CN103874904B - 偏移估计装置、偏移估计方法、偏移估计程序以及信息处理装置 - Google Patents

Abstract

提供一种迅速地估计由地磁传感器输出的磁数据的偏移的偏移估计装置等。偏移估计装置(40)对由磁传感器(20)输出的磁数据的偏移进行估计，包括：旋转轴计算部，其获取由磁传感器(20)检测出的多个磁数据以及与偏移估计装置(40)的旋转量相应的多个角速度数据，在配置多个磁数据的三维坐标空间上，根据多个磁数据中的任意的磁数据群和与该磁数据群对应的各磁数据，来确定表示通过经由磁数据群的平面中心且与平面垂直的直线的多个旋转轴；以及偏移估计部，其根据多个旋转轴，对由磁传感器(20)输出的磁数据的偏移进行估计。

Description

偏移估计装置、偏移估计方法、偏移估计程序以及信息处理装置

技术领域

本发明涉及一种对用于计测方位角的磁传感器所输出的磁数据的偏移进行估计的技术。

背景技术

已知一种利用地磁来计测方位角的方位角计测装置。该方位角计测装置通常在检测地磁的同时也检测由磁体等产生的磁场，因此在计测方位角时，从检测出的地磁中减去由该磁场引起的信号成分、即偏移而求出方位角。例如在专利文献1的方位角测量装置中，使用由三轴磁传感器检测出的地磁以及其偏移来计测方位角。

专利文献1：日本特开2004-309227号公报

发明内容

发明要解决的问题

如专利文献1所公开那样，以往存在利用地磁与偏移来计测方位角的装置，但是仅使用在三维空间内使方位角测量装置进行移动和旋转等而测量到的地磁数据来估计偏移，因此无法实现在微小的移动和旋转等的情况下迅速地得到偏移。

近年来，除了智能电话等便携式终端的普及以外，平板型终端也不断普及，以磁传感器为代表的各种传感器的搭载也不断发展。但是，在仅使用专利文献1所公开那样的磁传感器的输出来计算磁传感器的偏移值的情况下，在微小的移动和旋转等的情况下难以高精度地估计偏移，需要使终端较大幅地移动和旋转。

如果是智能电话那样的小型便携式终端，则能够较容易地立体地移动和旋转，但是平板型终端大于智能电话那样的便携式终端，因此难以立体地移动和旋转，从而强烈期望实现即使终端进行更小的移动和旋转等也能够计算出磁传感器所输出的磁数据的偏移值而能够计测方位角的方法。

因此，本发明的目的在于提供一种能够高精度地估计由地磁传感器输出的磁数据的偏移的偏移估计装置、偏移估计方法以及信息处理装置。

用于解决问题的方案

用于解决上述问题的偏移估计装置对三轴的地磁检测部输出的磁数据的偏移进行估计，该偏移估计装置具备：第一旋转轴计算部，其获取上述地磁检测部输出的第一时刻的磁数据和第二时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据以及相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第一时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第二时刻的磁数据的坐标值时的第一旋转轴；第二旋转轴计算部，其获取上述地磁检测部输出的第三时刻的磁数据和第四时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据以及相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第三时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第四时刻的磁数据的坐标值时的第二旋转轴；以及偏移估计部，其根据上述第一旋转轴与上述第二旋转轴会聚的坐标值，来对上述地磁检测部的上述磁数据的偏移进行估计。

在此，也可以是，上述第一旋转轴计算部进行以下计算：根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算上述第一旋转轴的方向矢量；根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据，来计算上述第一旋转轴上的坐标值；以及根据上述第一旋转轴的方向矢量和上述第一旋转轴上的坐标值来计算上述第一旋转轴。

或者，也可以是，上述第一旋转轴计算部根据上述第一时刻的磁数据、上述第二时刻的磁数据以及第五时刻的磁数据、作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第二时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算至少两点以上的上述第一旋转轴上的坐标值，上述第一旋转轴计算部根据上述至少两点以上的上述第一旋转轴上的坐标值来计算上述第一旋转轴。

也可以是，上述第二旋转轴计算部进行以下计算：根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算上述第二旋转轴的方向矢量；根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据，来计算上述第二旋转轴上的坐标值；以及根据上述第二旋转轴的方向矢量和上述第二旋转轴上的坐标值来计算上述第二旋转轴。

也可以是，上述第二旋转轴计算部根据上述第三时刻的磁数据、上述第四时刻的磁数据以及第六时刻的磁数据、作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第四时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算至少两点以上的上述第二旋转轴上的坐标值，上述第二旋转轴计算部根据上述至少两点以上的上述第二旋转轴上的坐标值来计算上述第二旋转轴。

也可以是，上述第一旋转轴计算部进行以下计算：根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第一时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第一时刻对应的第一方向余弦矩阵；根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第二时刻对应的第二方向余弦矩阵；根据上述第一方向余弦矩阵和上述第二方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的第一差分方向余弦矩阵；以及根据上述第一差分方向余弦矩阵和上述第一差分方向余弦矩阵的转置矩阵以及上述第一磁数据和上述第二磁数据，来计算上述第一旋转轴上的坐标值，上述第二旋转轴计算部进行以下计算：根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第三时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第三时刻对应的第三方向余弦矩阵；根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第四时刻对应的第四方向余弦矩阵；根据上述第三方向余弦矩阵以及上述第四方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的第二差分方向余弦矩阵；以及根据上述第二差分方向余弦矩阵和上述第二差分方向余弦矩阵的转置矩阵以及上述第三磁数据和上述第四磁数据，来计算上述第二旋转轴上的坐标值。

也可以是，根据上述第一差分方向余弦矩阵来计算上述第一旋转轴的方向矢量。

也可以是，根据上述第二差分方向余弦矩阵来计算上述第二旋转轴的方向矢量。

也可以是，上述第一旋转轴计算部进行以下计算：根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第一时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第一时刻对应的第一方向余弦矩阵；根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第二时刻对应的第二方向余弦矩阵；根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第五时刻对应的第五方向余弦矩阵；根据上述第一方向余弦矩阵以及上述第二方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述地磁检测部的旋转量相应的第一差分方向余弦矩阵，根据上述第二方向余弦矩阵以及上述第五方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第二时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量相应的第三差分方向余弦矩阵；根据上述第一差分方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述地磁检测部的旋转量相应的第一旋转角度；根据上述第三差分方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第二时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量相应的第二旋转角度；以及根据上述第一旋转角度、上述第二旋转角度、上述第一磁数据、上述第二磁数据以及上述第五磁数据，来计算上述第一旋转轴上的坐标值。

也可以是，上述第二旋转轴计算部进行以下计算：根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第三时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第三时刻对应的第三方向余弦矩阵；根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量数据，来计算与上述第四时刻对应的第四方向余弦矩阵；根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量数据，来计算与上述第六时刻对应的第六方向余弦矩阵；根据上述第三方向余弦矩阵以及上述第四方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的第二差分方向余弦矩阵；根据上述第四方向余弦矩阵以及上述第六方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第四时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量相应的第四差分方向余弦矩阵；根据上述第二差分方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的第三旋转角度；根据上述第四差分方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第四时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量相应的第四旋转角度；以及根据上述第三旋转角度、上述第四旋转角度、上述第三磁数据、上述第四磁数据以及上述第六磁数据，来计算上述第二旋转轴上的坐标值。

也可以是，上述旋转量数据是基于角度数据、角速度数据、角加速度数据的数据。

用于解决上述问题的偏移估计方法具备以下步骤：第一旋转轴计算步骤，获取上述地磁检测部输出的第一时刻的磁数据和第二时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据以及相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第一时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第二时刻的磁数据的坐标值时的第一旋转轴；第二旋转轴计算步骤，获取上述地磁检测部输出的第三时刻的磁数据和第四时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据以及相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第三时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第四时刻的磁数据的坐标值时的第二旋转轴；以及偏移估计步骤，其根据上述第一旋转轴与上述第二旋转轴会聚的坐标值，来对上述地磁检测部的上述磁数据的偏移进行估计。

用于解决上述问题的偏移估计程序用于使计算机对三轴的地磁检测部输出的磁数据的偏移进行估计，该偏移估计程序的特征在于，使计算机进行以下动作：获取上述地磁检测部输出的第一时刻的磁数据和第二时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据以及相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第一时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第二时刻的磁数据的坐标值时的第一旋转轴；获取上述地磁检测部输出的第三时刻的磁数据和第四时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据以及相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第三时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第四时刻的磁数据的坐标值时的第二旋转轴；以及根据上述第一旋转轴与上述第二旋转轴会聚的坐标值，对上述地磁检测部的上述磁数据的偏移进行估计。

用于解决上述问题的信息处理装置具备：上述偏移估计装置；地磁检测部；以及角速度检测部。

发明的效果

根据本发明，能够高精度地估计由地磁传感器输出的磁数据的偏移。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的物理量计测系统的整体概要结构的一例的图。

图2是表示偏移估计装置的功能的一例的框图。

图3是表示物理量计测装置中的物理量计测动作的一例的流程图。

图4是示意性地表示在地磁的大小不发生变化的环境下时刻经过时的地磁数据的分布状况、偏移值以及旋转轴信息的关系的图。

图5是表示插座单元的应用例的图。

图6是示意性地表示从时刻t+1起时间进一步经过的时刻t+2时的测量数据的关系的图。

图7是示意性地表示根据在不同的时刻t、t+1、t+2测量得到的磁数据群以及符合的DCM数据群而计算出的旋转轴信息和平面等的关系的图。

图8是从多个旋转轴估计偏移时的示意图。

图9是示意性地表示在地磁的大小不发生变化的环境下时刻经过时的地磁数据的分布状况、偏移值以及旋转轴信息的关系的图。

图10在二维平面上表示图9中的圆平面440的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照附图说明包含本发明的偏移估计装置的物理量计测系统的一个实施方式。实施方式所涉及的物理量计测系统100是以下系统：例如被搭载于便携式电话机、PDA(PersonalDigitalAssistant：个人数字助理)、平板型终端等便携式设备，在用户移动便携式设备时，用于对作为地磁以外的信号成分的偏移进行估计并计测方位角。

图1是表示物理量计测系统100的整体概要结构的一例的图。

物理量计测系统100具备物理量计测装置(方位角计测装置)10和运算部200。

物理量计测装置10具有磁传感器(地磁检测部)20、旋转量传感器(旋转量检测部)21、数据获取部30以及偏移估计装置40。

磁传感器20用于检测地磁。在本实施方式中，例如对由X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向构成的检测三个成分的地磁的磁传感器的情况进行说明，但是也可以是检测四个成分以上的地磁的磁传感器。

旋转量传感器21能够检测旋转量并输出旋转量数据即可。作为旋转量，考虑角度、角速度、角加速度等，作为旋转量数据，考虑角度数据、角速度数据、角加速度数据等。

旋转量传感器的种类并不特别限定，也可以是角度传感器、加速度传感器。另外，还能够使用来自对已知的外部磁场进行检测的磁传感器的信息来计算旋转量，因此也可以将磁传感器使用于旋转量传感器。另外，也可以使用在进行规定的旋转的情况下发出信号的设备作为旋转量传感器。在本实施例中，使用角速度传感器作为旋转量传感器。

数据获取部30通过反复获取由磁传感器20检测出的地磁数据以及由角速度传感器21检测出的角速度数据，来以数字信号或者模拟信号获取由多个地磁数据和多个角速度数据构成的矢量物理量数据群。

本实施方式的数据获取部30还在上述矢量物理量数据群为模拟信号的情况下，对其进行放大处理、滤波处理以及A/D变换处理而输出到偏移估计装置40，但是也可以不进行A/D变换处理而保持模拟信号的状态进行输出。或者，数据获取部30也可以在A/D变换处理之后例如进行平均化处理等滤波处理。

对于上述矢量物理量数据群为数字信号的情况，在数据获取部30中也可以进行期望的数字信号处理、例如平均化处理等滤波处理。

偏移估计装置40根据上述矢量物理量数据群计算DCM(DirectionCosineMatrix：方向余弦矩阵)数据以及各种角数据(横摆角、倾侧角以及俯仰角)。将这些矢量物理量数据群、DCM数据以及各种角数据存储到偏移估计装置40内的存储器。

而且，偏移估计装置40使用所存储的DCM数据群、各种角数据群以及矢量物理量数据群来计算后述的旋转轴方向矢量以及后述的旋转轴信息。

并且，偏移估计装置40根据计算出的旋转轴信息群估计矢量物理量数据群所包含的基准点，将估计出的多个基准点中可靠度高的基准点估计为偏移。

运算部200根据由物理量计测装置10获取到的矢量物理量数据群和估计出的偏移来计算系统所需的信息。

图2是表示偏移估计装置40的结构例的图。

偏移估计装置40具有分配部41、DCM计算部42、各种角计算部43、数据选择部44、旋转轴计算部45、基准点估计部46、可靠性判断部47以及参数管理部48。

分配部41从数据获取部30获取矢量物理量数据群D1，根据后级的处理内容，按每个种类分配该矢量物理量数据群D1。在本实施方式中，分配部41将矢量物理量数据群D1分别输出到DCM计算部42、各种角计算部43以及数据选择部44。

DCM计算部42根据所输入的矢量物理量数据群计算DCM数据R1。

各种角计算部43根据从DCM计算部42输出的DCM数据R1来计算各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)A1。

数据选择部44被输入来自分配部41的矢量物理量数据群D1、来自DCM计算部42的DCM数据R1以及来自各种角计算部43的各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)A1并将其例如存储到存储器。

并且，数据选择部44使用在参数管理部48内设定的参数来判断上述例如存储在存储器中的矢量物理量数据群D1、DCM数据群R1以及各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)群A1是否为规定的条件(适合于后级的基准点估计部46中的处理的数据)。数据选择部44例如在判断对象的数据值为参数以下的情况下，判断为满足规定的条件，将矢量物理量数据群D1、DCM数据群R1以及各种角数据群A1输出到旋转轴计算部45。

旋转轴计算部45使用矢量物理量数据群D1、DCM数据群R1以及各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)群A1，计算由旋转轴的方向矢量以及旋转中心坐标构成的旋转轴信息，该旋转轴的方向矢量由规定的坐标轴系(在本实施方式中，例如三轴)构成。在后文中说明该计算处理。

而且，旋转轴计算部45判断计算出的旋转轴信息是否为适合于后级的基准点估计部46中的处理的数据，在判断为适合的情况下，将旋转轴信息例如存储到存储器。

基准点估计部46使用计算出的旋转轴信息群RL1，使用在参数管理部48中设定的参数，通过分析方法来估计基准点的坐标。在本实施方式中，例如对使用三轴磁传感器20来检测地磁的情况进行说明，因此将检测出的地磁数据群所分布的球面的中心称为基准点。

可靠性判断部47判断由基准点估计部46估计出的基准点的可靠度(在本实施方式中，例如是否以系统能够允许的误差进行了估计)，将判断为可靠度高的基准点作为偏移而输出。用于判断基准点的可靠度的方法可考虑各种方法。然而，存在以下方法：按照后述的参数，计算基准点的可靠性信息，将该可靠性信息与判断值进行比较而设为可靠度的指标。此外，在本实施方式中，将基准点估计部46和可靠性判断部47一起称为偏移估计部。

上述判断值可以是一个也可以是多个。在存在多个判断值的情况下，也可以根据多个判断值各自与上述可靠性信息的比较结果，将可靠度划分为多个分区。在该情况下，也可以仅输出可靠度为最高分区的情况下的偏移，但是并不限定于此。例如在将可靠度划分为“优”、“良”、“可”、“不可”这四个分区的情况下，有时不仅限定于“优”而在成为“良”或者“可”的可靠度的情况下也输出偏移在使用者的便利性方面更理想。

另外，可靠性判断部47可以输出上述可靠性信息或者可靠度，也可以输出可靠性信息和可靠度两者。

参数管理部48对与偏移估计有关的各种参数进行管理。参数管理部48通过根据偏移估计装置40中的处理状况来变更与偏移估计有关的各种参数，来对偏移估计装置40整体的行为进行管理使得估计出符合其处理状况的最佳偏移。

作为参数，例如存在测量参数、判断值、计算参数等，将这些按若干等级保存到表中。

参数管理部48也可以对照处理状况从多个等级中选择一个等级，用以上述选择的等级表示的参数对物理量计测装置100的行为进行管理。或者，参数管理部48也可以对照处理状况使参数的各种项目连续地变化。或者，参数管理部48也可以输出当前所使用的参数的管理状态。

以下，说明本实施方式的物理量计测装置10的动作。

首先，参照图3说明物理量计测处理中的物理量计测装置10的动作。

图3是表示物理量计测装置10中的物理量计测的动作的流程图。

在步骤S1中，检测由多个成分构成的矢量物理量。具体地说，磁传感器20检测由三个成分构成的地磁，并且角速度传感器21检测角速度。

在步骤S2中，数据获取部30获取检测出的矢量物理量。在本实施方式中，为了容易进行偏移估计装置40中的处理，数据获取部30例如根据获取到的数据的种类，进行放大处理、滤波处理以及A/D变换处理。

在步骤S3中，偏移估计装置40的分配部41对由数据获取部30获取到的多种矢量物理量数据进行分配而输出到后级。

在步骤S4中，偏移估计装置40使用在步骤S3中分配的矢量物理量数据来计算DCM数据以及各种角数据。具体地说，偏移估计装置40的DCM计算部42根据所输入的矢量物理量来计算DCM数据R1，偏移估计装置40的各种角计算部43根据从DCM计算部42输出的DCM数据R1来计算各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)A1。

在步骤S5中，偏移估计装置40的数据选择部44判断在步骤S4中计算出的DCM数据、各种角数据、在步骤S3中分配的矢量物理量数据是否为适合于基准点估计部46中的处理的数据。其结果，在判断为适合的情况下，数据选择部44选择该DCM数据、各种角数据以及矢量物理量数据，例如存储到存储器。

在步骤S6中，偏移估计装置40的旋转轴计算部45根据DCM数据群、各种角数据群以及矢量物理量数据群，计算由旋转轴方向矢量以及旋转轴上坐标构成的旋转轴信息。而且，旋转轴计算部45判断计算出的旋转轴信息数据是否为适合于基准点估计部46中的处理的数据。其结果，在判断为适合的情况下，旋转轴计算部45将该旋转轴信息例如存储到存储器。

在步骤S7中，偏移估计装置40的基准点估计部46使用旋转轴信息群、根据规定的评价式，对矢量物理量数据群所包含的基准点进行估计。

在步骤S8中，偏移估计装置40的可靠性判断部47判断估计出的基准点的坐标的可靠度，将判断为可靠度高的基准点作为偏移而输出。

[参数管理部的动作]

接着，说明参数管理部48的动作。

在参数管理部48中，在检测出物理量计测装置10的内部状态的变化或者物理量计测装置10的测量环境的变化的情况下，根据其检测结果变更要使用的参数。

[偏移估计装置的动作]

接着，说明偏移估计装置40的动作。

在偏移估计装置40中，根据由数据获取部30获取到的至少两种测量数据中一种测量数据来计算DCM数据，根据计算出的DCM数据来计算横摆角、倾侧角和俯仰角。而且，偏移估计装置40根据需要而将DCM数据、横摆角、倾侧角、俯仰角以及测量数据例如存储到存储器。根据所存储的DCM数据群、各种角数据群(横摆角、倾侧角、俯仰角)以及测量数据群，按照预先决定的过程对由数据获取部30输出的至少两种数据中的一种数据所包含的基准点进行估计，在进行可靠性的判断之后，作为偏移而输出。在此，根据计算出的DCM数据来计算横摆角、倾侧角以及俯仰角。然而，也可以通过其它方法来计算横摆角、倾侧角以及俯仰角，这是显而易见的。

在本实施方式中，使用DCM数据群、各种角数据群(横摆角、倾侧角、俯仰角)、测量数据群沿着决定的过程进行运算，由此与仅根据一种测量数据群来对测量数据群所包含的偏移进行估计相比，在三维空间中的微小移动、旋转、运动时也能够估计偏移。

关于用于计算DCM数据以及各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)的测量数据，可以是由数据获取部30获取到的数据本身，也可以使用为了降低噪声的影响而对测量数据群实施一些运算处理(例如平均化处理)而得到的数据。另外，关于计算旋转轴信息时使用的测量数据也同样，可以直接使用由数据获取部30获取到的数据，也可以使用为了降低噪声的影响而对测量数据群实施一些运算处理(例如平均化处理)而得到的数据。

并且，关于计算旋转轴信息时使用的DCM数据、各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)也同样，可以直接使用由DCM计算部42计算出的DCM数据以及由各种角计算部43计算出的各种角数据(横摆角、倾侧角和俯仰角)，也可以使用为了减小计算时产生的误差、由测量数据内包含的噪声引起的偏差对计算出的DCM数据群和横摆角、倾侧角、俯仰角数据群实施一些运算处理(例如平均化处理)而得到的数据。

[运算部200的动作]

图1示出的物理量计算系统100在运算部200中通常接收由物理量计测装置10的数据获取部30获取到的测量数据以及由基准点估计部40估计出的偏移来计算系统所需的信息。

例如，磁传感器20为三轴磁传感器，在以检测地磁并计算方位角为目的的方位角计测装置的情况下，首先根据估计出的偏移以及获取到的测量数据来计算地磁的值，接着计算方位角。

具体地说，当将由可靠性判断部47输出的偏移设为O=(O_x,O_y,O_z)并且将具备物理量计测系统100的便携式设备例如水平(磁传感器x测量轴、y测量轴处于水平面上)时的磁测量数据设为M=(M_x,M_y,M_z)时，通过以下式表示x测量轴相对于磁北的方位θ。

[式1]

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{{-M}_y-O_y}{M_x-O_x}\right)$

此外，在具备物理量计测系统100的便携式设备不处于水平面上的情况下，当然也能够计算x测量轴相对于磁北的方位θ。

[估计基准点时的处理]

如上所述在地磁的大小不发生变化的环境下，在使用三轴磁传感器20来获取地磁数据的情况下，地磁的测量数据分布在球面上。

图4是示意性地表示在地磁的大小不发生变化的环境下时刻经过时的地磁数据的分布状况、偏移值以及旋转轴信息的关系的图。

图4示出的Xs轴、Ys轴、Zs轴为相互正交的坐标轴。在本实施方式中，由磁传感器20和角速度传感器21输出的数据的三轴坐标轴与上述Xs轴、Ys轴、Zs轴分别一致或者被数据变换为与上述Xs轴、Ys轴、Zs轴分别一致。

在磁传感器20中，在时刻t测量得到的磁数据即测量数据401以及在时刻t+1测量得到的磁数据即测量数据402分布在以磁传感器20的数据群所包含的偏移400为中心的球面上，并且分布在与通过偏移400的旋转轴410垂直的圆平面440的圆弧上。另外，能够使用旋转轴410的方向矢量430和存在于旋转轴410上的坐标来表示旋转轴410。

此外，旋转轴410是由上述旋转轴计算部45(第一旋转轴直线计算部)计算出的。

在本实施方式中，作为一例，根据基于在时刻t测量得到的磁数据401和角速度传感器21的角速度数据而计算出的DCM数据以及基于在时刻t+1测量得到的磁数据402和角速度数据而计算出的DCM数据来计算旋转轴方向矢量和旋转轴上的坐标，求出用于估计偏移400的旋转轴410。在后文中说明求出旋转轴410的处理。

另外，在时刻t，能够使用根据角速度数据计算出的DCM数据来计算时刻t的各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)。同样地，能够计算时刻t+1的各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)。因此，例如通过求出这两个各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)的差分角度，能够求出在从时刻t至时刻t+1为止的期间搭载了物理量计测系统100的便携式终端的姿势以横摆角、倾侧角、俯仰角旋转了何种程度。由此，能够判断便携式终端的姿势变化的程度。

在该情况下，与在参数管理部48中设定的计算参数进行比较，根据其比较结果来判断仅在便携式终端例如旋转某一固定角度以上的情况下的数据群，仅利用该数据群来求出旋转轴信息。由此，能够容易地排除便携式终端没有移动、运动小的情况下等的不适合于后级的基准点估计的数据，结果是有助于提高基准点估计的精度。

这是由于，例如在由于磁场混乱而仅磁数据变动的情况下，当仅用磁数据来进行偏移的估计时，能够容易地想象到其值与真正的偏移值相比大幅偏移。但是，如果使用在本实施方式中说明的方法等还参考来自角速度传感器21的数据，则能够排除这种以往无法解决的不适合于偏移估计的状况。

在此，根据DCM数据来计算各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)，将该横摆角、倾侧角、俯仰角的差分数据设为便携式终端的运动指标，但是也可以根据角速度数据的绕各轴的累积角度来判断便携式终端移动了何种程度，或者也可以利用磁传感器数据、加速度传感器数据等来判断便携式终端的姿势变化的程度。

[计算旋转轴信息时的处理]

接着，关于求出旋转轴410的方法，使用公式来进行具体说明。在此，将在时刻t测量得到的磁数据401设为A=(A_x,A_y,A_z)^T，将在时刻t+1测量得到的磁数据402设为B=(B_x,B_y,B_z)^T。此外，将A、B设为传感器坐标系中的值。A^T表示A的转置矢量，B^T表示B的转置矢量。

另一方面，在全局坐标系中，将与磁数据401对应的全局坐标系中的值设为A_G，将与磁数据402对应的全局坐标系中的值设为B_G。另外，将根据时刻t的测量得到的角速度数据而计算出的DCM数据451设为R_A，将根据在时刻t+1测量得到的角速度数据而计算出的DCM数据452设为R_B。另外，在处理三轴数据的情况下，以3×3的矩阵表示DCM数据，如以下式那样定义一般式。

[式2]

$R=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{\mathrm{xx}}& r_{\mathrm{xy}}& r_{\mathrm{xz}}\\ r_{\mathrm{yx}}& r_{\mathrm{yy}}& r_{\mathrm{yz}}\\ r_{\mathrm{zx}}& r_{\mathrm{zy}}& r_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]$

首先，说明根据角速度数据计算通过式2定义的DCM数据的方法。当将时刻t的DCM数据设为R_A、将时刻t+1的DCM数据设为R_B、将时刻t+1的角速度数据设为ω=(ω_x,ω_y,ω_z)^T以及将角速度传感器测量间隔时间设为ΔT时，能够使用R_t-1和角速度数据ω，如式3那样求出R_t。其中，角速度数据的单位为(rad/sec)，ΔT的单位为(sec)。

[式3]

$R_B=R_A+R_A\left[\begin{array}{ccc}0& -{\mathrm{\ω}}_z& {\mathrm{\ω}}_y\\ {\mathrm{\ω}}_z& 0& -{\mathrm{\ω}}_x\\ -{\mathrm{\ω}}_y& {\mathrm{\ω}}_x& 0\end{array}\right]\mathrm{\ΔT}$

按照式3能够分别计算出时刻t时的DCM数据(R_A)451和时刻t+1时的DCM数据(R_B)452。另外，对于按照式3计算出的DCM数据，当经过时间时由于运算精度等问题而有时失去正交性，因此也可以在计算出DCM数据之后，实施用于保持正交性的运算处理。

另外，在此，如式3所示，直接使用角速度传感器的数据来计算DCM数据，但是例如使用各种角数据(横摆角、倾侧角、俯仰角)、四元数(quaternion)等来计算DCM数据也没问题。另外，代替角速度传感器，使用加速度传感器等能够计算旋转量的其它方法来计算DCM数据也没问题。

在本实施方式的说明中，以在时刻t和时刻t+1采样磁数据和角速度数据的情况为前提，但是如果磁数据的获取时间与角速度数据对应，则可以不需要这样的处理。也就是说，作为磁数据的获取时间和角速度数据的获取时间，如果得到本发明的效果、即能够高精度地估计地磁传感器的偏移的效果，则两者也可以产生偏移。

另外，在本实施方式中，如时刻t和时刻t+1那样，举例示出仅增加最小采样时间量的情况，但是时刻t与时刻t+1的时间差也可以不是最小采样时间量。

另外，作为时刻t与时刻t+1的时间差，在不是设为最小采样时间量而是设为任意的时间差的情况下，例如作为求出DCM数据时使用的角速度数据的一例，可以使用时刻t和时刻t+1的两个角速度数据，也可以使用从时刻t至时刻t+1为止获取到的任意个数的角速度数据。

并且，在求出多个DCM数据、即DCM数据(R_A)、DCM数据(R_B)等时，从维持DCM数据的相互关系性这种观点出发，优选以同一时刻的DCM数据为基准来进行计算。例如，作为基准的DCM数据能够举出单位矩阵等，但是能够将由期望的值构成的DCM数据设为基准。另外，例如在磁场的状态发生变化的情况下、磁化状态发生变化的情况下等不需要维持DCM数据的相互关系性的情况下、需要复位的情况下等，也可以变更作为基准的DCM数据的时刻。

当使用DCM数据(R_A)451和DCM数据(R_B)452时，能够以下式那样定义磁数据A、A_G和磁数据B、B_G的关系。

[式4]

A_G=R_AA

[式5]

B_G=R_BB

设为在传感器坐标系的磁测量值(磁数据A、磁数据B)中包含偏移值，当将偏移值设为b₀、将地磁的值设为b_c时，能够以下式那样表示磁数据A、B。此外，R_A ^T表示R_A的转置矩阵。

[式6]

A=b₀+R_A ^Tb_c

[式7]

B=b₀+R_B ^Tb_c

在此，在式6的两边乘以R_A时、在式7的两边乘以R_B时，成为式8、式9。而且，从这两个式导出式10。

[式8]

R_AA=R_Ab₀+b_c

[式9]

R_BB=R_Bb₀+b_c

[式10]

R_AA-R_BB=(R_A-R_B)b₀

接着，关于磁数据之间的变化量，说明使用了DCM数据的表现。在式6、式7中说明了在测量得到的磁传感器数据中包含偏移的情况。

在此，当作为从磁数据中减去偏移值b₀的磁数据而将磁数据A设为A’、将磁数据B设为B’时，能够以下那样表示磁数据之间的关系。

[式11]

A’=R_A ^Tb_c

[式12]

B’=R_B ^Tb_c

关于式11和式12，在求解b_c而将这些进行代入时，成为以下式。

[式13]

R_AA’=R_BB’

并且，当求解A’、B’时，成为式14和式15。

[式14]

A’=R_A ^TR_BB’

[式15]

B’=R_B ^TR_AA’

根据式14和式15，当考虑从磁数据中减去偏移值b₀的磁数据时，能够通过DCM数据来表现两点的变化量。当将从A变化为B的变化量设为ΔR_BA时，能够如式16和式17那样表示。

[式16]

A’=ΔR_BA ^TB’

[式17]

B’=ΔR_BA ^TA’

接着，在式10的两边分别乘以R_A ^T和R_B ^T并对计算出的两个式的差分进行计算时成为以下公式。在此，使用式14～式17的关系来整理式。

[式18]

R_A ^TR_AA-R_A ^TR_BB=R_A ^T(R_A-R_B)b₀

[式19]

R_B ^TR_AA-R_B ^TR_BB=R_B ^T(R_A-R_B)b₀

[式20]

A+B-(ΔR_BAA+ΔR_BA ^TB)=(2-ΔR_BA ^T-ΔR_BA)b₀

关于式10右边的以(R_A-R_B)表示的3×3的矩阵，如果能够求出逆矩阵则能够求出b₀，但是在本实施方式中求出的矩阵(R_A-R_B)的矩阵式在原理上为0，因此可知无法求出逆矩阵。然而，根据式20能够求出从A变化为B时的垂线相对于旋转轴的方向矢量。能够用下式表示该方向矢量。也就是说，能够表现旋转轴410上的坐标(P)。

[式21]

$P=\frac{A+B-(\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{BA}}+\mathrm{\Δ}{R_{\mathrm{BA}}}^{T}B)}{3-\mathrm{Trace}\left(\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{BA}}\right)}$

接着，关于旋转轴方向矢量(n=(n_x,n_y,n_z))430，在用式22定义差分DCM数据(R_BA)453的要素的情况下，能够用式23来表示。

[式22]

$R_{\mathrm{BA}}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{\mathrm{xx}}& r_{\mathrm{xy}}& r_{\mathrm{xz}}\\ r_{\mathrm{yx}}& r_{\mathrm{yy}}& r_{\mathrm{yz}}\\ r_{\mathrm{zx}}& r_{\mathrm{zy}}& r_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]$

[式23]

$n=\left(\begin{array}{c}{n}_x\\ n_y\\ n_z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{r}_{\mathrm{zy}}-r_{\mathrm{yz}}\\ r_{\mathrm{xz}}-y_{\mathrm{xz}}\\ r_{\mathrm{yx}}-r_{\mathrm{xy}}\end{array}\right)$

此外，通过将用式23表现的旋转轴矢量归一化，能够设为旋转轴410的方向单位矢量。此外，在本实施方式中，将用式23表现的矢量归一化，但是在用公式表现旋转轴时即使不进行归一化，也不会给本实施方式的效果带来影响。

另外，在本实施方式中，如上所述那样例如通过求出两个横摆角、两个倾侧角、两个俯仰角的各差分角度，能够求出在时刻t与时刻t+1之间搭载了物理量计测系统100的便携式终端的姿势旋转了何种程度。

此外，在第一实施方式和第二实施方式中，相当于时刻t与时刻t+1之间的期间不仅是时刻t与时刻t+1之间，还包含使时刻t与时刻t+1之间的时间少许增减的期间。

但是，为了进一步提高精度，通过将旋转轴方向矢量的标量设为指标，能够排除不适合于基准点估计的旋转轴信息。

在本实施方式中，通过使用了横摆角、倾侧角、俯仰角的判断以及使用了旋转轴方向矢量的标量的判断这两个阶段来进行了判断，但是为了减少用于求出旋转轴方向矢量的标量的运算量，进行在前级进行使用了横摆角、倾侧角、俯仰角的判断这种两个阶段判断。关于判断，可以仅使用任一方的方法来进行，也可以在后级的基准点估计的阶段中选择使用于估计的旋转轴信息。

接着，参照图5～图7说明根据计算出的旋转轴信息来估计偏移的过程。

图5是示意性地表示从时刻t+1起时间进一步经过的时刻t+2时的测量数据(磁数据)的关系的图。

在时刻t+1测量得到的磁数据402以及在时刻t+2测量得到的磁数据403分布在与通过偏移400的旋转轴411垂直的圆平面441的圆弧上。此外，通过上述旋转轴计算部45(第二旋转轴直线计算部)计算旋转轴411。

图6是示意性地表示根据在时刻t、时刻t+1、时刻t+2测量得到的磁数据群以及符合的DCM数据群计算出的旋转轴410、411与平面440、441等的关系的图。

通过目前说明的方法，当将旋转轴(L1)410的方向矢量430设为n=(n_x,n_y,n_z)、将旋转轴(L1)410上的坐标设为p=(p_x,p_y,p_z)、将旋转轴(L2)411的方向矢量431设为m=(m_x,m_y,m_z)、将旋转轴(L2)411上的坐标设为q=(q_x,q_y,q_z)时，能够以下式那样表示各旋转轴的直线方程式。

[式24]

$L_1=p+\mathrm{sn}=\left(\begin{array}{c}{p}_x\\ p_y\\ p_y\end{array}\right)+s\left(\begin{array}{c}{n}_x\\ n_y\\ n_z\end{array}\right)$ (s：变量)

[式25]

$L_2=q+\mathrm{tm}=\left(\begin{array}{c}{q}_x\\ q_y\\ q_y\end{array}\right)+t\left(\begin{array}{c}{m}_x\\ m_y\\ m_z\end{array}\right)$ (t：变量)

关于根据多个旋转轴会聚的坐标值来估计偏移值的方法，下面分为使用了两个旋转轴的情况以及使用了三个以上的旋转轴的情况来进行说明。

图7是根据用式24和式25表现的旋转轴410、411估计偏移400时的示意图。

此外，本实施方式中的“旋转轴会聚”的用语不仅包含多个旋转轴交叉的状态，还包含多个旋转轴处于绞拧的位置的状态。

如果在测量得到的磁传感器数据群和角速度传感器数据群中不包含噪声等且是理想的数据群，则两个旋转轴410、411交叉。然而，实际上，很多情况下在测量得到的传感器数据中混入有噪声，如果是通过目前说明的方法求出的旋转轴的位置关系，则很多情况下会绞拧。

首先，说明根据两个旋转轴410、411估计偏移值的情况。要估计的偏移400的坐标为到两个旋转轴410、411的空间距离最短的坐标。将偏移坐标作为变量，从偏移坐标向两个旋转轴410、411分别引垂线，求出其与各个垂足之间的空间距离，将其和最小的坐标设为偏移400的坐标即可。在此说明的内容始终是一例，例如，也可以设为使作为变量的偏移坐标与垂足的距离平方之和最小，求出与两个旋转轴410、411相互正交的直线并求出该直线与旋转轴410、411交叉的两点的坐标的中点作为偏移坐标也没问题。

接着，说明使用三个以上的旋转轴来估计偏移值的情况。将偏移坐标作为变量，求出其与针对各个旋转轴的垂足之间的空间距离，将其和最小的坐标设为偏移坐标即可。在此说明的内容始终是一例，例如也可以使作为变量的偏移坐标与垂足的距离平方之和最小来求出，例如也可以采用以下方法：设定某一球体并将经由该球体的旋转轴的个数最多的情况下的球体的中心坐标设为偏移坐标等即使不将空间距离作为指标来计算偏移值也可以起到与本发明同等效果的方法。

另外，在使用多个旋转轴来估计偏移的情况下，为了进一步提高估计精度，当然也可以实施根据旋转轴相互的特征来仅提取适合于偏移估计的旋转轴的处理。

图8是按照上述方法根据测量得到的磁传感器数据群和测量得到的角速度传感器数据群计算旋转轴信息并绘制测量得到的磁数据群、估计出的偏移坐标群以及以直线绘制利用于估计的旋转轴信息所得到的图。

示出在通常的办公环境下使搭载了物理量计测系统100的便携式终端进行旋转的情况的例子。

根据图8可知，测量得到的磁数据501球状地分布，按照本方式的过程计算出的多个旋转轴503以估计偏移坐标502为中心放射状地分布。这表示在本实施方式中采用的偏移的估计方式正常地发挥功能。

以上，详细说明了实施方式，但是具体的结构并不限定于这些实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围的设计变更、向其它用途的应用等。

例如，关于偏移估计装置40，以在物理量计测装置10内配置的结构为例进行了说明，但是例如也可以是仅偏移估计装置的结构。

关于偏移估计装置40，说明了根据时刻t1、t+1、t+2的磁数据和角速度数据来估计偏移的情况，但是例如也可以根据时刻t1、t+1、t+2、t+3或者其以上的时刻时的磁数据和角速度数据来估计偏移。或者，在求出旋转轴时，也可以选择多个磁数据中的任意的磁数据群(例如(t、t+1)和(t、t+2))来求出旋转轴。在计算多个旋转轴的情况下，如果全部该旋转轴不相同则能够估计偏移，即如果不同相的旋转轴至少存在一组则能够进行偏移的估计。

另外，在将多个方向余弦矩阵分别设为A、B、C、D时，也可以将基于第一角速度数据的信息设为基于差分方向余弦矩阵B^TA或者A^TB的信息，将基于第二角速度数据的信息设为基于差分方向余弦矩阵D^TC或者C^TD的信息。

方向余弦矩阵也可以包含从传感器坐标系向全局坐标系的变换矩阵和从全局坐标系向传感器坐标系的变换矩阵中的任一个。

可以将方向余弦矩阵定义为从传感器坐标系向全局坐标系的变换矩阵，也可以定义为从全局坐标系向传感器坐标系的变换矩阵。另外，在本实施例中，说明了将方向余弦矩阵定义为从传感器坐标系向全局坐标系的变换矩阵的情况，但是即使以经由传感器坐标系和全局坐标系以外的坐标系的方式定义方向余弦矩阵，也不会给本发明的效果带来影响。

以上，第一实施方式是关于一种偏移估计装置的说明，偏移估计装置对三轴的地磁检测部输出的磁数据的偏移进行估计，该偏移估计装置的特征在于，具备：

第一旋转轴计算部，其获取上述地磁检测部输出的第一时刻的磁数据和第二时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据以及相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第一时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第二时刻的磁数据的坐标值时的第一旋转轴；

第二旋转轴计算部，其获取上述地磁检测部输出的第三时刻的磁数据和第四时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据以及相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第三时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第四时刻的磁数据的坐标值时的第二旋转轴；以及

偏移估计部，其根据上述第一旋转轴与上述第二旋转轴会聚的坐标值，来对上述地磁检测部的上述磁数据的偏移进行估计。

更详细地说，第一实施方式是关于以下一种偏移估计装置的说明，

上述第一旋转轴计算部进行以下计算：

根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算上述第一旋转轴的方向矢量；

根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据，来计算上述第一旋转轴上的坐标值；以及

根据上述第一旋转轴的方向矢量和上述第一旋转轴上的坐标值来计算上述第一旋转轴。

更详细地说，第一实施方式是关于以下一种偏移估计装置的说明，

上述第二旋转轴计算部进行以下计算：

根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算上述第二旋转轴的方向矢量；

根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据，来计算上述第二旋转轴上的坐标值；以及

根据上述第二旋转轴的方向矢量和上述第二旋转轴上的坐标值来计算上述第二旋转轴。

(第二实施方式)

以下，说明本发明的偏移估计装置的一个实施方式。在本实施方式的说明中省略与第一实施方式相同的部分，并且根据需要使用在第一实施方式中示出的附图、公式等来进行说明。

在第一实施方式中，在磁传感器20中，在时刻t测量得到的磁数据即测量数据401以及在时刻t+1测量得到的磁数据即测量数据402分布在以磁传感器20的数据群所包含的偏移400为中心的球面上，并且分布在与通过偏移400的旋转轴410垂直的圆平面440的圆弧上。在该情况下，能够使用旋转轴410的方向矢量430和存在于旋转轴410上的坐标来表示第一实施方式中的旋转轴410。

与此相对，在本实施方式中，能够使用圆平面440的中心坐标471和存在于旋转轴410上的坐标来表示旋转轴410。

图9是示意性地表示在第二实施方式的情况下在地磁的大小不发生变化的环境下时刻经过时的地磁数据的分布状况、偏移值以及旋转轴信息的关系的图。在图9中与图4相比主要不同点在于示出了旋转角450。

参照图9，首先说明根据角速度数据求出旋转角450的方法。

能够以下那样表现在时刻t测量得到的测量数据即磁数据401与在时刻t+1测量得到的测量数据即磁数据402的对应关系。

当使磁数据401绕旋转轴410仅旋转旋转角450时，能够变换为磁数据402。旋转角450在如第一实施方式中说明的那样使用角速度数据作为时刻t与时刻t+1之间的变化量的情况下，能够使用差分DCM数据(R_BA)453来求出。

在此，例如设为当使用差分DCM数据(R_BA)453来使矢量V₁=(1，1，1)^T旋转时成为矢量V₂。

能够根据旋转前的矢量V₁和旋转后的矢量V₂的内积与外积来求出两个矢量间的角度。该情况下的角度相当于旋转角450。

在此，将矢量V₁作为单位矢量求出，但是并不必须是单位矢量，如果是能够求出旋转角450的方法，则不给本发明的效果带来任何影响。

图10是在二维平面上表示图9中的圆平面440的图。

根据在时刻t测量得到的磁数据401以及在时刻t+1测量得到的磁数据402来求出磁数据401、402的中点460。

而且，能够使用(磁数据401和402)、(磁数据401和中点460)或者(磁数据402和中点460)中的任一个来求出磁数据401与中点460之间的空间距离(d)490。

角度451为图9示出的旋转角450的一半(1/2)的大小。因此，使用角度451和空间距离490来求出中点460与点471之间的空间距离491。中点460与点470之间的空间距离为与空间距离(L)491相同的值。另外，使用角度451来求出中点460与点470之间的空间距离，由此能够求出中点460与圆平面的中心471之间的空间距离(L)491。

此外，在本实施方式中，作为求出空间距离(L)491的方法，例如采用使用空间距离(d)490和角度451来求出的方法，但是也可以使用其它方法来求出空间距离(L)491。

图10示出的圆平面的中心471的坐标处于距磁数据401、402之间的中点460为空间距离(L)491的位置处。如图10所示，距中点460等距离的点存在坐标470和471这两个。能够根据中点460和空间距离(L)491求出中心471的坐标值，但是无法确定坐标470、471中的哪一个是旋转的中心坐标。

因此，例如对从时刻t+1起时间进一步经过的t+2时的情况也进行相同的处理，计算两个旋转中心坐标的候选。

根据使用(时刻t、时刻t+1)的组合而计算出的旋转中心坐标的两个候选以及使用(时刻t+1、时刻t+2)的组合而计算出的旋转中心坐标的两个候选的位置关系，使用各个组合来确定旋转中心坐标。也就是说，旋转中心坐标之间的组合全部存在四种，但是将其中空间距离最小的组合的坐标估计为旋转中心坐标。因而，能够使用(时刻t、时刻t+1)和(时刻t+1、时刻t+2)的组合，对使用了各个组合的情况下的旋转中心坐标进行估计。

在本实施方式中，计算旋转中心坐标的候选，根据该候选坐标的位置关系来估计旋转中心坐标，但是也可以使用其它方法来确定旋转中心坐标。即使这样，也不会给本发明的效果带来影响。

关于旋转轴，当例如如第一实施方式示出那样求出旋转轴上的坐标时，与上述旋转中心坐标一起求出旋转轴上的两点的坐标，因此求出旋转轴的直线方程式。

根据这样求出的多个旋转轴，通过使用第一实施方式示出的方法来估计偏移。

以上，第二实施方式是一种关于偏移估计装置的说明，偏移估计装置对三轴的地磁检测部输出的磁数据的偏移进行估计，该偏移估计装置的特征在于，具备：

第一旋转轴计算部，其获取上述地磁检测部输出的第一时刻的磁数据和第二时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据以及相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第一时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第二时刻的磁数据的坐标值时的第一旋转轴；

第二旋转轴计算部，其获取上述地磁检测部输出的第三时刻的磁数据和第四时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的上述磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据以及相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第三时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第四时刻的磁数据的坐标值时的第二旋转轴；以及

偏移估计部，其根据上述第一旋转轴与上述第二旋转轴会聚的坐标值，来对上述地磁检测部的上述磁数据的偏移进行估计。

更详细地说，第二实施方式是关于以下一种偏移估计装置的说明，

上述第一旋转轴计算部根据上述第一时刻的磁数据、上述第二时刻的磁数据以及第五时刻的磁数据、作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第二时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算至少两点以上的上述第一旋转轴上的坐标值，

上述第一旋转轴计算部根据上述至少两点以上的上述第一旋转轴上的坐标值来计算上述第一旋转轴。。

更详细地说，第二实施方式是关于以下一种偏移估计装置的说明，

上述第二旋转轴计算部根据上述第三时刻的磁数据、上述第四时刻的磁数据以及第六时刻的磁数据、作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第四时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算至少两点以上的上述第二旋转轴上的坐标值，

上述第二旋转轴计算部根据上述至少两点以上的上述第二旋转轴上的坐标值来计算上述第二旋转轴。。

此外，在第一实施方式和第二实施方式的偏移估计装置中，在估计偏移时，第一时刻与第二时刻的组以及第三时刻与第四时刻的组不完全一致即可，也可以将第一时刻与第二时刻的组设为(时刻t、时刻t+1)、将第三时刻与第四时刻的组设为(时刻t、时刻t+2)来估计偏移。

以上，参照第一实施方式和第二实施方式，说明了能够高精度地估计地磁传感器的偏移的偏移估计装置和偏移估计方法。然而，例如也可以通过程序来实现各实施方式的偏移估计装置的功能。在该情况下，便携式终端、计算机等信息装置能够按照程序来实现上述偏移估计装置的功能。

另外，例如也可以构成具备各实施方式的偏移估计装置、地磁传感器(地磁检测部)以及角速度传感器(角速度检测部)的便携式终端等信息处理装置。即使这样，信息处理装置也能够起到在各实施方式中说明的效果。

附图标记说明

10：物理量计测装置；20：磁传感器；21：角速度传感器；30：数据获取部；40：偏移估计装置；41：分配部；42：DCM计算部；43：各种角计算部；44：数据选择部；45：旋转轴计算部；46：基准点估计部；47：可靠性判断部；48：参数管理部；100：物理量计测系统；200：运算部。

Claims (15)

1.一种偏移估计装置，对三轴的地磁检测部输出的磁数据的偏移进行估计，该偏移估计装置的特征在于，具备：

第一旋转轴计算部，其获取上述地磁检测部输出的第一时刻的磁数据和第二时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据以及相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第一时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第二时刻的磁数据的坐标值时的第一旋转轴；

第二旋转轴计算部，其获取上述地磁检测部输出的第三时刻的磁数据和第四时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据以及相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第三时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第四时刻的磁数据的坐标值时的第二旋转轴；以及

偏移估计部，其根据上述第一旋转轴与上述第二旋转轴会聚的坐标值，来对上述地磁检测部的磁数据的偏移进行估计。

2.根据权利要求1所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述第一旋转轴计算部进行以下计算：

根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算上述第一旋转轴的方向矢量；

根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据，来计算上述第一旋转轴上的坐标值；以及

根据上述第一旋转轴的方向矢量和上述第一旋转轴上的坐标值来计算上述第一旋转轴。

3.根据权利要求1所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述第一旋转轴计算部根据上述第一时刻的磁数据、上述第二时刻的磁数据以及第五时刻的磁数据、作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第二时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算至少两点以上的上述第一旋转轴上的坐标值，

上述第一旋转轴计算部根据上述至少两点以上的上述第一旋转轴上的坐标值来计算上述第一旋转轴。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述第二旋转轴计算部进行以下计算：

根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算上述第二旋转轴的方向矢量；

根据作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据，来计算上述第二旋转轴上的坐标值；以及

根据上述第二旋转轴的方向矢量和上述第二旋转轴上的坐标值来计算上述第二旋转轴。

5.根据权利要求1～3中的任一项所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述第二旋转轴计算部根据上述第三时刻的磁数据、上述第四时刻的磁数据以及第六时刻的磁数据、作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第四时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，来计算至少两点以上的上述第二旋转轴上的坐标值，

上述第二旋转轴计算部根据上述至少两点以上的上述第二旋转轴上的坐标值来计算上述第二旋转轴。

6.根据权利要求4所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述第一旋转轴计算部进行以下计算：

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第一时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第一时刻对应的第一方向余弦矩阵；

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第二时刻对应的第二方向余弦矩阵；

根据上述第一方向余弦矩阵和上述第二方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的第一差分方向余弦矩阵；以及

根据上述第一差分方向余弦矩阵和上述第一差分方向余弦矩阵的转置矩阵以及上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据，来计算上述第一旋转轴上的坐标值，

上述第二旋转轴计算部进行以下计算：

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第三时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第三时刻对应的第三方向余弦矩阵；

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第四时刻对应的第四方向余弦矩阵；

根据上述第三方向余弦矩阵以及上述第四方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的第二差分方向余弦矩阵；以及

根据上述第二差分方向余弦矩阵和上述第二差分方向余弦矩阵的转置矩阵以及上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据，来计算上述第二旋转轴上的坐标值。

7.根据权利要求5所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述第一旋转轴计算部进行以下计算：

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第一时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第一时刻对应的第一方向余弦矩阵；

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第二时刻对应的第二方向余弦矩阵；

根据上述第一方向余弦矩阵和上述第二方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的第一差分方向余弦矩阵；以及

根据上述第一差分方向余弦矩阵和上述第一差分方向余弦矩阵的转置矩阵以及上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据，来计算上述第一旋转轴上的坐标值，

上述第二旋转轴计算部进行以下计算：

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第三时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第三时刻对应的第三方向余弦矩阵；

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第四时刻对应的第四方向余弦矩阵；

根据上述第三方向余弦矩阵以及上述第四方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的第二差分方向余弦矩阵；以及

根据上述第二差分方向余弦矩阵和上述第二差分方向余弦矩阵的转置矩阵以及上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据，来计算上述第二旋转轴上的坐标值。

8.根据权利要求6或者7所述的偏移估计装置，其特征在于，

根据上述第一差分方向余弦矩阵来计算上述第一旋转轴的方向矢量。

9.根据权利要求6或者7所述的偏移估计装置，其特征在于，

根据上述第二差分方向余弦矩阵来计算上述第二旋转轴的方向矢量。

10.根据权利要求8所述的偏移估计装置，其特征在于，

根据上述第二差分方向余弦矩阵来计算上述第二旋转轴的方向矢量。

11.根据权利要求3所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述第一旋转轴计算部进行以下计算：

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第一时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第一时刻对应的第一方向余弦矩阵；

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第二时刻对应的第二方向余弦矩阵；

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第五时刻对应的第五方向余弦矩阵；

根据上述第一方向余弦矩阵以及上述第二方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述地磁检测部的旋转量相应的第一差分方向余弦矩阵，根据上述第二方向余弦矩阵以及上述第五方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第二时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量相应的第三差分方向余弦矩阵；

根据上述第一差分方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述地磁检测部的旋转量相应的第一旋转角度；

根据上述第三差分方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第二时刻与上述第五时刻之间的期间的旋转量相应的第二旋转角度；以及

根据上述第一旋转角度、上述第二旋转角度、上述第一时刻的磁数据、上述第二时刻的磁数据以及上述第五时刻的磁数据，来计算上述第一旋转轴上的坐标值。

12.根据权利要求5所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述第二旋转轴计算部进行以下计算：

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第三时刻之间的期间的旋转量数据来计算与上述第三时刻对应的第三方向余弦矩阵；

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量数据，来计算与上述第四时刻对应的第四方向余弦矩阵；

根据与上述第一时刻以前的时刻对应的方向余弦矩阵以及上述地磁检测部在相当于上述第一时刻以前的时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量数据，来计算与上述第六时刻对应的第六方向余弦矩阵；

根据上述第三方向余弦矩阵以及上述第四方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的第二差分方向余弦矩阵；

根据上述第四方向余弦矩阵以及上述第六方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第四时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量相应的第四差分方向余弦矩阵；

根据上述第二差分方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的第三旋转角度；

根据上述第四差分方向余弦矩阵，来计算与上述地磁检测部在相当于上述第四时刻与上述第六时刻之间的期间的旋转量相应的第四旋转角度；以及

根据上述第三旋转角度、上述第四旋转角度、上述第三时刻的磁数据、上述第四时刻的磁数据以及上述第六时刻的磁数据，来计算上述第二旋转轴上的坐标值。

13.根据权利要求1～3中的任一项所述的偏移估计装置，其特征在于，

上述旋转量数据是基于角度数据、角速度数据、角加速度数据中的任一个的数据。

14.一种偏移估计方法，其特征在于，具备以下步骤：

第一旋转轴计算步骤，获取地磁检测部输出的第一时刻的磁数据和第二时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第一时刻的磁数据和上述第二时刻的磁数据以及相当于上述第一时刻与上述第二时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第一时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第二时刻的磁数据的坐标值时的第一旋转轴；

第二旋转轴计算步骤，获取上述地磁检测部输出的第三时刻的磁数据和第四时刻的磁数据以及作为与上述地磁检测部在相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的旋转量相应的数据的旋转量数据，在以上述地磁检测部输出的磁数据的各轴成分为坐标值的坐标空间上，根据上述第三时刻的磁数据和上述第四时刻的磁数据以及相当于上述第三时刻与上述第四时刻之间的期间的上述旋转量数据，来计算使基于上述第三时刻的磁数据的坐标值旋转到基于上述第四时刻的磁数据的坐标值时的第二旋转轴；以及

偏移估计步骤，其根据上述第一旋转轴与上述第二旋转轴会聚的坐标值，来对上述地磁检测部的磁数据的偏移进行估计。

15.一种信息处理装置，其特征在于，具备：

根据权利要求1至13中的任一项所述的偏移估计装置；

地磁检测部；以及

角速度检测部。