[發(fā)明專利]帶傾斜補(bǔ)償?shù)膶?dǎo)航儀和相關(guān)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110670932.7
• 申請(qǐng)日: 2021-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN113804170A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·貝蘇切
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: ETA瑞士鐘表制造股份有限公司
• 主分類號(hào): G01C17/38
• 分類號(hào): G01C17/38;G01C17/32
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 慈戩;吳鵬

帶傾斜補(bǔ)償?shù)膶?dǎo)航儀和相關(guān)方法。導(dǎo)航儀包括取向角計(jì)算單元，特別是第一取向角和第二取向角，其特征在于，取向角計(jì)算單元配置為能夠以給定的順序以及以顛倒的順序確定第一和第二取向角；計(jì)算單元被布置為能夠在所述給定順序和所述顛倒順序之間進(jìn)行選擇，以基于量化所述計(jì)算單元在確定第一取向角和第二取向角期間的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)的誤差風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與預(yù)定閾值之間的比較，計(jì)算第一取向角和第二取向角。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及導(dǎo)航儀，特別是具有傾斜補(bǔ)償功能的電子指南針，包含該導(dǎo)航儀的可穿戴設(shè)備，尤其是手表，允許確定導(dǎo)航儀的方向角的相關(guān)方法，用于實(shí)現(xiàn)所討論的方法的程序和用于該程序的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)。

背景技術(shù)

目前，電子指南針主要用于傾斜補(bǔ)償。該方法包括測(cè)量沿兩個(gè)或三個(gè)坐標(biāo)軸的地面磁場(chǎng)，并首先補(bǔ)償指南針(由加速度計(jì)和/或陀螺儀獲取)的姿態(tài)(翻滾和俯仰)，以估算等效指向，就像指南針?biāo)椒胖靡粯?，這在實(shí)踐中是可行的。這些技術(shù)通常稱為“傾斜補(bǔ)償”或6-DOF。例如，專利申請(qǐng)EP1669718A1描述了一種電子指南針，它可以測(cè)量沿兩個(gè)坐標(biāo)軸的磁場(chǎng)并進(jìn)行俯仰和翻滾校正。

這些技術(shù)的目標(biāo)是能夠估計(jì)手表的俯仰角和翻滾角(偏航由測(cè)量地面磁場(chǎng)來定義)。通常先計(jì)算翻滾角，然后計(jì)算俯仰角。這種方法的主要問題是當(dāng)俯仰接近90°時(shí)，由于重力矢量在翻滾測(cè)量平面上的投影有一個(gè)范數(shù)接近于零，所以翻滾計(jì)算存在不穩(wěn)定。加速度計(jì)的測(cè)量噪聲因此產(chǎn)生異常結(jié)果(萬向節(jié)鎖定)。

在安裝在手表中的電子指南針的特定情況下，如果用戶不水平使用他的手表來了解北向或指向，當(dāng)他觀察時(shí)，很有可能向他的手腕上所佩戴的手表施加劇烈的俯仰(通常對(duì)應(yīng)于手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)，以便他可以在相應(yīng)的手臂抬起的同時(shí)看他的表盤)而不是劇烈的翻滾(通常對(duì)應(yīng)于前臂與水平面之間形成的角度)。從產(chǎn)品的角度來看，這會(huì)導(dǎo)致無法忍受的不穩(wěn)定。

解決方案是存在的，例如專利文獻(xiàn)US2004/0187328和ST(www.st.com)在“設(shè)計(jì)技巧”DT5008中描述的那些，其中當(dāng)計(jì)算坐標(biāo)軸上的范數(shù)接近零時(shí)，某些角度被強(qiáng)制為90°。專利文獻(xiàn)US2004/0187328提出解決萬向節(jié)鎖定問題以凍結(jié)默認(rèn)角度值。這種武斷的選擇會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的指向值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺點(diǎn)。更具體地，本發(fā)明的目的是降低導(dǎo)航儀對(duì)噪聲的敏感度。為此，本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航儀，包括：-第一傳感器，配置成在關(guān)聯(lián)至所述導(dǎo)航儀的參照系中測(cè)量第一地面力場(chǎng)的第一矢量的三個(gè)分量，所述第一矢量稱為第一測(cè)量矢量，所述參照系稱為機(jī)載參照系，并且生成代表所述三個(gè)分量的第一輸出信號(hào)；.導(dǎo)航儀的取向角計(jì)算單元，所述計(jì)算單元連接到所述第一傳感器以接收所述第一輸出信號(hào)，并配置為能計(jì)算所述機(jī)載參照系的相對(duì)于地面參照系的第一取向角和第二取向角，并因此能計(jì)算導(dǎo)航儀的第一取向角和第二取向角，這些第一取向角和第二取向角由第一測(cè)量矢量必須經(jīng)歷的兩次連續(xù)旋轉(zhuǎn)定義，所述兩次旋轉(zhuǎn)是針對(duì)第一取向角的圍繞第一旋轉(zhuǎn)參照坐標(biāo)軸(也成為第一參照坐標(biāo)軸)的旋轉(zhuǎn)和針對(duì)第二取向角的圍繞第二旋轉(zhuǎn)參照坐標(biāo)軸(也成為第二參照坐標(biāo)軸)的旋轉(zhuǎn)，以使該第一測(cè)量矢量與計(jì)算矢量匹配，所述計(jì)算矢量在機(jī)載參照系中具有三個(gè)計(jì)算分量，所述三個(gè)計(jì)算分量與第一參照矢量在地面參照系中的三個(gè)參照分量一致，所述第一參照矢量是在地面參照系中預(yù)定義或預(yù)確定的。這種導(dǎo)航儀的卓越之處在于，取向角計(jì)算單元配置為能以所述兩次連續(xù)旋轉(zhuǎn)的給定順序確定第一取向角和第二取向角，也能以顛倒順序確定第一取向角和第二取向角；還在于，計(jì)算單元配置為能夠在所述給定順序和所述顛倒順序之間進(jìn)行選擇，以基于量化所述計(jì)算單元在確定第一取向角和第二取向角期間的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)的誤差風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與預(yù)定閾值之間的比較，計(jì)算第一取向角和第二取向角，所述誤差風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)是由導(dǎo)航儀根據(jù)至少一個(gè)第一輸出信號(hào)確定的。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，導(dǎo)航儀包括以任何可能的組合的以下一項(xiàng)或多項(xiàng)技術(shù)特征：

-所述誤差風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)是在垂直于第一旋轉(zhuǎn)參照坐標(biāo)軸的平面中測(cè)量的第一矢量的投影的范數(shù)；所述取向角計(jì)算單元配置為當(dāng)所述誤差風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)大于所述預(yù)定閾值時(shí)，通過在所述兩次連續(xù)旋轉(zhuǎn)中首先使第一測(cè)量矢量圍繞第一旋轉(zhuǎn)參照坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)，首先確定第一取向角。