CN103502773A - 行进方位计算设备、行进方位计算方法、行进方位计算程序及导航设备 - Google Patents

Abstract

能够准确地计算行进方位。本发明的行进方位计算设备包括：检测单元，用于检测与用户的步行一起产生的加速度中的表示垂直方向中的加速度的垂直加速度和表示在水平面中的加速度的方位和大小的水平加速度；步行周期设置单元，用于基于垂直加速度的过零点将对应于用户的两步的时段设置为步行周期；加速/减速切换相位设置单元，用于基于在步行周期中水平加速度的大小为极小值的相位设置加速/减速切换相位，在该加速/减速切换相位处执行在用户的行进方向中的加速与减速之间的切换；加速/减速区间估计单元，用于将在每个加速/减速切换相位处划分的每个区间交替估计为加速区间或减速区间；以及行进方位确定单元，用于基于由减速区间中的水平加速度表示的方位和与由加速区间中的水平加速度表示的方位相反的方位确定用户的行进方位。

Description

行进方位计算设备、行进方位计算方法、行进方位计算程序及导航设备

技术领域

本发明涉及适用于例如具有导航功能的智能电话的行进方位计算设备、行进方位计算方法、行进方位计算程序、及导航设备。

背景技术

近年来，称为智能电话的便携电话已经广泛使用。该智能电话尺寸小，具有高便携性，并除了具有通信功能外还具有高操作处理功能、大型显示屏、触摸板等，并被配置为能够运行各种应用程序。

另外，智能电话内部包括各种传感器，诸如加速度传感器和地磁传感器、全球定位系统（GPS）天线等，并运行预定导航程序并用作便携式导航设备。

在该情况中，类似于普通导航设备，智能电话可以通过GPS天线从GPS卫星接收无线电信号，计算当前位置，并提供各种指导，诸如当前位置附近的地图画面以及到期望目的地的路线。

另外，已经提出一种导航设备，其中，当难于接收GPS信号时，基于加速度传感器的加速度检测结果、地磁传感器的磁北极检测结果等，计算用户的行进方位和移动距离，并且估计当前位置（例如，参考专利文献1）。

在该导航设备中，例如，利用通过加速度传感器检测的加速度的垂直分量的波形峰值与水平分离的波形的峰值之间的关系计算用户的行进方位。

引用列表

专利文献：

专利文献1：日本专利No.4126388（图1）

发明内容

本发明将解决的问题

同时，当步行时，用户容易将智能电话置于各种位置，例如，上衣口袋、裤子口袋、包中，或者将智能电话拿在他/她的手中。

在该情况中，在智能电话中，由于其中施加与步行相关的外部力的方向根据用户存放智能电话的位置显著变化，从而加速度传感器的检测值的垂直分量的波形或水平分量的波形显著变化，并且例如，期望的峰值可能不出现。

从而，在智能电话中，存在这样的问题，即存在根据用户存放智能电话的位置在不使用垂直分量的波形的峰值与水平分量的波形的峰值之间的关系的情况下难于计算行进方位。

考虑上述问题提出本发明，期望的是，提供一种能够以高准确度计算行进方位计算设备、行进方位计算方法以及行进方位计算程序、以及能够以高准确度计算行进方位并提供适当导航的导航设备。

解决问题的技术方案

为了解决上述问题，在根据本发明的行进方位计算设备、行进方位计算方法和行进方位计算程序中，检测与用户的步行一起产生的加速度中的表示垂直方向中的加速度的垂直加速度和表示在水平面中的加速度的方向和大小的水平加速度，基于垂直加速度的过零点将对应于用户的两步的时间段设置为步行周期，基于其中水平加速度的大小在步行周期中为极小值的相位设置执行在用户的行进方向中的加速与减速之间的切换的加速/减速切换相位，在每个加速/减速切换相位处划分的每个区间被交替估计为加速区间或减速区间，并基于由减速区间中的水平加速度表示的方位和与由加速区间中的水平加速度表示的方位相反的方位确定用户的行进方位。

在本发明中，可基于垂直加速度的过零点适当设置步行周期的参考，可以以高准确度利用水平加速度的极小点确定加速/减速切换相位，以及可基于加速/减速切换相位适当设置加速区间和减速区间。从而，可以将顺序获得的加速度的方向与用户行进方向之间关系适当彼此关联。

另外，根据本发明的导航设备包括：检测单元，用于检测与用户的步行一起产生的加速度中的表示垂直方向中的加速度的垂直加速度和表示在水平面中的加速度的方位和大小的水平加速度；步行周期设置单元，用于基于垂直加速度的过零点将对应于用户的两步的时段设置为步行周期；加速/减速切换相位设置单元，用于基于在步行周期中水平加速度的大小为极小值的相位设置加速/减速切换相位，在该加速/减速切换相位处执行在用户的行进方向中的加速与减速之间的切换；加速/减速区间估计单元，用于将在每个加速/减速切换相位处划分的每个区间交替估计为加速区间或减速区间；行进方位确定单元，用于基于由减速区间中的水平加速度表示的方位和与由加速区间中的水平加速度表示的方位相反的方位确定用户的行进方位；以及提供控制单元，用于通过预定提供单元对用户提供基于通过预定位置检测单元检测的当前位置和行进方位的指导。

在根据本发明的导航设备中，可基于垂直加速度的过零点适当设置步行周期的参考，可以以高准确度利用水平加速度的极小点确定加速/减速切换相位，以及可基于加速/减速切换相位适当设置加速区间和减速区间。从而，可以将顺序获得的加速度的方向与用户行进方向之间关系适当彼此关联。

根据本发明，可基于垂直加速度的过零点适当设置步行周期的参考，可以以高准确度利用水平加速度的极小点确定加速/减速切换相位，以及可基于加速/减速切换相位适当设置加速区间和减速区间。从而，可以将顺序获得的加速度的方向与用户行进方向之间关系适当彼此关联。从而，根据本发明，可以实现一种能够以高准确度计算行进方位计算设备、行进方位计算方法以及行进方位计算程序、以及能够以高准确度计算行进方位并提供适当导航的导航设备。

附图说明

图1为示出智能电话外观的示意立体图；

图2为示出智能电话的电路配置的示意框图；

图3为示出在运行当前位置计算处理时控制单元的功能块配置的示意图；

图4为示出行进方位计算单元的功能块的示意图；

图5为示出用户的行进方向向量的示意图；

图6为示出智能电话的携带位置的示意图；

图7（A）至7（C）为示出（A）检测坐标系、（B）地球坐标系和（C）xy平面中的加速度的示意图；

图8（A）和8（B）为分别示出（A）在带检测处理之前的加速度的变化和（B）在带检测处理之后的加速度的变化的示意图；

图9为示出用户的身体运动和步行时垂直加速度之间的关系的示意图；

图10为水平加速度的分布（胸部口袋）的示意图；

图11为水平加速度的分布（上衣右侧口袋）的示意图；

图12为水平加速度的分布（臀部口袋）的示意图；

图13（A）至13（C）为分别示出步行时（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角（胸部口袋）的示意图；

图14（A）至14（C）为分别示出步行时（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角（上衣右侧口袋）的示意图；

图15（A）至15（C）为分别示出步行时（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角（臀部口袋）的示意图；

图16为示出自相关评估值（胸部口袋）的示意图；

图17为示出自相关评估值（上衣右侧口袋）的示意图；

图18为示出自相关评估值（臀部口袋）的示意图；

图19为示出自相关评估值（手持）的示意图；

图20为示出自相关评估值（包）的示意图；

图21为说明确定自相关评估值中的极小值的示意图；

图22（A）和22（B）为分别示出在（A）施加使用条件前和（B）施加使用条件之后的步行周期的变化的示意图；

图23为示出垂直加速度中的过零点的示意图；

图24为用于说明选择相位参考点的示意图；

图25（A）至25（D）分别为示出（A）垂直加速度、（C）方位角以及在（B）水平加速度中的（D）极小点出现频率（胸部口袋）的示意图；

图26（A）至26（D）分别为示出（A）垂直加速度、（C）方位角以及在（B）水平加速度中的（D）极小点出现频率（上衣右侧口袋）的示意图；

图27（A）至27（D）分别为示出（A）垂直加速度、（C）方位角以及在（B）水平加速度中的（D）极小点出现频率（臀部口袋）的示意图；

图28（A）至28（D）分别为示出（A）垂直加速度、（C）方位角以及在（B）水平加速度中的（D）极小点出现频率（手袋）的示意图；

图29（A）至29（D）分别为示出（A）垂直加速度、（C）方位角以及在（B）水平加速度中的（D）极小点出现频率（包口袋）的示意图；

图30（A）和30（B）为示出（A）在通常相加时和（B）在相邻相位除外处理之后出现极小点的频率的变化的示意图；

图31（A）至31（D）为示出对（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角的（D）加速和减速的确定结果（胸部口袋）的示意图；

图32（A）至32（D）为示出对（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角的（D）加速和减速的确定结果（胸部口袋）的示意图；

图33（A）至33（D）为示出对（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角的（D）加速和减速的确定结果（上衣右侧口袋）的示意图；

图34（A）至34（D）为示出对（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角的（D）加速和减速的确定结果（上衣右侧口袋）的示意图；

图35（A）至35（D）为示出对（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角的（D）加速和减速的确定结果（臀部口袋）的示意图；

图36（A）至36（D）为示出对（A）垂直加速度、（B）水平加速度和（C）方位角的（D）加速和减速的确定结果（臀部口袋）的示意图；

图37为示出行进方位计算处理过程的流程图；

图38为示出步行周期计算子程序的流程图；

图39为示出加速/减速切换相位学习子程序的流程图；

图40为示出步行时行进方位的计算结果（胸部口袋）的示意图；

图41为示出步行时行进方位的计算结果（上衣右侧口袋）的示意图；以及

图42为示出步行时行进方位的计算结果（臀部口袋）的示意图。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述用于实现本发明的方式（下文中称为“实施例”）。将以下面的顺序进行描述：

1.实施例

2.另一个实施例

<1.实施例>

[1-1.智能电话的配置]

如图1所示，智能电话1被配置为，通过主体部分2的操作单元3接收用户的操作指示，执行诸如导航程序的各种应用，以及使得在显示单元4上显示对应于运行结果的显示画面。

这里，当将显示单元4的短边方向和横向以及与显示画面垂直的方向分别定义为x方向、y方向和z方向时，主体部分2在x、y和z方向中的长度为约63[mm]、约125[mm]、以及约11[mm]，从而整体以薄板的形式配置。换句话说，智能电话1被配置为由用户一手拿住或者被放入上衣口袋、裤子口袋等中。

如图2所示，智能电话1被配置为使得以控制单元10为中心将各个部件彼此连接，并且控制单元10总体控制全部部件。

控制单元10的中央处理单元（CPU）11经总线15从只读存储器（ROM）12、非易失性存储器14等读取基本程序、各种应用程序等，并利用随机存取存储器（RAM）13作为工作区域运行所读取的程序。CPU11获取经总线15提供的各种数据或指令，并基于获取的数据和指令执行处理。

数据库（DB）16由例如闪存等构成，并以预定数据格式存储各种数据，诸如电话本数据、音乐数据、图像数据以及地图数据。

操作单元3由与显示单元4的显示面板的表面集成的触摸板3A和各种操作按钮3B构成，如图1所示，并且接收用户操作以及把操作信号提供给CPU11。

显示单元4包括例如液晶面板，并基于经总线15提供的显示数据生成和显示显示画面。

音频处理单元21将通过麦克风5采集的声音转换为数字格式的音频数据，将该音频数据提供到总线15，并将经总线15获取的音频数据转换为音频信号，将该音频信号提供到扬声器6以作为声音输出。

通信处理单元22通过天线7与基站（未示出）无线连接，将经总线15提供的各种数据发送到基站，并接收从基站发送的各种数据，以及将接收的数据提供到总线15。

外部接口（I/F）23例如是微通用串行总线（microUSB）终端，并被配置为与经USB缆线（未示出）连接的计算机装置（未示出）交换数据。

GPS电路24接收通过GPS天线25从GPS卫星（未示出）发送的GPS信号，并将通过执行预定解调处理、解码处理等获得的定位数据提供到总线15。

加速度传感器27检测在x、y和z方向三个轴方向的加速度，并生成加速度信号。模拟/数字（A/D）转换电路27A通过以50[Hz]的采样率采样加速度信号而将加速度信号转换为数字格式的三维（3D）加速度A1，并将加速度A1提供到总线15。加速度A1具有表示当智能电话1被用户携带时根据用户的动作生成的加速度的值。

地磁传感器28检测由地磁形成的磁场的方向，并生成具有作为分量的x、y和z方向三个轴方向的地磁信号。A/D转换电路28A通过以50[Hz]的采样率采样地磁信号将地磁信号转换为数字格式的3D地磁值M，并将3D地磁值M提供到总线15。

通过该配置，例如，当通过CPU11从用户接收呼叫功能运行指令时，控制单元10运行预定呼叫程序，通过通信处理单元22建立与基站的无线连接，将通过麦克风5采集的声音转换为数据，将数据发送给对方，并使得通过扬声器6输出从对方发送的音频数据。

另外，当通过操作单元3从用户接收音乐播放功能运行指令时，控制单元10运行预定音乐播放程序，从数据库16读取具有压缩状态的音乐数据，通过音频处理单元21执行预定解码处理等，以及使得通过扬声器5输出声音。

另外，例如，当通过操作单元3从用户接收每个应用程序的运行指令时、或者当将每个应用程序设置为被自动运行时，控制单元10从非易失性存储器14读取对应的应用程序，并运行对应的应用程序。然行，控制单元10根据运行内容执行操作处理，执行通信处理，并使得在显示单元4上显示预定显示画面，或者使得从扬声器6输出预定声音。

如上所述，智能电话1被配置为通过根据用户操作指令运行各种程序而实现呼叫功能、音乐播放功能、以及应用程序的各种功能。

[1-2.导航处理]

同时，例如，当通过操作单元3从用户接收导航功能运行指令时，控制单元10从非易失性存储器14读取导航程序，并运行导航程序。

在导航功能中，可以根据用户的操作指令切换操作模式，并且其中设定用户徒步移动的步行模式被准备为多种操作模式之一。

在步行模式中，控制单元10被配置为执行当前位置计算处理，其中在假设GPS信号的接收状态较差（例如室内和在高层建筑附近）的情况下，利用通过用户的步行运动生成的加速度值或地磁值计算步行速度或行进方位。

此时，如图3所示，控制单元10被配置为根据导航程序实现步数计算单元31、速度计算单元32、行进方位计算单元33、方位过滤器34、以及位置过滤器35。

控制单元10将从加速度传感器27获得的加速度A1提供到步数计算单元31和行进方位计算单元33，并将从地磁传感器28获得的地磁值M提供到行进方位计算单元33。

另外，在从GPS电路24获得的多条定位数据中，控制单元10将表示位置的GPS位置数据GP提供到行进方位计算单元33和位置过滤器35，将表示速度的GPS速度数据GV提供到速度计算单元32，并将表示方位的GPS方位数据GC提供到方位过滤器34。

步数计算单元31基于加速度A1计算表示用户步伐周期的步行间距和步数，并将步行间距和步数提供到速度计算单元32作为步数数据S1。

速度计算单元32通过将利用预定学习处理获得的步幅乘以步数数据S1的步行间距而计算步行速度，基于步行速度和GPS速度数据GV计算速度数据V1，并将速度数据V1提供到位置过滤器35和随后的处理块（未示出）。

行进方位计算单元33基于由加速度A1表示的加速度方向和由在步行时的地磁值M表示的磁北极方向计算行进方位，通过利用GPS位置数据GP校正行进方位来计算行进方位数据C1（下文将详细描述），并将行进方位数据C1提供到方位过滤器34。

方位过滤器34通过基于当前速度和GPS信号的接收状态等对都表示方位的GPS方位数据GC和行进方位数据C1执行加权而生成表示当前行进方位的行进方位数据C2，并将行进方位数据C2提供到位置过滤器35和随后的处理块（未示出）。

位置过滤器35通过基于当前速度、GPS信号的接收状态等执行加权而生成基于速度数据V1、行进方位数据C2和GPS位置数据GP的位置数据P1，并将位置数据P1提供到随后的处理块（未示出）。

然后，在随后的处理块中（未示出），控制单元10从数据库16（图1）读取具有根据速度数据V1、位置数据P1和行进方位数据C2（其在下文统称为“当前位置数据D1”）的范围的地图数据，并使得该地图数据与预定当前位置标记或到指定目的地的路线一起在显示单元4上被显示为导航画面。

如上所述，智能电话1通过当前位置计算处理和根据GPS信号的接收状态执行加权而基于加速度A1、地磁值M等计算速度数据V1、行进方位数据C1等来生成当前位置数据D1。

[1-3.对行进方位的计算]

同时，当在执行导航程序时从用户接收切换到步行模式的指令时，智能电话1的控制单元10从非易失性存储器14读取行进方位计算程序，并执行行进方位计算程序。

此时，控制单元10使得行进方位计算单元33实现如图4所示的多个功能块，并计算行进方位。

在下文中，将详细描述直到通过行进方位计算单元33而基于加速度A1等生成表示行进方位的行进方位数据C1的通过各个功能块执行的具体操作处理及其原理。

[1-3-1.用户的步行与行进方位之间的关系]

通常，当步行者在期望行进方向移动时，朝向行进方向的步行者向前交替迈出左脚和右脚以在行进方向逐步移动。

此处，考虑步行者的具体行进方向，如图5中示意平面图所示，当步行者迈出右脚时的行进方向向量VC1与当步行者迈出左脚时的行进方向向量VC2以总行进方向为中心朝向彼此相反的方向。

在该情况中，考虑当合成两个连续脚步的行进方向向量时获得的合成向量，其朝向与总行进方向几乎相同的方向。

另外，当用户步行时，考虑将智能电话1携带为，例如放入穿着衣服的口袋中或者由用户手持。从而，智能电话1可以通过加速度传感器27检测与用户的步行关联的其主体上作用的加速度作为加速度A1。此时，认为由检测到的加速度A1表示的方向与用户步行的行进方向具有密切联系。

另外，智能电话1可以利用通过地磁传感器28获得的地磁值M将通过加速度传感器27检测的加速度的方向表示为基于磁北极的行进方位。

在这方面，将智能电话1设定为基于在两个连续脚步的时间的步行周期期间获得的加速度A1和地磁值M计算用户的行进方位。

[1-3-2.坐标系转换和对垂直方向的检测]

同时，当用户携带智能电话1时，如图6所示，存在将智能电话1放入诸如上衣胸部口袋W1、上衣右侧口袋W2、或裤子臀部口袋W3的衣服口袋中、通过用户的手W4握拿智能电话1、或将智能电话1放入由用户手携带的包W5中的几种情况。

此时，智能电话1被以各种方向放入口袋等中或者被用户的手握持（下文中，将其中携带智能电话1的位置称为“携带位置”）。换句话说，如图7（A）所示，用户以任意角度携带智能电话1。

从而，在智能电话1的主体部分2上指定的由x轴、y轴和z轴表示的3D坐标系（下文称为“检测坐标系”）与具有地面上的垂直方向作为一个轴的坐标系（下文称为“地球坐标系”）不同。

同时，通过加速度传感器27检测的加速度A1包括由于用户身体随步行一起移动导致的分量（下文称为“步行加速度”）和重力加速度的分量（下文称为“重力加速度G”）。

除了作为行进方向的向前方向和向后方向之外，步行加速度还出现在相对于行进方向的水平方向或垂直方向中，并伴随有用户向前交替迈出左脚和右脚、驻足或后退的运动（此后称为“步行运动”）。

此处，当用户以几乎恒定的速度在恒定行进方向步行时，当考虑整个特定时间段时，可以认为用户以恒定速度移动。从而，当在特定时段期间分别积分行进加速度的前后方向分量、水平方向分量以及垂直方向分量时，全部分量变为零（0）。另一方面，如图7（A）中重力向量VG所指示，重力加速度在垂直方向恒定向下作用。

换句话说，当基于加速度A1的积分值计算重力加速度的方向时，行进方位计算单元33可以将该方向视为地球坐标系的z轴方向，如图7（B）所示。

另外，利用表示磁北极的方向的地磁向量VM（图7（A））生成通过地磁传感器28检测的地磁值M作为检测坐标系的3D值。其中将由地磁值M表示的磁北极的方向投影到水平面（即地球坐标系的xy平面）上的方向（下文称为“投影磁北极方向”）表示水平面中的北（磁北极）方向。

此处，例如，如图7（C）所示，当将投影磁北极方向定义为地球坐标系的y轴方向时，y轴方向和垂直于y轴方向的x轴方向分别表示向北的方向和向东的方向，从而确定检测坐标系与地球坐标系之间的关系。

在这方面，行进方位计算单元33首先通过垂直方向检测单元41（图4）在特定时段中（例如，2秒）对加速度A1的值积分，偏移步行加速度分量、生成重力加速度G（Gx,Gy,Gz），以及将重力加速度G提供到变换矩阵生成单元42。

变换矩阵生成单元42根据下面的公式（1）、（2）和（3）执行操作，并计算从检测坐标系观看的地球坐标系的x轴方向、y轴方向和z轴方向中的单位向量ex、ey和ez。

$e_x=\frac{G\&times;M}{|G\&times;M|}...\left(1\right)$

$e_y=\frac{G\&times;M\&times;G}{|G\&times;M\&times;G|}...\left(2\right)$

$e_z=\frac{G}{\left|G\right|}...\left(3\right)$

此处，变换矩阵生成单元42将地球坐标系的单位向量（ex,ey,ez）合并为如在下面公式（4）中表达的3D单位向量U。

$U=[e_x,e_y,e_z]=[\frac{G\&times;M}{|G\&times;M|},\frac{G\&times;M\&times;G}{|G\&times;M\&times;G|},\frac{G}{\left|G\right|}]...\left(4\right)$

由单位向量U表示的矩阵表示从检测坐标系到地球坐标系的变换矩阵。在这方面，变换矩阵生成单元42将变换矩阵U提供到坐标变换单元43。

坐标变换单元43根据下面的公式（5）执行操作处理，执行从检测坐标系的加速度A1到地球坐标系的加速度A2(A2x,A2y,A2z)的坐标变换，并将加速度A2提供到带通滤波器（BPF）44。

A2=U^TA1   …(5)

如上所述，智能电话1的控制单元10中的行进方位计算单元33基于从加速度A1的积分值获得的重力加速度的方向和由地磁值M表示的磁北极的方向，计算从检测坐标系到地球坐标系的变换矩阵U，并然后将检测坐标系的加速度A1变换为地球坐标系的加速度A2。

[1-3-3.对频带的提取]

下文将描述加速度A2的频率特征。通常，当人徒步移动时，步行速度已知为大约两步每秒。从而，认为由于步行导致的分量以约2[Hz]为中心的频带出现在检测坐标系的加速度A1中。

同时，认为加速度A1包括由除步行以外的各种因素导致的分量，所述因素诸如为从外部施加到智能电话1的振动，即，噪声分量。通常认为该噪声分量具有较高频率。

另外，加速度A1包括由重力加速度G导致的分量或加速度传感器27的偏移分量。由加速度G导致的分量是直流（DC）分量，而偏移分量是低频分量，其随着温度等的变化非常缓慢地变化（例如，以从几秒到几分钟的量级）。

另外，由于检测坐标系的加速度A1的频率特征不根据坐标变换改变，从而，即使对于被变换到地球坐标系的加速度A2也类似地应用所述频率特征。

在这方面，在该实施例中，BPF44对加速度A2提取具有2[Hz]的带频率分量作为主要由步行导致的分量。

具体地，行进方位计算单元33的BPF44对加速度A2执行提取约1至10[Hz]的频带提取处理，生成加速度A3(A3x,A3y,A3z)，并将加速度A3提供到步行周期计算单元45和加速/减速区间切换相位学习单元46。

加速度A3表示其中各种噪声分量、重力加速度G的分量、以及偏移分量显著减少的分量，并且主要由用户的步行运动导致。

另外，BPF44将加速度A3的水平分量(A3x,A3y)提供到行进方位计算单元49。

这里，在xy平面上绘制了大约10秒的在频带提取处理前的加速度A2的水平分量和在频带提取处理之后的加速度A3的水平分量，并且获得图8（A）和（B）中所示的分布特征。从图8（A）和（B）可以理解，高频分量已经被减少。

下文中，将通过下面公式（6）计算的水平方向中的加速度(A3x,A3y)的大小称为“水平加速度Ah”。

Ah=A3x²+A3y²…(6)

另外，BPF44将加速度A3的垂直分量(A3z)提供到加速/减速区间估计单元47。下文中，将加速度A3的垂直分量具体称为“垂直加速度Av”。

如上所述，行进方位计算单元33的BPF44提取加速度A2的水平分量中的1至10[Hz]的频带，并生成作为主要由步行运动导致的分量的加速度A3。

[1-3-4.水平加速度的加速区间和减速区间与行进方向之间的关系]

这里，首先，将描述当智能电话1的用户进行步行运动时的身体运动和此时生成的加速度之间的关系。

图9从左到右示意示出在其中用户在时间轴上的t0到t4的时间点上步行两步的时段期间（下文称为“步行周期PW”）的姿势的状态。

在图9中，在时刻t0，用户处于其中他/她将右脚置前的状态，从该状态，用户从后向上抬起左脚同时向前移动上半身，然后向前移动左脚，并且在时刻t1，用户将要将左脚移到右脚前。

然后，用户向前迈左脚同时从时刻t1的状态进一步向前移动上半身，并且在时刻t2，用户使左脚接触地面。此时，用户处于其中他/她从时刻t0的状态向前迈了一步的状态。

然后，在时刻t2到t4期间，用户以其中相比于从时刻t0到时刻t2的时段左右相反的状态向前迈另一步，即，在使左脚接触地面的同时从后向前移动右脚。

另外，图9示出作用在用户身体上的上下方向（即垂直方向）中的垂直加速度Av的波形，以及与时刻t0至t4关联的垂直速度Vv的波形。另外，图9示出垂直方向中的箭头VU和VD（其表示其中身体在对应时刻之间垂直移动的方向），水平方向中的箭头HA和HR（其表示与前后方向相关的加速或减速），以及垂直方向中的箭头TU和TD（其表示垂直加速度Av中的增大或减小的趋势）。

用户的身高（主要指上半身）在时刻t0、t2和t4最低，在这些时刻用户使得左脚和右脚接触地面，其中一只脚在前而另一只脚在后。同时，用户的身高在时刻t1和t3最高，在这些时刻，用户使得左脚和右脚之一接触地面，并且整个身体从接触地面的脚到头部看上去成一条直线。

换句话说，可以理解，用户移动使得在其中迈两步的步行周期PW期间用户身体在垂直方向往复两次，如垂直方向箭头VU和VD所示。

这里，当关注垂直加速度Av时，垂直加速度Av在时刻t0具有极大值，然后在时刻t1、t2、t3和t4具有极小值、极大值、极小值和极大值，从而可以理解，在步行周期PW期间出现两个极大值和两个极小值。

另外，根据与垂直加速度Av的关系，作为用户身体在垂直方向的速度的垂直速度Vv在时刻t0和t1之间和在时刻t2和t3之间从0增大，然后减小，并再次返回到0，然后在时刻t1和t2之间和在时刻t3到t4之间从0减小，然后增大并再次返回到0。

下面将描述用户身体在水平方向的速度（下文称为“水平速度Vh”）的变化，即在行进方向中的加速和减速。

在步行期间，当用户向后移动着地的脚以向前推动上半身时，用户身体的速度增大，当用户向前移动上半身到达向前踢出的脚着地后该脚的位置附近时，用户身体的速度减小。

换句话说，步行周期PW包括其中如箭头HR所示在行进方向中的速度减小的区间（下文称为“减速区间SR”），并且其余区间为其中如箭头HA所示在行进方向中速度增大的区间（下文称为“加速区间SA”）。

在减速区间SR中，由于速度在行进方向中减小，认为水平加速度Ah在行进方向作用在用户身体上。同时，在加速区间SA中，由于速度在行进方向中增大，认为水平加速度Ah在与行进方向相反的方向作用在用户身体上。

另外，当将步行中的两个连续脚步看作一个周期时，则身体的对应部分重复周期性的运动。换句话说，无论用户携带智能电话1的位置（图6）如何，通过加速度传感器27检测的加速度值具有周期性。

这里，在xy坐标平面上绘出当用户实际携带智能电话1步行时获得的水平加速度Ah，并从而获得图10至12中示出的分布特征。

图10至12示出当胸部口袋W1、上衣右侧口袋W2、和裤子臀部口袋W3作为智能电话1的携带位置（图6）时的分布特征，其中用户在几乎向北的方向步行。图10至图12通过从当用户在一定时段期间步行时获得的水平加速度Ah剪切约4秒的部分并用线将时间连续的点彼此连接而获得。另外，由于检测周期是50[Hz],连续绘点之间的间隔为0.02[s]。

在图10至12，由于可以理解，步行者的行进方位被确定为北方，即y轴的正向，认为主要分布在其中y具有正值的第一象限和第二象限的绘点对应于减速区间SR，而主要分布在其中y具有负值的第三象限和第四象限的绘点对应于加速区间SA。

另外，当考虑时间变化，即连接绘点的线的状态时，在图10至12中，认为由虚线包围的部分对应于减速区间SR，而认为由交替长短虚线包围的部分对应于加速区间SA。

这里，尽管用户的行进方位未知，当在xy平面坐标中把对应于加速区间SA的水平加速度Ah的部分的分布与对应于减速区间SR的水平加速度Ah的部分的分布进行区分时，可以基于图10至12中水平加速度Ah的分布与用户进行方位之间的关系推断用户的行进方位。

同时，在图11中，减速区间SR和加速区间SA都被分离，以较容易理解。然而，在图10中，对应于加速区间SA的部分未显著出现，而在图12中，对应于减速区间SR的部分未显著出现。另外，从图12可以理解，当人步行时，人在腰部转动时移动，并且其影响可能反映在加速度中。

换句话说，水平加速度Ah的特征根据用户携带智能电话1的位置显著变化。

从而，为了基于水平加速度Ah的分布计算用户的行进方位，重要的是，确定每个获得的加速度属于加速区间SA和减速区间SR的哪个，即，水平加速度Ah被分类到减速区间SR和加速区间SA中的哪一个。

在这方面，在下文中，为了最终获得行进方位，将描述用于将水平加速度Ah分类到减速区间SR和加速区间SA中的技术。

[1-3-5.对步行周期的计算]

这里，将描述基于加速度A3计算用户的步行周期PW的技术，作为用于将水平加速度Ah分类到减速区间SR和加速区间SA中的预先准备。

用户在其中智能电话1被放入用作携带位置的胸部口袋W1、上衣右侧口袋W2和裤子臀部口袋W3（图6）中的状态中实际步行，并从而获得图13至15所示的特征曲线。

图13（A）和15（A）表示垂直加速度Av，并且图13（B）和15（B）表示水平加速度Ah。图13（C）和15（C）示出当通过极坐标（其中将“0”设置为向北的方向）表示通过水平加速度Ah表示方位时的方位角Cm（图7（C））。

另外，在图13至15中，水平轴表示通过与加速度传感器27连接的A/D转换电路27A的采样数，并且由于其采样速率为50[Hz],从而1个样本对应于0.02[s]。

当将图9与图13至15比较时，可以理解，实际垂直加速度Av的波形不一定是诸如图9所示的正弦波形（图9）。另外，可以理解，实际垂直加速度Av的波形根据智能电话1的携带位置而显著不同。

例如，当携带位置是胸部口袋W1时，在垂直加速度Av的波形中，右脚的波形与左脚的波形较类似。另一方面，当携带位置是上衣右侧口袋W2或裤子臀部口袋W3时，在垂直加速度Av的波形中，右脚波形与左脚波形（即，对应于两个连续脚步的波形）彼此显著不同。

然而，在垂直加速度Av中，无论携带位置如何，相对类似的波形随着对应于两步的步行周期PW重复出现。这与以下事实一致，即，在所示波形中（图9），在步行周期PW期间，即，当用户向前步行两步时，极大值和极小值中的每个在垂直加速度Av中出现两次。

在这方面，考虑这样的事实，即，波形具有垂直加速度Av上的周期性，但是根据携带位置而显著不同，从而，不需要利用阈值等，而获得直到与一定部分的波形类似的波形再次出现的时段（相差）。

具体地，使用垂直加速度Av的任意部分作为函数f（t），并且通过由以下公式（7）表示的自相关评估函数g（t）表示函数f（t）的自相关度。

$g\left(t\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{m-1}^1|f\left(n\right)-f(n+1)|...\left(7\right)$

自相关评估函数g（t）的值随着自相关度增大而减小，并在完全匹配时具有值（估计值）“0”。常数T表示窗尺寸，即用于计算自相关度的相差t的范围。相差t表示在图13至图15中的样本数，并对应于时间差。

另外，自相关评估函数g（t）的值在相差t从1样本（即，0.02[s]）逐渐增大时被顺序计算作为自相关评估值，并且其与相差t的关系已经通过附图示出。

图16至20示出当携带位置是胸部口袋W1、上衣右侧口袋W2、裤子臀部口袋W3、用户手W4以及包W5（图6）时对相差t的自相关评估值的图形。另外，在图16至20中，以重叠方式示出通过略微改变垂直加速度Av中用作函数f（t）的部分获得的多个计算结果。

在图16至20的全部情况中，在大部分重叠的波形中，在每次相差t为大约20至24样本时（约0.4至0.48[s]的间隔），即在对应于用户一步的时段间隔中，出现极小值。

另外，在第一步中，根据携带位置，即使存在极小值是最小值和极小值不是最小值的情况，在第二步中，无论携带位置如何，极小值都具有最小值。

考虑到左脚和右脚交替移动以步行的原理，第一步的相关性低，因为波形基于另一个脚，而第二步相关性高，因为波形基于相同的脚。

在这方面，优选将其中在通过自相关评估函数g（t）获得的自相关评估值中出现第二极小值的相差t设置为步行周期PW，而不具体确定步行周期PW中的计算开始定时等。

这里，图21示出选自于图20所示的自相关评估值的一个的波形。在图21中，当相差t为约20至24个样本时，出现两个极小值min1A和min1B，然后，当相差t为约46个样本时，出现第三极小值Min2。

从而，在图21所示的自相关评估值的情况中，如果出现第二极小值的相差t被简单地使用，则其中出现对应于第一步的极小值min1B的相差t被错误地使用，而不是原来期望地对应于极小值Min2的相差t。

如上所述，如图22（A）所示，当将其中出现第二极小值的相差t简单地用作步行周期PW时，以较高频率错误地检测对应于第一步的值（约24至32个样本）以及对应于正确的第二步的值（约46至50个样本）附近。

这里，考虑图21中每个极小值与在极小值紧前出现的极大值之差，第一步中的极大值max1和极小值min1A（或min1B）之差d1较小。同时，第二步中的极大值max2和极小值min2之差d2较大。另外，如图16和19所示，根据携带位置，第一步中的差d1可以与第二步中的差d2几乎相等，并具有较大值。

在这方面，设定当满足下面的公式（8）时使用第一极小值Min1，并在满足下面的公式（9）时使用第二极小值Min2。

min1≤max1×0.9   …(8)

min2≤max2×0.5   …(9)

这里，考虑到在对应于第一步的时段期间极大值max1和max2容易出现两次以上的情况，因此使用在期望使用的极小值Min1和min2紧前出现的极大值。

这里，公式（8）中的系数“0.9”已经确定，从而可以可靠地将极小值检测为第一步，尽管该极小值是较大的值，因为在步行时的垂直加速度Av中，与另一个脚的相关性不可能很高。

另外，公式（9）中的系数“0.5”已经被确定为小于公式（8）中的“0.9”的值，从而当极小值减小到一定程度时，可以将第一步检测为第二步，即另一个脚的第一步生成的多个极小值中的一个未被错误地检测为第二步，因为在步行时的垂直加速度Av中，与相同脚的相关性较高。

当应用上述实施条件时，已经确认，在除自开始的约15个样本（如对应于其的图22（A）和22（B）所示）之外的整个范围中适当地使用对应于第二步的值（约46至50个样本）作为步行周期PW。

基于上述，行进方位计算单元33的步行周期计算单元45（图4）将从垂直方向检测单元41B提供的垂直加速度A2z的任意部分设置为函数f（t），并根据公式（7）计算自相关评估值。

然后，步行周期计算单元45使用满足公式（8）和（9）的极小值Min1和min2，并使用其中出现极小值min2的相差t作为步行周期PW。

如上所述，步行周期计算单元45基于表示根据用户的步行的周期性波形的垂直加速度A2z检测其中垂直加速度A2z的自相关度第二高的相差t作为对应于两步的步行周期PW。

[1-3-6.对相位参考点的选择]

下文中，将描述当以步行周期PW为单位划分水平加速度Ah作为用于将水平加速度Ah分类到减速区间SR或加速区间SA中的预先准备时将被用作参考的相位（下文称为“相位参考点PS”）。

再参考图9，步行时的减速区间SR在垂直加速度Av变为极大值之后出现。从而，考虑基于垂直加速度Av的波形确定相位参考点PS。另外，作为在波形中容易指定的相位，当考虑检测等的容易程度时，存在通过零的相位（下文称为“过零点”）。

图23示出当智能电话1的携带位置（图6）是包W5时获得的垂直加速度Av中的对应于任意4步（即，对应于两个步行周期PW）的波形。

初始，在对应于4步时段期间，即，在两个步行周期PW中，极大点和极小点出现四次，并且存在从负变为正或从正变为负的四个过零点（下文分别称为“向上过零点”和“向下过零点”）。

然而，在图23中，除了适当的向上过零点SU和适当的向下过零点SD之外，出现另外的向上过零点EU和另外的向下过零点ED。另外，还存在本应出现的向下过零点消失的点（为了方便将其称为“消失向下过零点LD”）。

从而，期望的是，使用在每个步行周期PW可靠地出现而不会消失并且与另外的过零点明显区分的过零点作为相位参考点PS。

这里，再参考图23，可以理解，以每两步一次的速率，存在较大极大值和较小极小值连续出现的点，即极大值与极小值之差较大的点。类似地，再参考图13至15，以至少两步一次的速率，存在极大值与极小值之差较大的点。

在这方面，对于垂直加速度Av，考虑对应于步行周期PW的范围，考虑使用这样的点作为步行周期PW的参考，在该点处，在所述范围中包括的极大值与紧随其后的极小值之差最大。

基于上述，行进方位计算单元33的步行周期计算单元45（图4）从自BPF44提供的垂直加速度Av中的任意时刻提取对应于步行周期PW的范围，如图24所示。另外，图24示出对应于6步（即，三个步行周期PW）的垂直加速度Av。

然后，步行周期计算单元45计算在所述范围中包括的每个极大值与紧随其后的极小值之差，并使用介于差值最大的极大点与极小点之间的向下过零点作为相位参考点PS。

另外，步行周期计算单元45使用在用作相位参考点PS的向下过零点之后出现的向上过零点作为参考向上过零点PU。另外，在随后的处理中使用参考向上过零点PU。

然后，步行周期计算单元45将相位参考点PS提供到加速/减速区间切换相位学习单元46，并将相位参考点PS和参考向上过零点PU提供到加速/减速区间估计单元47。

如上所述，步行周期计算单元45使用介于极大点和极小点之间的向下过零点作为相位参考点PS，其中极大值与紧随其后出现的极小值之差在对应于步行周期PW的垂直加速度Av的部分中最大。

[1-3-7.对加速/减速切换相位的检测]

下文中，将描述检测在具有相位参考点PS作为起始点的步行周期PW中执行加速区间SA与减速区间SR之间的切换的点的技术。

如图9所示，在步行周期PW期间，即，当用户步行迈两步时，减速区间SR出现两次。这表示，在步行周期PW期间，执行四次在加速区间SA与减速区间SR之间的切换。

同时，当执行在加速区间SA与减速区间SR之间的切换时，水平加速度Ah原理上容易具有极小值。换句话说，认为由在加速区间SA和减速区间SR之间切换导致的极小点（下文称为“加速/减速切换点CH”）在步行周期PW中的水平加速度Ah中出现四次。

在这方面，再参考图13至15，可以理解，在水平加速度Ah中出现由其它因素导致的极小点（下文称为“其它因素点OT”，其在图13至15中由三角标记指示）以及加速/减速切换点CH（其在图13至15中通过圆形标记指示）。

从而，为了基于在水平加速度Ah中出现的极小点检测加速区间SA和减速区间SR，需要从极小点中适当选择加速/减速切换点CH。

在这方面，将描述这样的技术，其中通过统计技术基于在水平加速度Ah中出现的极小点的相位学习对应于加速/减速切换点CH的相位（下文称为“加速/减速切换相位PC”）。

作为具体的处理，在每个相位参考点PS（即，以步行周期PW为单位）划分水平加速度Ah，利用相位参考点PS作为起始点执行相位正规化，并对每个相位计算在每个步行周期PW中的极小点的出现频率（累加值）。

另外，当执行在加速和减速之间的切换时，认为方位角Cm显著变化。换句话说，当在水平加速度Ah中出现极小点时，该极小点可能是其它因素点OT，除非方位角Cm的变化非常大。在该情况中，期望地，根据统计处理排除该相位。

在这方面，当在单个步行周期PW中出现五个以上极小点时，以此时方位变化的降序（具体地，方位角Cm的微分值的降序）将四个点处的相位设置为累加对象。

根据该方法，当智能电话1的携带位置（图6）为胸部口袋W1和上衣右侧口袋W2时，对每种情况累加极小点的出现频率，从而获得图25（D）和图26（D）所示的图形。

图25（A）至25（C）和图26（A）至26（C）示出垂直加速度Av、水平加速度Ah和方位角Cm的示例波形。对于水平加速度Ah，还示出已知的加速/减速切换点CH（在图中由圆形标记示出）和其它因素点OT（在图中由三角标记示出）。

从图25和26可以理解，对于胸部口袋W1和上衣右侧口袋W2，在对应于加速/减速切换点CH的相位附近形成极小点的出现频率高的峰值，而在其它相位，极小点的出现频率低，从而几乎不形成峰值。

这表示，在形成峰值的各个相位中，可以将极小点的出现频率的降序中的四个点用作加速/减速切换相位PC。

下面，当智能电话1的携带位置（图6）为裤子臀部口袋W3、用户手W4以及包W5时，类似地，累加极小点的出现频率，从而获得图27（D）、图28（D）和图29（D）所示的图形。

图27（A）至27（C）、图28（A）至28（C）以及图29（A）至29（C）示出类似于图25（A）至25（C）和图26（A）至26（C）的垂直加速度Av、水平加速度Ah和方位角Cm的示例波形。

根据用于裤子臀部口袋W3、用户手W4和包W5的图27、28和29，可以理解，在对应于加速/减速切换点CH的相位附近形成极小点的出现频率略高的峰值。然而，在其它相位中，存在形成极小点的出现频率较高的峰值的点。

具体地，在裤子臀部口袋W3的情况中（图27），在其它相位形成的峰值高于在除加速/减速切换点CH之外的相位形成的峰值（即，出现频率更高）。

这表示，仅通过以极小点的出现频率的降序从形成峰值的相位中采用的四个点难于正确地选择加速/减速切换相位PC。

这里，使用裤子臀部口袋W3作为智能电话1的携带位置（图6），并基于与图27所用数据不同的数据再次计算在每个步行周期PW中在水平加速度Ah出现极小点的相位的累加值，从而获得图30（A）所示的图形。

在图30（A）中，类似于图27（B），出现6个点，即极小点的出现频率高的6个峰值。这里，按照相位顺序的6个峰值是峰值PK1、PK2、PK3、PK4、PK5和PK6。

峰值PK1、PK3、PK4和PK6对应于加速/减速切换点CH，以及其它峰值PK2和PK5对应于其它因素点OT。另外，当在大小方面比较各个峰值时，峰值PK1、PK6、PK4、PK2、PK3和PK5的振幅以降序减小。换句话说，在该情况中，类似于图27，仅通过按照极小点的出现频率的降序采用四个点，难于适当地选择加速/减速切换点CH。

这里，在峰值PK1和PK2中，两个峰值之间的相位间隔为大约4个样本，即，大约0.08[s]。然而，当智能电话1的用户实际步行时，难于在仅仅0.08[s]的短时段中执行在水平方向中的加速和减速之间的切换。

在这方面，当计算在水平加速度Ah中出现极小点的相位的累计值时，在对应的步行周期PW中随后的使用备选中排除这样的相位，其与已经在每个步行周期PW中用作累加值的相位的时间隔过短，即其中所述间隔为步行周期PW的十分之一（1/10）以下的相位。下文中，将该处理称为相邻相位排除处理。

这里，考虑当以较短时段执行加速和减速之间的切换时的加速区间SA或减速区间SR的最小长度（例如，由于步行者的步幅因为路面的状态等变窄）而确定诸如步行周期PW的十分之一（1/10）的间隔。

当执行相邻相位排除处理时，累加极小点的出现频率，峰值PK6、PK1、PK4、PK3、PK2和PK5的振幅以所述顺序减小，如对应于其的图30（A）和图30（B）所示。

换句话说，在图30（B）中，将出现以振幅降序选择的四个点的峰值的全部相位被选择为加速/减速切换点CH。这表示，当在水平加速度Ah中出现的极小点上执行相邻相位排除处理时累加以方位变化度的降序选择的四个点的出现频率时，可以将在将要形成的峰值中以降序选择的四个点的相位原样用作加速/减速切换点CH。

在这方面，行进方位计算单元33的加速/减速区间切换相位学习单元46（图4）利用公式（6）基于从垂直方向检测单元41B提供的加速度A3计算水平加速度Ah，并累计每个步行周期PW的极小点的出现频率。

此时，加速/减速区间切换相位学习单元46在每个步行周期PW中出现的极小点中以方位角Cm的微分值的降序选择四个点作为累加对象，但是从对应步行周期PW中的累加对象中排除这样的极小点，其中与已经用作累加对象的相位的间隔为步行周期PW的十分之一（1/10）以下。

然后，加速/减速区间切换相位学习单元46使用在极小点的出现频率的累加结果中出现的多个峰值中的以振幅降序选择的四个点的相位作为加速/减速切换相位PC，并将使用的相位提供到加速/减速区间估计单元47。

如上所述，，加速/减速区间切换相位学习单元46在执行相邻相位排除处理时累加水平加速度Ah的极小值的出现频率，并检测峰值的振幅降序中的四个点的相位作为加速/减速切换相位PC。

[1-3-8.对加速/减速区间的估计]

下面将描述估计由步行周期PW中四个点的加速/减速切换相位PC划分的每个区间是加速区间SA还是减速区间SR的处理（下文称为“加速/减速区间估计处理”）。

再参考图13-15和图25-29的波形，可以理解，在垂直加速度Av的波形在上部具有凸起部分的时段中，极大点通常出现两次。另外，可以理解，减速区间SR在出现第一极大点之后开始。

然而，当垂直加速度Av的波形在上部具有凸起部分时，其形状通常是被破坏的，从而难于可靠地检测第一极大值。

这里，考虑其中垂直加速度Av的波形在上部具有凸起部分的时段与减速区间SR之间的关系。当在该时段中包括两个加速/减速切换相位PC时，优选，将介于加速/减速切换相位PC之间的区间设置为减速区间SR。另外，当在该时段中包括单个加速/减速切换相位PC时，优选将紧跟在加速/减速切换相位PC后面的区间设置为减速区间SR。

概括地说，优选将在向上过零点之后首次出现的加速/减速切换相位PC，即，在从相位参考点PS开始的步行周期PW中的垂直加速度Av中首次出现的参考向上过零点PU（图24）设置为减速区间SR的开始点。

在随后的两步中，优选在每次出现加速/减速切换相位PC时交替切换减速区间SR和加速区间SA。

在这方面，对于行进方位计算单元33的加速/减速区间估计单元47（图4），首先从BPF44提供垂直加速度Av，从步行周期计算单元45提供相位参考点PS和参考向上过零点PU，以及还从加速/减速区间切换相位学习单元46提供加速/减速切换相位PC。

然后，加速/减速区间估计单元47将从以相位参考点PS为起始点的步行周期PW中的在参考向上过零点PU之后首次出现的加速/减速切换相位PC到其之后出现的加速/减速切换相位PC的区间设置为减速区间SR。

然后，加速/减速区间估计单元47依次将在每个后续加速/减速切换相位PC处划分的每个区间交替估计为加速区间SA或减速区间SR。

另外，加速/减速区间估计单元47生成表示当前时刻属于加速区间SA和减速区间SR中的哪个的加速/减速信息IAR，并将加速/减速信息IAR提供到行进方位计算单元49。

这里，在图31-36中示出通过加速/减速区间估计单元47估计加速/减速信息IAR的结果示例，以及垂直加速度Av、水平加速度Ah和方位角Cm的波形。

图31和32示出当智能电话1的携带位置是胸部口袋W1（图6）时从步行开始时开始的波形和随后的波形，图33和34示出当智能电话1的携带位置是上衣右侧口袋W2（图6）时从步行开始时开始的波形和随后的波形，以及图35和36示出当智能电话1的携带位置是臀部口袋W3（图6）时从步行开始时开始的波形和随后的波形。

另外，在图31（D）-36（D）所示的加速/减速信息IAR的波形中，高水平表示减速区间SR，低水平表示加速区间SA。

从图31-36可以理解，无论智能电话1的携带位置如何，可以在自步行开始已经迈出多步的时刻TS之后适当估计减速区间SR和加速区间SA。

换句话说，加速/减速区间估计单元47充分累计极小点的出现频率，并且在已经一定程度地执行学习处理的时刻TS之后，通过加速/减速区间切换相位学习单元46对加速/减速切换相位PC的检测准确度提高，从而可以以高准确度可靠地估计减速区间SR和加速区间SA。

如上所述，加速/减速区间估计单元47将在参考向上过零点PU之后首次出现的加速/减速切换相位PC设置为减速区间SR的起始点，并依次将在每个后续加速/减速切换相位PC划分的每个区间交替估计为加速区间SA或减速区间SR，作为加速/减速区间估计处理。

[1-3-9.对行进方位的计算]

最后，将描述基于水平方向中的加速度(A3x,A3y)和加速/减速信息IAR（即，对加速区间SA或减速区间SR的估计结果）计算用户的最终行进方位的处理。

如上所述，当携带智能电话1的用户向前步行时，在减速时，加速度在向前方向作用在智能电话1上，并在加速时，加速度在向后方向作用在智能电话1上。换句话说，在减速区间SR中，加速度作用的方向表示用户的行进方向，而在加速区间SA中，与加速度作用的方向相反的方向表示用户的行进方向。

另外，在地球坐标系的加速度A3中，y轴方向是由地磁值M表示的磁北极的方向，而通常由地磁表示的磁北极具有称为在磁北极与由地球轴表示的真实北极之间的变量（argument）的误差。该变量已知具有根据纬度和经度变化的值。

从而，可以根据基于当前位置的纬度和经度获得的变量校正由地球坐标系表示的方位，即，基于磁北极的方位，并然后将其转换为基于真实北极的方位。

同时，在加速度A3中，通过BPF44提取由步行导致的带频率，但是考虑在一定程度上包括由除步行以外的因素生成的加速度。

从而，当加速度A3的大小较大时，由加速度A3表示的方位具有较高比例的由步行导致的加速度，从而被认为具有表示用户行进方位或与其相反的方位的高准确度。

然而，当加速度A3的大小较小时，由加速度A3表示的方位具有较高比例的由除步行以外的因素导致的加速度，从而被认为具有表示用户行进方位或与其相反的方位的低准确度。

在这方面，对于获得的行进方位，作为平滑处理，通过在加速度的值增大时增加其特定重力，具体地，通过将其与根据加速度A3的大小的系数相乘而获得加法平均值，可以减小由除步行以外的因素导致的加速度，从而增大准确度。

基于上述，行进方位计算单元33首先通过变量获取单元48从GPS电路24接收表示纬度和经度的GPS纬度经度数据GL，基于GPS纬度经度数据GL获取当前位置的变量，生成变量数据DA，并将该变量数据DA提供到行进方位计算单元49。

行进方位计算单元49基于从加速/减速区间估计单元47提供的加速/减速信息IAR识别当前时刻属于加速区间SA或减速区间SR中的哪个。

然后，行进方位计算单元49在当前时刻属于减速区间SR时将从BPF44提供的水平方向中的加速度(A3x,A3y)的方位原样视为行进方位，而在当前时刻属于加速区间SA时将与其相反的方向视为行进方位。

另外，行进方位计算单元49基于变量数据DA校正行进方位，生成表示行进方位的行进方位数据C0，并将该行进方位数据C0提供到行进方位平滑单元50。

另外，行进方位计算单元49计算表示水平方向中的加速度(A3x,A3y)的大小的水平加速度值Ahs，并将该水平加速度值Ahs提供到行进方位平滑单元50。

作为平滑处理，行进方位平滑单元50使行进方位数据C0与根据水平加速度值Ahs的大小的系数相乘，然后计算在一定时段（例如，在1秒中）期间的加法平均值，生成行进方位数据C1，并将行进方位数据C1提供到方位过滤器34（图3）。

如上所述，行进方位计算单元49基于加速/减速信息IAR识别当前时刻属于加速区间SA和减速区间SR中的哪个，根据变量执行校正处理，并生成表示行进方位的行进方位数据C0。

另外，行进方位平滑单元50以根据加速度A3的大小的具体重力在由行进方位数据C0表示的方位上执行平滑处理，从而生成高度准确的行进方位数据C1。

如上所述，，行进方位计算单元33可以基于加速度A1和地磁值M生成表示用户步行的行进方位的行进方位数据C1。

[1-4.处理过程]

下面将参考图37-39描述执行一组处理过程以通过行进方位计算单元33（图3和图4）计算行进方位。

[1-4-1.行进方位计算处理过程]

智能电话1（图1）的控制单元10从非易失性存储器14读取行进方位计算程序，并运行行进方位计算程序，从而使得行进方位计算处理过程RT1（图37）开始，并使得处理前进到步骤SP1。

在步骤SP1，控制单元10通过垂直方向检测单元41（图4）在2秒中对加速度A1的值积分，生成重力加速度G(Gx,Gy,Gz)，并使得处理前进到下一步SP2。

在步骤SP2，控制单元10通过变换矩阵生成单元42（图4）根据公式（4）计算从检测坐标系观看的地球坐标系的单位向量U(ex,ey,ez)，并使得处理前进到下一步SP43。

在步骤SP3，控制单元10通过坐标变换单元43（图4）根据公式（5）执行将检测坐标系的加速度A1变换到地球坐标系的加速度A2(A2x,A2y,A2z)的坐标变换，并使得处理前进到下一步SP4。

在步骤SP4，控制单元10通过BPF44（图4）提取加速度A2中的约1-10[Hz]的带频率，生成加速度A3(A3x,A3y,A3z)，并使得处理前进到下一步SP5。

在步骤SP5，控制单元10通过步行周期计算单元45（图4）通过根据步行周期计算子程序SRT1（将在下文具体描述）的处理过程计算步行周期PW，并使得处理前进到下一步SP6。

在步骤SP6，控制单元10通过步行周期计算单元45将在垂直加速度Av中在对应于自任意时刻开始的步行周期PW的范围中介于差值变为极大值的极大点和极小点之间的向下过零点设置为相位参考点PS。另外，控制单元10将之后出现的向上过零点设置为参考向上过零点PU，并使得处理前进到下一步SP7。

在步骤SP7，控制单元10通过加速/减速区间切换相位学习单元46选择加速/减速切换相位PC，同时通过根据加速/减速切换相位学习子程序SRT2（细节将在下文具体描述）的处理过程执行相邻相位排除处理，并使得处理前进到下一步SP8。

在步骤SP8，控制单元10通过加速/减速区间估计单元47（图4）将从以相位参考点PS为起始点的步行周期PW中的在参考向上过零点PU之后首次出现的加速/减速切换相位PC到之后出现的加速/减速切换相位PC的区间设置为减速区间SR。

另外，控制单元10通过加速/减速区间估计单元47将在每个后续加速/减速切换相位PC划分的每个区间交替估计为加速区间SA或减速区间SR，并使得处理前进到下一步SP9。

在步骤SP9，控制单元10使得行进方位计算单元49（图4）在当前时刻属于减速区间SR时将由水平方向的加速度(A3x,A3y)表示的方位原样设置为行进方位，在当前时刻属于加速区间SA时将与其相反的方向设置为行进方位，并使得处理前进到下一步SP10。

在步骤SP10，控制单元10通过将行进方位数据C0乘以根据水平加速度值Ahs的大小的系数来计算一秒的加法平均值，并通过行进方位平滑单元50计算行进方位数据C1。

然后，控制单元10将行进方位数据C1提供到方位过滤器34（图3），使得处理前进到下一步SP11，并且然后结束行进方位计算处理过程RT1。

[1-4-2.步行周期计算处理过程]

当处理前进到行进方位计算处理过程RT1中的步骤SP5（图37）时，智能电话1（图1）的控制单元10开始步行周期计算子程序SRT1（图38）作为通过步行周期计算单元45（图4）执行的操作处理，并使得处理前进到步骤SP21。

在步骤SP21，控制单元10将垂直加速度Av的任意部分设置为函数f（t），根据公式（7）利用自相关评估函数g（t）计算自相关评估值，以及使得处理前进到下一步SP22。

在步骤SP22，控制单元10当将自相关评估值的相差t从1向增大方向顺序改变时检测极小点，并使得处理前进到下一步SP23。

在步骤SP23，控制单元10检测紧挨着在步骤SP22中检测的极小点之前出现的极大点，并使得处理前进到下一步SP24。

在步骤SP24，控制单元10确定第一极小点是否已经被使用。这里，当获得否定结果时，控制单元10使得处理前进到下一步SP25。

在步骤SP25，控制单元10根据公式（8）确定当前关注的极小点的值（即，极小值）是否是在前面紧挨着出现的极大点的值（即，极大值）的0.9倍以下。这里，当获得否定结果时，这表示，极大值与极小值之差非常小，并且当前关注的极小点不大可能表示第一步。此时，控制单元10使得处理再次返回到步骤SP22，并检测下一个极小点。

同时，当在步骤SP25中获得肯定结果时，这表示，当前关注的极小点可以被考虑为表示第一步，此时，控制单元10使得处理前进到下一步SP26。

在步骤SP26，控制单元10使用当前关注的极小点作为第一步的极小点（即，对应于第一步），然后使得处理再次返回到步骤SP22，以检测对应于第二步的极小点。

同时，当在步骤SP24获得肯定结果时，即，当处理在步骤SP26中使用第一极小点后再次返回到步骤SP24时，控制单元10使得处理前进到下一步SP27。

在步骤SP27，控制单元10根据公式（9）确定当前关注的极小点的值（即，极小值）是否是在前面紧挨着出现的极大点的值（即，极大值）的0.5倍以下。这里，当获得否定结果时，这表示，极大值与极小值之差非常小，并且当前关注的极小点被认为不表示第二步。此时，控制单元10使得处理再次返回到步骤SP22，并检测下一个极小点。

同时，当在步骤SP27中获得肯定结果时，这表示，当前关注的极小点可以被考虑为表示第二步，此时，控制单元10使得处理前进到下一步SP28。

在步骤SP28，控制单元10使用当前关注的极小点作为第二步的极小点（即，对应于第二步），并将此时的相差t设置为步行周期PW。然后，控制单元10使得处理前进到下一步SP29，结束步行周期计算子程序SRT1，并且然后使得处理返回到行进方位计算处理过程RT1中的步骤SP5（图37）。

[1-4-3.加速/减速切换相位学习处理过程]

当处理前进到行进方位计算处理过程RT1中的步骤SP7（图37）时，智能电话1（图1）的控制单元10开始加速/减速切换相位学习子程序SRT2（图39）作为通过加速/减速区间切换相位学习单元46（图4）执行的操作处理，并使得处理前进到步骤SP31。

在步骤SP31，控制单元10关注一定步行周期PW，并根据公式（6）基于加速度A3对对应的步行周期PW中的每个相位计算水平加速度Ah。另外，控制单元10检测在水平加速度Ah中出现的极小点，并使得处理前进到下一步SP32。

在步骤SP32，控制单元10对于检测到极小点的每个相位计算方位角Cm的微分值，并使得处理前进到下一步SP33。

在步骤SP33，控制单元10关注在非关注极小点中方位角Cm的微分值最大的极小点，并使得处理前进到下一步SP34。

在步骤SP34，控制单元10确定是否存在已经被采用的极小点。这里，当结果为否时，这表示，当前关注的极小点是第一关注的极小点。此时，控制单元10使得处理前进到下一步SP35，以无条件地使用当前关注的极小点，而不考虑与其它极小点的间隔。

在步骤SP35，控制单元10使用当前关注的极小点，并使得处理前进到下一步SP36。

在步骤SP36,控制单元10确定使用的极小点的数目是否达到4。这里，当获得否定结果时，这表示，需要使用更多的极小点，并且此时，控制单元10再次返回到步骤SP33，以关注下一个极小点。

然而，当在步骤SP34中获得的肯定结果时，这表示，需要考虑已经使用的极小点与当前关注的极小点之间的间隔，并且此时，控制单元10使得处理前进到下一步SP37。

在步骤SP37，控制单元10计算使用的极小点的相位与当前关注的极小点的相位之间的间隔中的最小间隔（下文称为“最小间隔”），并使得处理前进到下一步SP38。

在步骤SP38,控制单元10确定计算的最小间隔是否是步行周期PW的十分之一（1/10）以下。这里，当结果为否时，这表示，当前关注的极小点与使用的极小点充分隔开，并且，即使将介于两个点之间的区间设置为加速区间SA或减速区间SR时，步行者的运动也不会变得不自然。此时，控制单元10使得处理前进到上述步骤SP35，并使用当前关注的极小点。

同时，当在步骤SP38中获得的肯定结果时，这表示，由于当前关注的极小点与使用的极小点过于接近，从而当将介于两个点之间的区间设置为加速区间SA或减速区间SR时，步行者的运动会变得不自然。此时，控制单元10使得处理返回到步骤SP33，以关注下一个极小点而不使用当前关注的极小值作为相邻相位排除处理。

之后，当在步骤SP36中获得的肯定结果时，这表示，对于当前关注的步行周期PW有效的四个点的极小点已经被使用，并且此时，控制单元10使得处理前进到下一步SP39。

在步骤SP39，控制单元10计算使用的对应极小点的相位的出现频率，并使得处理前进到步骤SP40。

在步骤SP40，控制单元10确定是否对于在预定累加时段中包括的全部步行周期PW已经累加对应极小点的相位作为出现频率。这里，当结果为否时，这表示，存在其中极小点的相位未被累加的非关注的步行周期PW，并且此时，控制单元10使得处理前进到步骤SP41。

在步骤SP41,控制单元10将非关注的步行周期PW设置为新关注的步行周期PW，并使得处理再次返回到步骤SP31，以将极小点的相位累加到即使对应的步行周期PW的出现频率。

同时，当在步骤SP40中获得的肯定结果时，这表示，已经获得极小点的出现频率的充分累加结果，并且此时，控制单元10使得处理前进到步骤SP42。

在步骤SP42，控制单元10最终以自极小点的出现频率最高的相位的顺序使用四个点作为加速/减速切换相位PC。然后，控制单元10使得处理前进到步骤SP43，结束加速/减速切换相位学习子程序SRT2，并且使得处理返回到行进方位计算处理过程RT1中的步骤SP7（图37）。

[1-5.行进方位的计算结果]

下文中，在图40至42中示出通过组合行进方位数据C1和通过GPS电路24获得的GPS位置数据GP获得的地图上的移动轨迹，其中通过基于诸如在用户实际步行时获得的加速度的数据的一组方位计算处理生成所述行进方位数据C1。

在图40-42中，通过等腰三角形的轨迹标记在地图数据上绘制用户的步行轨迹，并且通过其顶角指示的方向表示每个绘点中的行进方位。另外，用户以矩形方式逆时针在沿着街区的实际道路上步行。

参考图40-42，可以理解，在某些街区，行进方位相比于原本的行进方向略微位于右侧，但是当用户步行时，可以适当计算行进方位。

另外，可以理解，当携带位置是臀部口袋W3（图42）时，相比于携带位置是胸部口袋W1（图40）或上衣右侧口袋W2（图41）时，误差容易略微更大，但仍可以充分可靠的程度计算行进方位。

[1-6.操作和效果]

在上述配置中，当在步行模式中运行导航功能时，智能电话1的控制单元10通过运行导航程序和行进方位计算程序，实现了图3和4所示的功能块。

此时，行进方位计算单元33首先基于加速度A1的积分值计算重力加速度G，确定垂直方向，根据公式（4）生成从检测坐标系观看的地球坐标系的单位向量U，并执行从检测坐标系的加速度A1变换到地球坐标系的加速度A2的坐标变换。

然后，行进方位计算单元33从加速度A2提取主要由步行导致的频带，使用提取的频带作为加速度A3，并使用作为垂直方向分量的垂直加速度Av的自相关评估值，基于自相关度第二次度增大的相差确定步行周期PW。另外，行进方位计算单元33基于垂直加速度Av中的差最大的极大点与极小点确定相位参考点PS和参考向上过零点PU。

另外，行进方位计算单元33学习这样的相位，在所述相位，在水平加速度Ah出现极小点，并且在具有相位参考点PS作为开始点的每个步行周期PW处，方位角Cm的微分值较大，并且所述行进方位计算单元33基于所述学习结果选择加速/减速切换相位PC。

另外，行进方位计算单元33基于步行周期PW中的参考向上过零点PU交替估计在每个加速/减速切换相位PC处的减速区间SR或加速区间SA，将由水平方向的加速度表示的方位或者与其相反的方位作为行进方位，执行平滑处理，以及计算行进方位数据C1。

从而，智能电话1可以利用在水平加速度Ah中出现的极小点适当确定加速/减速切换相位PC，并从而可以以高准确度在步行时把加速区间SA与减速区间SR分离。从而，智能电话1可以适当确定水平方向中的加速度作用于行进方向或与其相反的方向中的哪个，并且可以以高准确度计算用户的最终行进方位。

具体地，智能电话1把减速区间SR与加速区间SA分离，并然后计算最终行进方位，从而相比于在水平面上定义主轴而不分离两个区间的技术，可以有效排除其中腰部转动的运动的影响。

此时，智能电话1根据步行时用户的运动原理，基于在水平加速度Ah中出现极小点的相位来检测加速/减速切换相位PC，并从而可以在每个加速/减速切换相位PC处清楚地把加速区间SA与减速区间SR分离。

另外，水平加速度Ah的特征根据用户携带位置而不同，如图25-29所示，由于至少在以高准确度执行减速区间SR和加速区间SA之间的切换的相位处出现极小点，从而，智能电话1可以适当检测加速/减速切换相位PC。

另外，智能电话1可以学习在水平加速度Ah的极小点中方位角Cm的微分值较大的相位作为执行加速和减速之间的切换的相位，排除其它因素点OT，并以高准确度选择加速/减速切换相位PC。

当执行学习处理时，智能电话1可以甚至通过基于在步行时的非常短的时段中难于执行加速和减速之间的切换的事实执行相邻相位排除处理而有效排除其它因素点OT。

另外，当计算步行周期PW时，智能电话1可通过基于垂直加速度Av随着用户周期性重复的步行运动而周期性变化的事实通过使用自相关评估值而以高准确度计算步行周期PW。

尤其是，在该情况中，由于在公式（8）和（9）中，将基于第一步的极大值和极小值之差的使用条件设置为与第二步不同，可以适当检测另一个脚的第一步和相同脚的第二步，从而，可以大大改善步行周期PW的计算准确度。

另外，智能电话1将步行周期PW中极大值与极小值之差最大的下降过零点设置为相位参考点PS，从而可以高准确度划分每个步行周期PW。

另外，智能电话1基于垂直加速度Av的波形与减速区间SR和加速区间SA之间的关系，基于在相位参考点PS后出现的参考向上过零点PU确定第一减速区间SR，从而可以适当确定后续的减速区间SR和后续加速区间SA。

另外，智能电话1执行根据平滑处理中的加速度的大小的比重的相加，增加行进方位的可靠性高的样本的比重，有效使用全部样本，并从而可以增大最终获得的行进方位数据C1的准确度。

特别地，即使在加速度中包括时间噪声分量，智能电话1使用全部样本，从而可以将其的影响抑制为较小。

另外，在坐标系变换处理中，每次通过由单位向量U表示的变换矩阵将检测坐标系变换为地球坐标系，从而智能电话1将运算处理量降为最小，并且不会出现在执行向旋转坐标系的变换时出现的误差。

根据上述配置，智能电话1利用垂直加速度Av的自相关评估值确定步行周期PW，并还确定相位参考点PS和参考向上过零点PU。另外，智能电话1在执行相邻相位排除处理的同时学习在水平加速度Ah中出现极小点的相位，并基于学习结果选择加速/减速切换相位PC。另外，智能电话1将在参考向上过零点PU之后在每个加速/减速切换相位PC处划分的每个区间交替估计为减速区间SR或加速区间SA，设置由水平方向中的加速度表示的方位或与其相反的方位作为行进方位，执行平滑处理，并计算行进方位数据C1。从而，智能电话1可以对减速区间SR和加速区间SA的每个获得适当的行进方向，并且可以高准确度计算用户的最终行进方位。

<2.另一实施例>

已经结合这样的示例描述了上述实施例，其中通过学习处理基于在水平加速度Ah中出现极小点的相位选择加速/减速切换相位PC。

然而，本发明技术不限于该示例，并且可以将以水平加速度Ah中的极小点中的方位角Cm的微分值的降序选择的四个点原样选择为加速/减速切换相位PC。如上所述，由于省略了学习处理，可以减少智能电话1的运算处理量，从而可以降低耗电。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中利用方位角Cm的微分值的大小作为指数选择水平加速度Ah的极小点中的将通过学习处理累加出现频率的相位。

本发明技术不限于该示例，例如，可以基于各种指数进行选择，诸如与在垂直加速度Av中出现极大点或极小点的相位的关系。另外，在学习处理中，其中将对第一步行周期PW累加出现频率的相位的数目不限于4，而可以为5个以上或3个以下。特别是，当累加5个以上的相位时，例如，可以添加通过将频率乘以根据方位角Cm的微分值的大小的系数获得的非整数。

另外，已经结合这样的示例描述了上述实施例，其中，在学习在水平加速度Ah中出现极小点的相位的相邻相位排除处理中，当相位间的最小间隔为步行周期PW的十分之一（1/10）以下时，则从累加对象排除对应的相位。

本发明技术不限于该示例，而可以基于任意阈值从累加对象排除相位，诸如步行周期PW的八分之一（1/8）以下或十五分之一（1/15）以下。可选地，例如，当确定出现极小点的相位之间的间隔较大时，可以省略相邻相位排除处理。

另外，已经结合这样的示例描述了上述实施例，其中当学习在水平加速度Ah中出现极小点的相位作为相邻相位排除处理时，在对应的步行周期中从使用备选中排除与已经使用的相位的间隔非常短的相位。

本发明技术不限于此，例如，当学习出现相位时，可以不排除与已经使用的相位的间隔非常小的相位而累加频率，并且当在累加后以频率的降序选择4个相位时，可以顺序使用该4个相位，而排除与已经使用的相位的间隔非常小的相位作为相邻相位排除处理。

另外，已经结合这样的示例描述上述实施例，其中将对应于用户的两步的时段计算为步行周期，并选择四点作为步行周期中的加速/减速切换相位。

本发明技术不限于该示例，例如，当放置智能电话1的包被背在肩膀上，并且当在步行中包与身体周期性接触时，将确定另外执行加速和减速之间的切换，可以在步行周期中设置任意数目的加速/减速切换相位，诸如6个点或8个点。在该情况中，由于可以在每个加速/减速切换相位PC交替估计加速区间SA和减速区间SR，从而可以适当计算最终行进方位。

另外，已经结合这样的示例描述了上述实施例，其中将在参考向上过零点PU之后首次出现的加速/减速切换相位PC设置为减速区间SR的开始点，并且将在每个后续加速/减速切换相位PC处划分的每个区间交替估计为加速区间SA或减速区间SR。

本发明技术不限于该示例，例如，可以基于其它指数估计减速区间SR和加速区间SA，例如，可以将在步行周期PW的开始点之后首次出现的加速/减速切换相位PC，即，相位参考点PS设置为减速区间SR的开始点。在该情况中，期望地，如上述参考图13至15和图25至29所述，利用在垂直加速度Av的波形中出现的特征作为指数估计减速区间SR和加速区间SA。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中基于利用表示垂直加速度Av的自相关函数获得的自相关评估值计算步行周期PW。

本发明技术不限于该示例，而可以使用各种自相关函数，例如，可以使用利用表示水平加速度Ah或方位角Cm的自相关函数获得的自相关评估值。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中将在自相关评估值中极小点第二次出现的相位设置为步行周期PW。

本发明不限于该示例，而可通过各种技术计算步行周期PW，例如，可以将在第二极大点之后出现的极小点设置为步行周期PW。在该情况中，期望地，设置这样的相位作为步行周期PW，在该相位中，当相差根据自相关函数的性质而逐渐增大时，相关度第二次增大。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中将公式（8）和（9）中的系数分别设置为0.9和0.5。

然而，本发明技术不限于该示例，而可以将任意值确定为每个系数。在该情况中，基于第一步是另一个脚、第二步是相同脚的情况，优选将分别表示公式（8）和（9）中的系数的j和k设置为满足公式（10）的关系。

0<k<j   …(10)

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中将在垂直加速度Av中的极大值和极小值之差最大的下降过零点设置为相位参考点PS，并将对应的下降过零点用作步行周期PW的开始点。

本发明技术不限于该示例，可以基于各种选择标准确定相位参考点PS，例如，可以将在垂直加速度Av中极大值和极小值之差最大的极大点或极小点的相位设置为相位参考点PS。在该情况中，优选利用在步行周期PW的垂直加速度Av中出现一次的特征确定相位参考点PS。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中通过BPF44（图4）提取约1至10[Hz]的频带。

然而，本发明技术不限于该示例，例如，可以提取各种频带，诸如0.5-20[Hz]。在该情况中，期望地，提取其中包括对应于步行者的两步的频率但除去DC分量和高频分量的频带。另外，当在频带中包括少量不需要的分量时，仅可以除去低频带。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中执行坐标变换，使得执行到地球坐标系的变换，所述地球坐标系具有与具有y轴的水平方向相关的磁北极。

本发明技术不限于该示例，例如，可以执行到如下的坐标系的变换，所述坐标系具有通过将检测坐标系的x和y轴投影到具有x和y轴的水平面上获得的轴，即其中不考虑磁北极的坐标系，可以基于加速度计算行进方位，并且然后可以向执行基于磁北极的方位的变换。另外，坐标系不限于正交坐标系，而可以使用任意坐标系，诸如极坐标系。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中作为平滑处理，通过将计算的行进方位与根据水平方向中的加速度的大小的系数相乘获得累加平均值。

本发明技术不限于该示例，例如，可以通过乘以各种系数（诸如与水平方向中的加速度的平方成比例的系数）获得累加平均值，或者，可以通过对全部系数使用相同的值（例如，“1”）而省略平滑处理。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中根据基于当前位置的纬度和经度获得的变量校正行进方位。

本发明技术不限于该示例，例如，当由于未接收到GPS信号而难于获得当前位置的纬度和经度时，可基于标准校正值校正行进方位，或者可以不执行校正处理。另外，当前位置的纬度和经度不限于基于GPS信号的值，例如，可以基于诸如无线局域网（LAN）的信号的各种信号或信息获得。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中仅当方位过滤器34基于GPS信号的接收状态（即，GPS信号的接收准确度低）对GPS方位数据GC和行进方位数据C1施加加权时，行进方位数据C1的权重增大。

本发明技术不限于该示例，例如，方位过滤器34可规则地使用行进方位数据C1。从而，由于可以减少通过GPS电路24接收GPS信号的频率，从而可以抑制智能电话1的耗电。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中对导航功能设置多个操作模式，并且当选择步行模式时，通过行进方位计算单元33计算行进方位数据C1。

本发明技术不限于该示例，例如，可以进行设置使得当运行导航程序时恒定监视加速度A1的波形，并且当从其特征检测到步行时，可通过行进方位计算单元33计算行进方位数据C1。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中在显示单元4上显示地图画面作为导航处理中的引导。

本发明技术不限于该示例，可以通过各种技术对用户提供引导，例如，可通过声音提供对目的地方向的引导。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中将本发明技术应用于智能电话1。

本发明技术不限于该示例，本发明技术还可以应用于可在步行由用户携带并提供定位功能的各种电子装置，诸如便携式导航设备、数字视频摄像机、数字静物相机、便携式音乐播放器、便携式视频播放器、便携式游戏机、步数计、或膝上型计算机或平板计算机。在所有情况中，期望获得垂直加速度和水平加速度，并基于垂直加速度和水平加速度生成最终行进方位数据C1。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中智能电话1的控制单元10运行预先存储在ROM12、非易失性存储器14等中的导航程序和行进方位计算程序，并执行根据行进方位计算处理过程RT1的各种处理。

本发明技术不限于该示例，智能电话1的控制单元10可以根据从存储介质安装的应用程序、从互联网下载的应用程序、或者通过其它各种源安装的应用程序执行上述处理。

另外，已经结合了这样的示例描述了上述实施例，其中用作行进方位计算设备的行进方位计算单元33由以下部件构成：用作检测单元的加速度传感器27和坐标变换单元43、用作步行周期设置单元的步行周期计算单元45、用作加速/减速区间切换相位设置单元的加速/减速区间切换相位学习单元46、用作加速/减速区间设置单元的加速/减速区间估计单元47、以及用作行进方位确定单元的行进方位计算单元49。

然而，本发明技术不限于该示例，行进方位计算设备可由具有各种配置的以下单元构成：检测单元、步行周期设置单元、加速/减速切换相位设置单元、加速/减速区间设置单元、以及行进方位确定单元。

另外，本发明技术可以具有下面的配置。

（1）一种行进方位计算设备，包括：

检测单元，用于检测与用户的步行一起产生的加速度中的表示垂直方向中的加速度的垂直加速度和表示在水平面中的加速度的方位和大小的水平加速度；

步行周期设置单元，用于基于垂直加速度的过零点将对应于用户的两步的时段设置为步行周期；

加速/减速切换相位设置单元，用于基于在步行周期中水平加速度的大小为极小值的相位设置加速/减速切换相位，在该加速/减速切换相位处执行在用户的行进方向中的加速与减速之间的切换；

加速/减速区间估计单元，用于将在每个加速/减速切换相位处划分的每个区间交替估计为加速区间或减速区间；以及

行进方位确定单元，用于基于由减速区间中的水平加速度表示的方位和与由加速区间中的水平加速度表示的方位相反的方位确定用户的行进方位。

（2）根据（1）所述的行进方位计算设备，

其中所述加速/减速切换相位设置单元设置在步行周期中水平加速度的大小为极小值的频率较高的相位作为加速/减速切换相位。

（3）根据（1）或（2）所述的行进方位计算设备，

其中所述加速/减速切换相位设置单元基于水平加速度计算通过极坐标表示加速度作用的方位的方位角和方位角的微分值，以及设置从水平加速度的大小最小的相位中以方位角的微分值的降序选择的预定数目的相位作为频率的累加对象。

（4）根据（2）或（3）所述的行进方位计算设备，

其中所述加速/减速切换相位设置单元从在步行周期中水平加速度的大小为极小值的频率最高的相位顺序设置加速/减速切换相位，以及从新的加速/减速切换相位的设置对象排除与已经设置的加速/减速切换相位的间隔小于预定间隔的相位。

（5）根据（1）至（4）中任一项所述的行进方位计算设备，

其中所述加速/减速切换相位设置单元在步行周期中设置四个点作为加速/减速切换相位。

（6）根据（1）至（5）中任一项所述的行进方位计算设备，

其中所述步行周期设置单元基于直到与垂直加速度中的预定部分类似的波形再次出现的时段设置步行周期的长度。

（7）根据（5）所述的行进方位计算设备，

其中所述步行周期设置单元在顺序增大垂直加速度上的相差时计算自相关度，以及将在自相关度增大的极值第二次出现时的相差设置为步行周期的长度。

（8）根据（6）或（7）所述的行进方位计算设备，

其中所述步行周期设置单元基于随着自相关度增大而减小的自相关值计算自相关度，以及当自相关值的第一极小值是前面紧挨着出现的极大值的j倍以下（其中，0<j<1）、并且自相关值的第二极小值是前面紧挨着出现的极大值的k倍以下（其中，0<k<j）时，将出现第二极小值处的相差设置为步行周期的长度。

（9）根据（1）至（8）中任一项所述的行进方位计算设备，

其中所述步行周期设置单元设置步行周期，以及设置位于步行周期中的垂直加速度中彼此相邻的极大值和极小值之差最大处的下降过零点作为用作相位的参考的参考相位。

（10）根据（1）至（9）中任一项所述的行进方位计算设备，

其中所述检测单元还包括

加速度传感器，用于检测施加到所述行进方位计算设备的加速度，并获得通过固有三维检测坐标系表示的加速度检测值；

垂直方向计算单元，用于基于所述加速度检测值计算垂直方向；

以及

变换单元，用于使用加速度检测值中的垂直方向分量作为垂直加速度，并使用在加速度检测值中的与垂直方向正交的水平面中包括的二维分量作为水平加速度。

（11）根据（10）所述的行进方位计算设备，

其中所述检测单元还包括：地磁传感器，用于检测行进方位计算设备中的磁北极的方向，以及

所述变换单元将由水平加速度表示的方位转换为基于磁北极的绝对方位。

（12）根据（10）或（11）所述的行进方位计算设备，

其中所述变换单元将加速度检测值从检测坐标系变换为地球坐标系，所述地球坐标系以垂直方向和对应于磁北极的方向的每个作为轴方向。

（13）根据（1）至（12）中任一项所述的行进方位计算设备，还包括，

行进方位平滑单元，用于通过将行进方位乘以根据水平加速度的大小的系数来计算累加平均值。

工业适用性

本发明可用于便携式导航设备、具有导航功能的移动电话、或者各种电子装置，诸如数字静物相机或计算机装置。

附图标记列表

1  智能电话

10 控制单元

27 加速度传感器

28 地磁传感器

33 行进方位计算单元

34 方位过滤器

41 垂直方向检测单元

42 变换矩阵生成单元

43 坐标变换单元

44 BPF

45 步行周期计算单元

46 加速/减速区间切换相位学习单元

47 加速/减速区间估计单元

49 行进方位计算单元

50 行进方位平滑单元

A1,A2,A3加速度

M  地磁值

Av 垂直加速度

Ah 水平加速度

PW 步行周期

PS 相位参考点

PC 加速/减速切换相位

PU 参考向上过零点

SR 减速区间

SA 加速区间

IAR加速/减速信息

C1 行进方位数据

Claims (16)

1.一种行进方位计算设备，包括：

检测单元，用于检测与用户的步行一起产生的加速度中的表示垂直方向中的加速度的垂直加速度和表示在水平面中的加速度的方位和大小的水平加速度；

步行周期设置单元，用于基于垂直加速度的过零点将对应于用户的两步的时段设置为步行周期；

加速/减速切换相位设置单元，用于基于在步行周期中水平加速度的大小为极小值的相位设置加速/减速切换相位，在该加速/减速切换相位处执行在用户的行进方向中的加速与减速之间的切换；

加速/减速区间估计单元，用于将在每个加速/减速切换相位处划分的每个区间交替估计为加速区间或减速区间；以及

行进方位确定单元，用于基于由减速区间中的水平加速度表示的方位和与由加速区间中的水平加速度表示的方位相反的方位确定用户的行进方位。

2.根据权利要求1所述的行进方位计算设备，

其中所述加速/减速切换相位设置单元设置在步行周期中水平加速度的大小为极小值的频率较高的相位作为加速/减速切换相位。

3.根据权利要求2所述的行进方位计算设备，

其中所述加速/减速切换相位设置单元基于水平加速度计算通过极坐标表示加速度作用的方位的方位角和方位角的微分值，以及设置从水平加速度的大小最小的相位中以方位角的微分值的降序选择的预定数目的相位作为频率的累加对象。

4.根据权利要求2所述的行进方位计算设备，

其中所述加速/减速切换相位设置单元从在步行周期中水平加速度的大小为极小值的频率最高的相位顺序设置加速/减速切换相位，以及从新的加速/减速切换相位的设置对象排除与已经设置的加速/减速切换相位的间隔小于预定间隔的相位。

5.根据权利要求1所述的行进方位计算设备，

其中所述加速/减速切换相位设置单元在步行周期中设置四个点作为加速/减速切换相位。

6.根据权利要求1所述的行进方位计算设备，

其中所述步行周期设置单元基于直到与垂直加速度中的预定部分类似的波形再次出现的时段设置步行周期的长度。

7.根据权利要求6所述的行进方位计算设备，

其中所述步行周期设置单元在顺序增大垂直加速度上的相差时计算自相关度，以及将在自相关度增大的极值第二次出现时的相差设置为步行周期的长度。

8.根据权利要求7所述的行进方位计算设备，

其中所述步行周期设置单元基于随着自相关度增大而减小的自相关值计算自相关度，以及当自相关值的第一极小值是前面紧挨着出现的极大值的j倍以下（其中，0<j<1）、并且自相关值的第二极小值是前面紧挨着出现的极大值的k倍以下（其中，0<k<j）时，将出现第二极小值处的相差设置为步行周期的长度。

9.根据权利要求1所述的行进方位计算设备，

其中所述步行周期设置单元设置步行周期，以及设置位于步行周期中的垂直加速度中彼此相邻的极大值和极小值之差最大处的下降过零点作为用作相位的参考的参考相位。

10.根据权利要求1所述的行进方位计算设备，

其中所述检测单元还包括

加速度传感器，用于检测施加到所述行进方位计算设备的加速度，并获得通过固有三维检测坐标系表示的加速度检测值；

垂直方向计算单元，用于基于所述加速度检测值计算垂直方向；

以及

变换单元，用于使用加速度检测值中的垂直方向分量作为垂直加速度，并使用在加速度检测值中的与垂直方向正交的水平面中包括的二维分量作为水平加速度。

11.根据权利要求10所述的行进方位计算设备，

其中所述检测单元还包括：地磁传感器，用于检测行进方位计算设备中的磁北极的方向，以及

所述变换单元将由水平加速度表示的方位转换为基于磁北极的绝对方位。

12.根据权利要求11所述的行进方位计算设备，

其中所述变换单元将加速度检测值从检测坐标系变换为地球坐标系，所述地球坐标系以垂直方向和对应于磁北极的方向的每个作为轴方向。

13.根据权利要求1所述的行进方位计算设备，还包括，

行进方位平滑单元，用于通过将行进方位乘以根据水平加速度的大小的系数来计算累加平均值。

14.一种行进方位计算方法，包括：

检测步骤，通过检测单元检测与用户的步行一起产生的加速度中的表示垂直方向中的加速度的垂直加速度和表示在水平面中的加速度的方位和大小的水平加速度；

步行周期设置步骤，通过步行周期设置单元基于垂直加速度的过零点将对应于用户的两步的时段设置为步行周期；

加速/减速切换相位设置步骤，通过加速/减速切换相位设置单元基于在步行周期中水平加速度的大小为极小值的相位设置加速/减速切换相位，在所述加速/减速切换相位处执行在用户的行进方向中的加速与减速之间的切换；

加速/减速区间估计步骤，通过加速/减速区间估计单元将在每个加速/减速切换相位处划分的每个区间交替估计为加速区间或减速区间；以及

行进方位确定步骤，通过行进方位确定单元基于由减速区间中的水平加速度表示的方位和与由加速区间中的水平加速度表示的方位相反的方位确定用户的行进方位。

15.一种使得信息处理设备执行如下步骤的行进方位计算程序：

检测步骤，检测与用户的步行一起产生的加速度中的表示垂直方向中的加速度的垂直加速度和表示在水平面中的加速度的方位和大小的水平加速度；

步行周期设置步骤，基于垂直加速度的过零点将对应于用户的两步的时段设置为步行周期；

加速/减速切换相位设置步骤，基于在步行周期中水平加速度的大小为极小值的相位设置加速/减速切换相位，在所述加速/减速切换相位处执行在用户的行进方向中的加速与减速之间的切换；

加速/减速区间估计步骤，将在每个加速/减速切换相位处划分的每个区间交替估计为加速区间或减速区间；以及

行进方位确定步骤，基于由减速区间中的水平加速度表示的方位和与由加速区间中的水平加速度表示的方位相反的方位确定用户的行进方位。

16.一种导航设备，包括：

检测单元，用于检测与用户的步行一起产生的加速度中的表示垂直方向中的加速度的垂直加速度和表示在水平面中的加速度的方向和大小的水平加速度；

步行周期设置单元，用于基于垂直加速度的过零点将对应于用户的两步的时间周期设置为步行周期；

加速/减速切换相位设置单元，用于基于在步行周期中水平加速度的大小为极小值的相位设置加速/减速切换相位，其中执行在用户的行进方向中的加速与减速之间的切换；

加速/减速区间估计单元，用于将在每个加速/减速切换相位处划分的每个区间交替估计为加速区间或减速区间；

行进方位确定单元，用于基于由减速区间中的水平加速度表示的方位和与由加速区间中的水平加速度表示的方位相反的方位确定用户的行进方位；以及

提供控制单元，用于通过预定提供单元对用户提供基于通过预定位置检测单元检测的当前位置和行进方位的指导。

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