[发明专利]具有2D磁力计的低成本电子罗盘

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子装置，其包括具有二维磁力计的定向传感 器。

背景技术

US专利6,836,971公开了一种倾斜补偿式电子罗盘。该倾斜补 偿式电子罗盘的操作是基于对地球磁场在垂直于双轴磁传感器的两 个测量轴的方向上的分量Z进行计算而不是进行测量的。可以使用 适用于广阔(wide)地理区域的地球磁场强度的存储值来计算该正交 分量Z。该计算还需要使用从双轴传感器测量的磁场值。一旦Z已知， 并且使用来自双轴倾斜传感器的输入，则可以通过使所测量的磁场强 度值从倾斜的双轴传感器精确地旋转回本地水平面来计算补偿的正 交分量X和Y。

发明内容

本发明涉及一种定向传感器和倾斜补偿罗盘向量重建方法，该 方法仅使用单独的2D磁力计作为其感测输入。与已知的上述US专 利6,836,971中描述的倾斜补偿罗盘示例相比，本发明中不需要加速 计。因此，本发明描述了极限最低成本的倾斜补偿式罗盘的构想。为 了实现该构想，牺牲刚体姿态中三个自由度中的一个作为自由变量。 在实践中，这可以通过要求保持罗盘体轴x水平来实现。尽管这表现 出一种局限性，但是其影响在实际使用中很小。例如，在本发明的实 施例中，将罗盘集成到移动电话中。当用户读取其显示屏时，这种电 话体轴x通常被保持为水平。因此，当考虑该装置的实际使用时，可 以事先确定该装置的x轴定向的两个自由度之一。

因此，本发明提供一种电子装置，其包括具有二维磁力计的定 向传感器。该传感器用于提供第一信号和第二信号，以分别确定所述 装置所在的地理位置的三维地磁场向量的第一分量和第二分量。所述 装置具有第一构件，其用于根据第一分量和第二分量以及所述装置所 处的地理位置的地磁场的给定强度来确定地磁场向量的第三分量的 多个候选。所述装置具有第二构件，其用于在假设所述装置的轴保持 水平的情况下，根据所述装置所处的地理位置的地磁场向量的给定倾 斜度和给定强度来确定重力向量的多个其他候选，。所述装置具有第 三构件，用于选择地磁场向量的第三分量的多个候选中相关的一个， 并且用于选择重力向量的多个其他候选中相关的另一个。

本发明基于如下假设：已知所述装置所处位置的地磁场的大小 和倾斜度的值；在所述装置的实际使用中，该装置的体轴中的至少一 个被保持水平。基于这些假设，可推测所述装置相对于地球的实际定 向(以及变量，诸如朝向以及倾斜角等)。

可以以硬件的方式或者通过使用专用微控制器或者使用运行专 用软件指令的通用数据处理器来实现上述的第一构件和/或第二构件 和/或第三构件。

在本发明的实施例中，在某些情况下可以假设地磁场的大小和 倾斜度的值为常量，并且可以在生产阶段将其程序化为给定常量。

可选地，本发明的所述装置用于获得其所处地理位置的地磁场 的大小和倾斜度。这可以以多种方式实现。

在第一示例实施例中，本发明的所述装置具有第四构件，例如 具有用于确定所述装置所处的地理位置的GPS单元或者具有连接到 GPS单元的接口。例如可以使用存储有针对区域或整个星球的值的 板载查找表或者使用数学模型(例如世界地磁模型)来根据地理位置 计算地磁特性，或者如果所述装置具有通信装置，则通过无线连接方 式将所述位置信息数据传输给服务供应商，服务供应商转而将本地值 发送或上传到所述装置，来将所述地理位置信息映射为本地地磁强度 和倾斜度的值。

在第二示例实施例中，所述装置包括通信装置，例如移动电话。 这种装置在服务供应商的蜂窝结构中运行。每个小区覆盖一个地理区 域，在该地理区域内漫游移动电话用户通过无线的方式与小区信标通 信。因此，服务供应商知道用户出现在哪个小区。因此，可以使用用 户出现在的小区的信标标识来确定用户的地理位置信息，所确定的地 理位置信息具有小区特性尺度的分辨率。接着，使用该位置信息来查 找相关的地磁场强度和倾斜度。例如，可以在所述装置中存储查找表， 该查找表将从信标接收到的信标标识映射为本地地磁场强度和倾斜 度的值。在另一个示例中，可以使用查找表来将信标标识映射为地理 位置，再可以通过另一个查找表或者数学模型(如世界地磁模型)将 该地理位置映射为本地地磁场特性。在再一个示例中，服务供应商具 有在所述装置实际使用期间将本地值传输到用户装置的信标。