CN101586958B - 方位角计测装置 - Google Patents

Abstract

提供方位角计测装置，其在特定方向上将姿势保持一定来变化的情况下，不获取错误的偏移信息，在任意的方向上变化时，能够得到相当的偏移信息。数据处理部(19)处理来自检测地磁的3轴的传感器的数据。在处理部(19)中，以大于等于规定次数反复获取方位角计测装置的朝向在3维空间中变化时的3轴输出数据，在将3轴输出数据作为各轴方向成分的3维坐标上，通过统计方法推算与3轴输出数据群的距离的标准离差最小的位置的坐标，并作为基准点，根据基准点的坐标，算出3轴输出数据的偏移信息，判断3轴输出数据群是否分布在特定的平面附近，在判断为3轴输出数据群分布在特定的平面附近的情况下，不进行基准点的坐标的推算，或者进行舍弃已推算的基准点坐标的处理。

Description

方位角计测装置

本申请是分案申请，原案申请的申请号为200480038521.0，国际申请号为PCT/JP2004/018888，申请日为2004年12月17日，发明名称为“方位角计测装置”。

技术领域

本发明涉及利用地磁检测方式的方位角计测装置。

背景技术

通过检测地磁得到方位角的方位角计测装置被使用在移动电话的导向用途等中。在这样的方位角计测装置中，已知如果不减去偏移部分来求方位角，则会显示出错误的方位，其中偏移部分是磁传感器检测的地磁以外的环境磁场引起的信号输出、或无信号输入时的信号处理电路的输出部分。

作为求出偏移部分的方法，已知有如下等的方法：如专利文献1中所公开的那样，将方位角计测装置水平旋转一周，求出其最大/最小点，将其中点作为偏移点来求出的方法，或者如专利文献2中所公开的那样，根据将方位角装置朝向正交的任意的3点而取得的地磁信息，求出将方位计旋转一周时的输出轨迹的方程式，计算偏移部分的方法。并且，还有根据方位角计测装置的朝向在3维空间上任意变化时取得的地磁数据算出偏移信息的方法(上述的方法能够从专利文献3中找出，这里通过参照该文献编入本说明书中)。

图3是说明在方位角计测装置中获取偏移信息的方法的概念图。该方法在专利文献3中公开。

在图3中，在3维空间内任意变化方位角计测装置1的朝向，在此期间反复获取x轴地磁测定数据Sx、y轴地磁测定数据Sy以及z轴地磁测定数据Sz，直至到达规定的数据获取数N。并且，只要以后没有特别说明，Sx、Sy和Sz指通过方位角计测装置1所具有的灵敏度校正计算部进行灵敏度校正后的地磁计测数据。

并且，设反复获取的Sx、Sy和Sz的各个数据分别为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…，如图3所示，配置在将Sx、Sy和Sz的值作为各轴的方向成分的3维空间上。

这里，Sx、Sy和Sz可以用下式表示。

Sx＝a·Mx+Cx    (1)

Sy＝a·My+Cy    (2)

Sz＝a·Mz+Cz    (3)

其中，a是x轴霍尔元件HEx、y轴霍尔元件HEy以及z轴霍尔元件HEz的灵敏度校正后的灵敏度，Mx、My和Mz分别为地磁的x、y、z轴方向成分，Cx、Cy和Cz分别为Sx、Sy和Sz的偏移。

另一方面，Mx、My、Mz和M的关系如下。

[数式1]

$M=\sqrt{M_x^2+M_y^2+M_Z^2}---\left(4\right)$

因此，如果设

[数式2]

$r=a\sqrt{M_x^2+M_y^2+M_Z^2}---\left(5\right)$

则推导出下式。

(Sx-Cx)²+(Sy-Cy)²+(Sz-Cz)²＝r²    (6)

即，(Sx，Sy，Sz)必定在离基准点OP(Cx，Cy，Cz)一定距离r的位置上。

因此，通过计算与P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的任意点都距离相等的点，能够推算基准点OP，从其坐标值能够求出偏移Cx、Cy和Cz。

虽然推算基准点OP有各种计算方法，但因为实际获取的Sx、Sy和Sz为0.01mT级的非常微弱的地磁测定数据，并且叠加了相当多的噪声，所以优选使数据获取数N尽量多，并采用统计方法来计算。所以例如，根据专利文献3记载的方法，如下式所示通过计算关于Cx、Cy、Cz的联立一次方程式的解，能够抑制计算时间的增大并且高精度地推算出基准点OP。

[数式3]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_Z-\stackrel{\‾}{S_Z})\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_Z-\stackrel{\‾}{S_Z})\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_Z-\stackrel{\‾}{S_Z})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_x\\ C_y\\ C_Z\end{array}\right]$

$=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_Z^2)({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{S_x})\\ \mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_Z^2)({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{S_y})\\ \mathrm{\Σ}({\mathrm{Si}}_x^2+{\mathrm{Si}}_y^2+{\mathrm{Si}}_Z^2)({\mathrm{Si}}_Z-\stackrel{\‾}{S_Z})\end{array}\right]---\left(7\right)$

其中，

[数式4]

$\stackrel{\‾}{S_x}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x---\left(8\right)$

[数式5]

$\stackrel{\‾}{S_y}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y---\left(9\right)$

[数式6]

$\stackrel{\‾}{S_Z}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_Z---\left(10\right)$

此外，r利用Cx、Cy和Cz表示如下。

[数式7]

$r^2=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}\{{({\mathrm{Si}}_x-C_x)}^2+{({\mathrm{Si}}_y-C_y)}^2+{({\mathrm{Si}}_Z-C_Z)}^2\}---\left(11\right)$

图4是表示在方位角计测装置中获取偏移信息的方法的流程图。该方法在专利文献3中公开。

在图4中，方位角测定装置所具有的数据缓冲部获取地磁测定数据Sx、Sy和Sz并存入到缓冲器中。(步骤S1)

接着，判断数据缓冲部所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz是否达到规定的数据获取数N。(步骤S2)

在数据缓冲部所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz尚未达到规定的数据获取数N的情况下，返回到步骤S1。

另一方面，在数据缓冲部所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz达到规定的数据获取数N的情况下，方位角测定装置1所具有的数据处理部从数据缓冲部仅读取规定的数据获取数N个地磁测定数据Sx、Sy和Sz，推算出与各个数据P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的距离的标准离差最小的基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz。(步骤S3)

另外，基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz作为地磁测定数据Sx、Sy和Sz的偏移，存储在方位角计测装置所具有的偏移信息存储部中。(步骤S4)

专利文献1：美国专利第1,422,942号说明书

专利文献2：日本国特开2000-131068号公报

专利文献3：国际申请第JP03/08293号说明书

但是，在专利文献3所公开的偏移信息获取方法中，在数据获取期间方位角计测装置的朝向不任意变化，如图5所示在对特定方向的轴W的姿势保持一定来变化的情况下，如图6所示，各个数据P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在以基准点OP为中心、以距离r为半径的球面S与特定平面P交叉所形成的圆周C上。因此，存在上式(7)的解变得无法计算，或者计算误差很大，计算出错误的解的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决了以上这样的问题的方位角计测装置。

为了达成这样的目的，本发明的第1实施方式的发明的特征在于，具有：检测地磁的3轴的地磁检测单元；输出数据获取单元，其按照大于等于规定次数，反复获取所述地磁检测单元的朝向在3维空间中变化时的来自所述地磁检测单元的3轴输出数据；平面推算单元，其在将所述3轴输出数据作为各轴方向成分的3维坐标上，推算使所述输出数据获取单元所得到的3轴输出数据群位于附近的平面，并将其作为基准平面；临时基准点推算单元，其通过统计方法推算在所述平面推算单元所得到的基准平面上，与所述输出数据获取单元所得到的3轴输出数据群投影在所述基准平面上的投影点群的距离的标准离差最小的位置的坐标，并将其作为临时基准点；基准点校正单元，其把经过所述临时基准点且与所述基准平面垂直的直线上离以前所推算的基准点最近的位置作为所述基准点；以及偏移信息算出单元，其根据所述基准点校正单元所得到的基准点的坐标，算出相对于所述地磁检测单元的输出数据的偏移信息。

为了达成这样的目的，本发明的第2实施方式的发明的特征在于，具有：检测地磁的3轴的地磁检测单元；输出数据获取单元，其按照大于等于规定次数，反复获取所述地磁检测单元的朝向在3维空间中变化时的来自所述地磁检测单元的3轴输出数据；平面推算单元，其在将所述3轴输出数据作为各轴方向成分的3维坐标上，推算使所述输出数据获取单元所得到的3轴输出数据群位于附近的平面，并将其作为基准平面；临时基准点推算单元，其通过统计方法推算在所述平面推算单元所得到的基准平面上，与所述输出数据获取单元所得到的3轴输出数据群投影在所述基准平面上的投影点群的距离的标准离差最小的位置的坐标，并将其作为临时基准点；基准点校正单元，其通过统计方法推算从所述投影点群到所述临时基准点的距离的平均值，将与以所述临时基准点为中心、以所述距离的平均值为半径的所述基准平面上的圆周的距离等于规定值的位置作为所述基准点；以及偏移信息算出单元，其根据所述基准点校正单元所得到的基准点的坐标，算出相对于所述地磁检测单元的输出数据的偏移信息。

根据本发明，当在数据获取期间方位角计测装置的朝向不任意变化，对特定方向的轴的姿势保持一定来变化的情况下，能够防止获取错误的偏移信息的问题，并且，能够得到相当于方位角计测装置的朝向任意变化的情况下的偏移信息。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式之一的方位角计测装置中的磁传感器的安装结构的立体图。

图2是表示本发明的实施方式之一的方位角计测装置的结构的方框图。

图3是说明在以往的方位角计测装置中获取偏移信息的方法的概念图。

图4是表示在以往的方位角计测装置中获取偏移信息的流程图。

图5是表示本发明的对特定方向的轴W的姿势保持一定的磁传感器的图。

图6是说明以往的方位角计测装置的课题的图。

图7是说明本发明的实施方式之一的避免获取错误的偏移信息的方法的概念图。

图8是表示本发明的实施方式之一的避免获取错误的偏移信息的方法的流程图。

图9是说明本发明的实施方式之一的获取偏移信息的方法的概念图。

图10是说明本发明的实施方式之一的获取偏移信息的方法的概念图。

图11是说明本发明的实施方式之一的获取偏移信息的方法的概念图。

图12是表示本发明的实施方式之一的获取偏移信息的方法的流程图。

图13是说明本发明的实施方式之一的方位角计测装置的设置状况的图。

图14是说明本发明的实施方式之一的获取偏移信息的方法的概念图。

图15是表示本发明的实施方式之一的获取偏移信息的方法的流程图。

图16是说明本发明的实施方式之一的获取偏移信息的方法的概念图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1是表示方位角计测装置中的磁传感器的安装结构的立体图。

在图1中，坐标轴x，y，z基于方位角计测装置1，x轴与方位角计测装置1的纵向，y轴与方位角计测装置1的横向，z轴与方位角计测装置1的厚度方向分别平行。方位角计测装置1中设有x轴磁传感器HEx、y轴磁传感器HEy以及z轴磁传感器HEz，并对它们进行定向配置，使得x轴磁传感器HEx、y轴磁传感器HEy以及z轴磁传感器HEz分别检测地磁M的x方向成分Mx、地磁M的y方向成分My以及地磁M的z方向成分Mz。

图2是表示以下的各实施方式共同的方位角计测装置的结构的方框图。

在图2中，方位角计测装置1中设有：3轴磁传感器11、磁传感器驱动电源部12、多路复用器部13、放大部14、A/D转换部15、灵敏度校正信息存储部16、灵敏度校正计算部17、数据缓冲部18、数据处理部19、偏移信息存储部20、偏移校正部21以及方位角计算部22。

3轴磁传感器11设有x轴磁传感器HEx、y轴磁传感器HEy以及z轴磁传感器HEz，分别输出检测出地磁M的x方向成分Mx、y方向成分My以及z方向成分Mz的传感器信号。

磁传感器驱动电源部12输出x轴磁传感器HEx、y轴磁传感器HEy以及z轴磁传感器HEz的动作所需的驱动电压。

多路复用器部13用于切换x轴磁传感器HEx、y轴磁传感器HEy以及z轴磁传感器HEz，向x轴磁传感器HEx、y轴磁传感器HEy以及z轴磁传感器HEz时分地施加磁传感器驱动电源部12的输出电压，并且依次输出从x轴磁传感器HEx、y轴磁传感器HEy以及z轴磁传感器HEz所输出的传感器信号。放大部14依次放大从多路复用器部13输出的传感器信号。A/D转换部15依次对放大部14所放大的传感器信号进行A/D转换，并作为x轴地磁测定数据、y轴地磁测定数据以及z轴地磁测定数据依次输出。

灵敏度校正信息存储部16存储规定的灵敏度校正信息。灵敏度校正计算部17根据存储在灵敏度校正信息存储部16中的灵敏度校正信息，对从A/D转换部15输出的地磁计测数据进行灵敏度校正。

数据缓冲部18以规定数量保持由灵敏度校正计算部17进行了灵敏度校正、并用于计算偏移信息的地磁计测数据。

符号19是数据处理部，根据数据缓冲部18内的数据，进行以下详细叙述的各项处理。这里进行的各项处理，通过CPU执行保存在ROM内的规定的程序(例如，包括如图8、12以及15所示的控制步骤)来达成。RAM提供CPU的作业区域。CPU、ROM和RAM能够构成为还达成执行符号16～18以及20～22所表示的构成要素的功能。数据处理部19读出保持在数据缓冲部18中的地磁计测数据，执行后述的处理以算出偏移信息。

偏移信息存储部20存储从数据处理部19输出的偏移信息。

偏移校正部21根据存储在偏移信息存储部20中的偏移信息，校正由灵敏度校正计算部17进行了灵敏度校正的地磁计测数据的偏移。

方位角计算部22根据由偏移校正部21进行了偏移校正后的地磁计测数据算出方位角。

(第1实施方式)

图7是说明在本发明的第1实施方式中避免获取错误的偏移信息的方法的概念图。

在图7中，改变方位角计测装置1的朝向，在此期间反复获取x轴地磁测定数据Sx、y轴地磁测定数据Sy以及z轴地磁测定数据Sz，直至规定的数据获取数N。优选方位角计测装置1的朝向任意变化，但假设有如图5所示对特定方向的轴W的姿势保持一定来变化的情况。

并且，如图7所示，将反复获取的Sx、Sy和Sz的各个数据分别设为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…，并配置在以Sx、Sy、Sz的值为各轴的方向成分的3维空间上。

接着，因为方位角计测装置1的朝向对特定方向的轴W的姿势保持一定来变化，所以判断P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…是否分布在特定的平面P的附近。作为判断方法，只要判断由上式(7)的关于Cx、Cy和Cz的联立一次方程式的系数项组成的矩阵

[数8]

$A=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_x-{\stackrel{\‾}{S}}_x)\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-{\stackrel{\‾}{S}}_x)\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_x-{\stackrel{\‾}{S}}_x)\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_y-{\stackrel{\‾}{S}}_y)\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_y-{\stackrel{\‾}{S}}_y)\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_y-{\stackrel{\‾}{S}}_y)\\ \mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_Z-{\stackrel{\‾}{S}}_Z)\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_Z-{\stackrel{\‾}{S}}_Z)\mathrm{\Σ}{\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_Z-{\stackrel{\‾}{S}}_Z)\end{array}\right]---\left(12\right)$

是否为奇异矩阵或者与之相近的矩阵即可，具体地计算上式(12)的行列式的值的绝对值det(A)，如果接近零则判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近。

这里，式(12)的行列式的值在不存在数值舍入时发生的量子化误差等计算误差的情况下一定为正。因此，计算行列式的值，如果是接近零或为负值，则可以判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近。

并且，地磁的大小根据场所不同而发生变化。特别是在人工建筑物的内部、周围，地磁的变化大。所述行列式的值大体上与地磁的大小(＝r)的6次方成正比，因此计算det(A)/r⁶，如果是接近零或为负值，则可以判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近。

并且，作为判断P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…是否分布在特定的平面P附近的其它方法，能够从P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…推算平面P，计算从P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…至推算平面P的距离，通过算出的距离是否小于等于规定值来判断。推算的平面P的式子为

aS_x+bS_y+cS_z+d＝0     (13)

其中，a²+b²+c²＝1    (14)

求出上述a、b、c。

此外，从P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…至推算平面P的距离ε例如能够用下式算出。

[数式9]

$\mathrm{\ϵ}=\sqrt{\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}{({\mathrm{aSi}}_x+{\mathrm{bSi}}_y+{\mathrm{cSi}}_Z+d)}^2}---\left(15\right)$

设推算平面P的式子为

aS_x+bS_y+cS_z+d＝0(A)

上式(A)的各系数按照以下这样求解。

设

[数式10]

$\mathrm{XX}={\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_x})$

$\mathrm{YY}={\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_y})$

$\mathrm{ZZ}={\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_Z-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_Z})$

$\mathrm{XY}={\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_y})={\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_x})$

$\mathrm{YZ}={\mathrm{Si}}_y({\mathrm{Si}}_Z-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_Z})={\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_y-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_y})$

$\mathrm{ZX}={\mathrm{Si}}_Z({\mathrm{Si}}_x-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_x})={\mathrm{Si}}_x({\mathrm{Si}}_Z-\stackrel{\‾}{{\mathrm{Si}}_Z})$

时，计算

[数式11]

Det0＝YY×ZZ-YZ×YZ

Det1＝ZZ ×XX-ZX×ZX

Det2＝XX×YY-XY×XY

找出最大值。根据哪个式子成为最大值，分别求解以下的联立一次方程式，以算出各个系数。各个方程式为设a＝1、或b＝1、或c＝1时的推算平面P的式子，Det0、Det1、Det2对应各个系数矩阵的行列式。一般情况下，因为行列式的值越大数值计算的精度越高，所以通过求解行列式的值取最大值的方程式求出系数a、b、c。

Det0最大时(此时a＝1)

[数式12]

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{YY}& \mathrm{YZ}\\ \mathrm{YZ}& \mathrm{ZZ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}b\\ c\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}\mathrm{XY}\\ \mathrm{ZX}\end{array}\right]$

Det1最大时(此时b＝1)

[数式13]

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{ZZ}& \mathrm{ZX}\\ \mathrm{ZX}& \mathrm{XX}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}c\\ a\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}\mathrm{YZ}\\ \mathrm{XY}\end{array}\right]$

Det2最大时(此时c＝1)

[数式14]

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{XX}& \mathrm{XY}\\ \mathrm{XY}& \mathrm{YY}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}\mathrm{ZX}\\ \mathrm{YZ}\end{array}\right]$

并且，

[数式15]

$d=-\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}({\mathrm{aSi}}_x+{\mathrm{bSi}}_y+{\mathrm{cSi}}_Z)$

从P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的各点至推算平面P的距离di通过

$\mathrm{di}=\frac{{\mathrm{aSi}}_x+{\mathrm{bSi}}_y+{\mathrm{cSi}}_Z+d}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}---\left(16\right)$

可以求得。各点的距离di的正负，因属于被推算平面P分割的两个区域中的哪一个区域而不同。即，设从属于被分为2个区域的区域一方的点到指定平面P的距离di为正，从属于另一方的点到指定平面P的距离di为负。求出这些各点的距离di的最大值和最小值(图16)，根据该差值是否小于等于规定值，也可以判断P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…是否分布在特定的平面P的附近。

换言之，根据被指定平面P分割为2个区域的一方的区域中的离指定平面P最远的点到该平面P的距离的绝对值，与另一方的区域中的离指定平面最远的点到该平面P的距离的绝对值之和是否小于等于规定值来进行上述判断。

而且，在判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，不进行上式(7)的解的计算。或者在上式(7)的解的计算已经进行的情况下舍弃算出的解，且不进行偏移信息的算出。另一方面，在未判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，计算上式(7)的解以推算基准点OP，从其坐标值得到偏移Cx、Cy以及Cz。

由此，当在数据获取期间方位角计测装置的朝向不任意变化，对特定方向的轴的姿势保持一定来变化的情况下，能够防止获取错误的偏移信息的问题。

此外，在判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，也可以在方位角计测装置1的显示部上显示警报。由此，方位角计测装置1的使用者能够知道在Sx、Sy和Sz的获取中改变方位角计测装置1的朝向的操作不恰当。

图8是表示在本发明的第1实施方式中避免获取错误的偏移信息的方法的流程图。

在图8中，数据缓冲部18获取地磁测定数据Sx、Sy和Sz并存入到缓冲器中。并且，在由于噪声的混入等而使获取的地磁测定数据Sx、Sy和Sz被认为不恰当时，也可以不将所获取的地磁测定数据Sx、Sy和Sz存入到缓冲器中。(步骤S11)

接着，判断数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz是否已经达到规定的数据获取数N。(步骤S12)

当数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx，Sy和Sz尚未达到规定的数据获取数N的情况下，返回到步骤S11。

另一方面，当数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz已经达到规定的数据获取数N的情况下，数据处理部19从数据缓冲部18中仅读取规定的数据获取数N个地磁测定数据Sx、Sy和Sz，判断所读取的各个数据P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…是否分布在特定的平面P的附近。并且，从数据缓冲部18仅读取规定的数据获取数N个地磁测定数据Sx、Sy和Sz之后，可以根据情况清除数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz中的最旧的数据，也可以仅清除所读取个数的数据。(步骤S13)

在判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，停止推算基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz。并且，根据情况也可以清除数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz。(步骤S14)

另一方面，在未判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，推算与各自的数据P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的距离的标准离差为最小的基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz。(步骤S15)

然后，将基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz作为地磁测定数据Sx、Sy和Sz的偏移存储在偏移信息存储部20中。并且，在由于噪声的混入或环境磁场的存在等而使推算的基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz被认为不恰当时，可以不将推算的基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz存储到偏移信息存储部20中，或者也可以根据情况清除数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz。(步骤S16)

并且，也可以在步骤13之前进行相当于步骤15的步骤，首先求出基准点OP的坐标，再判断是否分布在平面P的附近。

(第2实施方式)

图9是说明在本发明的第2实施方式中获取偏移信息的方法的概念图。

省略与第1实施方式重复部分的说明。

在判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，进行特定的平面P的推算。平面P的推算方法与第1实施方式中记载的方法相同，因此省略说明。

接着，将P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…投影到所推算的平面P上，利用统计方法算出相对于在平面P上投影的P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的距离的标准离差最小的位置，作为临时基准点OC。

接着，对临时基准点OC进行校正，以作为基准点OR，取得其坐标值ORx、ORy、ORz以分别作为相当于偏移Cx、Cy、Cz的值。作为校正方法，合适的是如图10所示，将在经过临时基准点OC且与平面P垂直的直线L上离以前推算的基准点OQ最近的点设为OR。

并且，如图11所示，算出从投影在平面P上的P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…至临时基准点OC的距离的平均值r_c，定义平面P上的中心为OC、半径为r_c的圆周C，可以选择与圆周C的距离等于规定值M的位置OR1、OR2的任意一个作为基准点OR。作为选择方法，例如有选择与以前推算的基准点OQ近的一方的方法。并且作为M的值，合适的是设定与地磁全磁力相当的数值。

另一方面，在未判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，计算上式(7)的解以推算基准点OP，从其坐标值得到偏移Cx、Cy以及Cz。

由此，即使在数据获取期间方位角计测装置的朝向不任意变化，对特定方向的轴的姿势保持一定来变化的情况下，也能够获取相当于方位角计测装置的朝向任意变化时的偏移信息。

此外，在判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，也可以在方位角计测装置1的显示部上显示警报。由此，方位角计测装置1的使用者能够知道在Sx、Sy和Sz的获取中改变方位角计测装置1的朝向的操作不恰当。

图12是表示在本发明的第2实施方式中获取偏移信息的方法的流程图。

在图12中，数据缓冲部18获取地磁测定数据Sx、Sy和Sz并存入到缓冲器中。并且，在由于噪声的混入等而使所获取的地磁测定数据Sx、Sy和Sz被认为不恰当时，也可以不将所获取的地磁测定数据Sx、Sy和Sz存入到缓冲器中。(步骤S21)

接着，判断数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz是否已经达到规定的数据获取数N。(步骤S22)

在数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz尚未达到规定的数据获取数N的情况下，返回到步骤S21。

另一方面，在数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz已经达到规定的数据获取数N的情况下，数据处理部19从数据缓冲部18中仅读取规定的数据获取数N个地磁测定数据Sx、Sy和Sz，判断所读取的各个数据P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…是否分布在特定的平面P的附近。并且，从数据缓冲部18中仅读取规定的数据获取数N个地磁测定数据Sx、Sy和Sz之后，可以根据情况清除数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz中的最旧的数据，也可以仅清除所读取个数的数据。(步骤S23)

在判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，推算特定的平面P。(步骤S24)

接着，将P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…投影到所推算的平面P上，推算出使相对于在平面P上投影的P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的距离的标准离差最小的临时基准点OC的坐标OCx、OCy、OCz。(步骤S25)

接着，对临时基准点OC的坐标OCx、OCy、OCz进行校正，以作为基准点OR，并算出该坐标值ORx、ORy、ORz。(步骤S26)

然后，将基准点OR的坐标ORx、ORy和ORz作为地磁测定数据Sx、Sy和Sz的偏移，存储在偏移信息存储部20中。并且，在由于噪声的混入或环境磁场的存在等而使所推算的基准点OR的坐标ORx、ORy和ORz被认为不恰当的情况下，可以不将所推算的基准点OR的坐标ORx、ORy和ORz存储在偏移信息存储部20中，或者也可以根据情况清除数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz。(步骤S27)

另一方面，在未判断为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情况下，推算与各自的数据P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的距离的标准离差为最小的基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz。(步骤S28)

然后，将基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz作为地磁测定数据Sx、Sy和Sz的偏移，存储在偏移信息存储部20中。并且，在由于噪声的混入或环境磁场的存在等而使所推算的基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz被认为不恰当时，可以不将所推算的基准点OP的坐标Cx、Cy和Cz存储在偏移信息存储部20中，或者也可以根据情况清除数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz。(步骤S29)

(第3实施方式)

图13是说明本发明的第3实施方式中的方位角计测装置的设置状况的图。

在图13中，方位角计测装置1设置在汽车22中，相对于垂直方向轴V以倾斜角α固定。通过汽车22的移动使方位角计测装置1的朝向变化。因此方位角计测装置1相对于垂直方向轴V的姿势以倾斜角α保持一定。

图14是说明在本发明的第3实施方式中获取偏移信息的方法的概念图。

在图14中，改变方位角计测装置1的朝向，在此期间反复获取x轴地磁测定数据Sx、y轴地磁测定数据Sy以及z轴地磁测定数据Sz直至规定的数据获取数N。

并且，将反复获取的Sx、Sy、Sz的各个数据分别设为P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…如图14所示，配置在以Sx、Sy、Sz的值为各轴的方向成分的3维空间上。

此时，因为方位角计测装置1的姿势相对于垂直方向的轴V保持一定，所以P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近。因此，不可能通过计算上式(7)的解来推算基准点OP，从其坐标值得到偏移Cx、Cy以及Cz。因此，通过以下的步骤得到相当于偏移Cx、Cy以及Cz的值。

首先，进行特定的平面P的推算。平面P的推算方法与第1实施方式中记载的方法相同，因此省略说明。

接着，将P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…投影到所推算的平面P上，利用统计方法算出相对于在平面P上投影的P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的距离的标准离差最小的位置，作为临时基准点OC。具体的方法与第2实施方式中记载的方法相同，因此省略说明。

接着，对临时基准点OC进行校正，以作为基准点OR，取得其坐标值ORx、ORy、Orz以分别作为与偏移Cx、Cy、Cz相当的值。具体的校正方法与第2实施方式中记载的方法相同，因此省略说明。

由此，即使在方位角计测装置设置在汽车等的移动物体中，且方位角计测装置的朝向对特定方向的轴的姿势保持一定来变化的情况下，也能够获取相当于方位角计测装置的朝向任意变化时的偏移信息。

并且，当设置在汽车等的移动物体中，且设置姿势大致保持一定的情况下，也可以不求出校正基准点OR，而将临时基准点OC的坐标直接作为偏移Cx、Cy和Cz。原因在于，临时基准点OC虽然有时在特定的平面P的法线方向包含大的误差，但该误差不影响方位角的计算精度。

图15是表示在本发明的第3实施方式中获取偏移信息的方法的流程图。

在图15中，数据缓冲部18获取地磁测定数据Sx、Sy和Sz并存入缓冲器中。并且，在由于噪声的混入等而使所获取的地磁测定数据Sx、Sy和Sz被认为不恰当时，也可以不将所获取的地磁测定数据Sx、Sy和Sz存入到缓冲器中。(步骤S31)

接着，判断数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz是否已经达到规定的数据获取数N。(步骤S32)

在数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz尚未达到规定的数据获取数N的情况下，返回到步骤S31。

另一方面，在数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz已经达到规定的数据获取数N的情况下，数据处理部19从数据缓冲部18中仅读取规定的数据获取数N个地磁测定数据Sx、Sy和Sz，并进行所读取的各个数据P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…分布在特定的平面P的附近的推算。并且，从数据缓冲部18仅读取规定的数据获取数N个地磁测定数据Sx、Sy和Sz之后，可以根据情况清除数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz中的最旧的数据，也可以仅清除所读取个数的数据。(步骤S33)

接着，将P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…投影到所推算的平面P上，推算出使相对于在平面P上投影的P1(S1x，S1y，S1z)、P2(S2x，S2y，S2z)、P3(S3x，S3y，S3z)、…的距离的标准离差最小的临时基准点OC的坐标OCx、OCy、OCz。(步骤S34)

接着，对临时基准点OC的坐标OCx、OCy、OCz进行校正，以作为基准点OR，并算出其坐标值ORx、ORy、ORz。(步骤S35)

然后，将基准点OR的坐标ORx、ORy和ORz作为地磁测定数据Sx、Sy和Sz，存储在偏移信息存储部20中。并且，在由于噪声的混入或环境磁场的存在等而使所推算的基准点OR的坐标ORx、ORy和ORz被认为不恰当的情况下，所推算的基准点OR的坐标ORx、ORy和ORz可以不存储在偏移信息存储部20中，或者也可以根据情况清除数据缓冲部18中所保持的地磁测定数据Sx、Sy和Sz。(步骤S36)

并且，当设置在汽车等的移动物体中，且设置姿势大致保持一定的情况下，也可以不求出校正基准点OR，而将临时基准点OC的坐标直接作为偏移。

产业上的可利用性

在根据地磁检测方式的方位角计测装置中，在磁传感器的周围配置有扬声器等的磁化部件时，由于从磁化部件泄漏的磁场而使磁传感器的输出发生偏移。因此，为了防止由于偏移而使方位角的计算产生误差，有必要进行偏移的校正。

本发明提供方位角计测装置，其能够在各种情况下简单地进行获取该校正所需的偏移信息。

Claims (2)

1.一种方位角计测装置，其特征在于，具有：

检测地磁的3轴的地磁检测单元；

输出数据获取单元，其按照大于等于规定次数，反复获取所述地磁检测单元的朝向在3维空间中变化时的来自所述地磁检测单元的3轴输出数据；

平面推算单元，其在将所述3轴输出数据作为各轴方向成分的3维坐标上，推算使所述输出数据获取单元所得到的3轴输出数据群位于附近的平面，并将其作为基准平面；

临时基准点推算单元，其通过统计方法推算在所述平面推算单元所得到的基准平面上，与所述输出数据获取单元所得到的3轴输出数据群投影在所述基准平面上的投影点群的距离的标准离差最小的位置的坐标，并将其作为临时基准点；

基准点校正单元，其把经过所述临时基准点且与所述基准平面垂直的直线上离以前所推算的基准点最近的位置作为所述基准点；

以及偏移信息算出单元，其根据所述基准点校正单元所得到的基准点的坐标，算出相对于所述地磁检测单元的输出数据的偏移信息。

2.一种方位角计测装置，其特征在于，具有：

检测地磁的3轴的地磁检测单元；

输出数据获取单元，其按照大于等于规定次数，反复获取所述地磁检测单元的朝向在3维空间中变化时的来自所述地磁检测单元的3轴输出数据；

平面推算单元，其在将所述3轴输出数据作为各轴方向成分的3维坐标上，推算使所述输出数据获取单元所得到的3轴输出数据群位于附近的平面，并将其作为基准平面；

临时基准点推算单元，其通过统计方法推算在所述平面推算单元所得到的基准平面上，与所述输出数据获取单元所得到的3轴输出数据群投影在所述基准平面上的投影点群的距离的标准离差最小的位置的坐标，并将其作为临时基准点；

基准点校正单元，其通过统计方法推算从所述投影点群到所述临时基准点的距离的平均值，将与以所述临时基准点为中心、以所述距离的平均值为半径的所述基准平面上的圆周的距离等于规定值的位置作为所述基准点；

以及偏移信息算出单元，其根据所述基准点校正单元所得到的基准点的坐标，算出相对于所述地磁检测单元的输出数据的偏移信息。

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