[发明专利]带倾斜补偿的导航仪和相关方法

说明书

带倾斜补偿的导航仪和相关方法。导航仪包括取向角计算单元，特别是第一取向角和第二取向角，其特征在于，取向角计算单元配置为能够以给定的顺序以及以颠倒的顺序确定第一和第二取向角；计算单元被布置为能够在所述给定顺序和所述颠倒顺序之间进行选择，以基于量化所述计算单元在确定第一取向角和第二取向角期间的不稳定风险的误差风险指标与预定阈值之间的比较，计算第一取向角和第二取向角。

技术领域

本发明涉及导航仪，特别是具有倾斜补偿功能的电子指南针，包含该导航仪的可穿戴设备，尤其是手表，允许确定导航仪的方向角的相关方法，用于实现所讨论的方法的程序和用于该程序的计算机可读记录介质。

背景技术

目前，电子指南针主要用于倾斜补偿。该方法包括测量沿两个或三个坐标轴的地面磁场，并首先补偿指南针(由加速度计和/或陀螺仪获取)的姿态(翻滚和俯仰)，以估算等效指向，就像指南针水平放置一样，这在实践中是可行的。这些技术通常称为“倾斜补偿”或6-DOF。例如，专利申请EP1669718A1描述了一种电子指南针，它可以测量沿两个坐标轴的磁场并进行俯仰和翻滚校正。

这些技术的目标是能够估计手表的俯仰角和翻滚角(偏航由测量地面磁场来定义)。通常先计算翻滚角，然后计算俯仰角。这种方法的主要问题是当俯仰接近90°时，由于重力矢量在翻滚测量平面上的投影有一个范数接近于零，所以翻滚计算存在不稳定。加速度计的测量噪声因此产生异常结果(万向节锁定)。

在安装在手表中的电子指南针的特定情况下，如果用户不水平使用他的手表来了解北向或指向，当他观察时，很有可能向他的手腕上所佩戴的手表施加剧烈的俯仰(通常对应于手腕的转动，以便他可以在相应的手臂抬起的同时看他的表盘)而不是剧烈的翻滚(通常对应于前臂与水平面之间形成的角度)。从产品的角度来看，这会导致无法忍受的不稳定。

解决方案是存在的，例如专利文献US2004/0187328和ST(www.st.com)在“设计技巧”DT5008中描述的那些，其中当计算坐标轴上的范数接近零时，某些角度被强制为90°。专利文献US2004/0187328提出解决万向节锁定问题以冻结默认角度值。这种武断的选择会导致错误的指向值。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的至少一个缺点。更具体地，本发明的目的是降低导航仪对噪声的敏感度。为此，本发明涉及一种导航仪，包括：-第一传感器，配置成在关联至所述导航仪的参照系中测量第一地面力场的第一矢量的三个分量，所述第一矢量称为第一测量矢量，所述参照系称为机载参照系，并且生成代表所述三个分量的第一输出信号；.导航仪的取向角计算单元，所述计算单元连接到所述第一传感器以接收所述第一输出信号，并配置为能计算所述机载参照系的相对于地面参照系的第一取向角和第二取向角，并因此能计算导航仪的第一取向角和第二取向角，这些第一取向角和第二取向角由第一测量矢量必须经历的两次连续旋转定义，所述两次旋转是针对第一取向角的围绕第一旋转参照坐标轴(也成为第一参照坐标轴)的旋转和针对第二取向角的围绕第二旋转参照坐标轴(也成为第二参照坐标轴)的旋转，以使该第一测量矢量与计算矢量匹配，所述计算矢量在机载参照系中具有三个计算分量，所述三个计算分量与第一参照矢量在地面参照系中的三个参照分量一致，所述第一参照矢量是在地面参照系中预定义或预确定的。这种导航仪的卓越之处在于，取向角计算单元配置为能以所述两次连续旋转的给定顺序确定第一取向角和第二取向角，也能以颠倒顺序确定第一取向角和第二取向角；还在于，计算单元配置为能够在所述给定顺序和所述颠倒顺序之间进行选择，以基于量化所述计算单元在确定第一取向角和第二取向角期间的不稳定风险的误差风险指标与预定阈值之间的比较，计算第一取向角和第二取向角，所述误差风险指标是由导航仪根据至少一个第一输出信号确定的。

根据本发明的有利实施例，导航仪包括以任何可能的组合的以下一项或多项技术特征：

-所述误差风险指标是在垂直于第一旋转参照坐标轴的平面中测量的第一矢量的投影的范数；所述取向角计算单元配置为当所述误差风险指标大于所述预定阈值时，通过在所述两次连续旋转中首先使第一测量矢量围绕第一旋转参照坐标轴旋转，首先确定第一取向角。