CN104081161A - 物理量测量装置以及物理量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种响应性好且能够高效地去除从物理量信号输出装置输出的信号所包含的噪声成分来进行高精度的物理量测量的物理量测量装置以及物理量测量方法。本发明的物理量测量装置(20)根据从物理量信号输出装置(21)输出的基于物理量的信号来测量物理量。校正信号输出部(33)根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号、在测定时刻之前得到的校正信号以及滤波器系数来输出新的校正信号。大小关系判定部(31)判定基于物理量的信号与在测定时刻之前得到的校正信号的大小关系。第一滤波器系数输出部(32)基于多个上述大小关系来输出第一滤波器系数。

Description

物理量测量装置以及物理量测量方法

技术领域

本发明涉及一种物理量测量装置以及物理量测量方法，更详细地说，涉及一种根据从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号来测量物理量的物理量测量装置以及物理量测量方法。特别涉及一种能够应用于电子罗盘的物理量测量装置以及物理量测量方法。

背景技术

一般来说，作为物理量测量装置，例如速度传感器、加速度传感器、角速度传感器、磁传感器、地磁传感器、方位角传感器、电子罗盘、温度传感器、压力传感器等已众所周知。它们分别对从用于得到来自外部的信息的物理量信号输出装置输出的、基于物理量的信号实施规定的信号处理，由此来测量目标物理量。麦克风是探测声音即空气的振动的传感器，也包含在物理量测量装置中。

在此，从物理量信号输出装置输出的信号中有时会包含与目标物理量无关的噪声信号，通过进行从由物理量信号输出装置输出的信号中降低噪声信号的校正能够更高精度地测量目标物理量。作为从由物理量信号输出装置输出的信号中去除噪声信号的方法，例如已知基于速度大于第一滤波器的速度的第二滤波器的输出信号来更新第一滤波器的系数的方法等。

图1是用于说明以往的物理量测量装置的框图，记载于专利文献1的图12。专利文献1所记载的物理量测量装置涉及一种适用于麦克风阵列处理装置的信号处理装置，在声音识别装置、电视会议装置等中为了输入声音而使用麦克风阵列，该麦克风阵列处理装置用于抑制干扰杂音并提取目标信号的声音，第一自适应滤波器1包括：滤波器部11-1，其对参照信号x进行滤波运算来得到输出信号y1；减法器12-1，其使期望响应d减去滤波器部11-1的输出信号来得到误差信号e1；以及自适应模式控制部14-1和滤波器更新运算部15-1，其基于参照信号x和误差信号e1来更新滤波器部11-1的滤波器系数。该第一自适应滤波器1的输出信号即为信号处理装置的输出。

另外，第二自适应滤波器2构成为一般的利用NLMS算法的自适应滤波器，包括：滤波器部11-2，其对参照信号x进行滤波运算来得到输出信号y2；减法器12-2，其使期望响应d减去滤波器部11-2的输出信号y2来得到误差信号e2；以及滤波器更新运算部15-2，其基于参照信号x和误差信号e来进行滤波器更新运算。

在此，第二自适应滤波器2被设定成自适应速度高于第一自适应滤波器1的自适应速度，基于第二自适应滤波器2的输出信号功率，在自适应模式控制部14-1中控制第一自适应滤波器1的自适应速度。

通过这种结构，能够实现使用了如下自适应滤波器的信号处理装置：不会使目标信号失真或者对背景杂音进行自适应，能够进行可靠的自适应动作。

另外，例如，专利文献2的记载涉及一种方位信息装置，其具备三维的磁传感器以及与该磁传感器的姿势对应的姿势数据，基于获取到磁传感器数据的时间点的上述姿势数据，来选择对根据磁传感器数据和姿势数据导出的方位角数据进行平滑化的平滑化滤波器的平滑化强度。

并且，专利文献3的记载也涉及一种方位信息装置，其基于紧挨着当前之前得到的地磁强度的信息和当前的地磁强度的信息或者基于紧挨着当前之前得到的方位信息和当前的方位信息来选择方位计算的算法，公开了一种使磁噪声的影响降低的电子罗盘。

专利文献1：日本特开2007-124678号公报

专利文献2：日本特开2008-164514号公报

专利文献3：美国专利第7328105号说明书(B1)

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述的专利文献1所公开的使用自适应滤波器的信号处理装置中，构成为基于由第二自适应滤波器进行滤波器更新运算所得的结果的输出功率来控制得到系统输出的第一自适应滤波器的自适应模式，因此除了用于第一自适应滤波器的自适应的时间以外，还需要用于第二自适应滤波器的自适应的时间，从而存在若是急剧的信号变化则响应性的降低变得明显的问题。

另外，在专利文献2中，根据磁传感器的姿势来选择方位角数据的平滑化滤波器的平滑化强度，根据姿势不同而需要增强平滑化的强度，因此信号处理需要时间，从而存在若是急剧的信号变化则响应性的降低变得明显的问题。

并且，在专利文献3中，在地磁强度小的情况下，为了抑制杂音会将平滑化强度选为强的值，从而存在若是急剧的信号变化则滤波器的响应性的降低变得明显的问题。另外，在磁传感器的朝向进行缓慢而连续的变化的情况下，即，在紧挨着当前之前得到的方位信息与当前的方位信息之差小的状况连续地出现的情况下，会判定为方位信息未变化而将平滑化强度固定为强的值，导致方位的跟踪性变差，作为结果存在会观测到方位角的误差的问题。

也就是说，在从由物理量信号输出装置输出的信号中去除噪声信号时，如果逐次地完全去除所有噪声则能够高精度地测量目标物理量，但是存在会招致响应性降低的问题。

本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种响应性好且能够高效地去除从物理量信号输出装置输出的信号所包含的噪声成分来进行高精度的物理量测量的物理量测量装置以及物理量测量方法。

用于解决问题的方案

本发明者们为了解决上述问题而专心探讨，结果发现了利用具有以下结构要件的物理量测量装置以及物理量测量方法所记载的发明能够解决上述问题，从而完成本发明。

本发明是为了达成这种目的而完成的，是一种物理量测量装置(20、40、60)，具备根据从物理量信号输出装置(21、41、61)输出的基于物理量的信号来运算物理量的物理量运算装置(22、42、62)，该物理量测量装置的特征在于，上述物理量运算装置(62)具备：变动状态估计部(71a)，其估计上述物理量信号输出装置(61)所检测的物理量的变动状态；滤波器系数输出部(71b)，其基于由该变动状态估计部(71a)估计出的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数；以及校正信号输出部(73)，其基于由该滤波器系数输出部(71b)输出的滤波器系数以及从上述物理量信号输出装置(61)输出的输出值，来输出该输出值的校正值。(图9)

另外，特征在于，上述变动状态估计部(71a)具有：第一变动状态估计部，其基于在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态；以及第二变动状态估计部，其根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号以及在接近该测定时刻的测定时刻得到的基于物理量的信号，来估计物理量的变动状态，上述滤波器系数输出部(71b)基于由上述第一变动状态估计部或上述第二变动状态估计部估计出的物理量的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数。

另外，特征在于，上述第二变动状态估计部具有判定物理量的变动量是否小于规定的阈值的变动状态判定部，上述第一变动状态估计部根据来自上述变动状态判定部(71a)的判定结果，基于上述在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态。

另外，特征在于，上述滤波器系数输出部(71b)具有：第一滤波器系数输出部(32、52)，其基于上述第一变动状态估计部来输出第一滤波器系数；第二滤波器系数输出部(55)，其基于上述第二变动状态估计部来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择部(56)，其选择上述第一滤波器系数和上述第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

另外，特征在于，上述校正信号输出部(73)根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号、在上述测定时刻之前得到的校正信号以及滤波器系数，来输出新的校正信号，上述变动状态估计部(71a)具备判定上述基于物理量的信号与在上述测定时刻之前得到的校正信号的大小关系的大小关系判定部(51)，上述滤波器系数输出部(71b)具备基于多个上述大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出部(32、52)。

另外，特征在于，还具备：差值计算部(54)，其计算在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与在上述测定时刻之前得到的校正信号的差值或者计算在上述测定时刻之前且互不相同的时间点得到的校正信号的差值；第二滤波器系数输出部(55)，其基于由该差值计算部(54)计算出的上述差值来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择部(56)，其选择上述第一滤波器系数和上述第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

另外，特征在于，当在期望周期中，上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系偏向于相对大和相对小中的任一方的情况下，上述第一滤波器系数输出部(32、52)把能够增大上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数输出，在上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系不存在相对的偏向时，上述第一滤波器系数输出部(32、52)把能够增大上述校正信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数输出。

另外，特征在于，上述第二滤波器系数输出部(55)根据在某个测定时刻得到的上述基于物理量的信号与紧挨着该测定时刻之前得到的校正信号的差值以及在某个测定时刻得到的上述基于物理量的信号与在比该测定时刻早两个时刻的时刻得到的校正信号的差值，来输出第二滤波器系数。

另外，特征在于，在上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值相对大或者互不相同的校正信号的差值相对大的情况下，上述第二滤波器系数输出部(55)把能够增大上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数输出，在上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值相对小或者互不相同的校正信号的差值相对小的情况下，上述第二滤波器系数输出部(55)把能够增大上述校正信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数输出。

另外，特征在于，上述滤波器系数选择部(56)选择第一滤波器系数和第二滤波器系数中的、使上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度更大的一方。

另外，特征在于，上述校正信号输出部(33、53、73)根据下述(1)式所表示的关系式来输出新的校正信号，上述滤波器系数选择部根据下述式(2)所表示的关系式来选择上述滤波器系数，

Snew＝a×Sin+(1-a)×Sold…(1)

a＝max(a1、a2)…(2)

其中，Snew：新的校正信号；Sin：基于物理量的信号；Sold：校正信号；a：由滤波器系数选择部选择出的系数；a1：第一滤波器系数；a2：第二滤波器系数。

另外，特征在于，上述物理量信号输出装置(21、41、61)具有物理量测量元件，该物理量测量元件输出测量目标物理量所需要的物理量信号。

另外，涉及一种物理量测量方法，根据从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号来测量物理量，该物理量测量方法的特征在于，具有以下步骤：检测步骤，由检测部检测基于物理量的信号；变动状态估计步骤，由变动状态估计部估计通过该检测步骤检测的物理量的变动状态；滤波器系数输出步骤，由滤波器系数输出部基于通过该变动状态估计步骤估计出的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数；以及校正信号输出步骤，由校正信号输出部基于通过该滤波器系数输出步骤输出的滤波器系数以及从上述检测部输出的输出值，输出该输出值的校正值。

另外，特征在于，上述变动状态估计步骤具有以下步骤：第一变动状态估计步骤，基于在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态；以及第二变动状态估计步骤，根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号以及在接近该测定时刻的测定时刻得到的基于物理量的信号来估计物理量的变动状态，在上述滤波器系数输出步骤中，基于通过上述第一变动状态估计步骤或上述第二变动状态估计步骤估计出的物理量的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数。

另外，特征在于，上述第二变动状态估计步骤具有判定物理量的变动量是否小于规定的阈值的变动状态判定步骤，在上述第一变动状态估计步骤中，根据来自上述变动状态判定步骤的判定结果，基于上述在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态。

另外，特征在于，上述滤波器系数输出步骤具有：第一滤波器系数输出步骤，基于上述第一变动状态估计步骤来输出第一滤波器系数；第二滤波器系数输出步骤，基于上述第二变动状态估计步骤来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择步骤，其选择上述第一滤波器系数和上述第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

另外，特征在于，在上述校正信号输出步骤中，根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号、在上述测定时刻之前得到的校正信号以及滤波器系数，来输出新的校正信号，上述变动状态估计步骤具有判定上述基于物理量的信号与在上述测定时刻之前得到的校正信号的大小关系的大小关系判定步骤，上述滤波器系数输出步骤具有基于多个上述大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出步骤。

另外，特征在于，除了判定上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系的大小关系判定步骤以及基于多个上述大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出步骤以外，还通过以下步骤来求出上述滤波器系数：差值计算步骤，计算上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值或者计算在互不相同的时间点得到的校正信号的差值；第二滤波器系数输出步骤，基于上述差值来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择步骤，选择上述第一滤波器系数和上述第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

另外，特征在于，上述第一滤波器系数输出步骤是如下的步骤：当在期望周期中上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系偏向于相对大和相对小中的任一方的情况下，把能够增大上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数输出，在上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系不存在相对的偏向时，把能够增大上述校正信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数输出。

另外，特征在于，上述第二滤波器系数输出步骤是如下的步骤：根据在某个测定时刻得到的上述基于物理量的信号与紧挨着该测定时刻之前得到的校正信号的差值以及在某个测定时刻得到的上述基于物理量的信号与在比该测定时刻早两个时刻的时刻得到的校正信号的差值，来输出第二滤波器系数。

另外，特征在于，上述第二滤波器系数输出步骤是如下的步骤：在上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值相对大或者互不相同的校正信号的差值相对大的情况下，把能够增大上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数输出，在上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值相对小或者互不相同的校正信号的差值相对小的情况下，把能够增大上述校正信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数输出。

另外，特征在于，上述滤波器系数选择步骤是如下的步骤：选择第一滤波器系数和第二滤波器系数中的、使上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度更大的一方。

另外，特征在于，上述校正信号输出步骤是如下的步骤：根据下述式(3)所表示的关系式来输出新的校正信号，上述滤波器系数选择部是如下步骤：根据下述式(4)所表示的关系式来选择上述滤波器系数，

Snew＝a×Sin+(1-a)×Sold…(3)

a＝max(a1、a2)…(4)

其中，Snew：新的校正信号；Sin：基于物理量的信号；Sold：校正信号；a：由滤波器系数选择部选择出的系数；a1：第一滤波器系数；a2：第二滤波器系数。

另外，特征在于，在输出基于物理量的信号的物理量信号输出步骤中，由物理量测量元件来输出测量目标物理量所需要的物理量信号。

另外，是一种程序，该程序用于使计算机使用输出基于物理量的信号的物理量信号来执行各运算步骤。

另外，是一种能够由计算机读取的记录介质，该记录介质记录有用于执行各运算步骤的程序。

发明的效果

根据本发明，能够实现响应性好且能够高效地去除基于物理量的信号所包含的噪声成分来进行高精度的物理量测量的物理量测量装置以及物理量测量方法。特别是能够应用于电子罗盘。

附图说明

图1是用于说明以往的物理量测量装置的框图。

图2是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例1的框图。

图3是表示基于根据大小关系判定部的输出而得到的多个大小关系的判定结果来决定第一滤波器系数的一例的图。

图4是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例2的框图。

图5是表示基于根据差值计算部的输出而得到的校正信号的差值来决定第二滤波器系数的一例的图。

图6的(a)～(c)是表示实施例1中的校正信号的图。

图7的(a)～(c)是表示实施例2中的校正信号的图。

图8的(a)～(c)是表示比较例中的输出信号的图。

图9是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例3的框图。

图10是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例3中的使用两种滤波器系数的情况的流程图。

图11是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例3中的使用三种滤波器系数的情况的流程图。

图12的(a)～(c)是表示参考例中的校正信号的图。

图13的(a)～(c)是表示以实施例3中的根据校正信号的分布/变动状态来选择滤波器系数的方法运算校正信号的情况下的校正信号输出的图。

图14的(a)～(c)是表示以实施例3中的根据测定值的分布/变动状态来选择滤波器系数的方法运算校正信号的情况下的校正信号输出的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本实施方式。

实施例1

图2是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例1的框图，图中标记20表示物理量测量装置，21表示物理量信号输出装置，22表示物理量运算装置；31表示大小关系判定部，32表示第一滤波器系数输出部，33表示校正信号输出部。也就是说，本实施方式所涉及的物理量测量装置20由物理量信号输出装置21和物理量运算装置22构成，物理量运算装置22与构成物理量测量装置20的物理量信号输出装置21连接，该物理量运算装置22由大小关系判定部31、第一滤波器系数输出部32以及校正信号输出部33构成。此外，各结构要素也可以根据需要而具备暂时存储信息的缓冲功能。

本实施方式的物理量运算装置是根据从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号来测量物理量的物理量运算装置。

物理量信号输出装置21只要具有能够输出测量目标物理量所需要的基于物理量的信号(以下称为物理量信号)的物理量测量元件即可，没有特别限制。

作为物理量测量元件，例如，在目标物理量是磁的情况下，使用霍尔元件、磁阻效应元件等，在目标物理量是加速度的情况下，使用机械式加速度传感器、光学式加速度传感器、静电电容型或压电电阻型的半导体式加速度传感器等。

物理量信号既可以是从物理量测量元件得到的信号本身，也可以是对从物理量测量元件得到的信号进行灵敏度校正运算、偏移校正运算、符号反转运算等运算处理后得到的信号，还可以是对从物理量测量元件得到的信号或者运算处理后得到的信号进行A/D转换后得到的信号。

另外，也能够根据目标物理量的测量维度来使用多个物理量测量元件作为物理量信号输出装置的结构要素，例如，如果是三维磁传感器，则能够将在互不相同的三个轴上分别具有感磁特性的三个物理量测量元件设为物理量信号输出装置。

在使用多个物理量测量元件的情况下，关于大小关系判定部、第一滤波器系数输出部以及校正信号输出部，既可以与物理量测量元件的个数相应地具备大小关系判定部、第一滤波器系数输出部以及校正信号输出部，也可以不论个数地各具备一个。另外，关于基于图4在后面叙述的差值计算部、第二滤波器系数输出部以及滤波器系数选择部也同样，既可以与物理量测量元件的个数相应地具备差值计算部、第二滤波器系数输出部以及滤波器系数选择部，也可以不论个数地各具备一个。

另外，在本实施方式所涉及的物理量运算装置中，所有运算处理都能够以数字方式进行处理，因此从低耗电的观点出发，物理量信号输出装置最好输出数字信号。

校正信号输出部33被输入在某个测定时刻得到的物理量信号Sin、在测定时刻之前得到的校正信号Sold以及滤波器系数a，输出新的校正信号Snew。

作为基于在某个测定时刻得到的物理量信号Sin、在测定时刻之前得到的校正信号Sold以及滤波器系数a来计算新的校正信号Snew的方法，可以列举出利用下述式(1)所表示的关系式的方法。

Snew＝a×Sin+(1-a)×Sold…(1)

(Snew：新的校正信号；Sin：在某个测定时刻得到的物理量信号；Sold：在测定时刻之前得到的校正信号；a：滤波器系数(0～1的值))

根据式(1)，滤波器系数越大，校正信号Snew越受在某个测定时刻得到的物理量信号的影响，而滤波器系数越小，校正信号Snew越不受在某个测定时刻得到的物理量信号的影响而受在测定时刻之前得到的校正信号(过去输出的校正信号)的影响。即，在某个测定时刻得到的物理量信号的变动主要由噪声引起的情况下，通过减小滤波器系数能够降低因附加于物理量信号的噪声的影响所造成的物理量的变动。

大小关系判定部31判定在某个测定时刻得到的物理量信号与在测定时刻之前得到的校正信号这两个信号的大小关系(以下称为“物理量信号与校正信号的大小关系”)，输出其结果。

在此，两个信号的大小关系是指与两个信号中哪一个大(哪一个小)有关的信息。在测定时刻之前得到的校正信号只要是在输出作为大小关系判定对象的物理量信号之前得到的、已输出过的校正信号即可。例如，在物理量信号周期性地输入到物理量运算装置的情况下，只要是在一个以上周期之前输出的校正信号即可。

作为大小关系判定部31的输出方式，可以列举出以下等方法：对物理量信号与在多个互不相同的测定时刻得到的各校正信号之间的大小关系进行一次判定并输出；针对各测定时刻逐次输出物理量信号与校正信号的大小关系的判定结果。从对变化的跟踪性的观点出发，优选的是针对各测定时刻逐次输出物理量信号与校正信号的大小关系的判定结果的方法。在上述的逐次输出大小关系的判定结果的情况下，优选的是具有暂时存储大小关系的判定结果的单元。

第一滤波器系数输出部32基于根据大小关系判定部的输出得到的多个大小关系的判定结果来输出第一滤波器系数a1。作为一例，可以列举出：当在多个测定时刻物理量信号与校正信号的大小关系偏向于相对大和相对小中的任一方的情况下，输出能够增大物理量信号对新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数，在物理量信号与校正信号的大小关系不存在相对的偏向时，输出能够减小物理量信号对新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数。

图3是表示基于根据大小关系判定部的输出得到的多个大小关系的判定结果来决定第一滤波器系数的一例的图。在大小关系的偏向大的情况(作为极端的例子，所有周期中都是物理量信号一方大或者校正信号一方大的情况)下，将大的值作为第一滤波器系数输出。反之，在大小关系的偏向小的情况(作为极端的例子，物理量信号一方大的次数与校正信号一方大的次数相等的情况)下，将小的值作为第一滤波器系数输出。

物理量信号与校正信号的大小关系偏向于某一方的情况在连续地以固定的倾向发生变化时、即要测定的物理量本身变化时显著地出现。反之，物理量信号与校正信号的大小关系不存在偏向的情况在发生随机的变化时、即物理量信号由于噪声的影响而变化时显著地出现。

因此，例如，在利用上述的式(1)导出新的校正信号的例子的情况下，通过在大小关系的差大时增大滤波器系数来增大物理量信号的贡献度、在大小关系的差小时减小滤波器系数来减小物理量信号的贡献度，能够在噪声的影响大时去除噪声的影响。

由于基于数字信号来决定第一滤波器系数，因此如果具有与期望的输入输出特性相应的表则能够实现。另外，通过构成电路以将第一滤波器系数作为差值的函数来进行运算也能够实现。

在上述的实施例1中，对图2所记载的结构的物理量运算装置分别输入了(1)固定值状的物理量信号(固定值+噪声)、(2)正弦波状的物理量信号(正弦波+噪声)、(3)方形波状的物理量信号(方形波+噪声)作为物理量信号。图6的(a)～(c)中示出了与各个输入(Sin)相对的校正信号(Sout)。

(1)关于与固定值状的物理量信号相对的校正信号，以良好的水平消除了噪声成分。

(2)关于与正弦波状的物理量信号相对的校正信号，噪声成分被消除，且相对于输入信号未产生延迟。

(3)关于与方形波状的物理量信号相对的校正信号，在信号急剧变化的区域产生了少许的延迟。

实施例2

图4是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例2的框图，图中标记40表示物理量测量装置，41表示物理量信号输出装置，42表示物理量运算装置；51表示大小关系判定部，52表示第一滤波器系数输出部，53表示校正信号输出部，54表示差值计算部，55表示第二滤波器系数输出部，56表示滤波器系数选择部。也就是说，图3中示出的物理量测量装置40是构成图1中示出的物理量测量装置40的物理量运算装置42还具备差值计算部54、第二滤波器系数输出部55以及滤波器系数选择部56的结构。

差值计算部54计算在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与上述在测定时刻之前得到的校正信号的差值或者计算在上述测定时刻之前且互不相同的时间点得到的校正信号的差值。只要能够计算所输入的信号的差值即可，没有特别限制。差值既可以是包含正负信息的值，也可以是绝对值。

作为差值，既可以是在某个测定时刻得到的物理量信号与在测定时刻之前得到的校正信号的差值，也可以是在测定时刻之前且互不相同的时间点得到的校正信号的差值。从响应性的观点出发，优选的是在某个测定时刻得到的物理量信号与在测定时刻之前输出的校正信号的差值。另外，从信号的平滑化的观点出发，优选的是在得到基于物理量的信号的测定时刻之前的彼此不同的时刻输出的两个校正信号的差值。

从响应性和噪声降低这两方的观点出发，更优选的是使用根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与紧挨着测定时刻之前得到的校正信号的差值(称为第一差值)以及在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与比紧挨着测定时刻之前的时刻再之前的时刻得到的校正信号的差值(第二差值)这两方而决定的差值。具体地说，可以列举出以下等方法：选择第一差值与第二差值中的一方的差值；在使第一差值和第二差值中的一方或者两方乘以期望的系数后选择一方的差值；将第一差值与第二差值的平均值设为差值。

第二滤波器系数输出部55基于从差值计算部54输入的差值来输出第二滤波器系数a2。

第二滤波器系数输出部55根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与紧挨着测定时刻之前得到的校正信号的差值以及在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与在早两个测定时刻的时刻得到的校正信号的差值来输出第二滤波器系数a2。另外，在基于物理量的信号与校正信号的差值或者互不相同的校正信号的差值相对大的情况下，第二滤波器系数输出部55输出能够增大基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数，在基于物理量的信号与校正信号的差值或者互不相同的校正信号的差值相对小的情况下，第二滤波器系数输出部55输出能够增大校正信号对新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数。

图5是表示基于根据差值计算部的输出而得到的校正信号的差值来决定第二滤波器系数的一例的图。在图5中，在差值小的情况下第二滤波器系数小，在差值大的情况第二滤波器系数大。

由于基于数字信号来决定第二滤波器系数，因此如果具有与期望的输入输出特性相应的表则能够实现。另外，通过构成电路以将第二滤波器系数作为差值的函数来进行运算也能够实现。

滤波器系数选择部56选择第一滤波器系数a1和第二滤波器系数a2中的、基于物理量的信号对新的校正信号的贡献度更大的一方。也就是说，基于规定的基准来选择第一滤波器系数a1和第二滤波器系数a2中的某一方作为滤波器系数a。作为选择的基准，可以列举出以下等方法：选择将两个值进行比较时的最大值或者最小值；选择平均值；使用积。作为一例，可以列举出以下述式(2)所表示的基准进行选择的方法，选择值大的一方的系数作为滤波器系数。

a＝max(a1、a2)…(2)

(a：滤波器系数；a1：第一滤波器系数；a2：第二滤波器系数)

在上述的实施例2中，对图4中示出的物理量运算装置分别输入了与上述的实施例1同样的三种物理量信号。图7的(a)～(c)中示出了与各个输入(Sin)相对的校正信号(Sout)。

(1)关于与固定值状的物理量信号相对的校正信号，以良好的水平消除了噪声成分。

(2)关于与正弦波状的物理量信号相对的校正信号，噪声成分被消除，且相对于输入信号未产生延迟。

(3)关于与方形波状的物理量信号相对的校正信号，噪声成分被消除，且在信号急剧变化的区域也未产生延迟。

[比较例]

图8的(a)～(c)是表示比较例中的输出信号的图。在图8的(a)～(c)所示的比较例中，对图1中示出的以往的物理量运算装置分别输入了与上述的实施例1同样的三种物理量信号。图8的(a)～(c)中示出了与各个输入(Sin)相对的输出信号(Sout)。

(1)关于与固定值状的物理量信号相对的校正信号，噪声成分未被充分消除。

(2)关于与正弦波状的物理量信号相对的校正信号，噪声成分被消除，但是相对于输入信号略微产生延迟。

(3)关于与方形波状的物理量信号相对的校正信号，在信号急剧变化的区域产生了少许的延迟。

如上，可以了解到：与比较例所记载的物理量运算装置相比，在具备实施例1和2所记载的大小关系判定部、第一滤波器系数输出部以及校正信号输出部的物理量运算装置中，(1)对于固定值状的物理量信号，得到了良好地消除了噪声成分的校正信号；(2)对于正弦波状的物理量信号，得到了不产生延迟并理想的校正信号。

并且，可以了解到：在还具备图4中示出的实施例2的差值计算部54、第二滤波器系数输出部55以及滤波器系数选择部56的物理量运算装置中，(3)对于信号会急剧变化那样的方形波状的输入信号也不会产生延迟。

本实施方式的物理量测量装置具备上述的各物理量运算装置以及具有物理量测量元件的物理量信号输出装置，该物理量测量元件输出测量目标物理量所需要的物理量信号。

实施例3

图9是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例3的框图，是作为用于实施本实施方式的结构的一例的传感器装置的结构框图。图中标记60表示物理量测量装置，61表示检测部(物理量信号输出装置)，62表示物理量运算装置，63表示控制部，71表示运算部，71a表示变动状态估计部，71b表示滤波器系数输出部，72表示存储部，73表示校正信号输出部。

也就是说，本实施方式所涉及的物理量测量装置60具备检测部61、物理量运算装置62以及控制部63，物理量运算装置62具备由变动状态估计部71a和滤波器系数输出部71b构成的运算部71、存储部72以及校正信号输出部73。

本实施例3的物理量测量装置60是具备根据从物理量信号输出装置61输出的基于物理量的信号来运算物理量的物理量运算装置62的物理量测量装置60。物理量运算装置62具备：变动状态估计部71a，其估计物理量信号输出装置61所检测的物理量的变动状态；滤波器系数输出部71b，其基于由该变动状态估计部71a估计出的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数；以及校正信号输出部73，其基于由该滤波器系数输出部71b输出的滤波器系数以及从物理量信号输出装置61输出的输出值来输出输出值的校正值。

在本实施方式中，变动状态估计部71a能够使用：1.从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号、例如由传感器等测定出的基于物理量的信号和2.通过滤波器对从物理量信号输出装置输出的信号进行校正所得的校正信号中的任一方或者两方，作为能够在物理量的变动状态的估计中使用的信号。

另外，变动状态估计部71a具有：第一变动状态估计部(与判定法B相当；检测准静止状态)，其基于在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态；以及第二变动状态估计部(与判定法A相当；检测变动状态)，其根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号以及在接近测定时刻的测定时刻得到的基于物理量的信号来估计物理量的变动状态，滤波器系数输出部71b基于由第一变动状态估计部或第二变动状态估计部估计出的物理量的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数。此外，关于在此所说的基于物理量的分布状态来估计物理量的变动状态，能够如上所述那样使用从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号的分布和通过滤波器对从物理量信号输出装置输出的信号进行校正所得的校正信号中的任一方或者两方。

另外，第二变动状态估计部具有判定物理量的变动量是否小于规定的阈值的变动状态判定部，第一变动状态估计部根据来自变动状态判定部71a的判定结果，基于在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态。

另外，滤波器系数输出部71b具有：第一滤波器系数输出部32、52，其基于第一变动状态估计部来输出第一滤波器系数；第二滤波器系数输出部55，其基于第二变动状态估计部来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择部56，其选择第一滤波器系数和第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

另外，作为使用上述第一滤波器系数对基于物理量的信号进行校正的结构，例如能够使用以下的结构。校正信号输出部73根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号、在测定时刻之前得到的校正信号以及滤波器系数来输出新的校正信号，变动状态估计部71a具备判定基于物理量的信号与在测定时刻之前得到的校正信号的大小关系的大小关系判定部51，滤波器系数输出部71b具备基于多个大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出部32、52。

另外，检测部61检测物理量并对其进行放大、A/D转换。另外，存储部72存储规定的检测次数的、由检测部检测出的物理量(作为测定值)的数字值。另外，运算部71对测定值以及存储部62中存储的测定值进行运算处理。由运算部71实施了运算处理的数据被校正信号输出部73输出到外部。另外，控制部63选择检测部61、控制检测部61检测物理量的时间点和周期、选择校正信号输出部73的输出方法等控制传感器装置整体的动作。另外，控制部63还负责与外部装置的通信等功能。

下面说明各功能部的动作。

<检测部>

检测部61是物理量测量元件，即具有检测目标物理量并将其转换为电信号的功能。例如，在目标物理量是磁的情况下，使用霍尔元件、磁阻效应元件等，在目标物理量是加速度的情况下，使用机械式加速度传感器、静电电容型或压电电阻型的MEMS(微机电结构元件)的加速度传感器等。除了检测物理量并将其转换为电信号的功能以外，还包括放大功能、将模拟信号转换为数字信号的功能。另外，也能够根据目标物理量的测量维度来使用多个物理量检测元件作为检测部的结构要素，例如，如果是三维磁传感器，则检测部也可以具有在互不相同的三个轴上分别具有感磁特性的三个磁传感器。

另外，也可以构成为检测部61具备不同的物理量检测元件而能够测定多种物理量。在使用多个物理量检测元件的情况下，既可以与物理量检测元件的个数相应地具备多个运算部71，也可以针对每种物理量检测元件而具备多个运算部71。还可以不论物理量检测元件的种类、个数地具备一个运算部71，例如设为能够通过分时处理来对多种、多个物理量信号进行处理。通常要对从物理量检测元件得到的测定值进行校正处理。还会存在灵敏度校正处理、偏移校正处理、除此以外的各种处理，在本实施方式中，既可以是检测部61具备这些功能，也可以是运算部71具备这些功能。另外，新添加具有校正功能的校正部等是设计者的自由。另外，检测部61在由控制部63调整的每个测定时间点检测物理量，测定值通常会被转换为数字数据。测定时间点是任意的，但是最好按规定的周期来控制测定。关于测定值，逐次地输出并保存到存储部72中，或者在由控制部63调整的任意的时期将一个测定数据或汇总多个测定数据输出并保存到存储部72中。

<运算部>

运算部71用于对存储部72中保存的测定值进行滤波处理。为了进行滤波处理，运算部71还具有滤波器系数输出部71b和数据变动状态估计部(也单称为“变动状态估计部”)71a，由控制部63来控制它们的动作。

关于滤波器系数输出部71b，能够根据所叠加的噪声的性质来选择适当的滤波器系数输出部。在噪声如热噪音那样频带广域分布的情况下，优选的是具有低通特性的低通滤波器。作为低通滤波器的实现方式，能够使用各种方式的滤波器，而在此以使用作为数字滤波器被众所周知的滞后滤波器的例子来进行说明。

能够如上述的式(1)那样定义使用在某个测定时刻得到的测定值Sin以及在测定时刻以前应用滤波器得到的原校正测定值Sold来求出新的校正测定值的滞后滤波器。

根据式(1)，滤波器系数a越大即越接近1，新的校正测定值Snew受Sin的影响越大，滤波器系数越小即越接近0，新的校正测定值Snew受Sold的影响越大。Sold具有在某个测定时刻之前得到的测定值的平均值这样的含义，滤波器系数a越小，相当于进行平均的过去的测定值的数量越多，热噪音等的影响通过平均而降低。因而，通过设定小的滤波器系数，在Sin中叠加有噪声的情况下降低叠加于Sin的噪声对Snew的影响。滤波器系数是基于后述的数据变动状态估计部所计算的数据变动状态的信息而设定的。滤波器系数输出部71b从存储部72中保存的多个测定数据中取出最新的测定数据(与Sin相当)，还取出存储部72中保存的原校正测定值(与Sold相当)，进行上述的滤波运算。所得到的新的校正测定值(与Snew相当)被保存在存储部72中，并且被发送到校正信号输出部73来输出到外部。

<数据变动状态估计部>

每当得到测定值时，测定值都被保存到存储部72中。保存规定的测定次数的测定值，该规定的测定次数是固定值或者作为动态的值由控制部63来调整。数据变动状态估计部71a基于某个指标，根据存储部72中保存的多次的测定数据中的几个测定数据或者存储部72中保存的校正测定值的数据分布状态来估计与数据变动有关的信息，将其结果输出到滤波器系数输出部71b。滤波器系数输出部71b根据所估计出的与数据分布状态有关的信息来设定滤波器系数。在数据大幅变动的情况下，设定使跟踪性好的滤波器系数，在数据变动小的情况下，设定用于降低噪声的影响的滤波器系数。如果是滞后滤波器的情况，则为了使跟踪性好而增大滤波器系数a，为了降低噪声的影响而减小滤波器系数a。

另外，由数据变动状态估计部71a根据要进行判定的数据的分布而估计的数据变动的概念中包括：构成用于判定的多个数据的数据大小的偏差，数据大小的时间性推移，在本实施方式中，估计变动状态是指：数据变动状态估计部根据检测部所检测的物理量的分布状态或者时间性变化倾向来估计该物理量的变动状态。作为变动状态估计方法的实现方法，能够选择各种方法，例如可以列举出如下所述的数据分布判定方法及其组合。

在传感器装置所测定出的测定值以脉冲或者矩形波的方式急剧变动的情况下，期望使跟踪性好，并且在不存在数据变化的情况下期望降低噪声的影响。

在这种情况下，以下的方法是有用的：在判定中使用少量的数据，利用该少量的数据中的最大值与最小值之差、最新数据与最旧数据之差等(称为判定法A)。例如，判定最新测定出的数据与上一次测定出的数据之差，在该差为规定的阈值以上的情况下，认为数据变动大而设定跟踪性好的滤波器系数，在阈值以下的情况下，设定更抑制噪声的滤波器系数。在例示的滞后滤波器的情况下，在变动少的状态下滤波器系数a选择小的值，在变动大的状态下选择大的滤波器系数a。为了减少叠加于信号的噪声的影响，最好选择大的值作为判定为存在数据变动的阈值。只要阈值大于噪声导致的测定值的变动，就可以通过滤波器来抑制噪声导致的输出值的变动，在测定值变化的区域变化量为阈值以上，因此滤波器输出会跟踪测定值。然而，若选择过大的值作为判定为存在测定值的变动的阈值，则在矩形信号的上升、下降时长期保持滤波器系数a为小的值的状态，因此矩形的信号跟踪性变差。因而，考虑噪声的值和要跟踪的波形来选择阈值。

然而，该方法在传感器所测定出的测定值缓慢地变动的情况下会产生问题。在测定值缓慢地变动的情况下，存在以下情况：虽然每次的测定值之间变化量小而与噪声导致的变动之差小，但是噪声反而大。在这种情况下，尽管传感器装置所测定出的测定值发生了变动，但是滤波器系数a保持为小，因此跟踪性差，导致测定值Sin与新的校正测定值Snew的误差变大，滤波器输出数据的可靠性欠佳。在这种情况下，使用其它的数据分布变动的判定方法。例如，运算规定测定次数的多个数据的标准偏差，与规定的阈值进行比较(称为判定法B)。如果将阈值设为与通常期待的噪声值相当的值，则可以说如果该标准偏差值大于阈值则处于某变动状态。在尽管通过判定法A判定为未变动、但是通过判定法B判定为数据发生了变动的情况下，滤波器部基于判定法B来设定滤波器系数。

在这种情况下，例如只要设定在根据判定法A而数据变动大的情况下设定的滤波器系数与在数据变动小的情况下设定的滤波器系数的中间的滤波器系数即可。

如果通过判定法A估计为变动状态，则无论通过判定法B对数据变动做出怎样的判定都使用在根据判定法A而数据变动大的情况下设定的滤波器系数即可。因而，通过将判定法A与判定法B进行组合，能够做出是测定值大幅变动的状态(变动状态)、缓慢地变动的状态(准静止状态)、还是未变动的状态(静止状态)的判断。

通过应用该方法，对进行矩形变动的测定值的跟踪性也会提高。例如，在矩形变动的波形的从上升(变动状态)变为不存在变化的状态(静止状态)的部分，若应用判定法A则在静止状态下选择值小的滤波器系数a，因此易于受到过去的测定值的影响，所以波形的跟踪变差，但是通过利用判定法B加入准静止状态的判定，能够选择根据判定法A的结果而设定的两个滤波器系数的中间的滤波器系数，从而能够进行如下的滤波处理：在减少过去的测定值的影响的同时，还能够在某种程度上削减噪声的影响，因此能够进一步改善跟踪性并维持噪声降低的能力。

作为判定法A的一例，如上所述，判定最新测定出的测定值与上一次测定出的测定值之差，在该差为规定的阈值以上的情况下，认为变动大而设定跟踪性好的滤波器系数，在阈值以下的情况下设定降低噪声的影响的滤波器系数，这种方法是典型例，但是除此以外还能够使用以下的方法。

最新测定出的测定值与多个测定之前测定出的测定值的差值

最新测定出的测定值与最新的校正测定值的差值

最新测定出的测定值与多次以前运算出的校正测定值的差值

判定法A是将最新的测定值与在时间上接近的少量的测定值或校正测定值进行比较来判定短时间内的变动等的方法，是适于无时间延迟地判定急剧的测定值的变化的方法，也能够应用除了上述列举的例子以外的方法。

有时未必是使用最新的测定值、而是使用在比最新的测定早适当的期间获取到的测定值与接近该测定值的过去的测定数据或校正测定值之差更好。这是由于通过使用该方法会成为延迟控制而得到抑制急剧变化的过冲等效果。

接着，说明判定法B的例子。

作为基于多个数据的时间性变化即时间性变动状态来估计数据变动状态的方法的一例，例如能够使用以下的各种判定指标及其组合。优选的是，多个数据是其获取时间在时间上接近并连续地获取到的一群数据。

1.在用于判定的多个数据中，时间上连续的数据之间的差值是否连续规定次数地超过阈值。

2.在用于判定的多个数据中，某个时间点的多个数据的平均值与最新测定值之差。

3.在用于判定的多个数据中，某个时间点的多个数据的平均值与不同于某个时间点的时间点的多个数据的平均值之差。例如，在用于判定的多个数据中时间上旧的多个数据的平均值与时间上新的多个数据的平均值之差。

4.用于判定的多个数据的移动平均值的时间性斜率(微分值)。

另外，作为判定法B即基于多个数据的分布状态来进行数据分布判定的情况的例子，能够使用以下的各种判定指标。优选的是，多个数据是其获取时间在时间上接近且连续地获取到的一群数据。

5.用于判定的多个数据的最大值与最小值之差。

6.用于判定的多个数据的标准偏差或方差。

7.用于判定的多个数据的平均值与各数据之差的绝对值的总和。

作为在此所述的数据，包括存储在存储部中的过去的测定值或过去的校正测定值。

判定法B以在时间上比判定法A宽的时宽，使用多个测定值、校正测定值来判定其分布状态、时间性变动状态，由此适于判断以判定法A无法判断的缓慢的测定值的变化(准静止状态)。

当然也可以使用如实施例1、2所述那样的用于判定的多个数据的大小关系、即在时间上连续的多个测定值或者校正值的测定值与校正值之差的总和来进行判定。

关于怎样选择上述的判定方法，在本实施方式中，只要根据作为目标的输出特性、信号的性质、装置的运算性能等来选择适当地方法即可。

使用利用时间上连续的多个数据得到的数据差值的连续性变化的方法较为简便。使用标准偏差、平均值之间的差、斜率的情况更适合于观察缓慢的变动等，在运算量、存储器有余裕的情况下是适当的。

在本实施方式中，根据作为对象的装置的限制、实际的数据变动状态来选择用于变动状态的判定的方法并将其进行组合，这是很有效的。

用于数据变动状态的判定的多个数据不需要必须使用最新得到的数据，根据情况不同，使用几次以前测定出的数据与再之前测定出的单个、多个数据来进行判定也是有用的。

在此，组合的判定法并不限于在此叙述的判定法A、判定法B的具体例，也可以是其它方法，期望的是如重视跟踪性的判定法A与用于判定缓慢的变动的判定法B的组合所例示的那样，以相互不同的视角进行判定的方法或者能够相互补充的判定法的组合。

滤波器系数的决定方法不拘于上述的例子，只要根据使用的时间和情况来讨论并采用最合适的滤波器系数即可。进行组合的判定法不限于两个，也可以组合三个、四个，这是显而易见的。

图10是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例3的使用两种滤波器系数的情况的流程图。当输入新数据时(步骤S1)，该新数据被添加到数据缓冲器(步骤S2)，判定分布状态(步骤S3)，估计是静止状态还是变动状态的数据变动状态(步骤S4；判定法B)，进行滤波器系数的选择(步骤S5)。根据所选择的滤波器系数，以滤波器系数1进行运算(步骤S6)或者以滤波器系数2进行运算(步骤S7)，输出各自的滤波运算结果(步骤S8)。另外，在使用校正后的数据来判定分布状态的情况下，也可以将以滤波器系数1或滤波器系数2运算出的结果添加到数据缓冲器(步骤S9)。

图11是用于说明本实施方式所涉及的物理量测量装置的实施例3的使用三种滤波器系数的情况的流程图，示出了上述的对判定法A与判定法B进行组合的情况。当输入新数据时(步骤S11)，该新数据被添加到数据缓冲器(步骤S12)，估计是静止状态还是准稳定状态(判定法B)、还是变动状态(判定法A)的数据变动状态(步骤S13)，估计数据变动状态(步骤S14；判定法B)，进行滤波器系数的选择(步骤S15)。根据所选择的滤波器系数，以滤波器系数1进行运算(步骤S16)或者以滤波器系数2进行运算(步骤S17)或者以滤波器系数3进行运算(步骤S18)，输出各自的滤波运算结果(步骤S19)。另外，在使用校正后的数据来判定分布状态的情况下，也可以将以滤波器系数1、滤波器系数2或者滤波器系数3运算出的结果添加到数据缓冲器(步骤S20)。

图13的(a)～(c)是表示以实施例3中的根据校正信号的分布/变动状态来选择滤波器系数的方法运算出校正信号的情况下的校正信号输出的图，是表示对叠加有噪声的驻波信号、正弦波信号以及矩形波信号应用了兼用判定法A和判定法B的图11的方法的情况下的滤波运算后的校正信号的图。

作为判定法A，使用最近运算输出的校正值与最新得到的测定值之差来估计变动状态，作为判定法B，对最近六次输出的校正值的平均值与最新得到的测定值之差进行阈值判定。根据叠加于信号的噪声和设想的响应特性来适当选择判定阈值。

作为滤波运算，使用上述的式(1)所示的滞后滤波器。在通过判定法A估计为发生了变动的情况下，设滤波器系数a＝0，直接输出最新得到的测定值。在以判定法A估计为未发生变动、但是通过判定法B估计为发生了变动的情况下，判断为是准静止的变动，选择0.5作为滤波器系数。在以判定法A和判定法B均估计为未发生变动的情况下，设滤波器系数＝1/32。

另一方面，作为参考例，图12的(a)～(c)中示出了图10的在变动状态估计方法中应用了判定法A的情况下的、与输入(noise)相对的滤波处理后的校正信号输出(NSF)。

图12的(a)～(c)是表示参考例中的校正信号的图。

在变动状态的估计中，使用最近运算输出的校正值与最新得到的测定值之差。根据叠加于信号的噪声和设想的响应特性来适当选择判定阈值。作为滤波运算，使用上述的式(1)所示的滞后滤波器，在估计为发生了变动的情况下设滤波器系数a＝0.5。在估计为未发生变动的情况下选择滤波器系数＝1/32。

在参考例的情况下，当在估计为发生了变动的情况下将滤波器系数设为0时，易于受到噪声的影响，因此选择0.5。

图13的(a)～(c)是表示以实施例3中的根据校正信号的分布/变动状态来选择滤波器系数的方法运算出校正信号的情况下的、与输入(noise)相对的滤波处理后的校正信号输出(NSF)的图。

可知相对于作为应用了现有技术的参考例的图12的(a)～(c)，在应用了本实施方式的图13的(a)～(c)中，

(1)关于与固定值状的物理量信号相对的校正信号，两者均良好地抑制了噪声成分。

(2)关于与正弦波状的物理量信号相对的校正信号，与参考例相比延迟少，另外还良好地抑制了波形的噪声。

(3)关于与方形波状的物理量信号相对的校正信号，与参考例相比良好地抑制了噪声成分，在信号急剧变化的区域也未产生延迟。

图14的(a)～(c)是表示以实施例3中的根据测定值的分布/变动状态来选择滤波器系数的方法运算出校正信号的情况下的校正信号输出的图，是表示对叠加有噪声的驻波信号、正弦波信号以及矩形波信号应用了兼用判定法A和判定法B的图11的方法的情况下的与输入(noise)相对的滤波运算后的校正信号(NSF)的图，是表示作为判定法仅使用测定值的情况下的例子的图。作为判定法A，使用最新得到的测定值与不包含最新的测定值的最近得到的测定值之差来估计变动状态，作为判定法B，对最新得到的测定值与不包含最新的测定值的最近六次得到的测定值的平均值之差进行阈值判定。根据叠加于信号的噪声和设想的响应特性来适当选择判定阈值。

作为滤波运算，使用上述的式(1)所示的滞后滤波器。在通过判定法A估计为发生了变动的情况下，设滤波器系数a＝0，直接输出最新得到的测定值。在以判定法A估计为未发生变动、但是通过判定法B估计为发生了变动的情况下，判断为是准静止的变动，选择0.5作为滤波器系数。在以判定法B也估计为未发生变动的情况下，设滤波器系数＝1/32。

使用本方法，也与图13的(a)～(c)的例子同样地，相对于参考例能够得到良好的噪声抑制和延迟特性，表现出了本实施方式的效果，但是可知相对于图13的(a)～(c)的例子，在图14的(a)～(c)中，固定值状的物理量信号中的噪声抑制是同等的，与正弦波状的物理量信号相对的校正信号更平滑，噪声抑制和跟踪性更高。对方形波上的物理信号的噪声抑制是同等的且响应性优异，但是观察到了急剧的变化过冲。

这样，在应用本实施方式时，作为用于得到校正值的滤波方法能够应用各种方法，只要使用最适于应用目的的方法即可。

这样，根据多个数据的分布、时间的变动等来估计数据变动状态，基于其结果来设定适当的滤波器系数，由此能够兼顾测定值的跟踪性和噪声的降低。关于多个数据，一般使用从校正信号计算时间点来看最近的过去获取到的数据，但是根据本实施方式的应用不同，也存在使用计算校正信号的时间点以后的信号的概念。这在并非实际时间上的测定的应用的情况下等是实用的。

与此相对，上述的专利文献3所公开的技术基于由地磁传感器在紧挨着当前之前得到的方位信息与当前的方位信息来选择方位计算的算法，该技术并未估计所获取到的数据的分布状态并基于其结果来设定滤波器系数。此时，对紧挨着当前得到的方位信息与当前的方位信息之差进行评价的阈值需要为地磁传感器的固有杂音所导致的方位信息的变动量以上。在地磁传感器的固有杂音大的情况下，若地磁传感器的朝向缓慢地变化，则会产生方位的变化所导致的测定值的变化量小于杂音的值这样的状况，从而难以将这种缓慢的变化(准静止状态)与静止状态的情况进行区别，会应用过强的平滑化的算法而导致响应性劣化，作为结果，导致方位角的跟踪性劣化。

另一方面，当试着设想使用应用了本实施方式的地磁传感器的方位测量装置时，即使在地磁传感器的朝向缓慢地变化的情况下，也由于根据所获取到的多个数据的分布求出的测定数据的变化量会大于地磁传感器固有的杂音，而能够估计为虽然缓慢但是传感器的状态正在变化，还能够设定与变化状态和静止状态不同的适当的滤波器系数，能够在削减噪声的同时维持适当的响应性，因此在带来比传感器固有的杂音还要微小的测定值的变化这样的缓慢变化的情况下也能够良好地维持方位角的跟踪性，并且通过同时使用对于急剧的变化也适合的变动状态的估计，能够良好地维持方位角的跟踪性。是在固有杂音大的测定体系中也能够对缓慢的测定值的变动、急剧的测定值的变化均良好地保持杂音抑制和响应跟踪性这两方的技术。

[表1]

通过像这样估计数据变动状态并基于其结果设定适当的滤波器系数，能够兼顾测定值的跟踪性和噪声的降低。另外，在估计数据变动状态时，根据多个指标来判定数据变动、准静止、静止等，由此能够在各种测定值的变化中选择适当的滤波器系数。

另外，本实施方式的物理量运算方法是根据从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号来测量物理量的物理量测量方法。具有以下步骤：检测步骤，由检测部检测基于物理量的信号；变动状态估计步骤，由变动状态估计部估计通过该检测步骤检测的物理量的变动状态；滤波器系数输出步骤，由滤波器系数输出部基于通过该变动状态估计步骤估计出的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数；以及校正信号输出步骤，由校正信号输出部基于通过该滤波器系数输出步骤输出的滤波器系数以及从检测部输出的输出值，输出该输出值的校正值。

另外，变动状态估计步骤具有以下步骤：第一变动状态估计步骤，基于在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态；以及第二变动状态估计步骤，根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号以及在接近该测定时刻的测定时刻得到的基于物理量的信号来估计物理量的变动状态，在滤波器系数输出步骤中，基于通过第一变动状态估计步骤或第二变动状态估计步骤估计出的物理量的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数。

另外，第二变动状态估计步骤具有判定物理量的变动量是否小于规定的阈值的变动状态判定步骤，在第一变动状态估计步骤中，根据来自变动状态判定步骤的判定结果，基于在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态。

另外，滤波器系数输出步骤具有：第一滤波器系数输出步骤，基于第一变动状态估计步骤来输出第一滤波器系数；第二滤波器系数输出步骤，基于第二变动状态估计步骤来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择步骤，选择第一滤波器系数和第二滤波器系数中的某一方作为滤波器系数。

另外，在校正信号输出步骤中，根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号、在测定时刻之前得到的校正信号以及滤波器系数，来输出新的校正信号，变动状态估计步骤具有判定基于物理量的信号与在测定时刻之前得到的校正信号的大小关系的大小关系判定步骤，滤波器系数输出步骤具有基于多个大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出步骤。

另外，除了判定基于物理量的信号与校正信号的大小关系的大小关系判定步骤以及基于多个大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出步骤以外，还通过以下步骤来求出滤波器系数：差值计算步骤，计算基于物理量的信号与校正信号的差值或者计算在互不相同的时间点得到的校正信号的差值；第二滤波器系数输出步骤，基于差值来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择步骤，选择第一滤波器系数和第二滤波器系数中的某一方作为滤波器系数。

另外，第一滤波器系数输出步骤是如下的步骤：当在期望周期中基于物理量的信号与校正信号的大小关系相对地偏向于任一方的信号的情况下，输出能够增大基于物理量的信号对新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数，在基于物理量的信号与校正信号的大小关系不存在相对的偏向时，输出能够增大校正信号对新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数。

另外，第二滤波器系数输出步骤是如下的步骤：根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与紧挨着该测定时刻之前得到的校正信号的差值以及在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与在比该测定时刻早两个时刻的时刻得到的校正信号的差值，来输出第二滤波器系数。

另外，第二滤波器系数输出步骤是如下的步骤：在基于物理量的信号与校正信号的差值相对大或者互不相同的校正信号的差值相对大的情况下，输出能够增大基于物理量的信号对新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数，在基于物理量的信号与校正信号的差值相对小或者互不相同的校正信号的差值相对小的情况下，输出能够增大校正信号对新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数。

另外，滤波器系数选择步骤是如下的步骤：选择第一滤波器系数和第二滤波器系数中的、使基于物理量的信号对新的校正信号的贡献度更大的一方。

另外，校正信号输出步骤是如下的步骤：根据

Snew＝a×Sin+(1-a)×Sold…(3)

a＝max(a1、a2)…(4)

(Snew：新的校正信号；Sin：基于物理量的信号；Sold：校正信号；a：由滤波器系数选择部选择出的系数；a1：第一滤波器系数；a2：第二滤波器系数)

式(3)所表示的关系式来输出新的校正信号，滤波器系数选择部根据式(4)所表示的关系式来选择滤波器系数。

另外，能够是一种具有输出基于物理量的信号的物理量信号输出步骤以及上述的物理量运算方法的步骤的物理量测定方法。

另外，还能够是一种用于使计算机使用输出基于物理量的信号的物理量信号来执行上述的各运算步骤的程序。另外，还能够是一种记录有用于执行各运算步骤的程序的能够由计算机读取的记录介质。

产业上的可利用性

本发明能够实现根据从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号来测量物理量的物理量测量装置以及物理量测量方法。特别是能够应用于电子罗盘。

附图标记说明

1：第一自适应滤波器；2：第二自适应滤波器；11-1、11-2：滤波器部；12-1、12-2：减法器；14-1：自适应模式控制部；15-1、15-2：滤波器更新运算部；20、40、60：物理量测量装置；21、41、61：物理量信号输出装置(检测部)；22、42、62：物理量运算装置；31、51：大小关系判定部；32、52：第一滤波器系数输出部；33、53、73：校正信号输出部；54：差值计算部；55：第二滤波器系数输出部；56：滤波器系数选择部；63：控制部；72：存储部；71：运算部；71a：变动状态估计部；71b：滤波器系数输出部。

Claims (26)

1.一种物理量测量装置，具备根据从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号来运算物理量的物理量运算装置，该物理量测量装置的特征在于，

上述物理量运算装置具备：

变动状态估计部，其估计上述物理量信号输出装置所检测的物理量的变动状态；

滤波器系数输出部，其基于由该变动状态估计部估计出的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数；以及

校正信号输出部，其基于由该滤波器系数输出部输出的滤波器系数以及从上述物理量信号输出装置输出的输出值，来输出该输出值的校正值。

2.根据权利要求1所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述变动状态估计部具有：

第一变动状态估计部，其基于在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态；以及

第二变动状态估计部，其根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号以及在接近该测定时刻的测定时刻得到的基于物理量的信号，来估计物理量的变动状态，

上述滤波器系数输出部基于由上述第一变动状态估计部或上述第二变动状态估计部估计出的物理量的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数。

3.根据权利要求2所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述第二变动状态估计部具有判定物理量的变动量是否小于规定的阈值的变动状态判定部，上述第一变动状态估计部根据来自上述变动状态判定部的判定结果，基于上述在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态。

4.根据权利要求2或3所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述滤波器系数输出部具有：

第一滤波器系数输出部，其基于上述第一变动状态估计部来输出第一滤波器系数；第二滤波器系数输出部，其基于上述第二变动状态估计部来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择部，其选择上述第一滤波器系数和上述第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

5.根据权利要求1所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述校正信号输出部根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号、在上述测定时刻之前得到的校正信号以及滤波器系数，来输出新的校正信号，

上述变动状态估计部具备判定上述基于物理量的信号与在上述测定时刻之前得到的校正信号的大小关系的大小关系判定部，

上述滤波器系数输出部具备基于多个上述大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出部。

6.根据权利要求5所述的物理量测量装置，其特征在于，还具备：

差值计算部，其计算在某个测定时刻得到的基于物理量的信号与在上述测定时刻之前得到的校正信号的差值或者计算在上述测定时刻之前且互不相同的时间点得到的校正信号的差值；

第二滤波器系数输出部，其基于由该差值计算部计算出的上述差值来输出第二滤波器系数；以及

滤波器系数选择部，其选择上述第一滤波器系数和上述第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

7.根据权利要求5或6所述的物理量测量装置，其特征在于，

当在期望周期中，上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系偏向于相对大和相对小中的任一方的情况下，上述第一滤波器系数输出部把能够增大上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数输出，

在上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系不存在相对的偏向时，上述第一滤波器系数输出部把能够增大上述校正信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数输出。

8.根据权利要求6或7所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述第二滤波器系数输出部根据在某个测定时刻得到的上述基于物理量的信号与紧挨着该测定时刻之前得到的校正信号的差值以及在某个测定时刻得到的上述基于物理量的信号与在比该测定时刻早两个时刻的时刻得到的校正信号的差值，来输出第二滤波器系数。

9.根据权利要求6、7或8所述的物理量测量装置，其特征在于，

在上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值相对大或者互不相同的校正信号的差值相对大的情况下，上述第二滤波器系数输出部把能够增大上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数输出，

在上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值相对小或者互不相同的校正信号的差值相对小的情况下，上述第二滤波器系数输出部把能够增大上述校正信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数输出。

10.根据权利要求4、6～9中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述滤波器系数选择部选择第一滤波器系数和第二滤波器系数中的、使上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度更大的一方。

11.根据权利要求4、6～10中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述校正信号输出部根据下述(1)式所表示的关系式来输出新的校正信号，上述滤波器系数选择部根据下述式(2)所表示的关系式来选择上述滤波器系数，

Snew＝a×Sin+(1-a)×Sold…(1)

a＝max(a1、a2)…(2)

其中，Snew：新的校正信号；Sin：基于物理量的信号；Sold：校正信号；a：由滤波器系数选择部选择出的系数；a1：第一滤波器系数；a2：第二滤波器系数。

12.根据权利要求1～11中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述物理量信号输出装置具有物理量测量元件，该物理量测量元件输出测量目标物理量所需要的物理量信号。

13.一种物理量测量方法，根据从物理量信号输出装置输出的基于物理量的信号来测量物理量，该物理量测量方法的特征在于，具有以下步骤：

检测步骤，由检测部检测基于物理量的信号；

变动状态估计步骤，由变动状态估计部估计通过该检测步骤检测的物理量的变动状态；

滤波器系数输出步骤，由滤波器系数输出部基于通过该变动状态估计步骤估计出的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数；以及

校正信号输出步骤，由校正信号输出部基于通过该滤波器系数输出步骤输出的滤波器系数以及从上述检测部输出的输出值，输出该输出值的校正值。

14.根据权利要求13所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述变动状态估计步骤具有以下步骤：

第一变动状态估计步骤，基于在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态；以及

第二变动状态估计步骤，根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号以及在接近该测定时刻的测定时刻得到的基于物理量的信号来估计物理量的变动状态，

在上述滤波器系数输出步骤中，基于通过上述第一变动状态估计步骤或上述第二变动状态估计步骤估计出的物理量的变动状态来决定滤波器系数并输出该滤波器系数。

15.根据权利要求14所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述第二变动状态估计步骤具有判定物理量的变动量是否小于规定的阈值的变动状态判定步骤，在上述第一变动状态估计步骤中，根据来自上述变动状态判定步骤的判定结果，基于上述在多个测定时刻得到的物理量的分布状态来估计物理量的变动状态。

16.根据权利要求14或15所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述滤波器系数输出步骤具有：第一滤波器系数输出步骤，基于上述第一变动状态估计步骤来输出第一滤波器系数；第二滤波器系数输出步骤，基于上述第二变动状态估计步骤来输出第二滤波器系数；以及滤波器系数选择步骤，选择上述第一滤波器系数和上述第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

17.根据权利要求13所述的物理量测量方法，其特征在于，

在上述校正信号输出步骤中，根据在某个测定时刻得到的基于物理量的信号、在上述测定时刻之前得到的校正信号以及滤波器系数，来输出新的校正信号，

上述变动状态估计步骤具有判定上述基于物理量的信号与在上述测定时刻之前得到的校正信号的大小关系的大小关系判定步骤，

上述滤波器系数输出步骤具有基于多个上述大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出步骤。

18.根据权利要求17所述的物理量测量方法，其特征在于，

除了判定上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系的大小关系判定步骤以及基于多个上述大小关系来输出第一滤波器系数的第一滤波器系数输出步骤以外，还通过以下步骤来求出上述滤波器系数：

差值计算步骤，计算上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值或者计算在互不相同的时间点得到的校正信号的差值；

第二滤波器系数输出步骤，基于上述差值来输出第二滤波器系数；以及

滤波器系数选择步骤，选择上述第一滤波器系数和上述第二滤波器系数中的某一方作为上述滤波器系数。

19.根据权利要求17或18所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述第一滤波器系数输出步骤是如下的步骤：

当在期望周期中上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系偏向于相对大和相对小中的任一方的情况下，把能够增大上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数输出，

在上述基于物理量的信号与上述校正信号的大小关系不存在相对的偏向时，把能够增大上述校正信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第一滤波器系数输出。

20.根据权利要求18或19所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述第二滤波器系数输出步骤是如下的步骤：

根据在某个测定时刻得到的上述基于物理量的信号与紧挨着该测定时刻之前得到的校正信号的差值以及在某个测定时刻得到的上述基于物理量的信号与在比该测定时刻早两个时刻的时刻得到的校正信号的差值，来输出第二滤波器系数。

21.根据权利要求18、19或20所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述第二滤波器系数输出步骤是如下的步骤：

在上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值相对大或者互不相同的校正信号的差值相对大的情况下，把能够增大上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数输出，

在上述基于物理量的信号与上述校正信号的差值相对小或者互不相同的校正信号的差值相对小的情况下，把能够增大上述校正信号对上述新的校正信号的贡献度的系数作为第二滤波器系数输出。

22.根据权利要求16、18～21中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述滤波器系数选择步骤是如下的步骤：

选择第一滤波器系数和第二滤波器系数中的、使上述基于物理量的信号对上述新的校正信号的贡献度更大的一方。

23.根据权利要求16、18～22中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述校正信号输出步骤是如下的步骤：根据下述式(3)所表示的关系式来输出新的校正信号，上述滤波器系数选择部是如下步骤：根据下述式(4)所表示的关系式来选择上述滤波器系数，

Snew＝a×Sin+(1-a)×Sold…(3)

a＝max(a1、a2)…(4)

其中，Snew：新的校正信号；Sin：基于物理量的信号；Sold：校正信号；a：由滤波器系数选择部选择出的系数；a1：第一滤波器系数；a2：第二滤波器系数。

24.根据权利要求13～23中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

在输出基于物理量的信号的物理量信号输出步骤中，由物理量测量元件来输出测量目标物理量所需要的物理量信号。

25.一种程序，用于使计算机使用输出基于物理量的信号的物理量信号来执行根据权利要求13～24中的任一项所述的各运算步骤。

26.一种能够由计算机读取的记录介质，记录有根据权利要求25所述的用于执行各运算步骤的程序。