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WO2005061990A1 - 方位角計測装置 - Google Patents

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Publication number
WO2005061990A1
WO2005061990A1 PCT/JP2004/018888 JP2004018888W WO2005061990A1 WO 2005061990 A1 WO2005061990 A1 WO 2005061990A1 JP 2004018888 W JP2004018888 W JP 2004018888W WO 2005061990 A1 WO2005061990 A1 WO 2005061990A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reference point
output data
plane
axis
data group
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/018888
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Koichi Hikida
Toru Kitamura
Masaya Yamashita
Original Assignee
Asahi Kasei Emd Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Emd Corporation filed Critical Asahi Kasei Emd Corporation
Priority to AT04807246T priority Critical patent/ATE449952T1/de
Priority to JP2005516475A priority patent/JP4489023B2/ja
Priority to EP04807246A priority patent/EP1698857B1/en
Priority to US10/583,870 priority patent/US7376527B2/en
Priority to DE602004024333T priority patent/DE602004024333D1/de
Publication of WO2005061990A1 publication Critical patent/WO2005061990A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/02—Magnetic compasses
    • G01C17/28—Electromagnetic compasses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/38—Testing, calibrating, or compensating of compasses

Definitions

  • the present invention relates to an azimuth angle measurement device using a geomagnetic detection method.
  • An azimuth angle measuring device that detects terrestrial magnetism and obtains an azimuth angle has been used for navigation with mobile phones and the like.
  • a signal output caused by an environmental magnetic field other than the terrestrial magnetism detected by the magnetic sensor and an offset component which is an output component of the signal processing circuit when no signal is input are inserted into the azimuth measuring device. It is well known that if you do not find the angle, you will get the wrong orientation.
  • the azimuth measuring device makes a full circuit horizontally to determine the maximum and minimum points, and obtains the midpoint as the offset point. From the geomagnetic information obtained by directing the azimuth angle measuring device to any three orthogonal points as disclosed in Patent Document 2, the equation of the output trajectory when the azimuth meter is rotated once is obtained, A method of calculating an offset is known. Further, there is a method of calculating offset information from geomagnetic data acquired when the orientation of the azimuth measuring device is arbitrarily changing in a three-dimensional space (the above method can be found in Patent Document 3). , Incorporated herein by reference thereto).
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the concept of a method for acquiring offset information in the azimuth angle measuring device. This method is disclosed in Patent Document 3.
  • the orientation of the azimuth angle measuring device 1 is arbitrarily changed in three-dimensional space, and during that time, the X-axis geomagnetic measurement data Sx, the y-axis geomagnetic measurement data Sy, and the z-axis geomagnetic measurement data Sz are acquired as predetermined data. Obtain repeatedly up to the number N.
  • Sx, Sy, and Sz hereinafter refer to geomagnetic measurement data whose sensitivity has been corrected by the sensitivity correction calculation unit provided in the azimuth angle measuring device 1 unless otherwise specified.
  • Sx, Sy, and Sz can be represented by the following equations.
  • a is the sensitivity of the x-axis Hall element HEx, y-axis Hall element HEy and z-axis Hall element HEz after sensitivity correction, and Cx, Cy and Cz are the offsets of Sx, Sy and Sz, respectively.
  • (Sx, Sy, Sz) is always located at a constant distance r with respect to the reference point ⁇ P (Cx, Cy, Cz).
  • the reference point OP is calculated by calculating a point at which all of the forces PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z),. Can be estimated, and the offsets Cx, Cy and Cz can be obtained from the coordinate values.
  • R is expressed as follows using Cx, Cy, and Cz.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method of obtaining offset information in the azimuth angle measuring device. This method is disclosed in Patent Document 3.
  • the data buffer unit provided in the azimuth angle measuring device includes geomagnetic measurement data S
  • Step S2 it is determined whether the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer unit has reached a predetermined data acquisition number N.
  • Geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer If the number of acquisitions has reached N, the process returns to step S1.
  • the data processing unit provided in the azimuth angle measuring device 1
  • the geomagnetic measurement data Sx, Sy, and Sz are read out from the data by the predetermined number of acquired data N, and the individual data PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z ) Estimate the coordinates Cx, Cy, Cz of the reference point OP such that the variation in the distance from the distance from... (Step S3)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-131068
  • Patent Document 3 International Application No. JP03 / 08293
  • An object of the present invention is to provide an azimuth angle measurement device that solves the above-described problems.
  • the invention of the first embodiment of the present invention provides a three-axis geomagnetism detecting means for detecting geomagnetism, and the orientation of the geomagnetism detecting means changes in a three-dimensional space.
  • Output data obtaining means for repeatedly obtaining the three-axis output data from the geomagnetic detection means at a predetermined number of times or more, and the output data obtaining means on three-dimensional coordinates in which the three-axis output data is used as each axial component.
  • the plane judging means is a singular matrix or a singular matrix comprising a coefficient term of a system of linear equations having the reference point as an unknown number. The determination is made based on whether the matrix is close to
  • the plane determining means estimates the specific plane from an output data group obtained by the output data obtaining means, and A correlation between an output data group and the specific plane is calculated, and the determination is made based on whether the correlation is greater than a predetermined value.
  • the plane judging means is the one of the output data group of one of two areas separated by the specific plane.
  • the sum of the distance from the point farthest from the specific plane to the specific plane and the distance from the point farthest from the specific plane to the specific plane in the output data group of the other area is a predetermined value.
  • the method is characterized in that the determination is made based on whether the value is greater than or not.
  • the plane determining means determines that the output data group is distributed in the vicinity of the specific plane.
  • the apparatus further comprises alarm display means for displaying an alarm.
  • the invention according to the sixth embodiment of the present invention is directed to a three-axis geomagnetism detecting means for detecting geomagnetism, and a three-dimensional geomagnetism detecting means when the orientation of the geomagnetism detecting means changes in a three-dimensional space.
  • Output data acquisition means for repeatedly acquiring the axis output data a predetermined number of times or more; and
  • a reference point estimating means for estimating, by a statistical method, coordinates of a position at which a variation in distance from the three-axis output data group obtained by the data obtaining means is a reference point, and the reference point estimating means.
  • An offset information calculating means for calculating offset information for the output data of the geomagnetic detection means based on the coordinates of the reference point obtained, and a three-axis output data group obtained by the output data obtaining means being located near a specific plane.
  • Plane determining means for determining whether or not the image data is distributed;
  • plane estimating means for estimating the specific plane from an output data group obtained by the output data obtaining means and setting the reference plane as a reference plane; On the reference plane, the distance between the three-axis output data group obtained by the output data acquisition means and the projection point group projected onto the reference plane.
  • a temporary reference point estimating means for estimating the coordinates of the position where the variation of the minimum is minimized by a statistical method and using it as a temporary reference point, and correcting the temporary reference point obtained by the temporary reference point estimating means to obtain a reference point.
  • the reference plane is estimated by the plane estimating means.
  • the temporary reference point is estimated by the temporary reference point estimating means, the reference point is calculated by the reference point correcting means, and the offset information calculating means is configured to detect the geomagnetism based on the coordinates of the reference point calculated by the reference point correcting means. Offset information for output data of the means is calculated.
  • the plane deciding means is a singular matrix or a singular matrix comprising a coefficient term of a system of linear equations having the reference point as an unknown number. The determination is made based on whether the matrix is close to
  • the plane judging means includes an output data group obtained by obtaining the specific plane by the output data acquiring means. A force is estimated, a correlation between the output data group and the specific plane is calculated, and the determination is made based on whether the correlation is greater than a predetermined value.
  • the plane judging means is the one of the output data group of one of two areas divided by the specific plane. The distance from the point farthest from the specific plane to the specific plane, and the other The determination is made based on whether or not the sum of the distances from the point farthest from the specific plane to the specific plane in the output data group of the area is larger than a predetermined value.
  • the plane determination means determines that the output data group is distributed near the specific plane.
  • the apparatus further comprises alarm display means for displaying an alarm.
  • the reference point correcting means is configured to execute a process on a straight line passing through the temporary reference point and perpendicular to the reference plane. The position closest to the previously estimated reference point is set as the reference point.
  • the reference point correcting means calculates a representative value of a distance from the projection point group to the temporary reference point. Estimating by a statistical method, and using the representative value of the distance as the radius with the temporary reference point as the center, a position where the distance from the circumference on the reference plane is equal to a predetermined value is defined as the reference point. It is characterized.
  • the invention of a thirteenth embodiment of the present invention provides a three-axis geomagnetism detecting means for detecting geomagnetism, and a three-axis geomagnetism detecting means when the orientation of the geomagnetism detecting means changes in a three-dimensional space.
  • Output data acquisition means for repeatedly acquiring output data a predetermined number of times or more, and a three-axis output data group obtained by the output data acquisition means on three-dimensional coordinates in which the three-axis output data is used as an axial component.
  • Plane estimating means for estimating a plane such that is located in the vicinity and setting it as a reference plane; and a three-axis output data group obtained by the output data obtaining means on the reference plane obtained by the plane estimating means.
  • a temporary reference point estimating means for estimating, by a statistical method, coordinates of a position at which a variation in a distance from a projection point group projected on the reference plane is minimized and using the coordinates as a temporary reference point;
  • Reference point correcting means for correcting the provisional reference point obtained by the step as a reference point, and offset information for the output data of the geomagnetism detecting means based on the coordinates of the reference point obtained by the reference point correcting means.
  • offset information calculating means for calculating.
  • the invention of a fourteenth embodiment of the present invention is the invention according to the thirteenth embodiment, wherein The corrector is characterized in that a position closest to a previously estimated reference point on a straight line passing through the temporary reference point and perpendicular to the reference plane is set as the reference point.
  • the reference point correcting means converts a representative value of a distance from the projection point group to the temporary reference point into a statistical method.
  • a position where the distance of the circumferential force on the reference plane having the representative value of the distance as a radius around the temporary reference point and equal to a predetermined value is set as the reference point. I do.
  • erroneous offset information is acquired when the orientation of the azimuth measuring device does not change arbitrarily during the data acquisition period and changes while keeping the orientation with respect to the axis in a specific direction constant. Can be prevented, and further, offset information corresponding to a case where the direction of the azimuth angle measuring device is arbitrarily changed can be obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a mounting structure of a magnetic sensor in an azimuth angle measuring device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an azimuth measuring device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the concept of a method for acquiring offset information in a conventional azimuth angle measuring device.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method of acquiring offset information in a conventional azimuth angle measuring device.
  • FIG. 5 is a view showing a magnetic sensor according to the present invention, which keeps a constant attitude with respect to an axis W in a specific direction.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a problem in a conventional azimuth angle measuring device.
  • FIG. 7 is a view for explaining the concept of a method for avoiding acquisition of incorrect offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method for avoiding acquisition of incorrect offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 illustrates the concept of a method for acquiring offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the concept of a method for obtaining offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the concept of a method for acquiring offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a method for obtaining offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view for explaining an installation state of an azimuth angle measuring device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the concept of a method for obtaining offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a method for acquiring offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the concept of a method for obtaining offset information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a mounting structure of a magnetic sensor in an azimuth angle measuring device.
  • the coordinate axes X, y, and z are based on the azimuth measuring device 1
  • the X axis is in the vertical direction of the azimuth measuring device 1
  • the y axis is in the lateral direction of the azimuth measuring device 1
  • the z axis are parallel to the thickness direction of the azimuth measuring device 1 respectively.
  • the azimuth measuring device 1 is provided with an X-axis magnetic sensor HEx, a y-axis magnetic sensor HEy, and a z-axis magnetic sensor HEz.
  • the x-axis magnetic sensor HEx detects the X-direction component Mx of the geomagnetism M
  • the y-axis magnetic sensor HEy The y-axis component My of the geomagnetism M and the z-axis magnetic sensor HEz are arranged so as to detect the z-axis component Mz of the geomagnetism M, respectively.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an azimuth measuring device common to the following embodiments.
  • the azimuth measuring device 1 includes a three-axis magnetic sensor 11 and a magnetic sensor driving power supply.
  • Section 12 multiplexer section 13, amplification section 14, A / D conversion section 15, sensitivity correction information storage section 16, sensitivity correction calculation section 17, data buffer section 18, data processing section 19, offset information storage section 20, offset correction section 21 and an azimuth calculator 22 are provided.
  • the three-axis magnetic sensor 11 is provided with an X-axis magnetic sensor HEx, a y-axis magnetic sensor HEy, and a z-axis magnetic sensor HEz, and the X-direction component Mx, the y-direction component My, and the z-direction component of the geomagnetism M, respectively.
  • the sensor signal that detects the component Mz is output.
  • the magnetic sensor drive power supply unit 12 outputs a drive voltage necessary for the operation of the X-axis magnetic sensor HEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz.
  • the multiplexer unit 13 switches between the X-axis magnetic sensor HEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz, and changes the output voltage of the magnetic sensor drive power supply unit 12 to the X-axis magnetic sensor HEx, the y-axis.
  • the signals are applied to the magnetic sensor HEy and the z-axis magnetic sensor HEz in a time-division manner, and the sensor signals output from the X-axis magnetic sensor HEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz are sequentially output.
  • the amplification unit 14 sequentially amplifies the sensor signal output from the multiplexer unit 13.
  • the A / D converter 15 sequentially A / D converts the sensor signal amplified by the amplifier 14 and sequentially outputs the data as X-axis geomagnetic measurement data, y-axis geomagnetism measurement data, and z-axis geomagnetism measurement data.
  • the sensitivity correction information storage unit 16 stores predetermined sensitivity correction information.
  • the sensitivity correction calculation unit 17 corrects the sensitivity of the geomagnetic measurement data output from the A / D conversion unit 15 based on the sensitivity correction information stored in the sensitivity correction information storage unit 16.
  • the data buffer unit 18 holds a predetermined number of geomagnetic measurement data that are subjected to sensitivity correction by the sensitivity correction calculation unit 17 and used for calculating offset information.
  • Reference numeral 19 denotes a data processing unit, which performs each process described below in detail based on the data in the data buffer unit 18. Each process performed here is achieved by the CPU executing a predetermined program (for example, including a control procedure as shown in FIGS. 8, 12, and 15) stored in the ROM. RAM provides the work space for the CPU. The CPU, ROM, and RAM can be configured to also perform the functions performed by the components indicated by reference numerals 16-18 and 20-22.
  • the data processing unit 19 reads the geomagnetic measurement data held in the data buffer unit 18 and calculates offset information by executing processing as described below. [0045]
  • the offset information storage unit 20 stores the offset information output from the data processing unit 19.
  • the offset correction unit 21 corrects the offset of the geomagnetic measurement data whose sensitivity has been corrected by the sensitivity correction calculation unit 17 based on the offset information stored in the offset information storage unit 20.
  • the azimuth calculation unit 22 calculates the azimuth based on the geomagnetic measurement data subjected to the offset correction by the offset correction unit 21.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the concept of a method for avoiding acquisition of incorrect offset information in the first embodiment of the present invention.
  • the direction of the azimuth angle measuring device 1 is changed, and during that time, the X-axis geomagnetic measurement data Sx, the y-axis geomagnetic measurement data Sy, and the z-axis geomagnetic measurement data Sz are repeatedly acquired up to a predetermined data acquisition number N. . It is desirable that the direction of the azimuth measuring device 1 is arbitrarily changed, but it is assumed that the azimuth measuring device 1 may change while keeping its attitude with respect to the axis W in a specific direction as shown in FIG.
  • the individual data of Sx, Sy, and Sz repeatedly obtained are denoted by PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z), ..., respectively. As shown in FIG. 7, they are arranged on a three-dimensional space in which the values of SX, Sy, and Sz are the directional components of each axis.
  • the value of the determinant of Expression (12) is always positive when there is no error in the calculation such as a quantization error that occurs when the numerical value is rounded. Therefore, the value of the determinant is calculated, and if a certain value close to zero is negative, PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z), ... Is distributed near a specific plane P.
  • the geomagnetism varies in size depending on the location. In particular, geomagnetic fluctuations are large inside and around artificial structures.
  • the distance ⁇ to the plane P estimated from PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z),. Can be calculated.
  • Det2 XX YY-XY XY
  • the coefficients a, b, and c are obtained by solving an equation in which the value of the determinant takes the maximum value.
  • the sign of the distance di of each point differs depending on which of the two regions divided by the estimated plane P belongs. That is, the distance di from a point belonging to one of these two divided areas to the specified plane P is positive, and the distance di from the point belonging to the other area to the specified plane P is negative. .
  • the maximum value and the minimum value of the distance di between these points are obtained (Fig. 16), and PI (S lx, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z) depends on whether this difference is equal to or less than a predetermined value.
  • the force S may be distributed in the vicinity of a specific plane P or not.
  • the absolute value of the distance between the point farthest from the designated plane P and the plane P and the other area may be made based on whether or not the sum of the absolute value of the distance between the point farthest from the designated plane and the plane P is equal to or less than a predetermined value.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method for avoiding the acquisition of incorrect offset information in the first embodiment of the present invention.
  • a data buffer unit 18 acquires geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz and stores them in a buffer. If the acquired geomagnetism measurement data Sx, Sy, Sz is considered inappropriate due to noise contamination or the like, the acquired geomagnetism measurement data Sx, Sy, Sz need not be stored in the buffer. (Step S11)
  • Step S12 it is determined whether or not the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer unit 18 has reached a predetermined data acquisition number N.
  • step S11 If the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer unit 18 has reached the predetermined data acquisition number N, the process returns to step S11.
  • the data processing unit 19 sends the geomagnetic measurement data from the data buffer unit 18.
  • the data Sx, Sy, and Sz are read out by the predetermined data acquisition number N, and the read out individual data PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z), ... Is determined to be distributed near a specific plane P.
  • Step S 13 PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z), ... force S If it is determined that the force is distributed near the specified plane P, the reference point Stop estimating OP coordinates Cx, Cy, Cz.
  • the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer unit 18 may be cleared according to the situation.
  • Step S16 If the coordinates Cx, Cy, Cz of the reference point ⁇ P estimated due to noise contamination or the presence of an environmental magnetic field are considered inappropriate, the coordinates Cx, Cy, Cz of the estimated reference point OP are offset.
  • the geomagnetic measurement data Sx, Sy, and Sz stored in the data buffer unit 18 may be cleared according to the situation, without being stored in the information storage unit 20. (Step S16)
  • a step corresponding to step 15 may be performed before step 13 to first determine the coordinates of the reference point OP, and then determine whether or not the coordinates are distributed near the plane P.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the concept of a method for obtaining offset information in the second embodiment of the present invention.
  • Pl (Slx, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z),... are projected onto the estimated plane P, and projected on the plane P.
  • Statistical method is used to determine the position that gives the dispersion force of the large-separation for PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z), ... Is calculated as the temporary reference point OC.
  • the temporary reference point ⁇ C is corrected to be the reference point OR, and its coordinate values ORx, ORy, ORz are obtained as values corresponding to the offsets Cx, CyCz, respectively.
  • PI ix, Sly, Slz
  • P2 S2x, S2
  • any of the positions OR1 and OR2 that are equal to the fixed value M may be selected as the reference point ⁇ R.
  • a selection method for example, there is a method of selecting a point closer to the previously estimated reference point OQ. It is appropriate to set the value of M to a value corresponding to the total geomagnetic force.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a method for obtaining offset information in the second embodiment of the present invention.
  • the data buffer unit 18 puts the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz into the acquisition reference. If the acquired geomagnetism measurement data Sx, Sy, Sz is considered inappropriate due to noise contamination, etc., the acquired geomagnetism measurement data Sx, Sy, Sz need not be buffered. (Step S21)
  • Step S22 the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer unit 18 are It is determined whether the number of data acquisitions N has reached the fixed number.
  • step S21 If the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer unit 18 has reached the predetermined data acquisition number N, the process returns to step S21.
  • the data processing unit 19 sends the geomagnetic measurement data Sx, Sy and Sz are read out by the predetermined number of data acquisition N, and the read out individual data PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z), ... Judge whether it is distributed near the plane P.
  • Step S23 After reading the geomagnetism measurement data Sx, Sy, and Sz from the data buffer unit 18 for a predetermined number of data acquisitions N, the geomagnetism measurement data Sx, Sy, and Sz stored in the data buffer unit 18 are changed according to the situation. Of the data, only the oldest data may be cleared, or the number of read data may be cleared. (Step S23)
  • the offset information storage unit 20 stores the coordinates ⁇ Rx, ⁇ Ry, ⁇ Rz of the reference point ⁇ R as offsets of the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz. If the coordinates ⁇ Rx, ORy, ⁇ Rz of the estimated reference point OR are considered inappropriate due to noise contamination or the presence of an environmental magnetic field, etc., the coordinates ORx, ORy, ORz of the estimated reference point ⁇ R are offset.
  • the geomagnetic measurement data Sx, Sy, and Sz stored in the data buffer unit 18 may be cleared depending on the situation without being stored in the information storage unit 20. (Step S27)
  • Step S28 the coordinates Cx, Cy, and Cz of the reference point ⁇ P are stored in the offset information storage unit 20 as offsets of the geomagnetic measurement data Sx, Sy, and Sz. If the coordinates Cx, Cy, Cz of the reference point ⁇ P estimated due to noise contamination or the presence of an environmental magnetic field are considered inappropriate, the coordinates Cx, Cy, Cz of the estimated reference point OP are offset.
  • the geomagnetic measurement data Sx, Sy, and Sz stored in the data buffer unit 18 may be cleared according to the situation, without being stored in the information storage unit 20.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an installation state of an azimuth angle measuring device according to the third embodiment of the present invention.
  • the azimuth measuring device 1 is installed on a car 22 and fixed at an inclination angle ⁇ with respect to a vertical axis V.
  • the change in the direction of the azimuth measuring device 1 is made by the movement of the automobile 22. Therefore, the attitude of the azimuth angle measuring device 1 with respect to the vertical axis V is kept constant at the inclination angle ⁇ .
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the concept of a method for acquiring offset information in the third embodiment of the present invention.
  • the direction of the azimuth angle measuring device 1 is changed, and during that time, the X-axis geomagnetism measurement data Sx, the y-axis geomagnetism measurement data Sy, and the z-axis geomagnetism measurement data Sz are repeatedly acquired up to a predetermined data acquisition number N. .
  • the individual data of Sx, Sy, and Sz repeatedly obtained are respectively PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z), ...
  • the values of Sx, Sy, and Sz are arranged on a three-dimensional space with the direction components of each axis.
  • a specific plane P is estimated.
  • the method of estimating the plane P is the same as the method described in the first embodiment, and thus the description is omitted.
  • the temporary reference point ⁇ C is corrected to be the reference point OR, and its coordinate values ⁇ Rx, ORy, ⁇ Rz are obtained as values corresponding to the offsets Cx, CyCz, respectively.
  • the specific correction method is the same as the method described in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the coordinates of the temporary reference point OC are directly used as offsets Cx, Cy, Cz without obtaining the corrected reference point OR. You may do it. This is because the temporary reference point OC may have a large error in the normal direction of the specific plane P. This error does not affect the azimuth angle calculation accuracy.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a method for obtaining offset information in the third embodiment of the present invention.
  • the data buffer unit 18 obtains geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz and puts them in a buffer. If the acquired geomagnetism measurement data Sx, Sy, Sz is considered inappropriate due to noise contamination, etc., the acquired geomagnetism measurement data Sx, Sy, Sz need not be buffered. (Step S31)
  • Step S32 it is determined whether or not the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer unit 18 has reached a predetermined data acquisition number N.
  • the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz held in the data buffer 18 are If the data acquisition number N has been reached, the process returns to step S31.
  • the data processing unit 19 sends the geomagnetic measurement data from the data buffer unit 18.
  • the data Sx, Sy, and Sz are read out for a predetermined number N of data obtained, and the read out individual data PI (Six, Sly, Slz), P2 (S2x, S2y, S2z), P3 (S3x, S3y, S3z), ... Estimate a specific plane P where is distributed in the vicinity.
  • Step S33 After reading the geomagnetic measurement data Sx, Sy, and Sz from the data buffer unit 18 for a predetermined number of data acquisitions N, the geomagnetic measurement data Sx, Sy, and Sz stored in the data buffer unit 18 are changed according to the situation. Only the oldest data may be cleared, or the number of read data may be cleared. (Step S33)
  • the offset information storage unit 20 stores the coordinates ORx, ORy, ORz of the reference point OR as an offset of the geomagnetic measurement data Sx, Sy, Sz. If the coordinates ORx, ORy, ORz of the estimated reference point OR are considered inappropriate due to noise contamination or the presence of an environmental magnetic field, the estimated coordinates ORx, ORy, ORz of the reference point OR are stored in the offset information storage unit.
  • the geomagnetic measurement data Sx, Sy, and Sz stored in the data buffer unit 18 may be cleared depending on the situation without being stored in the memory 20.
  • the offset of the coordinates of the temporary reference point OC may be used without obtaining the corrected reference point OR.
  • the azimuth angle measurement device based on the geomagnetic detection method
  • a magnetized component such as a speaker
  • an offset occurs in the output of the magnetic sensor due to a magnetic field leaking from the magnetized component. I do. Therefore, the azimuth calculation is incorrect due to the offset.
  • the present invention provides an azimuth measuring device that can easily acquire offset information necessary for performing this calibration in various situations.

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Abstract

　特定方向に姿勢を一定に保ったまま変化させた場合、誤ったオフセット情報を取得せず、任意の方向に変化させた場合には、相当するオフセット情報を得ることができる方位角計測装置を提供する。地磁気を検出する３軸のセンサからのデータをデータ処理部１９で処理する。処理部１９では、地磁気の向きが３次元空間で変化した時の３軸出力データを所定回数以上繰り返して取得し、３軸出力データを各軸方向成分とする３次元座標上で、３軸出力データ群からの距離のばらつきが最小になるような位置の座標を統計的手法により推定し基準点とし、基準点の座標に基づいて、３軸出力データのオフセット情報を算出し、３軸出力データ群が特定の平面近傍に分布しているかどうかを判断し、３軸出力データ群が特定の平面近傍に分布していると判断された場合は、基準点の座標の推定を行わないか、推定された基準点の座標を破棄する処理を行う。

Description

明 細 書
方位角計測装置
技術分野
[0001] 本発明は、地磁気検出方式による方位角計測装置に関するものである。
背景技術
[0002] 地磁気を検知して方位角を得る方位角計測装置が、携帯電話でのナビゲーシヨン 用途などに使われている。このような方位角計測装置においては、磁気センサが検 知する地磁気以外の環境磁界に起因する信号出力や、無信号入力時の信号処理 回路の出力分であるオフセット分を差し弓 I 、て方位角を求めないと、誤った方位を示 してしまうことはよく知られてレ、る。
[0003] オフセット分を求める方法としては、特許文献 1で開示されるような、方位角計測装 置を水平に一周してその最大 ·最小の点をもとめ、その中点をオフセットの点として求 めるものや、特許文献 2に開示されるように、方位角計測装置を直交する任意の 3点 に向けて取得した地磁気情報から方位計を一回転させたときの出力軌跡の方程式を 求め、オフセット分を計算する、などの方法が知られている。さらに、方位角計測装置 の向きが 3次元空間上で任意に変化している時に取得した地磁気データからオフセ ット情報を算出する方法がある（上述の方法を、特許文献 3に見出すことができ、ここ でそれを参照することにより本明細書に組込む）。
[0004] 図 3は、方位角計測装置においてオフセット情報を取得する方法の概念を説明す る図である。この方法は、特許文献 3に開示されている。
図 3において、方位角計測装置 1の向きを 3次元空間において任意に変化させ、そ の間に X軸地磁気測定データ Sx、 y軸地磁気測定データ Syおよび z軸地磁気測定 データ Szを所定のデータ取得数 Nまで繰り返し取得する。なお、 Sx, Sy, Szは以後 特に断りの無い限り、方位角計測装置 1が備える感度補正計算部によって感度補正 された地磁気計測データを指すものとする。
[0005] そして、繰り返し取得された Sx, Sy, Szの個々のデータをそれぞれ PI (Six, Sly , Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) ,…とし、図 3に示すように、 S x, Sy, Szの値を各軸の方向成分とする 3次元空間上に配置する。
[0006] ここで、 Sx, Sy, Szは次式で表すことができる。
Sx = a-Mx + Cx (1)
Sy = a-My + Cy (2)
Sz = a-Mz + Cz (3)
ただし、 aは x軸ホール素子 HEx、 y軸ホール素子 HEyおよび z軸ホール素子 HEzの 感度補正後の感度、 Cx, Cyおよび Czはそれぞれ Sx, Syおよび Szのオフセットであ る。
[0007] 一方、 Mx, My, Mzと Mの関係は次の通りである。
[0008] [数 1]
Figure imgf000004_0001
そこで、
[0009] [数 2]
Figure imgf000004_0002
とおけば、次式が導出される。
(Sx— Cx) 2+ (Sx— Cx) 2+ (Sx— Cx) 2 = r2 (6)
すなわち、 （Sx, Sy, Sz)は必ず基準点〇P(Cx, Cy, Cz)力 一定の距離 rを置いて 位置することになる。
[0010] 従って、 PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),… のいずれ力 も等しい距離にある点を計算することによって基準点 OPを推定すること ができ、その座標値からオフセット Cx, Cyおよび Czを得ることができる。
[0011] 基準点 OPの推定には種々の計算方法がある力 実際に取得される Sx, Sy, Szは 0. OlmTオーダーの非常に微弱な地磁気の測定データであり相当のノイズが重畳 しているので、データ取得数 Nをなるベく多くして統計的手法を用いて計算するのが 望ましい。そこで例えば、特許文献 3に記載の方法によれば、次式に示すような Cx, Cy, Czに関する連立一次方程式の解を計算することにより計算時間の増大を抑え つつ精度良く基準点 OPを推定することができる。 [0012] [数 3] Six {Six - Sx ) Siy [Six - Sx J 〉 Siz Si„ - Sx j cx
∑ Slx (Sly ~ Sy ) Sly (Sly― Sy .
Z . 、Siz - Sz J } ry Siz - z Ά z - sz
> {Six 2 + Si + SもiSix - S
∑ + Sf; + Sも - Sy (7)
∑ (Sl + Sl + Sも
Figure imgf000005_0001
- Sz ただし、
[0013] [数 4]
Figure imgf000005_0002
[0014] [数 5]
1
N ■
[0015] [数 6]
Figure imgf000005_0003
また、 rは Cx,Cy,Czを用いて以下のように表される。
[0016] [数 7]
Figure imgf000005_0004
図 4は、方位角計測装置においてオフセット情報を取得する方法を示すフローチヤ ートである。この方法は、特許文献 3に開示されている。
[0017] 図 4において、方位角測定装置が備えるデータバッファ部は、地磁気測定データ S
Sy, Szを取得しバッファに入れる。 （ステップ S 1)
次に、データバッファ部に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが、所定 のデータ取得数 Nに達しているかを判断する。 （ステップ S2)
データバッファ部に保持されている地磁気測定データ Sx， Sy, Szが所定のデータ 取得数 Nに達してレ、なレ、場合は、ステップ S 1に戻る。
[0018] 一方、データバッファ部に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが所定の データ取得数 Nに達している場合は、方位角測定装置 1が備えるデータ処理部は、 データバッファ部から地磁気測定データ Sx, Sy, Szを所定のデータ取得数 Nだけ読 み出し、個々のデータ PI (Six, Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3 y, S3z) ,…からの距離のばらつきが最小になるような基準点 OPの座標 Cx， Cy, C zを推定する。 （ステップ S3)
そして、基準点〇Pの座標 Cx, Cy, Czを地磁気測定データ Sx， Sy, Szのオフセッ トとして方位角計測装置が備えるオフセット情報記憶部に記憶させる。 （ステップ S4) 特許文献 1 :米国特許第 1 , 422, 942号明細書
特許文献 2 :日本国特開 2000 - 131068号公報
特許文献 3：国際出願第 JP03/08293号明細書
発明の開示
[0019] し力しながら、特許文献 3に開示されているオフセット情報取得方法では、データ取 得期間中に方位角計測装置の向きが任意に変化せず、図 5に示すように特定方向 の軸 Wに対する姿勢を一定に保ったまま変化した場合、個々のデータ PI (Six, SI y, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z)，■·■ま図 6(こ示すよう ίこ、中 心を基準点〇Ρ、半径を距離 rとする球面 Sと、特定の平面 Pとの交差によって成す円 周 C上に分布する。このため、上式 (7)の解が計算不能になるか、計算誤差が非常 に大きくなり誤った解を計算する欠点があった。
本発明は、以上のような問題を解消した方位角計測装置を提供することを目的とす る。
[0020] このような目的を達成するために、本発明の第 1の実施形態の発明は、地磁気を検 出する 3軸の地磁気検出手段と、前記地磁気検出手段の向きが 3次元空間において 変化した時の前記地磁気検出手段からの 3軸出力データを所定回数以上繰り返して 取得する出力データ取得手段と、前記 3軸出力データを各軸方向成分とする 3次元 座標上において、前記出力データ取得手段によって得られた 3軸出力データ群から の距離のばらつきが最小になるような位置の座標を統計的手法によって推定し基準 点とする基準点推定手段と、前記基準点推定手段によって得られた基準点の座標に 基づいて、前記地磁気検出手段の出力データに対するオフセット情報を算出するォ フセット情報算出手段と、前記出力データ取得手段によって得られた出力データ群 が特定の平面近傍に分布しているかどうかを判断する平面判断手段とを備え、前記 平面判断手段により前記出力データ群が前記特定の平面近傍に分布していると判 断された場合は、前記基準点推定手段による基準点の座標の推定を行わないか、 前記基準点推定手段により推定された基準点の座標を破棄することを特徴とする。
[0021] 本発明の第 2の実施形態の発明は、第 1の実施形態において、前記平面判断手段 は、前記基準点を未知数とする連立一次方程式の係数項からなる行列が特異行列 若しくは特異行列に近い行列になっているかどうかで前記判断を行うことを特徴とす る。
[0022] 本発明の第 3の実施形態の発明は、第 1の実施形態において、前記平面判断手段 は、前記特定の平面を前記出力データ取得手段によって得られた出力データ群から 推定し、前記出力データ群と前記特定の平面との相関を算出し、前記相関が所定値 より大きいかどうかで前記判断を行うことを特徴とする。
[0023] 本発明の第 4の実施形態の発明は、第 1の実施形態において、前記平面判断手段 は、前記特定の平面によって区切られる 2つの領域の一方の領域の前記出力データ 群のうち前記特定の平面から最も離れた点から前記特定の平面までの距離と、他方 の領域の前記出力データ群のうち前記特定の平面から最も離れた点から前記特定 の平面までの距離の和が所定値より大きいかどうかで前記判断を行うことを特徴とす る。
[0024] 本発明の第 5の実施形態の発明は、第 1乃至 4の実施形態のいずれかにおいて、 前記平面判断手段により前記出力データ群が前記特定の平面近傍に分布している と判断される場合は警報を表示する警報表示手段をさらに備えることを特徴とする。
[0025] 本発明の題 6の実施形態の発明は、地磁気を検出する 3軸の地磁気検出手段と、 前記地磁気検出手段の向きが 3次元空間において変化した時の前記地磁気検出手 段からの 3軸出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段と 、前記 3軸出力データを各軸方向成分とする 3次元座標上において、前記出力デー タ取得手段によって得られた 3軸出力データ群からの距離のばらつきが最小になるよ うな位置の座標を統計的手法によって推定し基準点とする基準点推定手段と、前記 基準点推定手段によって得られた基準点の座標に基づいて、前記地磁気検出手段 の出力データに対するオフセット情報を算出するオフセット情報算出手段と、前記出 力データ取得手段によって得られた 3軸出力データ群が特定の平面近傍に分布して いるかどうかを判断する平面判断手段と、前記特定の平面を前記出力データ取得手 段によって得られた出力データ群から推定し基準平面とする平面推定手段と、前記 平面推定手段によって得られた基準平面上において、前記出力データ取得手段に よって得られた 3軸出力データ群を前記基準平面に投影した投影点群からの距離の ばらつきが最小になるような位置の座標を統計的手法によって推定し仮基準点とす る仮基準点推定手段と、前記仮基準点推定手段によって得られた仮基準点を補正し 基準点とする基準点補正手段とを備え、前記平面判断手段により前記出力データ群 が前記特定の平面近傍に分布していると判断された場合は、前記平面推定手段に より前記基準平面を推定し、前記仮基準点推定手段により仮基準点を推定し、前記 基準点補正手段により基準点を算出し、前記オフセット情報算出手段は前記基準点 補正手段によって算出された基準点の座標に基づいて前記地磁気検出手段の出力 データに対するオフセット情報を算出することを特徴とする。
[0026] 本発明の第 7の実施形態の発明は、第 6の実施形態において、前記平面判断手段 は、前記基準点を未知数とする連立一次方程式の係数項からなる行列が特異行列 若しくは特異行列に近い行列になっているかどうかで前記判断を行うことを特徴とす る。
[0027] 本発明の第 8の実施形態の発明は、本発明の第 6の実施形態において、前記平面 判断手段は、前記特定の平面を前記出力データ取得手段によって得られた出力デ ータ群力 推定し、前記出力データ群と前記特定の平面との相関を算出し、前記相 関が所定値より大きいかどうかで前記判断を行うことを特徴とする。
[0028] 本発明の第 9の実施形態の発明は、第 6の実施形態において、前記平面判断手段 は、前記特定の平面によって区切られる 2つの領域の一方の領域の前記出力データ 群のうち前記特定の平面から最も離れた点から前記特定の平面までの距離と、他方 の領域の前記出力データ群のうち前記特定の平面から最も離れた点から前記特定 の平面までの距離の和が所定値より大きいかどうかで前記判断を行うことを特徴とす る。
[0029] 本発明の第 10の実施形態の発明は、第 6乃至 9の実施形態のいずれかにおいて、 前記平面判断手段により前記出力データ群が前記特定の平面近傍に分布している と判断される場合は警報を表示する警報表示手段をさらに備えることを特徴とする。
[0030] 本発明の第 11の実施形態の発明は、第 6乃至 9の実施形態のいずれかにおいて、 前記基準点補正手段は、前記仮基準点を通って前記基準平面に垂直な直線上で、 以前に推定された基準点に最も近い位置を前記基準点とすることを特徴とする。
[0031] 本発明の第 12の実施形態の発明は、第 6乃至 9の実施形態のいずれかにおいて、 前記基準点補正手段は、前記投影点群から前記仮基準点までの距離の代表値を統 計的手法によって推定し、前記仮基準点を中心とし前記距離の代表値を半径とする 前記基準平面上の円周からの距離が所定値に等しくなるような位置を前記基準点と することを特徴とする。
[0032] 本発明の第 13の実施形態の発明は、地磁気を検出する 3軸の地磁気検出手段と 、前記地磁気検出手段の向きが 3次元空間において変化した時の前記地磁気検出 手段からの 3軸出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段 と、前記 3軸出力データを各軸方向成分とする 3次元座標上において、前記出力デ ータ取得手段によって得られた 3軸出力データ群が近傍に位置するような平面を推 定し基準平面とする平面推定手段と、前記平面推定手段によって得られた基準平面 上において、前記出力データ取得手段によって得られた 3軸出力データ群を前記基 準平面に投影した投影点群からの距離のばらつきが最小になるような位置の座標を 統計的手法によって推定し仮基準点とする仮基準点推定手段と、前記仮基準点推 定手段によって得られた仮基準点を補正し基準点とする基準点補正手段と、前記基 準点補正手段によって得られた基準点の座標に基づいて、前記地磁気検出手段の 出力データに対するオフセット情報を算出するオフセット情報算出手段とを備えること を特徴とする。
[0033] 本発明の第 14の実施形態の発明は、第 13の実施形態において、前記基準点補 正手段は、前記仮基準点を通って前記基準平面に垂直な直線上で、以前に推定さ れた基準点に最も近い位置を前記基準点とすることを特徴とする。
[0034] 本発明の第 15の実施形態の発明は、第 13の実施形態において、前記基準点補 正手段は、前記投影点群から前記仮基準点までの距離の代表値を統計的手法によ つて推定し、前記仮基準点を中心とし前記距離の代表値を半径とする前記基準平面 上の円周力 の距離が所定値に等しくなるような位置を前記基準点とすることを特徴 とする。
[0035] 本発明によれば、データ取得期間中に方位角計測装置の向きが任意に変化せず 、特定方向の軸に対する姿勢を一定に保ったまま変化した場合に誤ったオフセット 情報を取得してしまう問題を防ぐことができ、さらに、方位角計測装置の向きが任意 に変化した場合に相当するオフセット情報を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]図 1は本発明の一実施形態に係る方位角計測装置における磁気センサの取付 構造を示す透視図である。
[図 2]図 2は本発明の一実施形態に係る方位角計測装置の構成を示すブロック図で ある。
[図 3]図 3は従来の方位角計測装置においてオフセット情報を取得する方法の概念 を説明する図である。
[図 4]図 4は従来の方位角計測装置においてオフセット情報を取得する方法を示すフ ローチャートである。
[図 5]図 5は本発明に係る特定方向の軸 Wに対する姿勢を一定に保つ磁気センサを 示す図である。
[図 6]図 6は従来の方位角計測装置における課題を説明する図である。
[図 7]図 7は本発明の一実施形態に係る誤ったオフセット情報の取得を回避する方法 の概念を説明する図である。
[図 8]図 8は本発明の一実施形態に係る誤ったオフセット情報の取得を回避する方法 を示すフローチャートである。
[図 9]図 9は本発明の一実施形態に係るオフセット情報を取得する方法の概念を説明 する図である。
[図 10]図 10は本発明の一実施形態に係るオフセット情報を取得する方法の概念を 説明する図である。
[図 11]図 11は本発明の一実施形態に係るオフセット情報を取得する方法の概念を 説明する図である。
[図 12]図 12は本発明の一実施形態に係るオフセット情報を取得する方法を示すフロ 一チャートである。
[図 13]図 13は本発明の一実施形態に係る方位角計測装置の設置状況を説明する 図である。
[図 14]図 14は本発明の一実施形態に係るオフセット情報を取得する方法の概念を 説明する図である。
[図 15]図 15は本発明の一実施形態に係るオフセット情報を取得する方法を示すフロ 一チャートである。
[図 16]図 16は本発明の一実施形態に係るオフセット情報を取得する方法の概念を 説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
[0037] 以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図 1は、方位角計測装置における磁気センサの取付構造を示す透視図である。 図 1において、座標軸 X, y， zは方位角計測装置 1に基づくものであり、 X軸は方位 角計測装置 1の縦方向に、 y軸は方位計測装置 1の横方向に、そして z軸は方位角 計測装置 1の厚さ方向にそれぞれ平行である。方位角計測装置 1には X軸磁気セン サ HEx、 y軸磁気センサ HEyおよび z軸磁気センサ HEzが設けられ、 x軸磁気センサ HExは地磁気 Mの X方向成分 Mxを、 y軸磁気センサ HEyは地磁気 Mの y方向成分 Myを、そして z軸磁気センサ HEzは地磁気 Mの z方向成分 Mzをそれぞれ検出する よう方向を定めて配置される。
[0038] 図 2は、以下の各実施形態に共通の方位角計測装置の構成を示すブロック図であ る。
図 2において、方位角計測装置 1には、 3軸磁気センサ 11、磁気センサ駆動電源 部 12、マルチプレクサ部 13、増幅部 14、 A/D変換部 15、感度補正情報記憶部 16 、感度補正計算部 17、データバッファ部 18、データ処理部 19、オフセット情報記憶 部 20、オフセット補正部 21および方位角計算部 22が設けられている。
[0039] 3軸磁気センサ 11には、 X軸磁気センサ HEx、 y軸磁気センサ HEyおよび z軸磁気 センサ HEzが設けられており、それぞれ地磁気 Mの X方向成分 Mx、 y方向成分 My および z方向成分 Mzを検出したセンサ信号を出力するようになっている。
[0040] 磁気センサ駆動電源部 12は、 X軸磁気センサ HEx、 y軸磁気センサ HEyおよび z 軸磁気センサ HEzの動作に必要な駆動電圧を出力するようになっている。
[0041] マルチプレクサ部 13は、 X軸磁気センサ HEx、 y軸磁気センサ HEyおよび z軸磁気 センサ HEzを切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部 12の出力電圧を X軸 磁気センサ HEx、 y軸磁気センサ HEyおよび z軸磁気センサ HEzに時分割で印加し 、 X軸磁気センサ HEx、 y軸磁気センサ HEyおよび z軸磁気センサ HEzから出力され たセンサ信号を順次出力するようになっている。増幅部 14は、マルチプレクサ部 13 力 出力されたセンサ信号を順次増幅する。 A/D変換部 15は、増幅部 14によって 増幅されたセンサ信号を順次 A/D変換し、 X軸地磁気測定データ、 y軸地磁気測定 データおよび z軸地磁気測定データとして順次出力する。
[0042] 感度補正情報記憶部 16は、所定の感度補正情報を記憶する。感度補正計算部 1 7は、感度補正情報記憶部 16に記憶されている感度補正情報に基づいて、 A/D変 換部 15から出力された地磁気計測データの感度補正を行う。
[0043] データバッファ部 18は、感度補正計算部 17によって感度補正され、オフセット情報 算出に用いる地磁気計測データを所定数保持する。
[0044] 符号 19はデータ処理部であって、データバッファ部 18内のデータに基づいて、以 下に詳述する各処理を行う。ここで行われる各処理は、 ROM内に格納された所定の プログラム（例えば、図 8、 12および 15に示す如き制御手順を含む）を CPUが実行 することによって達成される。 RAMは CPUの作業領域を提供する。 CPU, ROM, R AMは、符号 16— 18および 20— 22で示す構成要素が実行する機能も達成するよう に構成することができる。データ処理部 19は、データバッファ部 18に保持された地磁 気計測データを読み出し、後述するような処理を実行してオフセット情報を算出する [0045] オフセット情報記憶部 20は、データ処理部 19から出力されたオフセット情報を記憶 する。
[0046] オフセット補正部 21は、オフセット情報記憶部 20に記憶されているオフセット情報 に基づいて、感度補正計算部 17によって感度補正された地磁気計測データのオフ セットを補正する。
[0047] 方位角計算部 22は、オフセット補正部 21によってオフセット補正を受けた地磁気 計測データに基づいて方位角を算出するようになっている。
[0048] (第 1の実施形態）
図 7は、本発明の第 1実施形態において誤ったオフセット情報の取得を回避する方 法の概念を説明する図である。
図 7において、方位角計測装置 1の向きを変化させ、その間に X軸地磁気測定デー タ Sx、 y軸地磁気測定データ Syおよび z軸地磁気測定データ Szを所定のデータ取 得数 Nまで繰り返し取得する。方位角計測装置 1の向きは任意に変化しているのが 望ましいが、図 5に示すように特定方向の軸 Wに対する姿勢を一定に保ったまま変 化する場合もあると仮定する。
[0049] そして、繰り返し取得された Sx, Sy, Szの個々のデータをそれぞれ PI (Six, Sly , Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) ,…とし、図 7に示すように、 S X, Sy, Szの値を各軸の方向成分とする 3次元空間上に配置する。
[0050] 次に、方位角計測装置 1の向きが特定方向の軸 Wに対する姿勢を一定に保ったま ま変ィ匕したために PI (Six, Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S 3z) ,…が特定の平面 Pの近傍に分布しているかどうか判断する。判断方法としては 、上式（7)の Cx， Cy, Czに関する連立一次方程式における係数項からなる行列
[0051] [数 8]
ヽ Sir \Si_, - Sx ) Si入 Si— - S、 Siz \Si„ - Sx
A = Σ Sl x (Sly _ ) Sly (Sly ~ ^y ) Σ SlZ iSi y - (12)
が特異行列かそれに近い行列であるか否力、を判断すればよぐ具体的には上式（12 )の行列式の値の絶対値 | det(A) |を計算して、零に近ければ PI (Six, Sly, SI z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z), ···(ま特定の平面 Pの近傍に分布 していると判断する。
[0052] ここで、式（12)の行列式の値は、数値の丸め時におこる量子化誤差など計算にお ける誤差がない場合は必ず正になる。従って、行列式の値を計算して、零に近いある レヽは負であれば PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x， S3y, S3 z) ,…は特定の平面 Pの近傍に分布してレ、ると判断しても良レ、。
[0053] また、地磁気は、場所によって大きさが変動する。特に人工建造物の内部、周辺で は地磁気の変動が大きい。上記の行列式の値は、概ね地磁気の大きさ ( = r)の 6乗に 比例するので、 det(A)/r6を計算して、零に近いあるいは負であれば PI (Six, SI y, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z)，…は特定の平面 Pの近傍 に分布してレ、ると判断しても良レ、。
[0054] また、 Pl(Slx, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…力 S 特定の平面 Pの近傍に分布しているかどうか判断する別の方法として、 Pl(Slx, SI y, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…力、ら平面 Pを推定し、 PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…力、ら推定され た平面 Pまでの距離を計算し、算出された距離が所定値以下であるか否かで判断す ることもできる。推定する平面 Pの式を
aS +bS +cS +d=0 (13)
x y z
ただし、 a2 + b2 + c2=l (14)
とし、上記 a、 b、 cを求める。
[0055] また、 PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z)，… ら推定された平面 Pまでの距離 εは、例えば次式を用いて算出することができる。
[0056] [数 9] ε = ^—— + + c^?z + df (15) 推定する平面 Pの式を
aS +bS +cS +d = 0 (A) とする。上式 (A)の各係数は以下のように解く。
[0057] [数 10]
XX = Si Six -S^)
YY = Sty (¾ - Sty )
ZZ = S \Siz - S f
ΧΎ = Six \Siy - Siy J = Siy \Six - Six J
Figure imgf000015_0001
ZX = Siz Six - Si., 1= Six Siz - Siz ) とした時、
[0058] [数 11]
Figure imgf000015_0002
Defl = ZZ xXX -ZX xZX
Det2 = XX YY-XY XY
を計算し、最大値を探す。どの式が最大値になるかによつて、それぞれ以下の連立 一次方程式を解き各係数を算出する。各方程式は a=l、あるいは b = l、あるいは c =1とした時の、平面 Pを推定する式であり、 DetO, Detl, Det2はそれぞれの係数 行列の行列式に対応している。一般的に、行列式の値が大きいほど数値計算の精 度が向上するため、行列式の値が最大値をとる方程式を解くことによって係数 a, b, c を求めている。
[0059] DetOが最大の場合（このとき a=l)
[0060] [数 12]
Figure imgf000015_0003
D^ilが最大の場合 (このとき b=l)
[0061] [数 13]
ZZ ZX C YZ
ZX XX a XY が最大の場合 (このとき c=i) [0062] [数 14]
Figure imgf000016_0001
さらに、
[0063] [数 15]
I
d = -— ^(aSix +bSiy + cSiz )
PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z)， …の各点 力 推定された平面 Pまでの距離 diは di = ~ x , y z ~ (16 )
az +bl + cz
により求められる。各点の距離 diの正負は、推定された平面 Pによって分割された二 つの領域のうちどちらの領域に所属するかで異なる。すなわち、これら 2つの領域に 分割された領域の一方に所属する点から指定された平面 Pへの距離 diは正となり、 他方に所属する点から指定された平面 Pへの距離 diは負となる。これら各点の距離 di の最大値と最小値を求め (図 16)、この差が所定値以下であるか否かによって、 PI (S lx, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…力 S特定の平面 P の近傍に分布してレ、るか否か判断してもよレ、。
[0064] 言い換えると、指定された平面 Pによって 2つに分割された一方の領域における、 指定された平面 Pから最も離れた点と該平面 Pとの距離の絶対値と、他方の領域にお ける、指定された平面から最も離れた点と該平面 Pとの距離の絶対値との和が所定値 以下であるか否かによって、上記判断を行ってもよい。
[0065] そして、 PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),… が特定の平面 Pの近傍に分布していると判断された場合は、上式（7)の解の計算を 行わないようにする。または上式（7)の解の計算が既に行われていた場合は算出さ れた解を破棄し、オフセット情報の算出も行わないようにする。一方、 PI (Six, Sly , Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z)，…カ特定の平面 Pの近傍に 分布していると判断されない場合は、上式 (7)の解を計算して基準点〇Pを推定し、 その座標値からオフセット Cx, Cyおよび Czを得る。
[0066] これによつて、データ取得期間中に方位角計測装置の向きが任意に変化せず、特 定方向の軸に対する姿勢を一定に保ったまま変化した場合に誤ったオフセット情報 を取得してしまう問題を防ぐことができる。
[0067] なお、 Pl (Slx， Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x， S3y, S3z) ,… 特定の平面 Pの近傍に分布していると判断された場合は、方位角計測装置 1の表示 部に警報を表示してもよい。これによつて、方位角計測装置 1の使用者は、 Sx, Sy，
Szの取得において方位角計測装置 1の向きを変化させる操作が不適切であったこと を失口ること力できる。
[0068] 図 8は、本発明の第 1実施形態において誤ったオフセット情報の取得を回避する方 法を示すフローチャートである。
図 8において、データバッファ部 18は、地磁気測定データ Sx, Sy, Szを取得しバッ ファに入れる。なお、ノイズの混入等により取得した地磁気測定データ Sx, Sy, Szが 不適切と見なされる場合は、取得した地磁気測定データ Sx, Sy, Szをバッファに入 れなくてもよい。 （ステップ S11)
次に、データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが、所 定のデータ取得数 Nに達しているかを判断する。 （ステップ S12)
データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが所定のデ ータ取得数 Nに達してレ、なレ、場合は、ステップ S 11に戻る。
[0069] 一方、データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが所定 のデータ取得数 Nに達している場合は、データ処理部 19は、データバッファ部 18か ら地磁気測定データ Sx， Sy, Szを所定のデータ取得数 Nだけ読み出し、読み出し た個々のデータ PI (Six, Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3 z) ,…が特定の平面 Pの近傍に分布しているかどうか判断する。なお、データバッフ ァ部 18から地磁気測定データ Sx， Sy, Szを所定のデータ取得数 Nだけ読み出した 後は、状況に応じてデータバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy , Szのうち最も古いデータのみをクリアしてもよいし、読み出した数だけクリアしてもよ レヽ。 （ステップ S 13) PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…力 S特定 の平面 Pの近傍に分布していると判断される場合は、基準点 OPの座標 Cx, Cy, Cz の推定を中止する。なお、状況に応じてデータバッファ部 18に保持されている地磁 気測定データ Sx, Sy, Szをクリアしてもよレ、。 （ステップ S 14)
一方、 Pl(Slx， Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),… 特定の平面 Pの近傍に分布していると判断されない場合は、個々のデータ PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…力らの β巨離のばらつ きが最小になるような基準点〇Ρの座標 Cx, Cy, Czを推定する。 （ステップ S 15) そして、基準点〇Pの座標 Cx, Cy, Czを地磁気測定データ Sx， Sy, Szのオフセッ トとしてオフセット情報記憶部 20に記憶させる。なお、ノイズの混入や環境磁場の存 在等により推定した基準点〇Pの座標 Cx， Cy, Czが不適切と見なされる場合は、推 定した基準点 OPの座標 Cx, Cy, Czをオフセット情報記憶部 20に記憶させなかった り、状況に応じてデータバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, S zをクリアしてもよレヽ。 （ステップ S16)
尚、ステップ 15に相当するステップをステップ 13の前に行いまず基準点 OPの座標 を求めてから平面 Pの近傍に分布しているか否か判定しても差し支えない。
[0070] (第 2の実施形態）
図 9は、本発明の第 2実施形態においてオフセット情報を取得する方法の概念を説 明する図である。
第 1実施形態と重複する部分は説明を省略する。
[0071] Pl(Slx, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…力 S特定 の平面 Pの近傍に分布していると判断された場合は、特定の平面 Pの推定を行う。平 面 Pの推定方法は第 1実施形態において記載されている方法と同様であるので説明 を省略する。
[0072] 次に Pl(Slx， Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…を 推定された平面 Pへ投影し、平面 P上において投影された PI (Six, Sly, Slz), P 2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x， S3y, S3z),…に対する £巨離のばらつき力 S最 /J、に なるような位置を統計的手法によって算出し仮基準点 OCとする。 [0073] 次に仮基準点〇Cを補正して基準点 ORとし、その座標値 ORx, ORy, ORzをそれ ぞれオフセット Cx, CyCzに相当する値として得る。補正方法としては、図 10に示す ように仮基準点 OCを通って平面 Pに垂直な直線 L上で、以前に推定した基準点 OQ に最も近レ、点を〇Rとするのが適当である。
[0074] また図 11に示すように、平面 P上に投影された PI (Six, Sly, Slz) , P2 (S2x, S
2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) ,…から仮基準点 OCまでの距離の平均値 rを算 c 出して平面 P上における中心〇C、半径 rの円周 Cを定義し、円周 Cからの距離が所
C
定値 Mに等しくなる位置 OR1 , OR2のいずれかを選択して基準点〇Rとしてもよい。 選択方法としては、例えば、以前に推定した基準点 OQに近い方を選ぶ方法がある。 なお Mの値としては地磁気全磁力に相当する値を設定するのが適当である。
[0075] 一方、 Pl (Slx， Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x， S3y, S3z) ,… 特定の平面 Pの近傍に分布していると判断されない場合は、上式（7)の解を計算し て基準点 OPを推定し、その座標値力らオフセット Cx, Cyおよび Czを得る。
[0076] これによつて、データ取得期間中に方位角計測装置の向きが任意に変化せず、特 定方向の軸に対する姿勢を一定に保ったまま変化した場合でも、方位角計測装置の 向きが任意に変化した場合に相当するオフセット情報を得ることができる。
[0077] なお、 Pl (Slx, Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) ,… 特定の平面 Pの近傍に分布していると判断された場合は、方位角計測装置 1の表示 部に警報を表示してもよい。これによつて、方位角計測装置 1の使用者は、 Sx， Sy， Szの取得において方位角計測装置 1の向きを変化させる操作が不適切であったこと を失口ること力 Sできる。
[0078] 図 12は、本発明の第 2実施形態においてオフセット情報を取得する方法を示すフ ローチャートである。 図 12において、データバッファ部 18は、地磁気測定データ Sx, Sy, Szを取得レ ッファに入れる。なお、ノイズの混入等により取得した地磁気測定データ Sx， Sy, Sz が不適切と見なされる場合は、取得した地磁気測定データ Sx, Sy, Szをバッファに 入れなくてもよい。 （ステップ S21)
次に、データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが、所 定のデータ取得数 Nに達しているかを判断する。 （ステップ S22)
データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが所定のデ ータ取得数 Nに達してレ、なレ、場合は、ステップ S21に戻る。
一方、データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx， Sy, Szが所定 のデータ取得数 Nに達している場合は、データ処理部 19は、データバッファ部 18か ら地磁気測定データ Sx， Sy, Szを所定のデータ取得数 Nだけ読み出し、読み出し た個々のデータ PI (Six, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3 z),…が特定の平面 Pの近傍に分布しているかどうか判断する。なお、データバッフ ァ部 18から地磁気測定データ Sx， Sy, Szを所定のデータ取得数 Nだけ読み出した 後は、状況に応じてデータバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy , Szのうち最も古いデータのみをクリアしてもよいし、読み出した数だけクリアしてもよ レヽ。 （ステップ S 23)
Pl(Slx, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…力 S特定 の平面 Pの近傍に分布していると判断される場合は、特定の平面 Pの推定を行う。 （ス テツプ S 24)
次に、 Pl(Slx, Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…を 推定された平面 Pへ投影し、平面 P上において投影された PI (Six, Sly, Slz), P 2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),…に対する距離のばらつきが最小に なるような仮基準点 OCの座標 OCx,〇Cy,〇Czを推定する。 （ステップ S25) 次に、仮基準点〇Cの座標 OCx,〇Cy,〇Czを補正して基準点 ORとし、その座標 値 ORx,〇Ry, ORzを算出する（ステップ S26)
そして、基準点〇Rの座標〇Rx,〇Ry，〇Rzを地磁気測定データ Sx， Sy, Szのォ フセットとしてオフセット情報記憶部 20に記憶させる。なお、ノイズの混入や環境磁場 の存在等により推定した基準点 ORの座標〇Rx, ORy,〇Rzが不適切と見なされる 場合は、推定した基準点〇Rの座標 ORx， ORy, ORzをオフセット情報記憶部 20に 記憶させなかったり、状況に応じてデータバッファ部 18に保持されている地磁気測定 データ Sx, Sy, Szをクリアしてもよレヽ。 （ステップ S27)
一方、 Pl(Slx， Sly, Slz), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z),… 特定の平面 Pの近傍に分布していると判断されない場合は、個々のデータ PI (Six, Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) ,…力、らの足巨離のばらつ きが最小になるような基準点〇Pの座標 Cx, Cy, Czを推定する。 （ステップ S28) そして、基準点〇Pの座標 Cx, Cy, Czを地磁気測定データ Sx， Sy, Szのオフセッ トとしてオフセット情報記憶部 20に記憶させる。なお、ノイズの混入や環境磁場の存 在等により推定した基準点〇Pの座標 Cx， Cy, Czが不適切と見なされる場合は、推 定した基準点 OPの座標 Cx, Cy, Czをオフセット情報記憶部 20に記憶させなかった り、状況に応じてデータバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, S zをクリアしてもよレヽ。 （ステップ S29)
(第 3の実施形態）
図 13は、本発明の第 3実施形態において方位角計測装置の設置状況を説明する 図である。
図 13において、方位角計測装置 1は自動車 22に設置され、垂直方向軸 Vに対して 傾斜角 αで固定される。方位角計測装置 1の向きの変化は自動車 22の移動によつ て成される。このため垂直方向軸 Vに対する方位角計測装置 1の姿勢は傾斜角 αで 一定に保たれる。
[0080] 図 14は、本発明の第 3実施形態においてオフセット情報を取得する方法の概念を 説明する図である。
図 14において、方位角計測装置 1の向きを変化させ、その間に X軸地磁気測定デ ータ Sx、 y軸地磁気測定データ Syおよび z軸地磁気測定データ Szを所定のデータ 取得数 Nまで繰り返し取得する。
[0081] そして、繰り返し取得された Sx， Sy, Szの個々のデータをそれぞれ PI (Six, Sly , Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z)，…とし、図 14に示すように、 Sx, Sy, Szの値を各軸の方向成分とする 3次元空間上に配置する。
[0082] このとき、方位角計測装置 1の姿勢は垂直方向軸 Vに対して一定に保たれているた め、 Pl (Slx, Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) , ま特 定の平面 Pの近傍に分布する。このため上式（7)の解を計算して基準点 OPを推定し 、その座標値からオフセット Cx， Cyおよび Czを得ることは不可能である。そこで、以 下の手順によりオフセット Cx, CyCzに相当する値を得る。
[0083] まず、特定の平面 Pの推定を行う。平面 Pの推定方法は第 1実施形態において記載 されている方法と同様であるので説明を省略する。
次に Pl (Slx， Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) ,…を 推定された平面 Pへ投影し、平面 P上において投影された PI (Six, Sly, Slz) , P 2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x， S3y, S3z) ,…に対する £巨離のばらつき力 S最 /J、に なるような位置を統計的手法によって算出し仮基準点 OCとする。具体的な方法は第 2実施形態において記載されている方法と同様であるので説明を省略する。
[0084] 次に仮基準点〇Cを補正して基準点 ORとし、その座標値〇Rx, ORy,〇Rzをそれ ぞれオフセット Cx， CyCzに相当する値として得る。具体的な補正方法は第 2実施形 態において記載されている方法と同様であるので説明を省略する。
[0085] これによつて、方位角計測装置が自動車等の移動物体に設置され、方位角計測装 置の向きが特定方向の軸に対する姿勢を一定に保ったまま変化するような場合でも 、方位角計測装置の向きが任意に変化した場合に相当するオフセット情報を得ること ができる。
[0086] 尚、 自動車等の移動体に設置され、設置姿勢が概略一定を保っている場合は、補 正基準点 ORを求めないで、仮基準点 OCの座標をそのままオフセット Cx, Cy, Cz にしても良い。何故なら、仮基準点 OCは特定の平面 Pの法線方向に大きな誤差を 含んでいる時がある力 この誤差は方位角の計算精度には影響しない。
[0087] 図 15は、本発明の第 3実施形態においてオフセット情報を取得する方法を示すフ ローチャートである。 図 15において、データバッファ部 18は、地磁気測定データ Sx, Sy, Szを取得しバ ッファに入れる。なお、ノイズの混入等により取得した地磁気測定データ Sx， Sy, Sz が不適切と見なされる場合は、取得した地磁気測定データ Sx, Sy, Szをバッファに 入れなくてもよい。 （ステップ S31)
次に、データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが、所 定のデータ取得数 Nに達しているかを判断する。 （ステップ S32)
データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx， Sy, Szが所定のデ ータ取得数 Nに達してレ、なレ、場合は、ステップ S31に戻る。
[0088] 一方、データバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx, Sy, Szが所定 のデータ取得数 Nに達している場合は、データ処理部 19は、データバッファ部 18か ら地磁気測定データ Sx， Sy, Szを所定のデータ取得数 Nだけ読み出し、読み出し た個々のデータ PI (Six, Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3 z) ,…が近傍に分布する特定の平面 Pの推定を行う。なお、データバッファ部 18から 地磁気測定データ Sx, Sy, Szを所定のデータ取得数 Nだけ読み出した後は、状況 に応じてデータバッファ部 18に保持されている地磁気測定データ Sx， Sy, Szのうち 最も古いデータのみをクリアしてもよいし、読み出した数だけクリアしてもよレ、。 （ステツ プ S33)
次に、 Pl (Slx, Sly, Slz) , P2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) ,…を 推定された平面 Pへ投影し、平面 P上において投影された PI (Six, Sly, Slz) , P 2 (S2x, S2y, S2z) , P3 (S3x, S3y, S3z) ,…に対する距離のばらつきが最小に なるような仮基準点 OCの座標 OCx,〇Cy,〇Czを推定する。 （ステップ S 34) 次に、仮基準点〇Cの座標 OCx,〇Cy,〇Czを補正して基準点 ORとし、その座標 値 ORx, ORy, ORzを算出する（ステップ S35)
そして、基準点 ORの座標 ORx, ORy, ORzを地磁気測定データ Sx, Sy, Szのォ フセットとしてオフセット情報記憶部 20に記憶させる。なお、ノイズの混入や環境磁場 の存在等により推定した基準点 ORの座標 ORx, ORy, ORzが不適切と見なされる 場合は、推定した基準点 ORの座標 ORx, ORy, ORzをオフセット情報記憶部 20に 記憶させなかったり、状況に応じてデータバッファ部 18に保持されている地磁気測定 データ Sx, Sy, Szをクリアしてもよレヽ。 （ステップ S36)
尚、 自動車等の移動体に設置され、設置姿勢が概略一定を保っている場合は、補 正基準点 ORを求めないで、仮基準点 OCの座標をそのままオフセットとしても良い。 産業上の利用可能性
[0089] 地磁気検出方式による方位角計測装置では、磁気センサの周辺にスピーカなどの 着磁された部品が配置された場合、着磁された部品から漏れる磁場によって磁気セ ンサの出力にオフセットが発生する。従って、オフセットによって方位角の計算に誤 差が生じることを防ぐために、オフセットのキャリブレーションを行うことが必要である。 本発明は、このキャリブレーションを行うために必要なオフセット情報の取得を、様 々な状況において簡単に行うことのできる方位角計測装置を提供する。

Claims

請求の範囲
[1] 地磁気を検出する 3軸の地磁気検出手段と、
前記地磁気検出手段の向きが 3次元空間において変化した時の前記地磁気検出 手段からの 3軸出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段 と、
前記 3軸出力データを各軸方向成分とする 3次元座標上において、前記出力デー タ取得手段によって得られた 3軸出力データ群からの距離のばらつきが最小になるよ うな位置の座標を統計的手法によって推定し基準点とする基準点推定手段と、 前記基準点推定手段によって得られた基準点の座標に基づいて、前記地磁気検 出手段の出力データに対するオフセット情報を算出するオフセット情報算出手段と、 前記出力データ取得手段によって得られた出力データ群が特定の平面近傍に分 布しているかどうかを判断する平面判断手段とを備え、
前記平面判断手段により前記出力データ群が前記特定の平面近傍に分布してい ると判断された場合は、前記基準点推定手段による基準点の座標の推定を行わない か、前記基準点推定手段により推定された基準点の座標を破棄することを特徴とす る方位角計測装置。
[2] 請求項 1において、
前記平面判断手段は、前記基準点を未知数とする連立一次方程式の係数項から なる行列が特異行列若しくは特異行列に近い行列になっているかどうかで前記判断 を行うことを特徴とする方位角計測装置。
[3] 請求項 1において、
前記平面判断手段は、前記特定の平面を前記出力データ取得手段によって得ら れた出力データ群から推定し、前記出力データ群と前記特定の平面との相関を算出 し、前記相関が所定値より大きいかどうかで前記判断を行うことを特徴とする方位角 計測装置。
[4] 請求項 1において、
前記平面判断手段は、前記特定の平面によって区切られる 2つの領域の一方の領 域の前記出力データ群のうち前記特定の平面から最も離れた点から前記特定の平 面までの距離と、他方の領域の前記出力データ群のうち前記特定の平面から最も離 れた点から前記特定の平面までの距離の和が所定値より大きいかどうかで前記判断 を行うことを特徴とする方位角計測装置。
[5] 請求項 1乃至 4のいずれかにおいて、
前記平面判断手段により前記出力データ群が前記特定の平面近傍に分布してい ると判断される場合は警報を表示する警報表示手段をさらに備えることを特徴とする 方位角計測装置。
[6] 地磁気を検出する 3軸の地磁気検出手段と、
前記地磁気検出手段の向きが 3次元空間において変化した時の前記地磁気検出 手段からの 3軸出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段 と、
前記 3軸出力データを各軸方向成分とする 3次元座標上において、前記出力デー タ取得手段によって得られた 3軸出力データ群からの距離のばらつきが最小になるよ うな位置の座標を統計的手法によって推定し基準点とする基準点推定手段と、 前記基準点推定手段によって得られた基準点の座標に基づいて、前記地磁気検 出手段の出力データに対するオフセット情報を算出するオフセット情報算出手段と、 前記出力データ取得手段によって得られた 3軸出力データ群が特定の平面近傍に 分布しているかどうかを判断する平面判断手段と、
前記特定の平面を前記出力データ取得手段によって得られた出力データ群から推 定し基準平面とする平面推定手段と、
前記平面推定手段によって得られた基準平面上において、前記出力データ取得 手段によって得られた 3軸出力データ群を前記基準平面に投影した投影点群からの 距離のばらつきが最小になるような位置の座標を統計的手法によって推定し仮基準 点とする仮基準点推定手段と、
前記仮基準点推定手段によって得られた仮基準点を補正し基準点とする基準点補 正手段とを備え、
前記平面判断手段により前記出力データ群が前記特定の平面近傍に分布してい ると判断された場合は、前記平面推定手段により前記基準平面を推定し、前記仮基 準点推定手段により仮基準点を推定し、前記基準点補正手段により基準点を算出し
、前記オフセット情報算出手段は前記基準点補正手段によって算出された基準点の 座標に基づいて前記地磁気検出手段の出力データに対するオフセット情報を算出 することを特徴とする方位角計測装置。
[7] 請求項 6において、
前記平面判断手段は、前記基準点を未知数とする連立一次方程式の係数項から なる行列が特異行列若しくは特異行列に近い行列になっているかどうかで前記判断 を行うことを特徴とする方位角計測装置。
[8] 請求項 6において、
前記平面判断手段は、前記特定の平面を前記出力データ取得手段によって得ら れた出力データ群から推定し、前記出力データ群と前記特定の平面との相関を算出 し、前記相関が所定値より大きいかどうかで前記判断を行うことを特徴とする方位角 計測装置。
[9] 請求項 6において、
前記平面判断手段は、前記特定の平面によって区切られる 2つの領域の一方の領 域の前記出力データ群のうち前記特定の平面から最も離れた点から前記特定の平 面までの距離と、他方の領域の前記出力データ群のうち前記特定の平面から最も離 れた点から前記特定の平面までの距離の和が所定値より大きいかどうかで前記判断 を行うことを特徴とする方位角計測装置。
[10] 請求項 6乃至 9のいずれかにおいて、
前記平面判断手段により前記出力データ群が前記特定の平面近傍に分布してい ると判断される場合は警報を表示する警報表示手段をさらに備えることを特徴とする 方位角計測装置。
[11] 請求項 6乃至 9のいずれかにおいて、
前記基準点補正手段は、前記仮基準点を通って前記基準平面に垂直な直線上で
、以前に推定された基準点に最も近い位置を前記基準点とすることを特徴とする方 位角計測装置。
[12] 請求項 6乃至 9のいずれかにおいて、 前記基準点補正手段は、前記投影点群から前記仮基準点までの距離の代表値を 統計的手法によって推定し、前記仮基準点を中心とし前記距離の代表値を半径とす る前記基準平面上の円周からの距離が所定値に等しくなるような位置を前記基準点 とすることを特徴とする方位角計測装置。
[13] 地磁気を検出する 3軸の地磁気検出手段と、
前記地磁気検出手段の向きが 3次元空間において変化した時の前記地磁気検出 手段からの 3軸出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段 と、
前記 3軸出力データを各軸方向成分とする 3次元座標上において、前記出力デー タ取得手段によって得られた 3軸出力データ群が近傍に位置するような平面を推定 し基準平面とする平面推定手段と、
前記平面推定手段によって得られた基準平面上において、前記出力データ取得 手段によって得られた 3軸出力データ群を前記基準平面に投影した投影点群からの 距離のばらつきが最小になるような位置の座標を統計的手法によって推定し仮基準 点とする仮基準点推定手段と、
前記仮基準点推定手段によって得られた仮基準点を補正し基準点とする基準点補 正手段と、
前記基準点補正手段によって得られた基準点の座標に基づいて、前記地磁気検 出手段の出力データに対するオフセット情報を算出するオフセット情報算出手段とを 備えることを特徴とする方位角計測装置。
[14] 請求項 13において、
前記基準点補正手段は、前記仮基準点を通って前記基準平面に垂直な直線上で 、以前に推定された基準点に最も近い位置を前記基準点とすることを特徴とする方 位角計測装置。
[15] 請求項 13において、
前記基準点補正手段は、前記投影点群から前記仮基準点までの距離の代表値を 統計的手法によって推定し、前記仮基準点を中心とし前記距離の代表値を半径とす る前記基準平面上の円周からの距離が所定値に等しくなるような位置を前記基準点 とすることを特徴とする方位角計測装置。
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