Tällaisella sovelluksella on tarvetta erityisesti rannetietokoneissa, joissa ensisijaisesti avaruudellisesti ’’vapaa” käyttöympäristö, mutta myös mm. laitteen koko ja virrankulutuksen minimointi, asettavat rajoituksia magneettiantureilta saatavan signaalin 3 määrälle ja laadulle. Avaruudellisesti ’’vapaalla” käyttöympäristöllä tarkoitetaan pääasiassa sitä, että kun rannetietokonetta käytetään, poikkeamat vaakatasosta näkyvät mittauskohinana. Niinpä laitteen käytönaikainen kallistelu vaikuttaa heikentävästi signaalin laatuun ja siten vaikeuttaa laitteen kalibrointia ja siten kompassisuunnan määrittämistä onnistuneesti. Kalliste-5 lun tuottama kohina on rannelaitteissa pääasiallinen kohinan lähde.

Toisaalta keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan uusi yksinkertaisempi ja nopea kom-passilaite silloin, kun käsiteltävä signaali on hyvälaatuista, eli sen kohinataso on pieni.

10 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kun kompassia käytetään, sitä kalibroidaan jatkuvas ti aina sen mukaan, onko mitattu data riittävän hyvälaatuista kalibroinnin tekemiseksi. Niinpä keksinnön mukaisessa menetelmässä kompassisuunnan määrittämiseksi elektronisella kom-passilaitteella - mitataan ulkoisen magneettikentän ainakin kahta kenttäkomponenttia, joista muo- 15 dostetaan joukko datapisteitä, jotka vastaavat laitteen eri asentoja suhteessa ulkoi seen magneettikenttään (datapisteiden sijainti koordinaatistossa riippuu maan magneettikentästä ja ympäristön magneettisista häiriöistä), - määritetään vastaako datapistejoukko mittausta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa, tai havainnoidaan laitteen kallistelua suhteessa 20 vaakatasoon mittauksen aikana ja koqataan datapistejoukko vastaamaan mittausta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa, - jos datapistejoukko vastaa mittausta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa tai mainittu datapistejoukon korjaus on suoritettu, määritetään ja määritetään uusi kompassisuunta käyttämällä mainitun datapistejoukon pe- 25 rusteella tehtyä kalibrointia.

Niinpä keksinnön mukaista menetelmää hyödyntävässä laitteessa ei tarvita erillistä kalib-rointitilaa ollenkaan, vaan kalibrointi voi tapahtua suunnannäyttötilassa ’’lennossa” kun kompassia käytetään jos ennalta määrätyt kompassisignaalin laatukriteerit täyttyvät.

30

Jos laitetta pidetään oleellisesti vaakatasossa datapisteiden keruun aikana, datapisteet sijoittuvat karkeasti ympyrän kehälle. Todellinen kompassisuunta määräytyy siitä, mihin kohtaan ympyrän kehällä mitattu datapiste sijoittuu. Ympyrän sijainti koordinaatistossa taas riippuu mm. ulkoisista häiriökentistä. Kompassin kalibrointi tarkoittaakin ensisijassa täi- 4 laisten kenttien suhteen tehtävää häiriökorjausta. Tässä oletetaan, että magneettiantureiden ortogonalisointi, eli laitteen herkkyysmatriisi, tunnetaan, eli on esimerkiksi määritetty tehtaalla yleensä laitekohtaisesti.

5 Edullisen sovellutusmuodon mukaan menetelmä käsittää vaiheen, jossa lasketaan ympyrän keskipisteen sijainti koordinaatistossa. Kompassisuunnan häiriökorjaus tapahtuu tällöin edullisimmin määrittämällä kompassisuunta lasketun keskipisteen ja jonkin mainituista datapisteistä muodostaman vektorin suuntaiseksi. Vaihtoehtoisen sovellutusmuodon mukaan keskipisteen tarkkaa sijaintia ei lasketa ollenkaan, vaan häiriökorjaus tapahtuu päätte-10 lemällä suunta datapisteistä ympyrän kehän paikallisen kaareutumissuunnan perusteella.

Tämä vaihtoehtoinen sovellutusmuoto on käytettävissä, jos mittausdata on suhteellisen kohinatonta, eli jos laite on esimerkiksi kiinteästi asennettu ajoneuvoon.

Edullisimmin laite on sovitettu havaitsemaan, jos laitetta kallistellaan liikaa mittauksen aika-15 na, eli jos mittauskohina on niin suurta, että luotettavaa häiriökorjattua suunnanmääritystä ei voida tehdä. Tällaisessa tapauksessa laite on sovitettu ilmoittamaan tämä käyttäjälle, joka voi toistaa mittauksen pitämällä laite paremmin vaakatasossa. Toisaalta, yhden toisen sovellutus-muodon mukaan tällaisen luotettavuusarvioinnin perusteella valitaan yksi useasta suunnan-määritysmenetelmästä, joiden häiriösietoisuudet poikkeavat toisistaan.

20

Erityisen edullisen sovellutusmuodon mukaan prosessointiyksikkö on sovitettu hyväksymään määritetty keskipiste uudeksi keskipisteeksi ainoastaan, jos sen etäisyys aikaisemmin määritetystä keskipisteestä on pienempi kuin ennalta määrätty maksimictäisyys. Yhden sovellutus-muodon mukaan lasketaan ainakin joidenkin mainittujen datapisteiden etäisyys ympyrän 25 keskipisteestä ja verrataan sitä muiden mitattujen datapisteiden etäisyyteen ympyrän keskipisteestä.

Keksinnön mukainen laite kompassisuunnan näyttämiseksi käsittää elektromagneettiset anturivälineet ulkoisen magneettikentän ainakin kahden kenttäkomponentin mittaamiseksi 30 sekä prosessointiyksikön, joka on sovitettu huolehtimaan jatkuvasta automaattisesta kalibroinnista, kuten yllä on kuvattu. Kallistuksen havainnointi voidaan havaita elektromagneettisten anturivälineiden välittämästä datasta tai laitteessa voi olla erilliset välineet kallistuksen havaitsemiseksi.

5

Edullisen suoritusmuodon mukaan signaalin ollessa hyvälaatuista käytetään kolmen mitatun datapisteen perusteella tehtävää suunnanmääritysmenetelmää, ja signaalin ollessa heikompi-laatuista käytetään neljän datapisteen perusteella tehtävää suunnanmääritysmenetelmää. Nämä molemmat suunnanmääritysmenetelmät kuvataan esimerkinomaisesti myöhemmin. Kol-5 men datapisteen määrityksen etuna on pienempi virrankulutus ja erittäin lyhyt vasteaika. Neljän datapisteen menetelmän etuna on soveltuvuus myös tilanteeseen, jossa kohinataso kasvaa niin suureksi, että kolmen datapisteen menetelmällä tehtävä määritys ei ole enää luotettava. Esimerkinomaisia ja yksityiskohtaisempia toteutusesimerkkejä kuvataan myöhemmin.

10 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Keksinnön avulla kompassin kalibrointi voidaan nimittäin piilottaa käyttäjältä huomaamattomaksi taustatoimenpiteeksi, jota suoritetaan samalla kun käyttäj ä operoi kompassia normaalissa suunnannäyttötilassa. Vain tarvittaessa, eli kun liikaa mittauksenaikaista kallistelua on havaittu, tai aikaisempaa luotettavaa kalibrointidataa ei ole käytössä (esim. kompassitilan käynnistys ensimmäistä kertaa 15 pitkään aikaan), mittaus joudutaan toistamaan, esimerkiksi samalla pyytäen käyttäjää pitämään laitetta paremmin vaakatasossa.

Yleisesti ottaen tässä hakemuksessa kuvatut uudet täsmällisemmin kuvatut menetelmät ja näitä menetelmiä toteuttavat laitteet tarjoavat riittävän kalibrointi- ja/tai suuntainformaati-20 on jo pienellä laitteen liikkeellä sekä kohinaisessa että vähäkohinaisessa ympäristössä. Niiden avulla nimittäin pystytään nopeasti sekä päättelemään missä päin magneettista koordinaatistoa ollaan että tekemään vaadittava häiriökorjaus tarkan suunnan osoittamiseksi.

Keksinnön sovellutusmuodot tarjoavat huomattavia lisäetuja. Esimerkiksi valitsemalla käy-25 tettävä kompassimenetelmä mitatun signaalin laadun mukaan voidaan nimittäin toteuttaa rannelaite, joka soveltuu sekä retkeilykäyttöön että kiinnitettäväksi esim. veneeseen tai muuhun kulkuneuvoon. Esimerkiksi veneessä vaakataso on joskus hyvä mutta joskus kallistelua on enemmän, jolloin laite valitsee automaattisesti mittausdatan perusteella käytettävän kompassimenetelmän minimoiden aina prosessorikuormitusta. Niinpä kokonaisvir-30 rankulutus saadaan pienemmäksi ja myös laskennan vasteaika, aina olosuhteista riippuen, mahdollisimman pieneksi. Erityisesti rannelaitteissa on pienet prosessorit ja vasteajoista voi helposti tulla pitkiä, jos suorittimella on paljon yhtäaikaisia tehtäviä. Muita laitteen tehtäviä voivat olla esimerkiksi etäantureiden radioliikenteen hoitaminen ja erilaisten las- 6 kentojen, kuten sukellusdekompressioalgoritmien, liikuntasuorituksen haqoitusvaikutuksen tai kalorikulutuksen suorittaminen.

Seuraavassa keksinnön sovellutusmuotoja selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla 5 oheisiin piirustuksiin, joissa kuviossa la esitetään keksinnön yhden sovellutusmuodon mukaiset menetelmävaiheet vuokaaviona, kuviossa Ib esitetään menetelmän eteneminen toisen sovellutusmuodon mukaan, 10 kuviossa 2 esitetään kompassin kalibrointiympyrä ja kalibroinnissa käytettävät geometriset välineet yhden sovellutusmuodon mukaan kohinaisessa ympäristössä, ja kuviossa 3 esitetään kompassin kalibrointiympyrä ja kalibroinnissa käytettävät geometriset välineet yhden sovellutusmuodon mukaan kohinattomassa ympäristössä, 15 Kuviossa la esitetään esillä olevan menetelmän kulku yhden sovellutusmuodon mukaan. Vaiheessa 100 mitataan magneettikenttää. Kompassilaite mittaa magneettikentän vaaka-komponentin suuruuden oikein, ainoastaan jos laitteen magneettianturit (eli yleensä myös laite) ovat vaakatasossa. Vaiheessa 120 arvioidaan mittausdatan laatua soveltuvin keinoin. Käytännössä riittävän varma kompassisuunnan määritys saadaan ainoastaan, kun kaksi 20 peräkkäistä antureiden nollakohtien määritystä (laitteen kalibrointimittausta) on riittävän samoja. Mittauksen aikaista laitteen kallistelua, mikä siis aiheuttaa mittauskohinaa, arvioidaan tyypillisesti nollakohdan määrityksen aikaisen vaakavektorin pituuden ja edellisen mitatun vektorin pituuden eron avulla. Ero kertoo viimeisimmän mittaustuloksen luotettavuuden. Jos ero on pienempi kuin raja-arvo, voidaan olettaa, että laite pysyy riittävällä 25 tarkkuudella vaakatasossa.

Viitaten edelleen kuvioon la, seuraava esimerkki kuvaa suunnan määritystä käytännön tilanteessa keksinnön avulla (esimerkiksi rannelaite): 1. Käyttäjä aktivoi kompassinäkymän.

30 2. Laite hakee pysyväismuististaan edellisen käyttökerran oleelliset parametrit: herk- kyysmatriisin, keskipistetiedot ja edellisen kalibroitumisajankohdan magneettikentän vaakatason intensiteetin.

7 3. Laite mittaa magneettiantureiden lukemat (vaihe 100) ja laskee niiden etäisyyden talletettuun keskipisteeseen (antureiden lukemat, jos magneettikenttää ei ole ollenkaan).

4. Jos mitatun pisteen ja keskipisteen välinen etäisyys eroaa liikaa edellisen kalibroin- 5 nin aikaisesta mitasta (vaihe 120), laite kehottaa käyttäjää pitämään laitteen vaaka tasossa ja pyörittämään sitä vaakatasossa, esim. 'Keep level, rotate' (vaihe 190).

5. Kun laitetta on pyöritetty riittävästi vaakatasossa, kalibroituminen todetaan (uusi keskipiste, vaihe 130) ja suuntalukemaa aletaan jälleen näyttää (vaihe 140).

10 Lukeman hyvyyttä voidaan myös kritisoida talletetun vaakaintensiteetin ja mitatun intensi teetin eron kautta, esimerikiksi laskemalla: FOM (figure of merit) = ab s (mitattu-talletettu) *100%/talletettu Näin saadaan suhteellinen hyvyysluku mittaukselle.

15 Kuviossa Ib, joka kuvaa keksinnön jatkosovellutusmuotoa, vaiheet 10 ja 12 vastaavat ku vion la vaiheita 100 ja 120, vastaavasti. Mittausdata laadunarvioinnin 12 jälkeen, jos laatu täyttää ennaltamäärätyn kriteerin, voidaan vaiheessa 16 valita käytettäväksi esimerkiksi alla tarkemmin kuvattavaa kohinattomaan käyttöympäristöön soveltuvaa kompassisuunnan laskentatapaa tai jotakin muuta korkeintaan kolmea mittauspistettä hyödyntävää laskenta-20 tapaa (vaihe 18a). Jos taas vaiheessa 12 todetaan, että laitteen kallistelu on suurta, voidaan vaiheessa 16 valita esimerkiksi alla tarkemmin kuvattavaa kohinaiseen käyttöympäristöön soveltuva kompassisuunnan laskentatapa tai jotkin muu ainakin neljää mittauspistettä hyödyntävä laskentatapa (vaihe 18b). Vaihtoehtoisesti, jos todetaan, että laitteen kallistelu on suurta, voidaan käyttäjää pyytää käyttäjää pitämään laite paremmin vaakatasossa soveltu-25 van visuaalisen tai korvinkuultavan signaalin avulla ja jatkaa mittausdatan keruuta. Vaiheessa 20 laskettu kompassisuunta näytetään käyttäjälle.

Seuraavaksi kuvataan kalibroitumista ja suunnanmääritystä yksityiskohtaisesti kotimaisessa ja vähäkohinaisessa käyttöympäristössä.

Kohinainen käyttöympäristö

Kohinaisessa ympäristössä on havaittu, että kalibrointiin tarvittavan kiertoliikkeen pituutta voidaan parhaiten minimoida laitteella, joka käsittää 30 8 - elektromagneettiset anturivälineet ulkoisen magneettikentän ainakin kahden kenttä-komponentin mittaamiseksi, - prosessointiyksikön, joka on sovitettu muodostamaan mitatuista kenttäkomponen-teista origoon sidottuja kaksiulotteisia datapisteitä, jotka sijoittuvat karkeasti ympy- 5 rän kehälle aina anturivälineiden ja ulkoisen magneettikentän suhteellisesta asemasta riippuen, ja joka prosessointiyksikkö on edelleen sovitettu määrittämään mainitun ympyrän keskipiste datapisteiden avulla kompassin kalibroimiseksi, jolloin prosessointiyksikkö on sovitettu määrittämään ympyrän keskipiste neljän datapisteen avulla laskemalla kahden näiden neljän datapisteen välille sovitettujen segmenttien normaalit 10 ja määrittämällä ympyrän keskipiste normaalien leikkauspisteeseen.

On nimittäin havaittu, että käyttämällä neljää datapistettä kolmen datapisteen sijaan, laitteesta saadaan huomattavasti vähemmän herkkä kohinan aiheuttamille virheille keskipisteen määrityksessä. Jos kolmen datapisteen systeemissä se datapiste, joka on yhteinen mo-15 lemmille segmenteille, kuten esimerkiksi US-julkaisussa 2002/0035791, kohinan takia liikkuu, vaikuttaa se molempien segmenttien suuntiin ja edelleen kertautuvasti määritetyn keskipisteen sijaintiin. Yllä mainitussa julkaisussa uusi keskipiste iteratiivisesti keskiar-voistetaan edellisen keskipisteen kanssa, jotta menetelmästä saadaan luotettavampi, mikä ei ole välttämätöntä tai yleensä edes haluttavaa esillä olevassa menetelmässä.

20

Prosessointipiiri on edullisesti sovitettu hyväksymään kaksi datapistettä segmentin päätepisteiksi ainoastaan, jos niiden etäisyys toisistaan on suurempi kuin ennalta määrätty minimietäisyys, joka tyypillisessä sovelluksessa on välillä ympyrän säde/5 ... ympyrän säde. Tällä saavutetaan se etu, että kohinan vaikutus segmentin (ja siten myös sen normaalin) suuntaan pie-25 nenee. Esimerkiksi päätepisteet, joiden etäisyys toisistaan on noin ympyrän säde/2, taqoavat esillä olevan menetelmälle riittävän määritystarkkuuden lähes kaikissa käytännön sovelluksissa. Esillä oleva menetelmä mahdollistaakin päätepisteiden etäisyyden pitämisen hyvin pienellä etäisyydellä toisistaan menetelmän suuntatarkkuuden kärsimättä kohtuuttomasti, mikä säästää laskentatehoa (antureiden ’’päälläoloaika”) ja lisää käyttäjäystävällisyyttä (pieni kiertoja 30 nopea mittaus).

Edelleen prosessointipiiri on edullisesti sovitettu hyväksymään segmentit keskipisteen määritykseen ainoastaan, jos niiden määräämien suuntien välinen kulma on suurempi kuin ennalta määrätty minimikulma, edullisesti ainakin noin 35 astetta, esimerkiksi 37 - 143 astetta (kul- 9 man kosini < 0,8). Tällä saavutetaan se etu, että kohinan tuottama virhe segmenttien suuntiin ei näy herkästi keskipisteen määrityksessä.

Edullisesti prosessointipiiri on sovitettu sovittamaan mainitut segmentit aina peräkkäisten 5 datapisteiden välille, eli siten, että segmentit eivät risteä.

Erityisen edullisen sovellutusmuodon mukaan prosessointiyksikkö on sovitettu hyväksymään määritetty keskipiste uudeksi keskipisteeksi ainoastaan, jos sen etäisyys aikaisemmin määritetystä keskipisteestä on pienempi kuin ennalta määrätty maksimietäisyys, edullisesti vähem-10 män kuin noin ympyrän säde/10.

Tyypillisesti laite on sovitettu käyttämään määritettyä keskipistettä ja elektromagneettisilta anturivälineiltä saatavaa uutta kenttäkomponenttien mittaustulosta edelleen kompassisuunnan osoittamiseksi laitteen käyttäjälle. Tämä on tavallinen sovellutus ainakin rannelaitteissa, joita 15 voi niin ollen käyttää suunnistamiseen esimerkiksi retkeilykäytössä (vrt. esim. black box- tyyppiset ratkaisut, jotka ainoastaan keräävät suuntainformaatiota). Viitaten kuvioon 4, ranne-laitteessa 40 on keskusmoduuli 44, joka sisältää magneettianturit 42a ja 42b ja prosessointiyksikön 43, ja tähän liitetty rannehihna 45. Keskusmoduuli käsittää lisäksi näyttötaulun 41, jossa on välineet kompassisuunnan visuaaliseksi ilmoittamiseksi, tyypillisesti LCD/TFT-näyttö tai 20 vastaava.

Edullisesti laite on sovitettu osoittamaan kompassisuunta laitteen käyttäjälle ainoastaan, jos uusi kenttäkomponenttien mittaustulos vastaa datapistettä, jonka etäisyys ympyrän keskipisteestä on välillä aikaisemmin määritetyn datapisteen etäisyys ympyrän keskipisteestä miinus 25 ennalta määrätty maksimietäisyys ... aikaisemmin määritetyn datapisteen etäisyys ympyrän keskipisteestä plus ennalta määrätty maksimietäisyys. Toisaalta, kompassisuunnan lisäksi laite voi olla sovitettu osoittamaan käyttäjälle myös määritetyn kompassisuunnan luotettavuus, mikä voi täydentää, tai mikä voi jopa korvata edellä mainitun etäisyyskriteerin käyttämisen. Luotettavuutta voidaan arvioida keskipisteen määrityksessä käytettyjen kenttäkompo-30 nenttien mittaustuloksia ja/tai uusien kenttäkomponenttien mittaustulosta vastaavien datapisteiden keskipisteestä mitattujen etäisyyksien vaihtelujen perusteella tai esimerkiksi kenttä-komponenttien mittauksen signaali/kohinatason mukaan.

10

Yhden sovellutusmuodon mukaan keksintö toteutetaan kohinaisessa toiminta ympäristössä, kuten rannetietokoneessa, käytännössä seuraavan kuvauksen mukaisesti.

Laitteen herkkyysmatriisi S, eli magneettiantureiden vahvistus-ja ristiherkkyystekijät, kun 5 laitetta pyöritetään vaakatasossa, on yleensä määritetty jo tehtaalla (ns. tehdaskalibrointi), joten se oletetaan tässä tunnetuksi. Laitteen muistiin on siis syötetty itse laitteen ja sen magneettianturien aiheuttamat vääristymät mittauksissa (sekä myös mahdollisesti maantieteellisen pohjoissuunnan korjaus, eli deklinaatio). Niinpä kutakin mittaustulosta (mx,my) vastaa aina yksi piste (x,y)=S(mx,my), josta kyseiset vääristymät on poistettu. Muodostuu 10 siis ympyrä R2 = (x-xO)2 + (y-yO)2, missä R on ympyrän säde ja (x0,y0) on ympyrän keski piste. Samoin edullisesti oletetaan, että ainakaan ristiherkkyystekijät eivät oleellisesti muutu käytön aikana.

Kalibroinnin suorittamiseksi laitteen käyttäjän on liikutettava laitetta vaakatasoon nähden 15 kohtisuoran suunnan ympäri, eli siten, että laitteen magneettianturit havaitsevat muutoksen mitatussa maan magneettikentän voimakkuudessa. Edullisimmin aktiivisesti tarkkaillaan, että magneettianturien lukemien etäisyys magneettisen ympyräkuvion keskipisteestä pysyy riittävällä tarkkuudella vakiona, jolloin voidaan päätellä laitteen olevan vaakatasossa (maan magneettikentän vaakasuoran komponentin voimakkuus ei muutu). Edelleen, vain 20 ne lukemat hyväksytään, jotka on riittävällä varmuudella todennettu tapahtuneen laitteen vaakasuorassa asennossa.

Viitaten nyt kuvioon 2, joka havainnollistaa kalibrointia kohinaisen signaalin tapauksessa, magneettisen ympyräkuvion keskipistettä etsitään kahden segmentin puolittajien leikkauspis-25 teen avulla. Täsmällisemmin kuvattuna kaksi ympyrän kehällä sijaitsevaa erillistä pistettä muodostavat ympyrän segmentin. Segmenttiä kohtisuorassa oleva ja segmentin keskipisteen kautta kulkeva suora on ympyrän säteen suuntainen eli näin valittu suora kulkee myös ympyrän keskipisteen kautta. Kun valitaan ympyrän kehältä kaksi muuta pistettä saadaan toinen ympyrän keskipisteen kautta kulkeva suora. Näiden kahden suoran leikkauspiste on ympyrän 30 keskipiste.

Tällöin esillä oleva menetelmä toteutetaankin edullisen suoritusmuodon mukaan siten, että 11 - mitataan magneettikentän voimakkuus neljässä pisteessä, jotka muodostavat kaksi pisteparia, eli ensimmäisen pisteparin (xl,yl)=S(mxl,myl) ja (x2,y2)=S(mx2,my2) sekä toisen pisteparin (x3,y3)=S(mx3,my3) ja (x4,y4) =S(mx4,my4), - tarkistetaan, että ensimmäisen ja vastaavasti toisen pisteparin pisteiden etäisyys toi- 5 sistaan on suurempi kuin ennalta määritetty minimietäisyys, - lasketaan ensimmäisen ja vastaavasti toisen pisteparin pisteitä yhdistävien j anojen (ensimmäinen ja toinen segmentti) normaalien kulmakertoimet (ensimmäinen ja toinen kulmakerroin, vastaavat kahta ympyrän (x,y) sädettä) ja - jos ensimmäinen kulmakerroin ja toinen kulmakerroin poikkeavat toisistaan ennalta 10 määritettyä minimiarvoa enemmän, lasketaan näiden leikkauspisteen avulla uusi ympyrän (x,y) keskipiste (xO,yO)).

Janojen normaalien kulmakertoimien vertailu voidaan luonnollisesti korvata myös itse janojen kulmakertoimien vertailulla, joka johtaa samaan lopputulokseen.

15

Edelleen, uusi laskettu ympyrän keskipiste (xO,yO) voidaan hyväksyä uudeksi keskipisteeksi vain, jos tämä on riittävän lähellä edellistä keskipisteen arvoa.

Kun kalibrointia käytetään edelleen suunnan näyttämiseen laitteen näytöllä tai vastaavalla, 20 menetelmän luotettavuutta voidaan parantaa edelleen siten, että mitattu suunta näytetään laitteen käyttäjälle ainoastaan jos - mitattua suuntaa vastaava piste (xs,ys) on lähes samalla etäisyydellä keskipisteestä kuin muut mitatut pisteet tai kalibroinnissa käytetyt pisteet (xn,yn), ja/tai suunnan kanssa ilmoitetaan määritetyn suunnan luotettavuus.

25

Suunnan luotettavuutta voidaan arvioida esimerkiksi mittaamalla signaalin kohinatasoa tai arvioimalla mittauksen todenmukaisuutta edellisten mittausten perusteella.

Samalla kun laitetta kalibroidaan, lasketaan edullisesti myös kompassisuuntaa käyttäjälle 30 näyttämistä varten (yhdistetty kalibrointi-kompassitoiminto yhdessä toimintamoodissa). Edul lisena pidetyn suoritusmuodon mukaan, tarkkaillaan samalla uuden suuntavektorin pituuden eroa edellisen keskipisteen valinnan aikaisen suuntavektorin pituuteen. Jos ero on liian suuri, käyttäjää informoidaan tästä esimerkiksi laitteen näytöllä näkyvällä indikaattorilla ja suuntaa ei välttämättä tällöin näytetä.

12

Kokeissa on havaittu, että 20 % kohinatasolla (mitattuna datapisteiden etäisyyksistä keskipisteeseen) esillä oleva menetelmä voi taijota jopa +/-3 asteen suuntatarkkuuden.

5 Kohinaton tai vähäkohinainen käyttöympäristö

Kohinattomassa ympäristössä on taas havaittu, että kompassisuunta voidaan luotettavasti määrittää jopa differentiaalisen pienen kiertoliikkeen avulla jopa ilman kalibrointiympyrän keskipisteen määritystä. Tämä saadaan aikaan siten, että laite käsittää elektromagneettiset anturivälineet ulkoisen magneettikentän ainakin kahden kenttä-10 komponentin mittaamiseksi, j a - prosessointiyksikön, joka on sovitettu muodostamaan mitatuista kenttäkomponen-teista origoon sidottuja kaksiulotteisia datapisteitä, jotka sijoittuvat karkeasti ympyrän kehälle aina anturivälineiden ja ulkoisen magneettikentän suhteellisesta asemasta riippuen, 15 jolloin prosessointipiiri on sovitettu laskemaan kompassisuunta kolmen datapisteen avulla päättelemällä ympyrän kehän kaareutumissuunta paikallisesti datapisteistä ja edelleen sitä kautta todellinen kompassisuunta. Edullisimmin tämä tehdään määrittämällä kahden datapisteen välille sovitetun segmentin normaalin suunta ja edelleen määrittämällä kolmen datapisteen järjestyksen ja niiden välille viritettyjen vektorien keskinäisen aseman perusteella, esi-20 merkiksi käyttämällä vektorien välistä piste- tai ristituloa, laitteen asento suhteessa ulkoiseen magneettikenttään kompassissuunnan määrittämiseksi.

Tällainen menetelmä taijoaa mahdollisuuden määrittää kompassisuunta jopa ilman elektronisten kompassien kalibroinnissa yleisesti käytettyä keskipisteen määritystä. Lisäksi, määritys 25 voidaan tehdä jopa differentiaalisen pienistä muutoksista laitteen asennossa. On havaittu, että kokonaislukulaskentaa käyttämällä (ympyräkuvion säde 1000 yksikköä) mittaus alle 2 asteen tarkkuudella voidaan suorittaa jopa alle 2 asteen kokonaiskiertymästä, kun kohinataso on alle noin 1%. Liukulukulaskennassa ideaalisella datalla pätee, että mitä pienempi kierto, sen parempi tarkkuus ja sen avulla menetelmän tarkkuutta voidaan edelleen parantaa. Yleisesti sa-30 nottuna määritys voidaan tehdä datapisteiden avulla, joiden muodostama kolmio on hyvin tylppäkulmainen (esim. yksi kulma 135 astetta tai suurempi), mutta kuten yllä on kuvattu, tyypillisesti jo huomattavasti pienempi laitteen kierto riittää.

13

Viitaten nyt kuvioon 3, jos mitattu signaali on suhteellisen kohinatointa (laite pidetään hyvällä tarkkuudella vaakatasossa), niin suunnan määrittämiseksi riittävät differentiaalisen pienet muutokset laitteen asennossa. Tällaisessa ideaalissa tapauksessa ei tarvitse määrittää edes ympyrän keskipistettä, vaan riittää kun tarkastellaan kolmea peräkkäistä mittaustulosta 5 (xl ,y 1), (x2,y2) ja (x3,y3). Oletetaan, että nämä mittaustulokset syntyvät pyöritettäessä laitetta mittausten aikana samaan suuntaan. Tällöin reunimmaisten mittauspisteiden (xl,yl) ja (x3,y3) määrittämän segmentin normaali määrittää ympyrän halkaisijan suuntaisen suoran. Tämän jälkeen käytetään menetelmää, joka kertoo vektorien a=(xl,yl)->(x2,y2) jab=(x2,y2)->(x3,y3) muodostaman kuvion kaarevuuden suunnan kompassisuunnan ja/tai keskipisteen 10 paikan selvittämiseksi. Tällainen menetelmä voi olla esimerkiksi vektorien a ja b pistetulon laskeminen, jolloin tämän etumerkki kertoo kumpaan halkaisijan määräämään suuntaan laite on mittauksen aikana osoittanut, ja siten keskipisteen paikan. Kuten alan asiantuntija ymmärtää, myös muita matemaattisia apuvälineitä ja menetelmiä voidaan käyttää. Esimerkkinä vaihtoehtoisesta tavasta annetaan rotaatiosuunnan määrittäminen ristitulon avulla. Lopullinen 15 suunta saadaan tällöin selville esimerkiksi siten, että aina riippuen ristitulon (a x b) pystykom- ponentin etumerkistä lisätään/vähennetään 90 astetta viimeisimmän mittausvektorin (vektori b) suunnasta.

Kuten kuviosta 3 käy ilmi prosessointiyksikkö on edullisesti sovitettu sovittamaan mainittu 20 segmentti kahden uloimman, eli järjestyksessä mainituista kolmesta datapisteestä ensimmäisen ja viimeisen, datapisteen välille. Tämä minimoi kohinan vaikutuksen segmentin suuntaan.

Edelleen kuviosta 3 käy ilmi, että prosessointiyksikkö on edullisesti sovitettu laskemaan vektorien välinen ristitulo laitteen asennon määrittämiseksi suhteessa ulkoiseen magneettikent-25 tään siten, että vektorit on viritetty keräämisjärjestyksessä ensimmäisen ja toisen ja vastaavasti toisen ja kolmannen datapisteen välille.

Laite on myös edullisesti sovitettu osoittamaan kompassisuunta laitteen käyttäjälle. Kuten kohinaisessakin tapauksessa, myös tässä sovelluksessa laite voi olla sovitettu osoittamaan 30 käyttäjälle myös määritetyn kompassisuunnan luotettavuus esimerkiksi kenttäkomponenttien mittauksen signaali/kohinatason mukaan.

Tässäkin sovelluksessa tyypillisesti hyödynnetään laitteelle tehtyä tehdaskalibrointia.

14

Laitteissa, jotka käytössä voidaan lukita oleellisesti vaakatasoon, esimerkiksi ajoneuvokom-passeissa, voidaan yllä kuvattua kolmen pisteen mittausta käyttää jopa ilman kallistuman havainnointia tai määritystä.

5 Esimerkki (kolmen pisteen mittaus)

Kolmen pisteen tapauksessa suunta voidaan määrittää näin: - Oletetaan, että on mitattu kolme peräkkäistä pistettä samaan suuntaan kiertävästä liikkeestä: pisteet pl = (xl,yl), p2=(x2,y2) jap3=(x3,y3).

10 - Muodostetaan vektorit a = (x3-x2)i + (y3-y2)j + Ok ja b = (x2-xl)i + (y2-yl)j + Ok.

(i, j ja k ovat ortogonaalisen (x,y,z)-koordinaatiston yksikkövektoreita).

- Lasketaan vektorin a suunta k: 15 k = atan2(y3-y2,x3-x2).

- Ristitulon e = a x b z-komponentti on z = (x3-x2)(y2-yl)-(y3-y2)(x2-xl).

- Jos z>0, niin lisätään laskettuun suuntaan k 90 astetta. Jos z < 0, vähennetään suunnasta k 90 astetta. (+ myötäpäivään, - vastapäivään).

20

Suunta k on määritetty jälkimmäisestä segmentistä siksi, että se on lähempänä tämänhetkistä oikeaa suuntaa.

25 Kohinainen käyttöympäristö + kallistuskompensointi

Yhden edullisen sovellutusmuodon mukaan myös lähtökohtaisesti kohinaisessa käyttöympäristössä (esim. rannelaitteet) sovelletaan yllä kuvattua kohinattomaan käyttöympäristöön suunniteltua menetelmää. Tämä saadaan aikaan siten, että laitteessa, jossa menetelmää toteu-30 tetaan, on välineet kallistuksen mittaamiseksi (esim. painovoiman suuntaa mittaava anturi). Mitatun kallistuksen avulla voidaan mitatusta magneettisesta datasta kompensoida kallistus-kohina pois, minkä jälkeen voidaan soveltaa kolmen pisteen suunnanmääritysmenetelmää. Kallistuman mittaus voidaan toki huomioida myös muissa laskennan vaiheissa.

15

Esimerkki (kallistuskompensointi) 1. Magneettiset mittaukset

Hae magneettiantureilta raakadata ml ja m2.

5 2. Ortogonalisointi

Jos laitetta pyöritetään horisontaalitasossa, raakadata vastaa kallistettua ellipsiä. Tämän muuntamiseksi ympyräksi tarvitaan herkkyysmatriisia. If device is rotated in horizontal plane, resulting data set represents a tilted ellipse. 2D-tapauksessa herkkyysmartiisi on 10 S = [ m_xx m_yx m_xy myy]

Seuraavissa laskelmissa käytetyt arvot ovat vecMeas = [x y] = [ml m2]*S (tai [xy]' = S'*[ml m2]').

15 3. Kallistuskompensointi

Jos anturitason kallistusarvot on mitattu, voidaan laskea vektorin vecMeas kal-listumaton projektio. Tätä varten tarvitaan kallistuskulmat kallitus y (kello 12 -suunnassa) ja kallistus x (kello 3 suunnassa). Ilman z-mittausta täytyy tietää magneettikentän pystykomponentti Mz. Kallistuskompensoidut arvot ovat 20 y = G * (ml*cosd(a) + m2*sind(a)*sind(b) - Mz*sind(b)) ja x = G * (- m2*cosd(b) + Mz*sind(a)*cosd(b)), jossa G = -l/cosd(a)/cosd(b), a = kallitus y, ja 25 b = asind(sind(kallistus x) / cosd(a)).

4. xo ja yo arvojen offset (ympyrän keskipiste, autokalibrointi)

Offset-arvot lasketaan uudestaan tavallisessa kompassitilassa. Kalibrointi tässä tapauksessa tehdään pisteiden avulla, jotka määrittävät kaksi segmenttiä. Nämä määrittävät kaksi sädettä, jotka leikkaavat toisensa offset-pisteessä.

30 5. Mz-arvo

On järkevää olettaa, että magneettikenttä ei muutu paikallisesti mittausten aikana. Niinpä voidaan vaatia, että (xl-xo)A2 + (yl-yo)A2 = (χ2-χο)Λ2 + (y2-yo)A2 16 Tästä yhteydestä saadaan kaksi kandidaattia Mz :lle: Mz+ and Mz-, (2. kertaluvun polynomiyhtälön AxA2+Bx+C juuret ovat x = (-B +/- sqrt(BA2-4* A*C))/2A). Oikea arvo on se, joka näkyy kaikissa tuloksissa.

6. Kompassisuunta 5 Kompassisuunta (d) lasketaan seuraavasti d = atan2(y-yo, xo-x).

Mikäli kyseessä on tavallinen 2D-kompassi (ilman kallistumamittausta), vaiheet 1, 2, 4, ja 6 pätevät. Niinpä tämän esimerkin opetukset ovat näiltä osin sovellettavissa myös yllä kuvattui-10 hin sovellutusmuotoihin.

Keksintö ei rajoitu yllä kuvattuihin sovellutusmuotoihin, vaan sitä on tulkittava oheisten patenttivaatimusten täydessä laajuudessa.

15

Claims (36)

1. Menetelmä kompassisuunnan määrittämiseksi elektronisella kompassilaitteella, jossa menetelmässä 5. mitataan ulkoisen magneettikentän ainakin kahta kenttäkomponenttia, joista muodostetaan joukko datapisteitä, jotka vastaavat laitteen eri asentoja suhteessa ulkoiseen magneettikenttään, - määritetään vastaako datapistejoukko mittausta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa, tai havainnoidaan laitteen kallistelua suh- 10 teessä vaakatasoon mittauksen aikana ja koqataan datapistejoukko vastaamaan mittausta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa, - jos datapistejoukko vastaa mittausta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa tai mainittu datapistejoukon koqaus on suoritettu, määritetään uusi kompassisuunta käyttämällä mainitun datapistejoukon perus- 15 teella tehtyä kalibrointia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jos datapistejoukko ei vastaa mittausta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa tai mainittua korjausta ei kyetä tekemään onnistuneesti, määritetään uusi kompassisuunta 20 käyttämällä aikaisemmin kerätyn datapistejoukon perusteella tehtyä kalibrointia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jos datapistejoukko ei vastaa mittausta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa tai mainittua korjausta ei kyetä tekemään onnistuneesti, odotetaan uutta datapis- 25 tejoukkoa, edullisesti samalla ilmaisten kompassilaitteen käyttäjälle uuden mittauksen tarve.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalibrointi tehdään laskemalla datapisteiden avulla datapisteiden määrittämän ympyrän keskipiste ja 30 uusi kompassisuunta määritetään edelleen mainitun keskipisteen avulla.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ympyrän keskipiste määritetään neljän datapisteen avulla laskemalla kahden näiden neljän datapisteen välille sovitetun segmentin normaalit ja määrittämällä ympyrän keskipiste normaalien leikkauspisteeseen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaksi datapistettä hy-5 väksytään segmentin päätepisteiksi ainoastaan, jos niiden etäisyys toisistaan on suurempi kuin ennalta määrätty minimietäisyys.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että segmentit hyväksytään keskipisteen määritykseen ainoastaan, jos niiden määräämien suuntien välinen 10 kulma on suurempi kuin ennalta määrätty minimikulma.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että segmentit sovitetaan kulloinkin peräkkäisten datapisteiden välille.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 4-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetty keskipiste hyväksytään uudeksi keskipisteeksi ainoastaan, jos sen etäisyys aikaisemmin määritetystä keskipisteestä on pienempi kuin ennalta määrätty maksimietäisyys.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 4-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritettyä 20 keskipistettä käytetään edelleen kompassisuunnan osoittamiseksi visuaalisesti.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompassisuunta osoitetaan ainoastaan, jos uusi kenttäkomponenttien mittaustulos vastaa datapistettä, jonka etäisyys ympyrän keskipisteestä on välillä aikaisemmin määritetyn datapisteen etäisyys 25 ympyrän keskipisteestä miinus ennalta määrätty maksimietäisyys ... aikaisemmin määritetyn datapisteen etäisyys ympyrän keskipisteestä plus ennalta määrätty maksimietäisyys.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompassi-suunnan lisäksi osoitetaan myös määritetyn kompassisuunnan luotettavuus. 30

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu luotettavuus lasketaan keskipisteen määrityksessä käytettyjen datapisteiden ja/tai uusien kenttä-komponenttien mittaustulosta vastaavien datapisteiden keskipisteestä mitattujen etäisyyksien vaihtelujen perusteella.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalibroitu kompassisuunta määritetään kolmen datapisteen avulla määrittämällä datapisteiden muodostaman ympyränkaaren kaareutumissuunta paikallisesti. 5

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ympyränkaaren kaareutumissuunta määritetään määrittämällä kahden datapisteen välille sovitetun segmentin normaalin suunta ja edelleen kolmen datapisteen järjestyksen ja niiden välille viritettyjen vektorien keskinäisen aseman perusteella määritetään laitteen asento suhteessa ulkoiseen 10 magneettikenttään.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu segmentti sovitetaan kahden uloimman, eli järjestyksessä mainituista kolmesta datapisteestä ensimmäisen ja viimeisen, datapisteen välille. 15

17. Jonkin patenttivaatimuksen 14-16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ympyränkaaren kaareutumissuunta määritetään keräämisjäijestyksessä ensimmäisen ja toisen ja vastaavasti toisen ja kolmannen datapisteen välille viritettyjen vektorien avulla.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 14-17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kom passisuunta määritetään datapistejoukon avulla ilman mainitun ympyrän keskipisteen laskemista.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 14-18 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut kolme 25 datapistettä muodostavat tylppäkulmaisen kolmion, jonka yksi kulma on vähintään 135 astetta.

20. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut datapisteet muodostetaan skaalaamalla kenttäkomponenttien mittaustulokset kompas- 30 silaitteelle ominaisella herkkyysmatriisilla.

21. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se suoritetaan rannelaitteessa, kuten rannetietokonetietokoneessa esimerkiksi urheilu- tai retkeilykäyttöä varten.

22. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheen, jossa valitaan yksi vähintään kahdesta kompassisuunnan määritysmenetelmästä laitteen käyttäjältä saatavissa olevan valintatiedon tai mainittujen kenttäkomponent- 5 tien mittauksen luotettavuuden automaattisen arvioinnin perusteella ja edelleen määrittä mään kompassisuunta käyttäen valittua menetelmää.

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jos kenttäkompo-nenttien mittauksen luotettavuus on heikompi kuin ennalta määrätty kynnysarvo, käyte- 10 tään ensimmäistä kompassisuunnan määritysmenetelmää, jossa hyödynnetään vähintään neljää laitteen eri asentoa vastaavaa mainittujen kahden kenttäkomponentin muodostamaa datapistettä.

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään jonkin 15 patenttivaatimuksen 4-13 mukaista kompassisuunnan määritysmenetelmää.

25. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jos kenttäkompo-nenttien mittauksen luotettavuus on parempi kuin ennalta määrätty kynnysarvo, käytetään toista kompassisuunnan määritysmenetelmää, jossa hyödynnetään korkeintaan kolmea 20 laitteen eri asentoa vastaavaa mainittujen kahden kenttäkomponentin muodostamaa data-pistettä.

26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään jonkin patenttivaatimuksen 14-19 mukaista kompassisuunnan määritysmenetelmää. 25

27. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että data-pisteitä kerätään jatkuvasti uuden kompassisuunnan määrittämiseksi laitteen ollessa suun-nannäyttötilassa, jolloin myös mainittu kalibrointi suoritetaan suunnannäyttötilassa kerättyjen datapisteiden perusteella. 30

28. Elektroninen kompassilaite, joka käsittää - elektromagneettiset anturivälineet ulkoisen magneettikentän ainakin kahden kenttäkomponentin mittaamiseksi, ja - prosessointiyksikön, joka on sovitettu - muodostamaan kaksiulotteisia datapisteitä anturivälineiltä saatavasta signaalista, datapisteiden vastatessa laitteen eri asentoja suhteessa ulkoiseen magneettikenttään, - määrittämään vastaako datapistejoukko mittausta, jossa laite on pysynyt en- 5 naita määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa, tai korjaamaan datapistejoukko vastaamaan tällaista mittausta erilliseltä kallistusanturilta saatavan datan perusteella, - määrittämään uusi kompassisuunta käyttämällä mainitun datapistejoukon perusteella tehtyä kalibrointia, jos datapistejoukko vastaa mittausta, jossa 10 laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa tai mainittu datapistejoukon kallistumakorjaus on suoritettu.

29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen laite, tunnettu siitä, että prosessointiyksikkö on edelleen sovitettu odottamaan uutta datapistejoukkoa, edullisesti samalla ilmaisten 15 kompassilaitteen käyttäjälle uuden mittauksen tarve, jos datapistejoukko ei vastaa mitta usta, jossa laite on pysynyt ennalta määrätyllä tarkkuudella vaakatasossa tai mainittua korjausta ei kyetä tekemään onnistuneesti.

30. Patenttivaatimuksen 28 tai 29 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on sovitettu 20 mittaamaan ulkoista magneettikenttää jatkuvasti sekä kalibrointia että suunnanmääri- tystä varten yhdessä toimintatilassa.

31. Patenttivaatimuksen 29 tai 30 mukainen laite, tunnettu siitä, että prosessointiyksikkö on sovitettu laskemaan datapisteiden avulla datapisteiden määrittämän ympyrän keski- 25 piste ja määrittämään edelleen uusi kompassisuunta mainitun keskipisteen avulla.

32. Patenttivaatimuksen 31 mukainen laite, tunnettu siitä, että prosessointiyksikö on sovitettu määrittämään ympyrän keskipiste neljän datapisteen avulla laskemalla kahden näiden neljän datapisteen välille sovitetun segmentin normaalit ja määrittämään ympyrän keski- 30 piste normaalien leikkauspisteeseen.

33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen laite, tunnettu siitä, että prosessointiyksikkö on sovitettu suorittamaan jonkin patenttivaatimuksen 6-13 mukaisia toimintoja.

34. Jonkin patenttivaatimuksen 28-31 mukainen laite, tunnettu siitä, että prosessointiyksikkö on sovitettu määrittämään kompassisuunta kolmen datapisteen avulla määrittämällä datapisteiden muodostaman ympyränkaaren kaareutumissuunta paikallisesti, edullisesti määrittämällä kahden datapisteen välille sovitetun segmentin normaalin suunta ja edelleen 5 kolmen datapisteen jäq estyksen ja niiden välille viritetty)’en vektorien keskinäisen aseman perusteella määritetään laitteen asento suhteessa maan magneettikenttään.

35. Patenttivaatimuksen 34 mukainen laite, tunnettu siitä, että prosessointiyksikkö on sovitettu suorittamaan jonkin patenttivaatimuksen 16-19 mukaisia toimintoja. 10

36. Jonkin patenttivaatimuksen 29-35 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on rannelai-te, kuten rannetietokone esimerkiksi urheilu- tai retkeilykäyttöä varten.