DE19855794A1 - Verfahren und Gerätesystem zur persönlichen Navigation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Standort- und Richtungsbestimmung zur persönlichen Navigation. Mit Hilfe eines entsprechenden Gerätesystems wird nach der Standortbestimmung der Nutzen mit Informationen versorgt, um zum Zielort zu gelangen, z. B. in komplexen Innenräumen wie Flughäfen oder Zentren von Großstädten. Unter Verwendung elektromagnetischer Wellen und Sende- und Empfangstechnik erfolgt eine Standortbestimmung. Weiterhin erfolgt unter Nutzung des erdmagnetischen Feldes die Ausrichtung einer magnetisierten Scheibe, die in Abhängigkeit von der Bewegung des Benutzers Impulse erzeugt, die in einer Rechnereinheit ausgewertet werden. Bei der Bewegung des Gerätes im Vergleich zur Scheibe erfolgt auf einem oder mehreren Displays die Richtungsvorgabe an den Benutzer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Standort- und Richtungsbestimmung zur persönlichen Navigation. Mit Hilfe eines entsprechenden Gerätesystems wird nach der Standortbestimmung der Nutzer mit Informationen versorgt, um zu seinem Zielort zu gelangen. Das Gerätesystem ist für die Benutzung in komplexen Innenräumen, aber auch für die Benutzung im Gelände geeignet. Als maßgebliche Beispiele seien z. B. Messen, Flughäfen, große Einkaufszentren und die Zentren in Großstädten genannt. Es soll möglich sein, daß der Benutzer nach der Standort- und Richtungsbestimmung seinen Weg schnell und unkompliziert findet.

Der Kompaß als Gerät zur Bestimmung der Himmelsrichtungen ist seit vielen Jahren ein bekanntes und bewährtes Gerät. Der Kompaß kommt zu Lande, zu Wasser und in der Luft zur Anwendung. Beim Magnetkompaß stellt das erdmagnetische Feld eine auf einer feinen Spitze gelagerte und über einer Scheibe mit Windrose drehbare Magnetnadel in die magnetische Nord-Süd-Richtung ein, die von der geografischen Nord-Süd-Richtung um die sogenannte Mißweisung, die Deklination, abweicht. Beim Kreisel-Kompaß bewirkt die Erdrotation die Einstellung des Kreiseldrehimpulses nach geografisch Nord. Der Elektronenstrahl-Kompaß beruht auf der Ablenkung eines Elektronenstrahls durch das erdmagnetische Feld.

Im einfachsten Fall kann man nach einer Standortbestimmung mit Karte und Kompaß (Marschkompaß mit Visiereinrichtung) die Bewegungsrichtung durch Ermitteln einer Marsch­ richtungszahl festlegen. Befinden sich mehrere Hindernisse auf dem Weg, auf dem gemäß Marschrichtungszahl die Bewegung erfolgen soll, müssen mehrere Marschrichtungszahlen festgelegt werden, die jeweils nach einer gewissen absolvierten Wegstrecke beachtet werden müssen. Es hängt mehr oder weniger von der Genauigkeit der Karte und von der Erfahrung des Betreffenden ab, der sich mit Karte und Kompaß auf seinem Weg bewegt, um zum Ziel zu gelangen. Wenn dann das Ziel der Kirchturm eines Ortes sein soll, wird es unschwer sein, das Ziel zu erreichen. Wie vorher schon gesagt, soll aber das neue Verfahren und das entsprechende Gerät z. B. den Weg vorgeben, der erforderlich ist, um an eine bestimmte Rolltreppe in einem Flughafen zu gelangen. In derartigen Fällen ist die Verwendung von Karte und Kompaß absolut unangebracht.

Wenn sich also allgemein die Frage stellt "wo bin ich?", könnte der Anwender nach dem derzeitigen Stande der Technik den Satellitenpositionierdienst der deutschen Landesvermessung (SAPOS) in Anspruch nehmen. Je nach gewünschter Genauigkeitsstufe werden die gewünschten Daten geliefert. Eine Ergänzung ist der SAPOS-Hochpräziser Echtzeit-Positionierungs-Service.

Anwendungsbeispiele sind Fahrzeugnavigation, Verkehrsleitsysteme, Flottenmanagement, Land- und Forstwirtschaft. Im Zusammenhang mit dem o. g. Satellitenpositionierdienst soll kurz auf GPS oder "global positioning system" eingegangen werden. Dieses System - ursprünglich für den militärischen Einsatz gedacht - basiert auf dem Prinzip der Peilung über Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn. Die Koordination der Position der Satelliten werden verglichen mit der Laufzeit des ausgestrahlten Signals zum Zielobjekt und daraus wird der Standort des Zielobjektes berechnet.

Im Prinzip wäre eine Positionsbestimmung über GPS für die noch darzulegende Erfindung denkbar, jedoch ergeben sich bei näherer Beschauung drei gravierende Negierungspunkte, die wie folgt definiert werden:

1. Peilung bis auf einen Zehnmeter-Radius

Es ist aufgrund der technischen Konzeption des GPS-Systems durchaus möglich, den Standort des Nutzers ist auf wenige cm genau zu bestimmen. Da - wie eingangs erwähnt - das System aber noch vorrangig für militärische Zwecke in Betrieb ist, wurde der Peilungsradius auf zehn Meter begrenzt. Dieses trägt den gravierenden Nachteil mit sich, daß in räumlichen Systemen von der Komplexität z. B. einer Messe innerhalb eines 10 m-Radius sehr viel passieren kann (z. B. zwei bis drei Messestände, mehrere Türen oder Treppen neben oder hintereinander).

2. Richtungsbestimmung

In der täglichen Praxis des PKW-GPS wird die Richtung und der genaue Standort unter anderem über technische Hilfsmittel wie eindeutige Fahrtrichtung, den unterschiedlichen Rollradius der Vorderräder in Kurven etc. bestimmt.

Der Mensch ohne technische Hilfsmittel hat keine Möglichkeiten für eine solche Bestimmung. Daher ist es mit GPS unmöglich, die Blick- oder Gehrichtung des Menschen eindeutig zu bestimmen.

3. Dialogfähigkeit des Systems für Informationsübermittlung

Das Verfahren benötigt ein dialogfähiges System, mit dem Informationen übermittelt werden können.

Dieses ist über herkömmliche Peilsysteme - wie etwa GPS - nicht möglich, da es sich um eine reine Standortbestimmung handelt.

Zusammenfassend läßt sich bis hierher feststellen, daß es diverse Möglichkeiten gibt, mit bekannten Verfahren bzw. Geräten den jeweiligen Standort mehr oder weniger genau zu bestimmen. Auch wenn in Prospekten zu GPS-Handys gesagt wird, daß wichtige Positionen in 500 Wegpunkten gespeichert werden können, so ist das nicht mit einer Richtungsbestimmung zu vergleichen, das heißt, eine punktgenaue persönliche Navigation einschließlich einer Richtungsbe­ stimmung ist mit den Verfahren bzw. Geräten, die den Stand der Technik charakterisieren, nicht möglich.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. Verfahrensvarianten und ein entsprechendes Gerätesystem vorzuschlagen, welches es dem Benutzer ermöglicht, sich innerhalb von komplexen räumlichen Systemen, wie z. B. Flughäfen, Stadtzentren mit Hilfe einer elektronischen Orientierungshilfe fortzubewegen und seinen Weg sehnell und unkompliziert zu finden. Als oberste Prämisse bei der Benutzung steht die Beschleunigung eines oft langwierigen Weges. Die Handhabung des Gerätes soll einfach und leicht verständlich sein. Es soll im Sinne eines Handys benutzt werden können, welches dialogfähig ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der grundlegenden erfinderischen Gedanken auf die Patentansprüche 1 und 5 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung des Verfahrens erstreckt sich auf die Ansprüche 2 bis 4 und die weitere Ausgestaltung des Gerätesystems auf die Ansprüche 6 bis 10.

Zur Darlegung der Erfindung sind weitere Ausführungen erforderlich. Wie sich aus dem Hauptanspruch ergibt, erfolgt die Standortbestimmung unter Verwendung - all­ gemein ausgedrückt - elektromagnetischer Wellen und Sende- und Empfangstechnik. Das bedeutet, daß es in Abhängigkeit von den jeweiligen Einsatzbedingungen durchaus sinnvoll ist, das GPS zur Standortbestimmung zu benutzen.

Das Wegeprogramm kann entweder vom Benutzer seinen Vorstellungen entsprechend selbst einprogrammiert werden oder bei Bereitstellung sind die erdenklichen Wegeprogramme bereits eingegeben, die dann vom Nutzer zum Beispiel mit Hilfe seiner Boardingcard ausgewählt werden, wenn es darum geht, einen entsprechenden Weg in einem Flughafen zu finden.

Herkömmliche Beschilderungssysteme bieten in der Regel nur Platz für 2-3 Sprachen. Das Gerät ist jedoch so konzipiert, daß der Dialog zur Unterstützung der persönlichen Navigation vom Grundsatz in allen Sprachen der Welt möglich ist.

Die Anzeige besteht aus drei verschiedenen Ebenen, die wie folgt beschrieben werden (am Beispiel Flughafen).

Die Primärebene

Diese besteht lediglich aus der Richtungsanzeige in Form eines Pfeils. Sie steht optisch getrennt auf dem Gerät, da sie nur die Richtung anzeigt, in der der Nutzer sich bewegen muß, um zum Zielort zu gelangen.

Die Sekundärebene

Diese befindet sich auf dem Hauptdisplay des Gerätes. Sie beinhaltet Informationen sekundärer Natur. Dieses sind z. B. wichtige locations wie z. B. das WC, nahegelegene Ärzte, die Zoll­ abfertigung, Gates, Parkdeck, Ausgang etc., also die Orte, die direkt mit dem Flughafenbetrieb in Verbindung stehen.

Die Tertiärebene

In dieser Ebene befinden sich Begriffe u. a. von Anbietern, die nicht unmittelbar mit dem Flugbetrieb in Verbindung stehen. Man kann sich mit Aktivierung dieser Ebene z. B. zu diversen Anbietern, wie z. B. Restaurants, Cafés, duty free shops etc. lotsen lassen.

Zum Gerät sind im Hinblick auf die Patentansprüche 5 bis 10 weitere Ausführungen erforderlich. Das Gerät basiert im Prinzip auf der Erdmagnetfeldmessung, soweit es um die Richtungs­ bestimmung geht.

Die drehbar gelagerte schichtdünne kreisrunde Scheibe kann aus Epoxydharz o. ä. bestehen. Die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Kunststoffherstellung zeigen, daß es möglich ist, magnetisierten Kunststoff mit einem hohen Ferritanteil herzustellen. Daher wird grundsätzlich von einer stark magnetisierten Scheibe gesprochen. Soweit es sich um Kunststoff für die Scheibe im herkömmlichen Sinne handelt, ist auf der Scheibe ein stark magnetisierter Metallstreifen fixiert, welcher als "Kompaß" für die Erdmagnetfeldmessung dient.

Das Gerätesystem entsprechend den Ansprüchen 6 bis 8 könnte man mit "elektronischer Richtungsbestimmung über Fotovoltaik" bezeichnen. Die auf der Scheibe befindliche aktive Fotodiode kann für jeden Lichtwellenbereich (Normallicht-LED oder Infrarot) ausgelegt sein. Der magnetisierten Scheibe räumlich entgegengesetzt ist eine kreisrunde Grundplatte aus Kunststoff oder ähnlichem angeordnet. Die Grundplatte hat den gleichen Durchmesser wie die magnetisierte Scheibe, analog zu dieser sind im gleichen Abstand vom Zentrum mehrere passive Fotoelemente angebracht, so daß - räumlich gesehen - die aktive Fotodiode sich direkt über einer passiven Fotodiode befindet, diese somit anstrahlt und durch die fotovoltaische Reaktion einen Stromfluß erzeugen kann. Der vom Zentrum aus bestehende Winkel zwischen dem passiven Fotoelementen und somit ihre Anzahl wird durch die zu erzielende Genauigkeit und dem spezifischen Anwen­ dungszweck festgelegt (viele passive Fotodioden - hohe Genauigkeit, wenige passive Fotodioden - geringe Genauigkeit). Es kann erforderlich sein, daß im Fall des Gewichtsüberhanges auf der magnetisierten Scheibe dem aktiven Fotoelement entgegengesetzt ein Gegengewicht angebracht wird, welches die Scheibe im Lot hält.

Die Grundplatte ist per Lötkontakt der passiven Fotozellen auf der Grundplatine des Systems befestigt, auf welcher wie bei herkömmliche Platinen Leiterbahnen aufgebracht sind, durch welche die elektrischen Impulse fließen, die der direkten digitalen Weiterverarbeitung dienen.

Die Platine wiederum ist in ein gegen Störeinflüsse abgeschirmtes Gehäuse eingeschraubt, welches nach Aufwand dimensioniert wird.

Für die Aufhängung der magnetisierten Scheibe sind folgende Anmerkungen erforderlich.

Es ist wichtig, daß die rotierende Scheibe nahezu reibungsfrei aufgehängt wird, da das Erd­ magnetfeld eine nur sehr geringe Kraft auf den magnetisierten Metallstreifen (oder die magnetisierte Scheibe) ausübt. Dieses wird durch folgende Merkmale erreicht:
Auf die bewegliche Scheibe sind im Mittelpunkt jeweils oben und unten Metallelemente aus hochfestem Metall (z. B. Chrom- oder Stahllegierung) aufgebracht. Diese dienen gleichzeitig als Aufhängung für die Nadelspitzen, die von oben und unten in eine Rotationsmulde greifen sowie auch - durch das im Verhältnis zur Scheibe hohe Eigengewicht - als Rotationsstabilisator. Auf der oberen Seite dient dieses Element gleichzeitig als Minuspol und Masse für die aktive Fotodiode auf der Scheibe. Von oben und unten greifen jeweils spitz zulaufende konische Metallelemente in die Mulden und werden mit leichtem Druck arretiert. Hierdurch wird erreicht, daß durch die extrem geringe Reibungsfläche die Scheibe sehr leicht drehbar ist und sich so dem Erdmagnetfeld entsprechend ohne Verluste ausrichten kann. Die obere "Nadel" ist mehrteilig, im inneren - verbunden durch den direkten Kontakt mit der Rotationsmulde - befindet sich der Minuspol für die Zuleitung des Stromes zur aktiven Fotodiode, die "Außenhaut" der Nadel stellt den positiven Pol dar; über einen sehr kleinen Bürstenschleifer an der Außenhaut wird Energie abgenommen.

Das Gerät gemäß dem Anspruch 9 könnte man mit "elektronischer Richtungsbestimmung über Impulszahlung" bezeichnen.

Auch dieses System basiert im Prinzip auf der Erdmagnetfeldmessung, jedoch werden eindeutige Verarbeitungsdaten über Impulszahlung gewonnen.

Zwischen zwei Gehäusehalbschalen, die gleichzeitig als Abschirmung dienen, ist eine drehbare schichtdünne magnetisierte Scheibe eingehängt. Die schichtdünne Scheibe hat am Rand jeweils zwei sogenannte Pulsspuren, die durch längliche Öffnungen in einer konzentrischen Anordnung um den Mittelpunkt gekennzeichnet sind. Die länglichen oder rechteckigen Öffnungen sind in Drehrichtung oder ω um etwa die Hälfte versetzt angeordnet und lichtdurchlässig, während der Rest der Scheibe lichtundurchlässig ist. Die Öffnungen werden je nach Anwendungsgebiet und erforderlicher Genauigkeit sowie Machbarkeit jeweils gestanzt oder geätzt. In der oberen Gehäu­ sehalbschale sind zwei gleiche sehr kleine aktive Fotodioden (normales oder Infrarotlicht/gerich­ tet) befestigt. Diese beiden Dioden befinden sich im selben Abstand zueinander wie die beiden Lichtpulsspuren auf der Scheibe, so daß sie sich im zusammengebauten Zustand exakt über den Pulsspuren befinden. Im Gehäuse selbst befindet sich die Stromzuleitung für die beiden aktiven Fotodioden, die ständig in Betrieb sind.

In der unteren Gehäusehalbschale sind zwei passive Fotodioden eingelassen, die bei direkter Bestrahlung mit Licht einen Impulsstrom produzieren.

Auch diese beiden Dioden befinden sich im selben Abstand zueinander wie die beiden Lichtpulsspuren auf der Scheibe, so daß sie sich im zusammengebauten Zustand exakt unter den Pulsspuren und den Aktivdioden befinden.

Im Gehäuse selbst befinden sich Datenleitungen, die die Impulse zur Impulszäh­ lung und -verarbeitung und danach weiter zur zentralen Recheneinheit weiterleiten.

Für das System ist es wiederum wichtig, daß die rotierende Scheibe nahezu reibungsfrei aufgehängt wird. Dieses wird durch Maßnahmen erreicht, wie sie im Prinzip schon bei dem Gerät zur Richtungsbestimmung über Fotovoltaik erläutert wurden.

Zur Funktionsweise des Systems ist auszuführen.

Wie bereits vorher erwähnt, handelt es sich um eine elektronische Richtungsermittlung über Impulszählung.

Die Drehrichtung der aufgehängten Scheibe wird in Impulse umgesetzt, um diese so zur elektronischen Weiterbearbeitung verwertbar zu machen. Dieses funktioniert wie folgt:
In der horizontalen Lage (also Griffhaltung des Gerätes) richtet sich die Impulsgeberscheibe nach dem Erdmagnetfeld aus. In der Praxis bedeutet das, das System einmal genordet werden muß, um so einen eindeutigen Referenzimpuls zu bestimmen.

Ändert jetzt der Nutzer seine Richtung, so bleibt die Scheibe auch weiterhin in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet und dreht sich so relativ zum Gerät.

Die beiden Aktiv-Dioden strahlen dabei ständig Licht in Richtung der Passivdioden aus.

Bei einer Drehung also wird das Licht aus der "Sicht" der Passivdioden mehrmals "an- und aus­ geschaltet", dieses je nach Drehwinkel oder auch Anzahl der durchlaufenen Impulsöffnungen. Diese werden gezählt und so steht am Ausgang der Passivdioden ein direkt digital verarbeitbares 1/0-Signal zur Verfügung.

Damit die Verarbeitung "erkennt", welche Drehrichtung von der Scheibe eingenommen worden ist, befindet sich auf der Scheibe eine zweite Spur, die exakt so versetzt ist, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt ZWEI eindeutige 1-Signale am Ausgang liegen.

Je nachdem, in welche Richtung nun gedreht wird, lassen die beiden Lichtschranken entweder zuerst das Pulssignal 1 oder 2 durch. So läßt sich die Drehrichtung ebenfalls eindeutig ermitteln.

In der Praxis gibt es dabei fünf mögliche Zustände des Systems, auf die in den Ausführungs­ beispielen eingegangen werden soll.

Das Gerät gemäß Anspruch 10 geht von der elektronischen Richtungsermittlung unter Ver­ wendung der Mikrosystemtechnik aus.

Die Mikrosystemtechnik bietet sich in Zukunft an, da mit ihr eine Integration der Richtungs­ bestimmung auf einem Halbleiter möglich wird.

Prinzipiell sieht dies so aus, daß im wesentlichen eine magnetisierte oder magnetisch beschichtete Scheibe die Richtungsänderung wie beim Impulszähungsverfahren bestimmt.

Zunächst einmal wird eine Fassung für die Scheibe benötigt. Diese ist ohne weiteres mit einem lithographischen Verfahren und anschließendem Flüssigätzprozeß herstellbar. Ebenso läßt sich nach Stand der Technik durch obiges Verfahren die Scheibe mit ihrer Impulslochung herstellen.

Die bisher vorgeschlagene Spitze/Wanne als Lagerung kann wegfallen. Abweichend davon wird vorgeschlagen, am Rand der Scheibe ein Art umlaufendes Gleitlager anzubringen.

Durch das Gleitlager braucht der Schwerpunkt der Scheibe nicht unter den Auflagepunkt verlegt zu werden. So könnte man die Scheibe deutlich leichter dimensionieren. Die Lagerung durch das Gleitlager verhindert, daß sich die Scheibe aus ihrer Normalebene dreht. Konstruiert man das Gleitlager so, daß der Halt durch die Oberflächenspannung des Gleitmittels ausreicht, ist die durch das Lager entstehende Reibung minimal. Durch entsprechende Beschichtung der Lageroberfläche mit einem hochwirksamen Gleitmittel können Reibwert und Ausprägung der Flüssigkeitsoberflä­ che entscheidend beeinflußt werden.

Die Lagerung am Rand erfordert eine sehr genaue Fertigung der Strukturen; diese ist aber mit den vorhandenen lithographischen Verfahren (z. B. Röntgenlithographie) realisierbar.

Die Erfindung soll nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert werden. Die ein­ zelnen Figuren zeigen in Prinzipdarstellung:

Fig. 1 Horizontaler Schnitt durch das Gehäuse, Draufsicht auf die Grundplatte mit passiven Fotodioden als Teil der Gerätetechnik zur Richtungsbestimmung über Fotovoltaik.

Fig. 2 Schnitt A-A gemäß Fig. 1, zusätzlich ist die drehbare Scheibe mit Aufhängung dargestellt.

Fig. 3 Bewegliche Scheibe mit magnetisiertem Streifen.

Fig. 4 Einzelheiten der Lagerung der drehbaren Scheibe und Einzelheiten der Stromver­ sorgung der aktiven Fotodiode.

Fig. 5 Draufsicht auf die Gehäuseoberhälfte des Gerätes (ohne Linien für unsichtbare Teile) als Teil der Gerätetechnik zur Richtungsbestimmung über Impulszählung.

Fig. 6 Schnitt A-A gemäß Fig. 5

Fig. 7 Draufsicht auf drehbare Scheibe mit Pulsspuren.

Fig. 8 Teilschnitt-Detaildarstellung-Lichtschranke und Pulsspuren.

Fig. 9 Detaildarstellung der Aufhängung einer sehr kleinen Scheibe - Elektronische Rich­ tungsermittlung über Mikrosystemtechnik.

Die Fig. 10a bis 10c zeigen die Zustände der Richtungsermittlung über Impulszählung.

Fig. 10a Nutzer geht Richtung Norden - keine Richtungsänderung.

Fig. 10b Nutzer dreht nach links - Richtungsänderung nach Westen.

Fig. 10c Nutzer dreht nach rechts - Richtungsänderung nach Osten.

1. Ausführungsbeispiel

Es wird auf die Fig. 1 bis 4 verwiesen. Dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Geräte liegt das Prinzip zugrunde, welches vorher mit "elektronischer Richtungsbestimmung über Fotovoltaik" bezeichnet wurde.

Eine drehbare schichtdünne Scheibe 1, mit einem darauf befestigten magnetischen Streifen 7 ist zwischen zwei Achsspitzen 2 angeordnet. Unter Verwendung je einer Rotationsmulde für jede Achsspitze ist eine reibungsarme Aufhängung der Scheibe 1 gegeben. Auf der Scheibe 1 befindet sich nahe dem Umfang eine aktive Fotodiode 3, die für jeden Lichtwellenbereich ausgelegt sein kann. Als Gegengewicht für die Fotodiode 3, das heißt zum Gewichtsausgleich, befindet sich auf der Scheibe das mit dem Positionszeichen 12 bezeichnete Gegengewicht. Unter der Scheibe 1 ist eine unbewegliche Scheibe 4 plaziert mit einer Vielzahl passiver Fotodioden 5 nahe dem Umfang der Scheibe 4, die von der aktiven Fotodiode 3 angestrahlt werden können. Die Stromversorgung der aktiven Fotodiode 3 erfolgt derart, daß die obere Achsspitze 1 die Masse (Minuspol) darstellt, während über eine Ummantelung des Stiftes der Achsspitze und über eine Schleiffläche 9 an der Ummantelung 8 und unter Verwendung eines sehr kleinen Bürstenschleifers die Stromzufuhr (Pluspol) über die Leitung 11 zur aktiven Fotodiode 3 gegeben ist. Die passiven Fotodioden 5 sind per Lötkontakt mit der Grundplatine 13 verbunden. Über Leiterbahnen (nicht dargestellt) gelangen die elektrischen Impulse nach entsprechender Digitalisierung zur Weiterverarbeitung. Die beschriebene Gerätetechnik ist in einem Gehäuse 6 eingebaut. Sobald der Nutzer des Gerätes dieses horizontal schwenkt, erzeugen mehrere passive Fotodioden 5 Strom entsprechend dem Winkelmaß beim Schwenken. Bei sehr vielen Fotodioden 5 am Umfang der unbeweglichen Scheibe 4 wird eine hohe Genauigkeit bei der Errechnung der Richtungsänderung erreicht.

2. Ausführungsbeispiel

Es wird auf die Fig. 5 bis 8 verwiesen. Dem in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Geräteteil liegt das Prinzip zugrunde, welches vorher mit "elektronischer Richtungsbestimmung über Impulszählung" bezeichnet wurde. Die Verarbeitungsdaten werden bereits digitalisiert über die Impulszählung gewonnen.

Zwischen den Gehäusehalbschalen 6 ist eine drehbare schichtdünne Scheibe 1, bestückt mit einem magnetischen Streifen 7, aufgehängt. Die Pulsspuren 14, 15 sind durch längliche Öffnungen in einer konzentrischen Anordnung um den Mittelpunkt der Scheibe 1 gekennzeichnet. In der oberen Gehäuseschale 6 befinden sich zwei sehr kleine aktive Fotodioden direkt senkrecht jeweils über einer Pulsspur 14, 15. Auch in der unteren Gehäusehalbschale 6 befinden sich zwei sehr kleine Fotodioden, d. h. passive Fotodioden 5, die senkrecht unter den aktiven Fotodioden 3 und damit senkrecht unter den Pulsspuren 14, 15 angeordnet sind. Bei direkter Bestrahlung durch die aktiven Fotodioden 3 erzeugen die passiven Fotodioden 5 einen Impulsstrom. Wird das Gehäuse 6 vom Benutzer horizontal geschwenkt, wird das Licht aus der "Sicht" der passiven Fotodioden 5 mehrmals "an- und ausgeschaltet". Die damit erhaltenen Signale sind bereits digitalisiert und werden zur Verarbeitung weitergeleitet.

Zur Nutzung des Gerätes, wie es in den Fig. 5 bis 8 dargestellt ist, sollen weitere Ausführungen unter Bezugnahme auf die Fig. 10a bis 10c gemacht werden.

Zu Fig. 10a

Nutzer geht Richtung Norden - keine Richtungsänderung.

Im Anwendungsfall, daß der Nutzer sich mit gehaltenem Gerät Richtung Norden bewegt und keine Richtungsänderung eintritt, liegt an beiden Passivdioden 5 das Signal "1" an, da sowohl Bahn 15 als auch Bahn 14 auf Durchlaß geschaltet sind - dieses am Referenzimpuls "Norden", da keine Impulsänderung (Drehbewegung) geschehen ist, registriert auch die Impulszählung keine Signaländerung, daher als Richtung: eindeutig Norden.

Zu Fig. 10b

Nutzer dreht nach links - Richtungsänderung nach Westen.

Wenn der Nutzer sich unabhängig von der Gradzahl nach links dreht, richtet sich die magnetisierte Scheibe 1 im Gerät nach Norden aus und dreht somit relativ zum Gerät nach rechts.

Dabei durchlaufen die Lichtschranke (Referenz)impuls +N Impulse. Da Lichtpulsspur 14 immer zuerst ein Signal abgibt, läßt sich aus dieser Priorität der Pulsbahn 14 die Drehrichtung erkennen. Der dabei gedrehte Winkel läßt sich aus der Anzahl von +N Impulsen errechnen.

Zu Fig. 10c

Nutzer dreht nach rechts - Richtungsänderung nach Osten.

Wenn der Nutzer sich unabhängig von der Gradzahl nach rechts dreht, richtet sich die magnetisierte Scheibe 1 im Gerät nach Norden aus und dreht somit relativ zum Gerät nach links.

Dabei durchlaufen die Lichtschranke (Referenz)impuls -N Impulse. Da Lichtpulsspur 15 immer zuerst ein Signal abgibt, läßt sich aus dieser Priorität der Pulsbahn 15 die Drehrichtung erkennen. Der dabei gedrehte Winkel läßt sich aus der Anzahl von -N Impulsen errechnen.

Keine Richtungsänderung des Nutzers, Dauerimpuls der Lichtschranke.

Dieser Fall ist analog zu Fig. 10a, nur daß hierbei vorher N-Impulse in positive oder negative Richtung durchlaufen wurden. Diese Zahl ist durch die Impulszählung bereits gespeichert und geht nicht verloren. Somit ist der eingehaltene Winkel ebenfalls bestimmt.

Keine Richtungsänderung des Nutzers, so geht kein Impuls von der Lichtschranke aus.

Dieser Fall ist mit der vorher geschilderten Situation zu vergleichen, daß die magnetisierte Impulsgeberscheibe 1 zwischen den Impulsbahnen 14, 15 anhält und kein Impuls von der Lichtschranke ausgeht.

In sämtlichen Anwendungsfällen wird die Genauigkeit des Systems von der Anzahl der auf der Impulsgeberscheibe eingeätzten oder gestanzten Öffnungen bestimmt.

3. Ausführungsbeispiel

Es wird auf Fig. 9 verwiesen.

Dem in Fig. 9 dargestellten Geräteteil liegt das Prinzip zugrunde, welches vorher mit "elektronischer Richtungsbestimmung über Impulszählung" bezeichnet wurde. Da dieses Geräteteil unter Verwendung der Mikrosystemtechnik zur Anwendung kommt, ist eine neue Lagerung der magnetisierten Scheibe 1 sinnvoll. Am Umfang der Scheibe 1 ist eine Aussparung konkav eingearbeitet. Spiegelbildlich ist diese konkave Aussparung auch im Gehäuse 6 vorhanden, in welchem die Scheibe 1 gelagert ist. Diese beiden konkaven Aussparungen halten das Gleitmittel (die Gleitmittelflüssigkeit) 16 mit definierter Oberflächenspannung für die Drehung der Scheibe 1. Das Gleitmittel 17 ermöglicht eine hochgleitfähige Beschichtung, andererseits wird durch die Oberflächenspannung des Gleitmittels 17 der Halt der Scheibe 1 erreicht.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

drehbare schichtdünne (magnetisierte) Scheibe

2

Achsspitzen/Achsspitzenaufhängung

3

aktive Fotodiode

4

unbewegliche Scheibe

5

passive Fotodioden

6

Gehäuse/Gehäusehalbschalen

7

magnetischer Streifen

8

Ummantelung der Achsspitzen

9

Schleiffläche

10

Bürstenschleifer

11

Leitung für Fotodiode

3

12

Gegengewicht

13

Grundplatine

14

äußere Pulsspur

15

innere Pulsspur

16

Gleitmittel (Flüssigkeit) mit definierter Oberflächenspannung

17

Gleitmittel/hochgleitfähige Beschichtung

Claims (10)

1. Verfahren zur persönlichen Navigation durch Standortbestimmung und Bestimmung der Bewegungsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung elektromagnetischer Wellen und Sende- und Empfangstechnik eine Standortbestimmung erfolgt, daß unter Nutzung des erdmagnetischen Feldes nach dem bekannten Prinzip des Kompaß eine Scheibe (1) ausgerichtet wird, in Abhängigkeit von der Bewegung der Scheibe (1) (Winkelmaß) Impulse erzeugt werden, diese Impulse (erforderlichenfalls nach Digitalisierung) mit einem im Navigationsgerät gespeicherten Wegeprogramm verglichen werden und das Ergebnis der Richtungsvorgabe an den Nutzer des Gerätes über ein Display ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Standortbestimmung ein im Navigationsgerät befindlicher Sender Signale einer bestimmten Frequenz ausstrahlt, nach dem Prinzip der an sich bekannten Dreipunktperlung die Signale über mindestens drei im Raum verteilte Empfangsanlagen aufgefangen und anhand ihrer unterschiedlichen Feldstärke beurteilt werden und danach fortlaufend mit Bewegung des Nutzers des Navigationsgerätes der jeweilige Standort errechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Standortbestimmung mehrere im Raum verteilte Sendeanlagen Signale unterschiedlicher Frequenz abstrahlen, über eine im Navigationsgerät befindliche Empfangsanlage die Wellen unterschiedlicher Frequenzen empfangen und im weiteren nach Auswertung der Stärke der empfangenen Signale fortlaufend mit Bewegung des Nutzers des Navigationsgerätes der jeweilige Standort errechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, zur Informationsübertragung in Einheit mit der fortlaufenden Standortbestimmung, dadurch gekennzeichnet, indem die Signale unterschied­ licher Frequenzen als Trägerfrequenzen für aufmodulierte Informationen benutzt werden und im Navigationsgerät die aufmodulierten Informationen über Netzsignalabtrennung wieder demoduliert werden.

5. Gerätesystem zur persönlichen Navigation durch Standortbestimmung und Bestimmung der Bewegungsrichtung unter Nutzung des erdmagnetischen Feldes und unter Berücksichtigung des Prinzips des Kompaß, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerätesystem aus einer dreh­ baren schichtdünnen magnetisierten Scheibe (1) besteht, die Scheibe (1) so gelagert ist, daß sie sich wie ein Kompaß ausrichtet, die Scheibe (1) am Umfang derart markiert ist, daß bei ausgerichteter Scheibe (1) und entsprechender Relativdrehung von Festpunkten zu den Markierungen der Scheibe das Maß (Winkelmaß) für die Relativbewegung ermittelt werden kann, das Gerätesystem mit einem programmierbaren Chip für ein Wegeprogramm bestückt ist und am Gehäuse mindestens ein Display plaziert ist für die Anzeige der gewünschten Bewegungsrichtung nach Auswertung der Relativbewegung und dem Vergleich mit dem Wegeprogramm.

6. Gerätesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne magnetisierte Scheibe (1) orthogonal zwischen zwei Achsspitzen (2) gelagert ist, nahe des Umfanges der Scheibe (1) eine aktive Fotodiode (3) angeordnet ist, daß sich unter der Scheibe (1) eine unbewegliche Scheibe (4) befindet, auf der nahe dem Umfang gleichmäßig eine Vielzahl passiver Fotodioden (5) verteilt ist, die passiven Fotodioden (5) derart mit Leiterbahnen bestückt sind, daß bei einer Relativbewegung der Scheibe (4) zum Gehäuse (6) im Vergleich zur Scheibe (1) durch die Leiterbahnen elektrische Impulse zur digitalen Weiterverarbeitung fließen können.

7. Gerätesystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Scheibe (1) auf einer nicht magnetisierten Scheibe ein magnetischer Streifen (7) aufgebracht ist.

8. Gerätesystem nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung der aktiven Fotodiode (3) derart erfolgt, daß ein Pol eine Achsspitze (2) darstellt, während der andere Pol die Ummantelung (8) der Achsspitze darstellt, die so ausgeführt ist, daß über eine Schleiffläche (9) und mikroskopisch kleinem Bürstenschleifer (10) und im weiteren über Leitung (11) die Energieversorgung der aktiven Fotodiode (3) erfolgen kann.

9. Gerätesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetisierte Scheibe (1) orthogonal zwischen zwei Achsspitzen (2) gelagert ist, nahe dem Umfang der Scheibe (1) zwei Pulsspuren (14, 15) mit unterschiedlichem Radius als Öffnungen in einer konzentrischen Anordnung um den Mittelpunkt der Scheibe (1) eingearbeitet sind, die Öffnungen in Drehrichtung um etwa die Hälfte versetzt angeordnet sind, über den Pulsspuren (14, 15) jeweils eine aktive Fotodiode (3) plaziert ist, unter den Pulsspuren (14, 15) jeweils eine passive Fotodiode (5) derart angeordnet ist, daß bei einer Relativdrehung des Gerätes zu der in Nord-Süd-Richtung ausgerichteten Scheibe (1) am Ausgang der passiven Elektroden (5) ein direkt weiterverarbeitbares digitales 1/0-Signal zur Verfügung steht.

10. Gerätesystem nach Anspruch 5 und 9 unter Nutzung der Mikrosystemtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß eine sehr kleine magnetisierte Scheibe (1) am Rand ein umlaufendes Gleitlager derart aufweist, daß die horizontale und vertikale Halterung durch die Ober­ flächenspannung eines am Rande der Scheibe (1) befindlichen Gleitmittels (17) erfolgt und beide Lagerhälften gegeneinander vorzugsweise konkav ausgearbeitet sind (wenn man von einem vertikalen Schnitt durch das Lager ausgeht).