专利名称：包括传感器装置和估计器的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括有传感器装置和估计器的设备，还涉及一种 估计器、方法、处理器程序产品和数据载体。这种设备的例子是个人电脑、电子罗盘、手表、导航设备、移动 电话、个人数字助理及其它手持设备。传感器装置包括例如磁强计或地磁力检测器(geomagnetic force detector)和/或加速计或倾角检测器 (tilt angle detector)。
背景技术：
US 2004 / 0172838公开了一种现有技术设备，该设备具有包括地 磁力检测器和倾角检测器的传感器装置。地磁力检测器提供限定地磁 力的地磁力信息，而倾角检测器提供限定倾角的倾角信息。地磁力检 测器检测地磁力的第一轴分量和第二轴分量，而地磁力计算器仅基于 地磁力信息来计算地磁力的第三轴分量。该已知设备是不利的，特别是由于它提供的信息的可靠性相对较 小、和/或不可靠性相对较大。发明内容特别地，本发明的目的是提供一种设备，该设备提供可靠性相对 较大、和/或不可靠性相对较小的信息。特别地，本发明的另一目的是提供一种估计器、方法、处理器程 序产品和数据载体，其提供可靠性相对较大、和/或不可靠性相对较小 的信息。根据本发明的设备包括-传感器装置，用于提供至少限定第一场的一部分的第一场信息 和用于提供限定第二场的第一部分的第二场信息，和-估计器，用于作为第一和第二场信息的混合的函数，来估计第二场的第二部分。通过引入估计器，根据本发明的设备提供的信息的可靠性相对较大、和/或不可靠性相对较小。现有技术计算器仅基于第二场信息来计算第二场的第二部分，与其相比，估计器将第一和第二信息混合，从而以更可靠的方式来估计第二场的第二部分。根据本发明的设备的另一优点在于，其更高可靠性的和/或更低不可靠性的信息增加了用户使用设备的方便性。例如，第一和第二场信息的混合可以对应于第一和第二场信息的一个或多个部分的一个或多个组合。通过第一场的一部分、第二场的第一部分以及第二场的第二部分 来限定根据本发明的设备的实施例，其中，第一场的一部分包括第一 场分别在第一和第二方向的第一和第二分量，第二场的第一部分包括 第二场分别在第一和第二方向的第一和第二分量，第二场的第二部分 包括第二场在第三方向的第三分量。在相应第一和第二方向的相应第一和第二分量是例如第一轴分量和第二轴分量，例如，X轴和Y轴分量。在第三方向的第三分量是例如第三轴分量，例如，z轴分量。也不排除其它互不相同的第一和第二和第三方向。通过混合来限定根据本发明的设备的实施例，其中，该混合包括 第一和第二场的点积、和/或第一和第二场的第一分量的第一乘积、和 /或第一和第二场的第二分量的第二乘积。对于混合第一和第二信息来 说，第一和第二场的点积、和/或第一分量的第一乘积、和/或第二分 量的第二乘积是有利的选择，也不排除其它选择。通过已知的点积来限定根据本发明的设备的实施例。该点积被载 入设备，例如，该点积在设备的生产过程中从数据库载入且具有例如 依赖于所估计的设备的使用场所的值，或者，例如，该点积在设备的 使用过程中经由网络从数据库载入且具有例如依赖于所估计的设备的 使用场所的值，也不排除使用其它类型的载入。通过第一场的一部分来限定根据本发明的设备的实施例，其中，
该第一场的一部分还包括第一场在第三方向的第三分量，混合与下列 相关-或者，混合同点积与第一和第二乘积之和之间的差除以第一场 的第三分量相关，-或者，混合同第二场的幅值平方与第二场的第一分量平方和第 二分量平方之和之间的另一个差的平方根相关，该平方根的符号同点 积与第一和第二乘积之和之间的差的符号乘以第一场的第三分量的符 号相关。在第一场信息限定整个三维的第一场以及在要估计第二场在第 三维中的未知的第三分量的情况下，这个实施例是特别有用的。通过已知的第二场的幅值来限定根据本发明的设备的实施例。第 二场的幅值被载入设备，例如，该第二场的幅值在设备的生产过程中 从数据库载入且具有例如依赖于所估计的设备的使用场所的值，或者， 例如，该第二场的幅值在设备的使用过程中经由网络从数据库载入且 具有例如依赖于所估计的设备的使用场所的值，也不排除使用其它类 型的载入。通过估计器来限定根据本发明的设备的实施例，该估计器被配置 为作为第一场信息的另一个函数，进一步估计第一场在第三方向的第 三分量，所估计的第一场的第三分量同第一场的幅值平方与第一场的 第一分量平方和第二分量平方之和之间的差的平方根相关，混合与下 列相关-或者，混合同点积与第一和第二乘积之和之间的另一个差除以所估计的第一场的第三分量相关，-或者，混合同第二场的幅值平方与第二场的第一分量平方和第二分量平方之和之间的另一个差的平方根相关，该平方根的符号同点 积与第一和第二乘积之和之间的另一个差的符号乘以所估计的第一场的第三分量的符号相关。在第一场信息仅限定三维的第一场的二维部分以及在要估计第 一和第二场在第三维中的未知的第三分量的情况下，这个实施例是特 别有用的。
通过己知的第一场的幅值和/或第二场的幅值来限定根据本发明 的设备的实施例。第一场的幅值和第二场的幅值被载入设备，例如， 它们在设备的生产过程中从数据库载入且具有例如依赖于所估计的设 备的使用场所的值，或者，例如，它们在设备的使用过程中经由网络 从数据库载入且具有例如依赖于所估计的设备的使用场所的值，也不 排除使用其它类型的载入。根据本发明的估计器的、根据本发明的方法的、根据本发明的处 理器程序产品的、根据本发明的数据载体的实施例与根据本发明的设 备的实施例相对应。本发明根据这样的认识特别地，现有技术的计算器仅基于第二 场信息来计算该第二场的第二部分；另外，本发明还根据这样的基本 想法特别地，估计器应该将第一和第二信息混合，从而以更可靠的 方式来估计第二场的第二部分。本发明解决了该问题，特别地，本发明提供一种设备，该设备提 供可靠性相对较大、和/或不可靠性相对较小的信息，而且，更为有利 的是，特别地，其更高可靠性的和/或更低不可靠性的信息增加了用户 使用设备的方便性。参照以下所描述的实施例，本发明的这些及其它方面将变得显然 且明白。
图1示意性地示出了根据本发明的设备，该设备包括根据本发明 的估计器；以及图2示意性地示出了根据本发明的另一设备，该设备包括根据本 发明的另一估计器。
具体实施方式
图1中所示的根据本发明的设备1包括传感器装置2，传感器装 置2包括用于提供限定第一 (矢量)场的第一场信息的第一传感器8， 还包括用于提供限定第二 (矢量)场的第一部分的第二场信息的第二
传感器10。设备1还包括控制器3，控制器3包括根据本发明的估计器4和处理器5，估计器4用于估计第二 (矢量)场的第二部分。估 计器4经由耦合11-13耦合至第一传感器8，并经由耦合14和15耦 合至第二传感器10，还经由耦合21-26耦合至处理器5。设备1还包 括人机接口 6或mmi 6， mmi 6经由耦合31耦合至处理器5。 mmi 6 或者包括显示器、键盘、扩音器和/或麦克风等，或者经由耦合32耦 合至显示器、键盘、扩音器和/或麦克风等。设备1还包括网络接口 7， 网络接口 7经由耦合33耦合至处理器5，并经由耦合34有线或无线 地耦合至这里所未示出的网络。第一传感器8提供第一场信息，该第一场信息例如通过第一场分 别在第一和第二和第三方向x、 y、 z上的第一和第二和第三分量Ux、 Uy、 Uz来限定第一场。第二传感器IO提供第二场信息，该第二场信 息例如通过第二场分别在第一和第二方向x、 y上的第一和第二分量 Vx、 Vy来限定第二场的第一部分。估计器4估计第二场的第二部分， 该第二场的第二部分例如通过第二场在第三方向z上的第三分量Vz 所限定。根据本发明，估计器4作为通过Ux、 Uy、 Uz、 Vx、 Vy所限定 的第一和第二场信息的混合的函数，估计通过Vz所限定的第二场的 第二部分。这里，例如，该混合包括第一和第二场的点积和/或第一和 第二场的第一分量Ux、 Vx的第一乘积和/或第一和第二场的第二分量 Uy、 Vy的第二乘积。例如，该混合可能同点积与第一和第二乘积之和之间的差除以第 一场的第三分量相关，如下式Vz隱estimated-1 = ( U V - UxVx — UyVy ) / Uz.或者，例如，该混合可能同第二场的幅值平方与第二场的第一分 量平方和第二分量平方之和之间的另一个差的平方根相关，该平方根 的符号同点积与第一和第二乘积之和之间的另一个差除以第一场的第 三分量的符号相关，如下式VZ-esti挂d-2 = sign(( U , V - UxVx — UyVy)} sign(叫(|V|2 - Vx2 — Vy^ f,
考虑到图1，第一传感器8经由耦合11提供信号Ux、经由耦合12提供信号Uy、经由耦合13提供信号Uz。第二传感器10经由耦合 14提供信号Vx，并经由耦合15提供信号Vy。估计器4估计Vz，并 经由耦合21提供信号Ux、经由耦合22提供信号Uy、经由耦合23 提供信号Uz、经由耦合24提供信号Vx、经由耦合25提供信号Vy、 经由耦合耦合26提供信号Vz-estimated-l或Vz-estimated-2 。在Uz的值接近于零的情况下，最好使用Vz-estimated-2 ，这是 因为它不包括除以接近于零的值。否则，最好使用Vz-estimated-l，这 是因为Vz-estimated-l可能只需要输入点积U'V。 Vz-estimated-2可能 需要输入点积U，V以及幅值IVI。因此，优选地，估计器4具有两个可 用选择，并包括这里所未示出的检测器，用于检测例如幅值IUzl，估 计器4还包括这里所未示出的选择器，用于响应于检测而选择两个选 择中的一个。或者，并行使用两个选择，而估计器4包括用于将两个 选择的结果彼此进行比较和/或将两个选择的结果与存储的数据进行 比较的比较器，还包括用于响应于比较而选择两个选择中的一个的选 择器。此外，或者，并行使用两个选择，而估计器4包括用于加权两 个选择的结果的加权单元。这样的检测器、这样的选择器、这样的比 较器以及这样的加权单元可以另外构成处理器5的一部分。点积U，V和/或幅值IVI可以是已知的。这个点积和/或这个幅值可 以被载入设备l，例如，它们在设备1的生产过程中从数据库载入且 具有例如依赖于所估计的设备1的使用场所的值(该所估计的场所可 能接近于将要销售设备1的那部分地方)。或者，在设备1的使用过程 中，可以通过经由耦合34有线或者无线地耦合至设备1的例如互联网 的网络从数据库(例如，网站)来实现载入，并且具有例如依赖于设 备1的使用场所的值(该使用场所可能接近于经由耦合34有线或者无 线地耦合至设备1的网络的第一网络单元的场所)。或者，用户可以响 应于直接或间接提供给该用户的数据，手动地录入这个点积和/或这个 幅值。点积和/或幅值可以被存储在这里所未示出的控制器3的存储器中。考虑到以上所述，其它的等式显示除了未知的/估计的参数之外可 能有其它等式可用|Vf - Vjc2 + Vy2 + Vi >estiniated2U V " UxVx + Uy Vy + UzVz-estimatol该冗余可以用于提高由传感器装置2提供的测量项和由估计器4 提供的估计项的准确度。图2中所示的根据本发明的设备1包括传感器装置2，传感器装 置2包括用于提供限定第一 (矢量)场的一部分(而不是图1的整个 第一 (矢量)场)的第一场信息的第一传感器9，还包括用于提供限 定第二 (矢量)场的第一部分的第二场信息的第二传感器IO。设备l 还包括控制器3，控制器3包括根据本发明的估计器4和处理器5，估 计器4用于估计第二 (矢量)场的第二部分。估计器4经由耦合11，12 耦合至第一传感器9，并经由耦合14和15耦合至第二传感器10，还 经由耦合21-26耦合至处理器5。设备1还包括人机接口 6或mmi 6 和网络接口 7，已经就图1对它们进行了论述。第一传感器9提供第一场信息，该第一场信息例如通过第一场分 别在第一和第二 x、 y上的第一和第二分量Ux、 Uy来限定第一场的一 部分。第二传感器IO提供第二场信息，该第二场信息例如通过第二场 分别在第一和第二方向x、 y上的第一和第二分量Vx、 Vy来限定第二 场的第一部分。估计器4估计第二场的第二部分，该第二场的第二部 分由例如第二场在第三方向z上的第三分量Vz所限定。再一次根据本发明，估计器4作为通过Ux、 Uy、 Vx、 Vy所限定 的第一和第二场信JT^混合的函数，佔i1il对Vz所限定的第二场的 第二部分。此外，例如，该混合包括第一和第二场的点积和/或第一和 第二场的第一分量Ux、 Vx的第一乘积和/或第一和第二场的第二分量 Uy、 Vy的第二乘积。进一步根据本发明，估计器4还作为通过Ux、 Uy所限定的第一场信息的另一个函数，估计第一场在第三方向z上的 第三分量Uz。例如，所估计的第一场的第三分量可能同第一场的幅值平方与第 一场的第一分量平方和第二分量平方之和之间的差的平方根相关，如 下式lfeestimated =(网2 - Vx2 - V/ f例如，该混合可能同点积与第一和第二乘积之和之间的差除以第 一场的第三分量相关，如下式Vz-estimated誦l = (U V - UxVx - UyVy〗/ Lfe-estimated或者，例如，该混合可能同第二场的幅值平方与第二场的第一分 量平方和第二分量平方之和之间的另一个差的平方根相关，该平方根 的符号同点积与第一和第二乘积之和之间的另一个差的符号乘以第一 场的第三分量的符号相关，如下式Vz-estiinated-2 = sign" U V画UxVx XJyVy " sign{tfe-estimated} (|V|2 - Vx2. Vy2 )w*考虑到图2，第一传感器9经由耦合11提供信号Ux，并经由耦 合12提供信号Uy。第二传感器IO经由耦合14提供信号Vx，并经由 耦合15提供信号Vy。估计器4估计Uz和Vz，并经由耦合21提供信 号Ux、经由耦合22提供信号Uy、经由耦合23提供信号Uz、经由耦 合23提供信号Vx、经由耦合25提供信号Vy、经由耦合26提供信号 Vz-estimated-l或Vz-estimated-2 。在Uz的值接近于零的情况下，最好使用Vz-estimated-2，这是因 为它不涉及除以接近于零的值。否贝U，最好使用Vz-estimated-l，这是 因为Vz-estimated-l可能只需要输入点积U'V。 Vz-estimated-2可能需 要输入点积U'V以及幅值IVI。因此，优选地，估计器4具有两个可用 选择，并包括这里所未示出的检测器，用于检测例如幅值 IUz-estimatedl，估计器4还包括这里所未示出的选择器，用于响应于 检测而选择两个选择中的一个。或者，并行使用两个选择，而估计器 4包括用于将两个选择的结果彼此进行比较和/或将两个选择的结果与 存储的数据进行比较的比较器，还包括用于响应于比较而选择两个选 择中的一个的选择器。此外，或者，并行使用两个选择，而估计器4 包括用于加权两个选择的结果的加权单元。这样的检测器、这样的选
择器、这样的比较器以及这样的加权单元可以另外构成处理器5的一 部分。点积i>v和/或幅值iui和/或幅值ivi可以是己知的。这个点积和/或这个幅值可以被载入设备1，例如，它们在设备1的生产过程中从 数据库载入且具有例如依赖于所估计的设备1的使用场合的值(该所 估计的场合可能接近于将要销售设备1的那部分地方)。或者，在设备1的使用过程中，可以通过经由耦合34有线或者无线地耦合至设备1 的例如互联网的网络从数据库(例如，网站)来实现载入，并且具有 例如依赖于设备1的使用场所的值(该使用场所可能接近于经由耦合 34有线或者无线地耦合至设备1的网络的第一网络单元的场所)。或 者，用户可以响应于直接或间接提供给该用户的数据，手动地输入这 个点积和/或这个幅值。点积和/或幅值可以被存储在这里所未示出的 控制器3的存储器中。考虑到以上所述，其它的等式显示除了未知的/估计的参数之外可能有其它等式可用网2 = Ux2 + 11 + Uz^estimated2 |Vf = Vx2 + Vy2 + V雄ti爐ed2 U V = UxVx + UyVy ■+ Uz-estimat dVz- tiiriate 3该冗余可以用于提高由传感器装置2提供的测量项和由估计器4 提供的估计项的准确度。第一和第二 (矢量)场U和V可以对应于地球重力场g和地磁 场B，或反之亦然。或者，第一和第二 (矢量)场U和V之一对应于 地球重力场g和地磁场B中的一个，而U和V中的另一个则对应于 其它的磁场或电场或例如由人产生的其它场。或者，第一和第二 (矢 量)场U和V中的每一个都对应于其它的磁场或电场或例如由人产生 的其它场。第一和第二场的场信息例如被单独地或组合地用在控制器 5中，和/或第一和第二场的场信息例如经由耦合至或形成mmi6的一 部分的显示器被单独地或组合地显示。第一传感器8、 9和第二传感器10是例如双轴传感器(biaxial sensor),用于提供通过例如分别在第一和第二方向上的第一和第
量来限定场的一部分的场信息。或者，传感器8-10之一可以是三轴传 感器，其用于提供通过例如分别在第一和第二和第三方向上的第一和 第二和第三分量来限定整个场的场信息。或者，只有一个传感器可能 被用于提供关于两个(或更多)场的场信息。例如，这在场被编码、 在时间上复用和/或在频率上复用等的情况下是可能的。最后，不排除 第三传感器等和第三场等。在那种情况下，本发明将提供第一和第二 和第三等的场信息，该场信息限定至少第一和第二和第三等的场的一 部分，而且，本发明将作为关于这个场的场信息和关于其它场中的至 少一个场的场信息的混合的函数，估计这些场中的一个场的一部分， 和/或，本发明将作为关于另一个场的场信息和关于其它场中的至少一 个场的场信息的混合的函数，估计这些场中的这个另一个场的一部分。 事实是，至少传感器8-10之一不一定必须为三轴传感器，而可以 为双轴传感器，这有很大的好处，因为双轴传感器的制造比较容易， 且成本低，另外双轴传感器更耐用，尺寸较小。然而，本发明不限于传感器8_10中的至少一个为双轴传感器，还可以用于改进三轴传感器的性能。除了使用场在第一和第二和第三方向的第一和第二和第三分量， 还可以以不同的方式限定关于这个场的场信息，例如使用这个场的幅 值和两个角(一个角关于一个平面，而另一个角关于另一个平面)等。 即使在那时，本发明仍然按照第一和第二场信息的混合的函数，来估 计第二场的一部分。估计器4可能100%都是硬件且包括估计电路，也可能100%都是 软件且包括估计模块，还可能是两者的混合。与它的实现无关，估计 器4可以部分地或整体地构成处理器5的一部分。值得注意的是，上述实施例是示出而非限制本发明，而且，本领 域的技术人员将能设计许多可替换的实施例，而不背离所附权利要求 的范围。在权利要求中，括号内的任何附图标记不应视作对权利要求 的限制。动词"包括"及其变化形式的使用并不排除出现权利要求中 所没有声明的元件或步骤。元件前的不定冠词并不排除出现多个这样 的元件。本发明可以借助于包括有几个分离元件的硬件而实现，也可 以借助于适当编程的计算机而实现。在包括若干部件的设备权利要求 中，这些部件中的一些可以由同一项硬件或由同样的软件模块实现。 在互相不同的从属权利要求中所述的某些措施并不意味着这些项的组 合不能够产生有益效果。
权利要求
1.一种设备(1)，包括传感器装置(2)，用于提供至少限定第一场的一部分的第一场信息和用于提供限定第二场的第一部分的第二场信息，以及估计器(4)，用于作为第一和第二场信息的混合的函数，估计第二场的第二部分。
2. 如权利要求1所述的设备(1)，第一场的所述一部分包括第 一场分别在第一和第二方向的第一和第二分量，第二场的第一部分包 括第二场分别在第一和第二方向的第一和第二分量，第二场的第二部 分包括第二场在第三方向的第三分量。
3. 如权利要求2所述的设备(1)，混合包括第一和第二场的点 积、和/或第一和第二场的第一分量的第一乘积、和/或第一和第二场 的第二分量的第二乘积。
4. 如权利要求3所述的设备(1)，点积是已知的。
5. 如权利要求3所述的设备(1)，第一场的所述一部分进一步 包括第一场在第三方向的第三分量-或者，混合同点积与第一和第二乘积之和之间的差除以第一场 的第三分量相关，-或者，混合同第二场的幅值平方与第二场的第一分量平方和第 二分量平方之和之间的差的平方根相关，该平方根的符号同点积与第 一和第二乘积之和之间的差的符号乘以第一场的第三分量的符号相 关。
6. 如权利要求5所述的设备(1)，第二场的幅值是己知的。
7. 如权利要求3所述的设备(1)，估计器(4)被配置为作为 第一场信息的另一个函数，进一步估计第一场在第三方向的第三分量， 所估计的第一场的第三分量同第一场的幅值平方与第一场的第一分量平方和第二分量平方之和之间的差的平方根相关-或者，混合同点积与第一和第二乘积之和之间的另一个差除以 所估计的第一场的第三分量相关，-或者，混合同第二场的幅值平方与第二场的第一分量平方和第 二分量平方之和之间的另一个差的平方根相关，该平方根的符号同点 积与第一和第二乘积之和之间的另一个差的符号乘以所估计的第一场 的第三分量的符号相关。
8. 如权利要求7所述的设备(1)，第一场的幅值和/或第二场的 幅值是已知的。
9. 一种估计器(4)，用于作为来源于传感器装置(2)的第一和 第二场信息的混合的函数，估计第二场的一部分，第一场信息至少限 定第一场的一部分，而第二场信息限定第二场的另一部分。
10. —种方法，用于响应于来源于传感器装置(2)的第一和第 二场信息，估计第二场的一部分，其中第一场信息至少限定第一场的 一部分，而第二场信息限定第二场的另一部分，该方法包括作为第 一和第二场信息的混合的函数，估计第二场的所述一部分。
11. 一种经由处理器(5)运行的处理器程序产品，用于响应于 来源于传感器装置(2)的第一和第二场信息，估计第二场的一部分， 其中第一场信息至少限定第一场的一部分，而第二场信息限定第二场的另一部分，该处理器程序产品包括作为第一和第二场信息的混合的函数，估计第二场的所述一部分。
12. —种包括如权利要求11中所限定的处理器程序产品的数据 载体。
全文摘要
一种设备(1)，包括传感器装置(2)，用于提供限定第一场的至少部分的第一场信息和用于提供限定第二场的第一部分的第二场信息，该设备(1)设有估计器(4)，用于作为第一和第二场信息的混合的函数，估计第二场的第二部分，估计器(4)使得设备(1)更可靠且对用户友好。场可以是重力场和/或地磁场和/或其它场。混合包括第一和第二场的点积、和/或第一和第二场在第一方向上的第一分量的第一乘积和/或第一和第二场在第二方向上的第二分量的第二乘积。第二场的第二部分包括第二场在第三方向上的第三分量。估计器(4)可以作为第一场信息的另一函数，进一步估计第一场在第三方向上的第三分量。
文档编号G01C17/38GK101213419SQ200680024357
公开日2008年7月2日 申请日期2006年4月27日 优先权日2005年5月4日
发明者格根·范德沃勒, 汉斯·M·B·波依, 特尼斯·J·伊金克 申请人:Nxp股份有限公司