JP2006113019A - Triaxial type electronic compass, and azimuth detecting method using same - Google Patents

Triaxial type electronic compass, and azimuth detecting method using same Download PDF

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JP2006113019A
JP2006113019A JP2004303148A JP2004303148A JP2006113019A JP 2006113019 A JP2006113019 A JP 2006113019A JP 2004303148 A JP2004303148 A JP 2004303148A JP 2004303148 A JP2004303148 A JP 2004303148A JP 2006113019 A JP2006113019 A JP 2006113019A
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Inventor
Hiroko Takahashi
Yuichi Umeda
裕一 梅田
裕子 高橋
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
アルプス電気株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a triaxial type electronic compass capable of detecting precisely an azimuth in response to all the attitudes without being restricted by attitude angles, and an azimuth detecting method using the same.
SOLUTION: When two candidates α1, α2 exist in solution of the attitude angles calculated from magnetic data X, Y, Z, the azimuth is detected precisely in response to all the attitudes, by selecting the one proper attitude angle (α1 or α2) from on the first processing of selecting the proper attitude angle, based on a variation in the attitude angle calculated time-serially, the second processing of selecting the proper attitude angle, referring to the azimuth calculated just before and the attitude angle used in that time, and the third processing of selecting the proper attitude angle, on a ratio of the azimuth calculated just before to a differential value of the attitude angle used in that time.
COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、地磁気から方位角を検出する3軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法に係わり、特に傾斜センサを用いずに方位角を検出できるようにした3軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法に関する。 The present invention relates to a 3-axis electronic compass and azimuth detection method using the same for detecting the azimuth angle from the geomagnetism, 3-axis electronic compass and it was able to detect the azimuth angle without using a particular inclination sensor about azimuth detection method using.

地平面に対してコンパス自体が傾斜姿勢に設定されたときの姿勢角度(地平面に対する姿勢角度)に起因して発生する誤差を考慮して、方位角の検出を行う方法が記載された先行技術としては、例えば以下に示すような特許文献1や2が存在している。 In consideration of an error caused by the (attitude angle relative to the horizontal plane) orientation angle when the compass itself against the horizontal plane is set to an inclined posture, prior art methods for detecting the azimuth angle have been described as is, for example, Patent documents 1 and 2 as described below are present.

特許文献1に記載されたものでは、基板と平行な平面に規定される磁気ベクトルの2軸成分を検出する磁気センサ100と、磁気ベクトルの基板とは垂直な方向の成分を検出するホール素子24と、基板の姿勢角度を検出する傾斜センサ22とが一体に構成されており、前記傾斜センサ22が検出した基板の姿勢角度(ロール角やピッチ角)を基づき、前記磁気センサ100から検出される磁気ベクトルの2軸成分、およびホール素子24から検出される垂直成分を補正することにより、適正な方位角の検出を行うというものである。 Those described in Patent Document 1, a Hall element 24 for detecting the magnetic sensor 100 for detecting the biaxial components of the magnetic vector defined in parallel to the substrate plane, the component perpendicular to the substrate of the magnetic vector When the inclination sensor 22 for detecting the attitude angle of the substrate are integrally formed, based on the attitude angle of the substrate on which the inclination sensor 22 detects (roll angle and pitch angle) is detected from the magnetic sensor 100 2-axis component of the magnetic vector, and by correcting the vertical component detected from the Hall element 24, is that the detection of proper azimuthal.

また特許文献2に記載の磁気センサ装置用地球磁極方位計算方法は、3軸磁気センサより得られる地磁気ベクトルと予め指定した所定の角度αを持つベクトルGとを特定の軸Xに対してほぼ直交するベクトルの中から求めるものであり、所定の角度αを地磁気ベクトルと地面からの鉛直ベクトルとの成す角にほぼ等しいものとし、特定の軸Xを3軸磁気センサを取り付けた基板が実際に使用される状況下にあって主たる回転に供する軸のうちの地面にほぼ平行な軸であるとすることにより、頻度高く想定される使用条件下で最適な傾斜補正を行うようにしたものである。 The magnetic sensor device for the earth pole orientation calculation method described in Patent Document 2 also, substantially orthogonal to the vector G with respect to a particular axis X having a predetermined angle α previously designated geomagnetic vector obtained from the three-axis magnetic sensor to is intended to obtain from the vector approximately equal ones and then, using the substrate actually fitted with 3-axis magnetic sensor specific axis X to the angle formed between the vertical vector from geomagnetic vector and the ground at a predetermined angle α with an axis substantially parallel to the ground of the shaft subjected to principal rotational be under conditions that are, in which to perform the optimum tilt correction is used under the conditions frequently high contemplated.
特開2002−196055号公報 JP 2002-196055 JP 特開2003−166825号公報 JP 2003-166825 JP

しかし、上記特許文献1に記載されたものは、地球磁極方位を算出するための3軸磁気センサに加えて傾斜補正を行うための傾斜センサを必要とする構成である。 However, those described in Patent Document 1 has a configuration that requires a tilt sensor for performing tilt correction in addition to the 3-axis magnetic sensor for calculating the earth magnetic pole orientation. このため、コンパス自体が大規模化・重量化させる要因となり、結果として前記コンパスを搭載する携帯機器等の小型化・軽量化の妨げになるという問題がある。 Therefore, be a factor compass itself to scale and weight reduction, there is a problem that as a result hinders miniaturization and weight reduction of a portable device or the like for mounting the compass.

また上記特許文献2に記載されたものでは、姿勢角度に一定の制限(0〜90度)が設けられているため、例えば使用者が仰向けに寝そべったような状態(したがって、コンパスが搭載された携帯電話機の天地が逆さまの状態)で使用した場合には、正しい方位角を得ることができないという問題がある。 Also has been described in Patent Document 2, since certain restrictions on the attitude angle (0-90 degrees) is provided, for example, conditions such as user is lying on his back (hence, the compass is mounted If the top and bottom of the cellular phone is used in the upside down state), it is impossible to obtain a correct azimuth.

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、方位角を取得する際に傾斜センサを不用として小型化・軽量化に適した3軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-azimuth detection method an inclination sensor using a 3-axis electronic compass and which is suitable for size and weight as a waste when acquiring azimuth It is an object of the present invention to provide.

また本発明は姿勢角による制限を受けることなく、あらゆる姿勢に対応して方位角を高精度に検出することが可能な3軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法を提供することを目的としている。 The present invention aims to provide that no azimuth detection method that using the same 3-axis electronic compass and capable of corresponding to any position to detect the azimuth angle with high precision limited by the attitude angle It is set to.

本発明は、互いに直交する3つの軸(x'軸,y'軸,z'軸)からなる(x'y'z')直交座標系を備え、前記いずれかの軸と真北との間に形成される方位角(θ')の算出を行う3軸型電子コンパスであって、 The present invention comprises three axes (x 'axis, y' axis, z 'axis) made of (x'y'z') orthogonal coordinate system perpendicular to each other, between the one of the shaft and True North a 3-axis electronic compass to calculate the azimuth angle formed (theta ') to,
任意の測定位置における地磁気ベクトル(H)を3軸方向の成分からなる磁気データ(X,Y,Z)として検出する磁気検出手段(3,4,5)と、前記測定位置における地磁気ベクトルの伏角(η)及び偏角(D)を取得する手段(20)と、 Magnetic data geomagnetic vector (H) consists of three axial direction component at an arbitrary measurement position (X, Y, Z) and the magnetic detecting means (3,4,5) for detecting as, dip of the geomagnetism vector at the measuring position (eta) and means for obtaining the declination (D) and (20),
前記磁気データ(X,Y,Z)と前記伏角(η)とを用いて前記3つの軸から選択した2軸によって形成される傾斜平面(例えば、x'y'平面)と地平面(例えば、xy平面)との間に形成される姿勢角の解を所定の計算式から算出する第1の演算部(11)と、 The magnetic data (X, Y, Z) and the dip angle (eta) inclined plane and formed by two axes selected from the three axes using (e.g., x'y 'plane) and the horizontal plane (e.g., first calculation unit for calculating a solution of the attitude angle formed between the xy plane) from a predetermined calculation formula (11),
前記第1の演算部で得られた姿勢角の解に2つの候補(α1,α2)がある場合に、時系列に沿って算出される姿勢角の変化量から適正な姿勢角が選定される第1の処理と、直前に算出された方位角とこのとき用いられた姿勢角とを参照して適正な姿勢角が選定される第2の処理と、前記直前に算出された方位角とこのとき用いられた姿勢角の微分値の比から適正な姿勢角が選定される第3の処理とから適正な1つの姿勢角(α1又はα2)を選定する第2の演算部(12)と、 The first two candidate solutions obtained posture angle calculating section ([alpha] 1, [alpha] 2) If there is, the proper attitude angle is selected from the amount of change of the posture angle calculated in chronological order a first processing, the azimuth angle calculated immediately before the second process with reference to the posture angle used at this time the proper attitude angle is selected, the azimuth angle calculated in the immediately preceding this second operation section for selecting a proper one of the attitude angle ([alpha] 1 or [alpha] 2) and a third process proper attitude angle is selected from the ratio of differential values ​​of used were attitude angle when (12),
前記第2の演算部で選定した姿勢角(α1又はα2)と前記磁気データ(X,Y,Z)とから磁北に対する方位角(θ)を算出する第3の演算部(13)と、 The selected posture angle by the second arithmetic unit ([alpha] 1 or [alpha] 2) and the magnetic data (X, Y, Z) a third calculator for calculating the azimuth angle relative to magnetic north from the the (theta) and (13),
前記方位角(θ)から偏角(D)を除去することにより真北に対する方位角(θ'=θ−D)を算出する第4の演算部(14)と、を有すること特徴とするものである。 Which is characterized by having a fourth arithmetic unit (14), for calculating the azimuth angle (θ '= θ-D) with respect to true north by removing the declination (D) from the azimuth angle (theta) it is.

本発明では傾斜センサを用いることなく方位角を求めることができるため、小型化・軽量化に適した3軸型電子コンパスを提供できる。 In the present invention it is possible to determine the azimuth angle without using an inclination sensor can provide a 3-axis electronic compass suitable for smaller and lighter. しかも3軸型電子コンパスを搭載した携帯端末はどのような姿勢に向けた場合であっても高精度で方位角を検出することができるため、携帯端末の操作性を向上させることができる。 Moreover it is possible to detect the azimuth with high accuracy even when the aimed mobile devices with 3-axis electronic compass in any posture, thereby improving the operability of the portable terminal.

上記においては、前記傾斜平面を形成する2軸のいずれか一方の軸が、前記地平面に対して平行とされているものが好ましい。 In the above, one of the axes of the two axes forming the inclined planes, which are parallel to the ground plane is preferred.

上記手段では、地平面とy軸との間の傾斜角度(姿勢角)を求める場合にはx軸、地平面とx軸との間の傾斜角度(姿勢角)を求める場合にはy軸が地平面と平行な状態にあれば正しい姿勢角を検出することができる。 With the above means, the x-axis in the case of obtaining the inclination angle between the horizontal plane and the y-axis (attitude angle), y-axis in the case of obtaining the inclination angle between the horizontal plane and the x-axis (orientation angle) it is possible to detect the correct attitude angle if the parallel to the horizontal plane.

例えば、前記伏角及び偏角を取得する手段は、当該使用地域の中継局を介して外部から入手されるものが好ましい。 For example, it means for acquiring the dip angle and declination are those obtained from the outside via the relay station of the use area are preferred.

上記手段では、携帯端末が中継局から発せられる電波が届く中継エリア内にあれば、いずれの箇所からでも伏角や偏角のデータを容易に入手することができるようになり、これらのデータから方位角を高精度で求めることが可能となる。 With the above means, if the mobile terminal within the relay area radio waves emitted from the relay station arrives, now the data of the dip angle and declination from any location can be easily obtained, the azimuth from these data it is possible to determine the angular accurately.

また前記第1ないし第4の演算部が一つの演算手段で形成されており、制御部からの指令を受けて各演算部における演算が行われるものが好ましい。 Also, the arithmetic unit of the first to fourth are formed in one operation means receives an instruction from the control unit operation in each operation unit is what is preferably conducted.

演算部を少なくすることができるため、小型化・軽量化を図ることができる。 It is possible to reduce the computation unit, it can be reduced in size and weight.
具体的な前記第1の処理としては、直前の姿勢角の変化量と今回の姿勢角の変化量を算出し、前記直前の姿勢角の変化量と今回の姿勢角の変化量との比が所定の範囲外である場合に、前記2つの解の候補のうち変化量の少ない方を適正な姿勢角として選定するものである。 Specific the first processing, and calculates the change amount of the change amount and the current attitude angles of the posture angle of the immediately preceding, the ratio of the change amount of the change amount and the current attitude angles of the attitude angle of the immediately preceding If it is out of the predetermined range, it is to select the lesser of one variation of candidates for the two solutions as an appropriate attitude angle.

また前記第2の処理は、前記第1の処理における比が所定の範囲内にある場合に、前記直前の姿勢角と今回の姿勢角との差の絶対値を算出し、前記絶対値が所定の範囲を超える場合に、前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択するものである。 Also the second process, the ratio in the first processing when within a predetermined range, and calculates the absolute value of the difference between the attitude angle and the current attitude angle of the immediately preceding, the absolute value is predetermined when exceeding the range, and selects the value obtained from the same equation as the attitude angle from the previous one as the posture angle.

さらに前記第3の処理は、前記第2の処理における絶対値が所定の範囲内の場合に、前記直前の姿勢角が±90°を中心とする所定の範囲内であるか否かを判定し、前記範囲外である場合には、前記選択した2軸に対応する磁気データから算出される直前の微分値の比(Y'/X'(ad))の符号の正負を調べ、前記符号が正の場合には前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択し、前記符号が負の場合には前回使用した姿勢角を算出した計算式とは異なる計算式から得られる値を姿勢角として選択する処理を有するものである。 Further, the third process, when the absolute value of the second process is within a predetermined range, the attitude angle of the immediately preceding is equal to or within a predetermined range centered on ± 90 ° , when it is outside the above range, examines the sign of the ratio of the differential value of the immediately preceding calculated from magnetic data corresponding to the selected two axes (Y '/ X' (ad)), the code is If positive selects the value obtained from the same equation as the attitude angle from the previous one as the posture angle, from different calculation formula and formulas for calculating the posture angle used last if the sign is negative the value to be those having a process of selecting a posture angle.

この場合、前記第3の処置が、直前の姿勢角が±90°を中心とする所定の範囲内である場合に、前記選択した2軸に対応する磁気データのうちの一方の磁気データと、選択されなかった他の軸に対応する磁気データとから算出される直前の微分値の比(Z'/X'(ad))の符号の正負を調べ、前記符号が正の場合には前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択し、前記符号が負の場合には前回使用した姿勢角を算出した計算式とは異なる計算式から得られる値を姿勢角として選択する処理を備えたものとすることができる。 In this case, the third treatment, if the attitude angle of the immediately preceding is within a predetermined range centered on ± 90 °, while the magnetic data of the magnetic data corresponding to the selected two axes, examine the sign of the ratio of the differential value of the immediately preceding calculated from the magnetic data corresponding to the other axis which is not selected (Z '/ X' (ad)), the last used when the sign is positive select a value obtained from the same equation as the attitude angle as a posture angle, selected as the posture angle value obtained from a different formula than the formula of calculating the posture angle used last if the sign is negative it can be made with the process of.

また本発明は、互いに直交する3つの軸(x'軸,y'軸,z'軸)からなる(x'y'z')直交座標系を備え、前記いずれかの軸と真北との間に形成される方位角(θ')の算出を行う3軸型電子コンパスを用いた方位算出方法であって、 The present invention, 'consist (Axis (x'y'z 3 three mutually orthogonal axes x' axis, y 'axis, z)') comprises an orthogonal coordinate system, with the one of the shaft and True North a azimuth (theta ') orientation calculation method using a 3-axis electronic compass to calculate the to be formed between,
任意の測定位置における地磁気ベクトルを3軸方向の成分からなる磁気データ(X,Y,Z)として検出する工程と、 A step of detecting a magnetic data geomagnetic vector consisting of three axial components (X, Y, Z) at an arbitrary measurement position,
前記測定位置における地磁気ベクトルの伏角(η)及び偏角(D)を入手するとともに、前記磁気データ(X,Y,Z)と前記伏角(η)とを用いて前記3つの軸から選択した2軸によって形成される傾斜平面(例えば、x'y'平面)と地平面(例えば、xy平面)との間に形成される姿勢角の解を所定の計算式から算出する工程と、 Together to obtain dip angle (eta) and declination of the geomagnetic vector (D) in the measurement position, said magnetic data (X, Y, Z) by using the said dip angle (eta) selected from the three axes 2 a step of calculating the inclined planes formed by the axes (e.g., x'y 'plane) and the horizontal plane (e.g., xy plane) the solution of the attitude angle formed between the the predetermined formula,
前記の工程で得られた姿勢角の解に2つの候補(α1,α2)がある場合に、時系列に沿って算出される姿勢角の変化量から適正な姿勢角が選定される第1の処理と、直前に算出された方位角とこのとき用いられた姿勢角とを参照して適正な姿勢角が選定される第2の処理と、前記直前に算出された方位角とこのとき用いられた姿勢角の微分値の比から適正な姿勢角が選定される第3の処理とから適正な1つの姿勢角(α1又はα2)を選定する工程と、 Two candidate solutions obtained posture angle by the above step ([alpha] 1, [alpha] 2) is in some cases, first a proper posture angle from the amount of change of the posture angle calculated in chronological order is selected and processing, used immediately before the second process with reference to the calculated azimuth angle and a posture angle used at this time the proper attitude angle is selected, the time and azimuth angle calculated in the immediately preceding a step of selecting a third proper one posture angle from the processing of a proper attitude angle is selected from the ratio of the differential value of the orientation angle ([alpha] 1 or [alpha] 2) it was,
前記の工程で選定した姿勢角(α1又はα2)と前記磁気データ(X,Y,Z)とから磁北に対する方位角(θ)を算出する工程と、 A step of calculating the azimuth angle relative to magnetic north and (theta) from the attitude angle selected in the step ([alpha] 1 or [alpha] 2) and the magnetic data (X, Y, Z) and,
前記方位角(θ)から偏角(D)を除去することにより真北に対する方位角(θ'=θ−D)を算出する工程と、を有すること特徴とするものである。 Those characterized by having a step of calculating the azimuth angle with respect to true north of (θ '= θ-D), a by removing the declination (D) from the azimuth angle (theta).

本発明では、z軸を含む座標平面の地磁気ベクトルと磁気センサの出力から姿勢角を求めることにより、この姿勢角を用いて3軸型電子コンパスに生じている傾斜角度を補正することができるため、従来のように傾斜角度を求めるための傾斜センサを不要とすることができる。 In the present invention, by determining the orientation angle from the output of the geomagnetic vector and the magnetic sensor coordinate plane including the z-axis, it is possible to correct the inclination angle caused in the triaxial electronic compass using the attitude angle it can be an inclination sensor for determining the inclination angle as in the prior art unnecessary. よって、小型化・軽量化に適した3軸型電子コンパスとすることができる。 Therefore, it can be a three-axis electronic compass suitable for smaller and lighter.

しかも姿勢角による制限を受けることなく、いかなる姿勢に設定された場合であっても方位角を高精度で検出することができる。 Moreover without being restricted by the attitude angle, even if it is set to any position it is possible to detect the azimuth with high accuracy.

図1は3軸型電子コンパスを搭載した携帯端末と方位角との関係を2次元的に示す平面図、図2は3軸型電子コンパスの構成を示すブロック図、図3は傾斜補正の原理を3次元的に説明するための方位解析図、図4はx軸回りにピッチ角αだけ傾斜させた状態を2次元的に示す携帯端末の側面図である。 Figure 1 is a plan view showing a relationship between a mobile device and azimuth equipped with a triaxial electronic compass in two dimensions, Figure 2 is a block diagram showing a configuration of a 3-axis electronic compass, the principle of Figure 3 is inclined correction three-dimensionally orientation analysis for illustration, and FIG. 4 is a side view of a mobile terminal illustrating a state where an inclined by the pitch angle α about the x-axis two-dimensionally.

図1は携帯端末1の代表例として示す携帯電話機である。 Figure 1 is a cellular phone shown as a representative example of a mobile terminal 1. この携帯端末1には電子コンパスが搭載されている。 An electronic compass are mounted to the portable terminal 1.

図2に示すように、前記3軸型電子コンパス2は軸方向の磁界の強さを検出する磁気検出手段として3ヶの磁気センサ3,4,5が搭載されている。 As shown in FIG. 2, the three-axis electronic compass 2 three magnetic sensors 3, 4, 5 are mounted as a magnetic detecting means for detecting the intensity of the axial magnetic field. 前記磁気センサ3,4,5は互いに直交する方向に配置されており、前記携帯端末1の幅方向をx'軸、前記携帯端末1の長手方向をy'軸、携帯端末1の板厚方向をz'軸とすると、前記磁気センサ3はx'軸方向、前記磁気センサ4はy'軸方向、前記磁気センサ5はz'軸方向にそれぞれ発生した磁界の強さを検出することが可能とされている。 The magnetic sensor 3, 4, 5 are arranged in directions perpendicular to each other, the x 'axis, the longitudinal direction y of the mobile terminal 1' in the width direction of the mobile terminal 1-axis, the thickness direction of the mobile terminal 1 the 'If the axis, the magnetic sensor 3 x' z-axis direction, the magnetic sensor 4 is y 'axis direction, the magnetic sensor 5 is z' can detect the intensity of the magnetic field generated respectively in the axial direction there is a. したがって、前記3軸型電子コンパス2は3ヶの磁気センサ3,4,5によりx'y'z'直交座標系が形成されており、地球の回りに発生する地磁気ベクトルHを3軸方向の各成分ごとに検出することが可能とされている。 Therefore, by the three-axis electronic compass 2 three magnetic sensors 3, 4, 5 x'y'z 'are orthogonal coordinate system is formed, the geomagnetic vector H triaxial direction generated in the earth around It is possible to detect each component.

なお、前記磁気検出手段を構成する磁気センサとしては、例えばMR(Magneto Resistive)センサ、ホール素子、フラックスゲート型磁気センサ(特開平9−43322号および特開平11−118892号公報参照)などを用いることができる。 As the magnetic sensors constituting the magnetic detection means, for example MR (Magneto Resistive) sensor, a Hall element, the like fluxgate magnetic sensor (see Japanese Patent Laid-Open No. 9-43322 and No. Hei 11-118892) be able to.

図2に示すように、前記3軸型電子コンパス2は演算手段10と伏角及び偏角取得手段20が設けられている。 As shown in FIG. 2, the three-axis electronic compass 2 calculating unit 10 and the dip angle and declination acquiring means 20 is provided. 前記演算手段10は、第1の演算部11、第2の演算部12、第3の演算部13、第4の演算部14を有している。 The calculating means 10 has a first calculation unit 11, the second arithmetic unit 12, the third computation section 13, the fourth arithmetic unit 14. なお、第1ないし第4の演算部11,12,13,14および伏角及び偏角取得手段20の機能については後述する。 It will be described later functions of the first to fourth calculation portion 11, 12, 13, 14 and the dip angle and declination acquiring means 20.

以下の説明においては、携帯端末1の姿勢に応じて変化する前記x'y'z'直交座標系のx'軸とy'軸とが地面に対して平行となる水平面(x'y'平面(地平面))を形成しており、y軸'が真北を向き且つ前記x'軸とy軸'の双方に直交するz'軸が鉛直方向(重力方向)を向いた場合をxyz直交座標系としている。 In the following description, the x'y'z 'parallel to become a horizontal plane (x'y to the axis and the ground' plane axis and y 'x of the orthogonal coordinate system' that varies depending on the orientation of the mobile terminal 1 forms a (horizontal plane)), the case where the axis y-axis 'z orthogonal to both the' which 'is the direction and the x true north' axis and y-axis vertically oriented (gravitational direction) xyz orthogonal It is a coordinate system.

また符号Hx、Hy、Hzは、携帯端末1に搭載されたの前記3軸型磁気センサが検知する地磁気ベクトルHのxyz直交座標系におけるx軸成分,y軸成分およびz軸成分の大きさ(磁界の強さ)を意味している。 The code Hx, Hy, Hz is, x-axis component in the xyz orthogonal coordinate system of the geomagnetic vector H of the 3-axis magnetic sensor mounted in the portable terminal 1 detects, y-axis component and the z-axis size of component ( it means the strength) of the magnetic field. また符号H'は前記地磁気ベクトルHを前記地平面(xy平面)に投影したときの水平成分を示すとともに、磁北の向きを示している。 The reference numeral H 'together with a horizontal component when projecting the geomagnetic vector H in the ground plane (xy plane), which indicates the direction of magnetic north.

図1および図3に示す方位角θは、基準とするy'軸と磁北(地磁気ベクトルの水平成分H')とが成す角である。 Azimuth θ shown in FIGS. 1 and 3, a and the corner formed by '(horizontal component H of the geomagnetic vector) axis and magnetic north' y as a reference. また方位角θ'は、基準とするy'軸と真北とが成す角であり、本発明の3軸型電子コンパスが最終的に求めようとする角度である。 The azimuth angle theta 'is, y referenced' a angle formed by the axis and true north, a third angle which the axis electronic compass be finally Calculate the present invention.

さらに図4に示す符号αは、携帯端末1をx'軸(x軸)回りに回転させたときに前記y軸(または地平面(xy平面))と回転後のy'軸(またはx'y'平面)とが成す姿勢角(以下ピッチ角という。)を意味する。 Further code α shown in FIG. 4, the portable terminal 1 'wherein y axis when rotating the axis (x axis) (or the horizontal plane (xy plane)) and y after rotation' x-axis (or x ' y 'plane) and forms attitude angle (hereinafter referred to as the pitch angle.) means. また符号βは携帯端末1をy'軸(y軸)回りに回転させたときに前記x軸(または地平面(xy平面))と回転後のx'軸(またはx'y'平面)とが成す姿勢角(以下ロール角という。)を意味している。 The sign β is the axis' the x-axis (or the horizontal plane (xy plane)) and after the rotation x when rotating axis (y-axis) around 'the mobile terminal 1 y (or x'y' plane) which means the attitude angle is formed (hereinafter referred to as the roll angle.).

ここで、図3に示す符号ηは前記地平面(xy平面)と前記地平面を突っ切る地磁気ベクトルHとが成す角であり、伏角(下向きをプラスとする)を意味している。 Here, the reference numeral η shown in FIG. 3 is a angle formed with the ground plane geomagnetic vector H which breaks new ground (xy plane) and the ground plane, which means the dip angle (a and positive downward). ただし、前記伏角ηは場所によって異なる値であり、緯度が高くなるほど大きな値となる傾向がある。 However, said dip angle η a different value depending on the location, there is a tendency that a larger value as the latitude becomes higher.

伏角ηの値は、例えば任意の測定位置に対応する伏角ηデータを図示しないメモリ手段に記憶させておき、携帯端末1に設けられたGPS(汎地球測位システム)を構築する人工衛星を介して現在の測定位置を入手するとともに、前記現在の測定位置に対応する前記伏角ηを内部の前記メモリ手段から入手することが可能である。 The value of the dip angle η, for example is stored in the memory means (not shown) dip angle η data corresponding to an arbitrary measurement position, via an artificial satellite for building GPS provided in the mobile terminal 1 (Global Positioning System) thereby obtain the current measurement position, it is possible to obtain the dip angle η which corresponds to the current measuring position from the interior of said memory means. あるいは前記携帯端末1が携帯電話機の場合には、通話やメールの際に接続される中継局の位置から携帯電話機が使用されている地域(現在の測定位置)を割り出し、前記中継局を介して前記伏角ηに関するデータを3軸型電子コンパス2の外部から入手することが可能であり、図2に示すように前記3軸型電子コンパス2は、伏角及び偏角取得手段20を有している。 Or when the mobile terminal 1 is a portable telephone, indexing the area cellular phone from the position of the relay stations connected during a call or mail is being used (current measurement position), via the relay station it is possible to obtain data relating to the dip angle η from the outside of the 3-axis electronic compass 2, the 3-axis electronic compass 2 as shown in FIG. 2, has a dip angle and declination acquiring means 20 .

まず、最も簡単な場合、すなわちxyz直交座標系の中心に携帯端末1が置かれ、且つ前記ピッチ角αとロール角βが共にα=β=0°の場合にける磁北に対する方位角θの検出方法について説明する。 First, the simplest case, i.e. xyz in the center of the orthogonal coordinate system mobile terminal 1 is placed, the detection of the azimuth angle θ with respect to and the kick when the pitch angle alpha and the roll angle beta is α = β = 0 ° are both magnetic north a description will be given of a method. なお、ピッチ角αおよびロール角βは共に0°であるから、xyz直交座標系とx'y'z'直交座標系とは一致した状態にある。 Incidentally, since the pitch angle α and roll angle β are both 0 °, the xyz rectangular coordinate system and x'y'z 'orthogonal coordinate system in the matched state.

このとき、前記電子コンパスが検出した地磁気ベクトルHのx'y'z'直交座標系の各成分はxyz直交座標系の各成分と同じであるから、この場合の地磁気ベクトルHの各成分をそれぞれHx、Hy、Hzとすると、前記各成分Hx、Hy、Hzは方位角θと伏角ηを用いることにより、以下の数1のように表わすことができる。 At this time, since each component of the x'y'z 'orthogonal coordinate system of the geomagnetic vector H of the electronic compass is detected is the same as the components of the xyz orthogonal coordinate system, each component of the geomagnetic vector H in this case each Hx, Hy, When Hz, the components Hx, Hy, Hz by the use of the azimuth angle θ and dip angle eta, can be expressed by the following equation (1).

前記方位角θは、図1および図3に示すようにy'軸(この場合はy軸と一致する)と地磁気ベクトルの水平成分H'との成す角であるから、以下の数2として表わすことができる。 The azimuth angle θ, since y as shown in FIGS. 1 and 3 is the angle formed between the '(in this case matches the y-axis) axis horizontal component H of the geomagnetic vector', expressed as the number of 2 or less be able to.

次に、図4に示すように、携帯端末1にピッチ角αが発生した場合(なお、ロール角β=0°とする)の方位角θの算出方法について説明する。 Next, as shown in FIG. 4, if the pitch angle α is generated in the portable terminal 1 (Note that the roll angle β = 0 °) a method for calculating the azimuth angle θ will be described.

このとき、電子コンパスを構成する3ヶの磁気センサが検知した磁気データ、すなわちx'y'z'直交座標系として算出される磁気データをそれぞれX,Y,Zとすると、上記数1は以下の数3のように磁気データX,Y,Zとピッチ角αで表わすことができる。 At this time, the magnetic data by the magnetic sensor 3 months constituting an electronic compass has detected, i.e. x'y'z 'when the magnetic data are X, Y, and Z are calculated as an orthogonal coordinate system, the number 1 or less can be represented by the magnetic data X, Y, Z and the pitch angle α as in equation 3.

因みに、ピッチ角α=0°(ロール角βもβ=0°とする)の場合には、数3にα=0°を代入することによって以下の数4が成立する。 Incidentally, in the case of the pitch angle alpha = 0 ° (also with beta = 0 ° roll angle beta), the number of following by substituting alpha = 0 ° to the number 3 4 is established. これはxyz直交座標系とx'y'z'直交座標系とが完全に一致していることを意味している。 This means that the xyz orthogonal coordinate system and x'y'z 'orthogonal coordinate system are exactly the same.

携帯端末1にピッチ角αが発生した場合の方位角θは、前記数2と数3とから以下の数5として表わすことができる。 Azimuth θ when the pitch angle to the portable terminal 1 alpha has occurred can be expressed as the number 5 below from the number 2 and number 3.

上記数5より、方位角θを求めるにはピッチ角αを知る必要があることがわかる。 From Equation 5, it can be seen that it is necessary to know the pitch angle α to determine the azimuth angle theta.
ところで、傾斜センサを搭載した従来の携帯端末の場合には、前記傾斜センサよって検出されるピッチ角αを用いることにより、方位角θを求めることができる。 Incidentally, in the case of a conventional portable terminal equipped with an inclination sensor, the use of the pitch angle α which is detected by the tilt sensor, it is possible to determine the azimuth angle theta. しかし、本願発明のように傾斜センサを有しない構成の場合には、以下に示す手段により前記ピッチ角αを求めることが可能である。 However, in the case of a structure without a tilt sensor as in the present invention, it is possible to determine the pitch angle α by the following means.
上記数1および数3の3行目より、以下の数6が成立する。 From the third row of the equations 1 and 3, number 6 is established below.

また地磁気ベクトルHと磁気データX,Y,Zとの間には、以下の数7の関係がある。 The geomagnetic vector H and the magnetic data X, Y, between the Z, the following Equation 7 relation of.

次に、図3および図4に示すように、地磁気ベクトルHをxyz直交座標系のyz平面に投影したときの地磁気ベクトルの成分Hyzとz軸との成す角をγaとすると、γaは以下の数8で表わすことができる。 Next, as shown in FIGS. 3 and 4, when the angle formed between the component Hyz and z-axis of the geomagnetic vector in projecting the geomagnetic vector H in the yz plane of the xyz orthogonal coordinate system .gamma.a, .gamma.a following it can be expressed by the number 8.

数6に数7および数8を代入してαについて解くと、ピッチ角αは以下の数9のように求められる。 Solving for α by substituting 6 to Equation 7 and Equation 8, the pitch angle α is determined as follows in Equation 9.

よって、前記数9で求めたピッチ角αを上記数5に代入することにより、方位角θを求めることができる。 Accordingly, the pitch angle α determined by the number 9 By substituting the Equation 5 can be obtained azimuth angle theta. なお、北半球では伏角ηは下向きの負となるため、数9の括弧内の先頭にマイナスの記号(−)が付き、南半球では伏角ηは上向きの正となるため、数9の括弧内の先頭にプラスの記号(+)が付く。 Incidentally, since the dip angle η and downward negative in the northern hemisphere, the number 9 leading minus sign in parentheses (-) is attached, since the upward positive dip angle η in the southern hemisphere, beginning in parentheses number 9 a plus sign (+) is attached to.

ただし、数9に示すようにピッチ角αには2つの解を有する。 However, having two solutions to the pitch angle α as shown in Equation 9. このため、正しい方位角θを求めるためには、前記2つの解の候補の中から適正な解をピッチ角αとして選択する必要がある。 Therefore, in order to determine the correct azimuth angle θ should be selected as the pitch angle α proper solution from the candidates of the two solutions.

ここで、北半球における前記2つの解をそれぞれ方位角α1およびα2とおいて、以下の数10と数11のように定義する。 Here, the at two solutions the azimuth angle α1 and α2, respectively, in the northern hemisphere, is defined as the following Equation 10 and Equation 11.

また前記ピッチ角α1,α2を数5に代入して求められる計算上の方位角をそれぞれθ α1 ,θ α2とおくと、θ α1 ,θ α2は以下の数12,13のように定義される。 Also be defined as the pitch angle [alpha] 1, respectively the azimuth angle of the calculated obtained by substituting [alpha] 2 to the number 5 theta [alpha] 1, by placing a θ α2, θ α1, θ α2 following numbers 12, 13 .

図5は、ピッチ角α=+30°(一定)の場合におけるz軸回りの回転角度θzと磁気データとの関係を示すグラフ、すなわち、ピッチ角α=+30°(一定)、ロール角β=0°、伏角η=51°の状態で、携帯端末1を前記絶対座標系のz軸回りに360°回転させたときの磁気データX,Y,Zとの関係を示している。 5, the pitch angle α = + 30 ° graph showing the relationship between the z axis of the rotation angle θz and magnetic data in the case of (constant), i.e., the pitch angle α = + 30 ° (constant), the roll angle beta = 0 °, while the angle of depression eta = 51 °, the magnetic data X when the mobile terminal 1 was rotated 360 ° about the z-axis of the absolute coordinate system, Y, shows the relationship between Z. 図6は図5の磁気データX,Y,Zに基づいて算出したピッチ角α1,α2と、前記ピッチ角α1,α2から算出した方位角θ α1 ,θ α2との関係を示すグラフ、図7は図5の磁気データX,Y,Zの角度の微分値X',Y',Z'〔mV/deg〕とz軸の回転角度θzとの関係を示すグラフである。 Figure 6 is a magnetic data X, Y, pitch angle [alpha] 1 calculated based on the Z in FIG. 5, and [alpha] 2, a graph showing the relationship between the pitch angle [alpha] 1, the azimuth angle theta [alpha] 1 is calculated from the [alpha] 2, theta [alpha] 2, 7 the magnetic data X of Fig. 5, Y, differential value X of the angle Z ', Y', is a graph showing the relationship between the rotation angle θz of the z-axis and Z '[mV / deg].

なお、図5ないし図7に示すものではy'軸(携帯端末1の長手方向の軸)が磁北(N)に一致する角度を0°(360°)とし、その状態から携帯端末1を磁北(N)→東(E)→南(S)→西(W)→磁北(N)の順に時計回りに1回転させた場合であり、z軸回り回転角度をθzとすると、θz=0°(360°)の地点が磁北(N)を、θz=90°の地点が東(E)を、θz=180°の地点が南(S)を、θz=270°の地点が西(W)を意味している。 Incidentally, the angle y 'axis as shown in figure 5 through 7 (longitudinal axis of the mobile terminal 1) is matching the magnetic north (N) and 0 ° (360 °), the mobile terminal 1 from its state magnetic north (N) → E (E) → a south (S) → West (W) → the order of magnetic north (N) when rotated once clockwise, when [theta] z of the z-axis rotation angle, [theta] z = 0 ° the point is magnetic north (N) of (360 °), θz = a 90 ° point is East (E), θz = 180 point ° south (S), θz = 270 point of ° is west (W) it means. また図6では磁気データX,Y,Zを数10に代入することにより求めたピッチ角α1を実線で示し、同じく磁気データX,Y,Zを数11に代入することにより求めたピッチ角α2を一点鎖線で示している。 The Figure 6 the magnetic data X, Y, indicates the pitch angle α1 obtained by substituting the number 10 the Z by the solid line, similarly the magnetic data X, Y, pitch angle was determined by substituting Z to the number 11 the α2 It is indicated by one-dot chain line. さらに数12にピッチ角α1を代入することにより算出した方位角θ α1を点線で示し、同じく数13にピッチ角α2を代入することにより算出した方位角θ α2を破線で示している。 Shows the azimuth angle theta [alpha] 1 calculated by further substituting the pitch angle [alpha] 1 to the number 12 in dashed lines, it is shown also on the number 13 the azimuth angle theta [alpha] 2 that is calculated by substituting the pitch angle [alpha] 2 by broken lines.

図6に示すように、ピッチ角α1が適正なピッチ角(α1=+30°)を示すのは、z軸回りの回転角度θzが0°から90°の範囲と、270°から360°の範囲に限られ、その他の範囲(90°から270°の範囲)では適正なピッチ角ではない正弦波を示す。 As shown in FIG. 6, indicate the pitch angle [alpha] 1 is the proper pitch angle (α1 = + 30 °) has a range of 90 ° z-axis rotation angle θz from 0 °, the range of 270 ° to 360 ° limited to, indicating the sine wave is not a proper pitch angle in other ranges (the range of 270 ° from the 90 °). またピッチ角α2が適正なピッチ角(α2=+30°)を示すのは、z軸回りの回転角度θzが90°から270°の範囲であり、その他の範囲(0°〜90°と270°〜360°の範囲)では適正なピッチ角ではない正弦波を示す。 Also shown the pitch angle [alpha] 2 is the proper pitch angle (α2 = + 30 °) is, z-axis rotation angle θz in the range of 270 ° from 90 °, other ranges (0 ° to 90 ° and 270 ° in 360 range °) it shows a sine wave is not a proper pitch angle.

すなわち、回転角度θzがθz=0°〜90°の範囲ではピッチ角αの2つの解のうちピッチ角α1が適正であり、同じくθz=90°〜270°の範囲ではピッチ角α2が適正であり、同じくθz=270°〜360°の範囲ではピッチ角α1が適正であることがわかる。 That is, the rotation angle [theta] z is the proper pitch angle α1 of the two solutions of the pitch angle α in the range of θz = 0 ° ~90 °, likewise [theta] z = 90 ° in the range of to 270 ° proper pitch angle α2 There, again it can be seen that the pitch angle α1 is proper in the range of θz = 270 ° ~360 °. またピッチ角αの2つの解α1,α2は、θz=90°(東)とθz=270°(西)を境に正しい解が逆転することがわかる。 The two solutions of the pitch angle alpha [alpha] 1, [alpha] 2 is found to correct solution is reversed [theta] z = 90 ° (the east) and [theta] z = 270 ° (west) as a boundary. すなわちθz=90°(東)は適正な解がピッチ角α1からピッチ角α2へ逆転する変極点P1であり、同じくθz=270°(西)は適正な解がピッチ角α2からピッチ角α1へ逆転する変極点P2となっている。 That θz = 90 ° (East) is the inflection point P1 that the proper solution is reversed from the pitch angle α1 to the pitch angle α2, as well θz = 270 ° (West) is the proper solution is to pitch angle α1 from the pitch angle α2 and it has a inflection point P2 to reverse.

したがって、携帯端末1の回転角度θzの範囲ごとに区切って適正なピッチ角のみを選択することができれば、常に適正な方位角θを計算により求めることが可能となる。 Therefore, if it is possible to select only the proper pitch angle separated by range of rotation angle θz of the portable terminal 1, it is possible to always be obtained by calculating the proper azimuthal theta. ちなみに、適正な方位角θは、θz=0°〜90°の範囲ではθ α1であり、θz=90°〜270°の範囲ではθ α2であり、θz=270°〜360°の範囲ではθ α1である。 Incidentally, the proper azimuthal theta, a theta [alpha] 1 in the range of θz = 0 ° ~90 °, a theta [alpha] 2 in the range of θz = 90 ° ~270 °, in the range of θz = 270 ° ~360 ° θ it is α1.

ただし、上記は携帯端末1をz軸回りに連続的に360°回転させた場合であり、実際に携帯端末1が使用される場合に、常にユーザーに携帯端末1を360°回転させることを期待することは不可能である。 However, the is a case where the mobile terminal 1 was continuously rotated 360 ° around the z-axis, actually when the portable terminal 1 is used, the expected always to rotate the user to the mobile terminal 1 360 ° it is impossible to. すなわち、実際の使用環境下では、電子コンパスはθz=0°から360°のうち一部の狭い範囲内の磁気データX,Y,Zしか得ることができない場合が多いため、このような磁気データX,Y,Zを上記数10,数11に代入して2つの解のピッチ角α1,α2を得た場合に、いずれのピッチ角α1,α2が適正な値であるかを判断することが必要となる。 That is, under actual use environments, electronic compass [theta] z = 0 magnetic data within a narrow range of some of the 360 ​​° from ° X, Y, often it is only possible to obtain Z, such a magnetic data X, Y, the number 10 the Z, pitch angle [alpha] 1 of the two solutions are substituted into Equation 11, when obtaining the [alpha] 2, either of the pitch angle [alpha] 1, that [alpha] 2 to determine whether the appropriate value is required.

以下には、2つの解の候補であるピッチ角α1とα2のうちいずれが適正な値であるかを判断する手法を説明する。 Hereinafter, it either of the pitch angle α1 and α2 is a candidate for two solutions explaining a method of determining whether a proper value.

図8は適正なピッチ角αを求める手法の主要部を示すフローチャートである。 Figure 8 is a flow chart showing a main part of a method of obtaining the proper pitch angle alpha.
なお、図8においては、X,Y,Zは前記3軸型電子コンパスのx'軸、y'軸,z'軸の各出力値である磁気データを示している。 In FIG. 8, X, Y, Z denotes a magnetic data which are the output values ​​of the x 'axis, y' of the 3-axis electronic compass axis, z 'axis. またα'は前回選択されたピッチ角αを示しており、これはメモリ手段に記憶されている。 The alpha 'denotes a pitch angle alpha which is previously selected, which is stored in the memory means. そして、X',Y',Z'は前記磁気データX,Y,Zの微分値を示している。 Then, X ', Y', Z 'represents the differential value of the magnetic data X, Y, Z. またフローチャートの各段階をST1のようにSTの符号と番号とを用いて表わすこととする。 Further to be represented by using the ST code and number as each step of the flowchart ST1.

(第1の工程) (First step)
ST1では、前記3軸型電子コンパス2のx'軸用の磁気センサ3、y'軸用の磁気センサ4およびz'軸用の磁気センサ5の各出力を磁気データX,Y,Zとして所定のサンプリング周期に基づいて随時取得する。 In ST1, given the respective outputs of the triaxial type 'magnetic sensor 3, y for the axis' magnetic sensor 4 and z' magnetic sensor 5 for axes for axes x electronic compass 2 magnetic data X, Y, as Z obtaining at any time based on the sampling period.

(第2の工程) (Second step)
ST2では、前記第1の演算部11が、前記GPS又は中継局を利用して現在の測定位置における伏角η及び偏角Dを取得するとともに、前記ST1で取得された各磁気データX,Y,Zを上記数10,数11に代入することにより、それぞれピッチ角α1,α2の計算値を前記サンプリング周期に応じて求める。 In ST2, the first arithmetic unit 11, the GPS or by using the relay station obtains the dip angle η and declination D in the current measurement position, the magnetic data X obtained in the ST1, Y, by substituting Z Equation 10, the number 11, determined pitch angle α1, respectively, the calculated values ​​of α2 in accordance with the sampling period.

(第3の工程の第1の処理) (First process in the third step)
ST3では、前記第2の演算部12が、前記ST2で求めた複数のピッチ角α1、例えば20個分のピッチ角α1どうしを比較し、その最大値α1 maxと最小値α1 minを求めるとともに前記20個分のピッチ角α1の変化量Δα1を以下の数14として求める。 In ST3, the with the second calculation unit 12, a plurality of the pitch angle [alpha] 1 which has been determined by the ST2, for example, to compare to what 20 pieces of pitch angle [alpha] 1, determine the maximum value [alpha] 1 max and the minimum value [alpha] 1 min determining the variation Δα1 of the pitch angle α1 of 20 pieces of the following numbers 14.

同様に、前記第2の演算部12は20個の計算上のピッチ角α2どうしを比較し、その最大値α2 maxと最小値α2 minを求め、さらにこのときのピッチ角α2の変化量Δα2を以下の数15として求める。 Similarly, the second computing unit 12 compares to what pitch angle [alpha] 2 on 20 calculated to obtain the maximum value [alpha] 2 max and the minimum value [alpha] 2 min, further variation Δα2 of the pitch angle [alpha] 2 at this time determined as the following equation (15).

上記図6に示すようにz軸回りの回転角度θzがθz=0°〜90°の範囲およびθz=270°から360°の範囲では、ピッチ角α1はほぼ一定の値+30°を示すので前記変化量Δα1は小さな値となるが、ピッチ角α2は正弦波で変化しているので前記変化量Δα2は大きな値となりやすい。 In the range z-axis rotation angle [theta] z of 360 ° from the scope and [theta] z = 270 ° of the θz = 0 ° ~90 °, as shown in FIG. 6, the pitch angle α1 is substantially shows a constant value + 30 ° wherein Although variation Δα1 is a small value, the change amount Δα2 the pitch angle α2 is changing in a sine-wave tends to be a large value. したがって、この範囲では比Δα1/Δα2の値は通常1/3倍未満となる。 Therefore, the value of the ratio Δα1 / Δα2 in this range is usually less than 1/3.

また前記z軸回りの回転角度θzがθz=90°〜270°の範囲では、ピッチ角α2はほぼ一定の値+30°を示すので前記変化量Δα2は小さな値となるが、ピッチ角α1は正弦波で変化するので前記変化量Δα1は大きな値となりやすい。 In the range wherein the z-axis around the rotation angle [theta] z is θz = 90 ° ~270 °, the variation Δα2 is a small value because the pitch angle α2 is substantially shows a constant value + 30 °, the pitch angles α1 sine the amount of change Δα1 because varying wave tends to be large. したがって、この範囲では比Δα1/Δα2の値は通常3倍を超えるものとなる。 Therefore, the value of the ratio Δα1 / Δα2 in this range is in excess of the normal 3-fold.

一方、前記z軸回りの回転角度θzが0°(360°)付近ではピッチ角α1が正弦波の谷部付近に相当しほぼ一定の値を示すため、前記z軸回りの回転角度θzが180°付近ではピッチ角α2が正弦波の山部付近に相当しほぼ一定の値を示するため、ともにピッチ角α1,α2の変化量Δα1,Δα2は小さな値を示す。 Meanwhile, to indicate the z substantially constant value pitch angle α1 corresponds to the vicinity of the valleys of the sine wave is axis of rotation angle θz is 0 ° (360 °) around the z-axis rotation angle θz 180 ° for near that shows a substantially constant value corresponds to the vicinity of crest pitch angle [alpha] 2 is a sine wave in both pitch angle [alpha] 1, [alpha] 2 of the change amount Δα1, Δα2 indicates a small value. このため、z軸回りの回転角度θzが0°(360°)および180°付近では、前記比Δα1/Δα2は1/3<(Δα1/Δα2)<3の範囲となる。 Therefore, z-axis rotation angle θz of 0 ° in the vicinity of (360 °) and 180 °, the ratio Δα1 / Δα2 becomes 1/3 <(Δα1 / Δα2) <3 range.

そこで、ST4では、ST3で求めた変化量Δα1と変化量Δα2からこれらの比Δα1/Δα2を求めるとともに、前記変化量の比Δα1/Δα2が1/3<(Δα1/Δα2)<3の範囲にあるか否かの判定を行うことにより、z軸回りの回転角度θzがθz=0°(360°)またはθz=180°付近に位置するか、それ以外に位置するかの大別を行う。 Therefore, in ST4, with determining these ratios Δα1 / Δα2 from variation Derutaarufa1 the variation Derutaarufa2 determined in ST3, the variation in ratio Δα1 / Δα2 is 1/3 <(Δα1 / Δα2) <3 range by it is determined whether or not there is, z-axis rotation angle [theta] z is θz = 0 ° (360 °) or [theta] z = 180 ° or positioned near, performs or roughly classified positioned otherwise.

すなわち、ST4では「Yes」の場合、すなわち1/3<(Δα1/Δα2)<3の場合(変化量Δα1と変化量α2との間の変化率が小さい場合)にはz軸回りの回転角度θzはθz=0°(360°)またはθz=180°近付に位置すると判断される。 That is, in the case of the ST4 "Yes", i.e. 1/3 <(Δα1 / Δα2) <3 rotation angle about the z-axis in the (change if rate is small between the variation Derutaarufa1 the change amount [alpha] 2) In the case of [theta] z is judged to be located θz = 0 ° (360 °) or [theta] z = 180 ° with the near. また「No」の場合、すなわち1/3<(Δα1/Δα2)<3以外の場合(変化量Δα1と変化量Δα2との間の変化率が大きな場合)には、θz=0°(360°)またはθz=180°付近には位置しないと判断される。 In the case of "No", i.e. 1/3 <(Δα1 / Δα2) <in cases other than 3 (when the change rate between the variation Derutaarufa1 and variation Derutaarufa2 large) is, θz = 0 ° (360 ° ) or in the vicinity [theta] z = 180 ° is determined not located.

このとき、後者の「No」の場合には、z軸回りの回転角度θzは、θz=0°(360°)またはθz=180°付近に位置せず、したがってピッチ角α1とα2のうち、一方のピッチ角αはほぼ一定の+30°にあり、他方のピッチ角は大きな変化を示すと判断することができる。 At this time, if the latter of "No", the rotation angle [theta] z of the z-axis is, θz = 0 ° (360 °) or [theta] z = not located in the vicinity of 180 °, thus among the pitch angle α1 and [alpha] 2, the one of the pitch angle α substantially located at a constant + 30 °, the pitch angle of the other can be determined to indicate a significant change.

このため、さらにST4−1においてはΔα1/Δα2と1との大小を比較する。 Therefore, further in ST4-1 compares the magnitude of the Δα1 / Δα2 1. このとき、Δα1/Δα2<1の場合(「Yes」の場合)には、ピッチ角α2が大きく変化し且つピッチ角α1はほぼ一定の値(+30°)を示していると判断することができる。 In this case, it can be judged that in the case of Δα1 / Δα2 <1 (the case of "Yes"), and the pitch angle α1 pitch angle α2 greatly changes are almost constant value (+ 30 °) . よって、変化量の小さいα1を選択することにより適正なピッチ角(α1=+30°)を得ることが可能となる(ST4−1−1)。 Therefore, it is possible to obtain a proper pitch angle (α1 = + 30 °) by selecting the amount of change smaller α1 (ST4-1-1).

また前記とは逆に、Δα1/Δα2>1の場合(「No」の場合)には、ピッチ角α1が大きく変化し且つピッチ角α2がほぼ一定の値(+30°)を示していると判断することができる。 Also contrary to the, Δα1 / Δα2> In the case of 1 (the case of "No"), determines the pitch angle α1 is greater changed and the pitch angle α2 indicates a substantially constant value (+ 30 °) can do. よって、この場合は、変化量の小さいα2を選択することにより適正なピッチ角(α2=+30°)を得ることが可能となる(ST4−1−2)。 Therefore, in this case, it is possible to obtain a proper pitch angle (α2 = + 30 °) by selecting the amount of change smaller α2 (ST4-1-2).

(第3の工程の第2の処理) (Second process of the third step)
一方、前者の場合、すなわち1/3<(Δα1/Δα2)<3の場合(ST4で「Yes」の場合)、つまりz軸回りの回転角度θzがθz=0°(360°)またはθz=180°付近に位置する場合には、これだけではピッチ角α1とα2のいずれが適正であるかを判断することはできないため、さらにST5以下の第2の処理が行われる。 On the other hand, in the former case, namely 1/3 <(Δα1 / Δα2) <(the case of "Yes" in ST4) 3 cases, i.e. z-axis rotation angle [theta] z is θz = 0 ° (360 °) or [theta] z = when located in the vicinity of 180 °, this alone can not be determined which of the pitch angle [alpha] 1 [alpha] 2 is proper, further ST5 second process below is performed.

図6に示すように、ピッチ角α1とピッチ角α2との差の絶対値|α1−α2|を求めてみると、前記絶対値|α1−α2|は前記z軸回りの回転角度θzがθz=90°とθz=270°のときに最小値(|α1−α2|≒0°)を示し、これらの角度から離れるにしたがって徐々に大きな値となり、θz=0°(360°)およびθz=180°のときに最大値(|α1−α2|≒80°)を示すことがわかる。 As shown in FIG. 6, the absolute value of the difference between the pitch angle [alpha] 1 and the pitch angle [alpha] 2 | Looking seek, the absolute value | | α1-α2 α1-α2 | is the the z axis of the rotation angle [theta] z [theta] z = 90 ° and [theta] z = 270 ° minimum value when the (| α1-α2 | ≒ 0 °) indicates, becomes gradually larger value as the distance from these angles, θz = 0 ° (360 °) and [theta] z = 180 ° maximum at (| α1-α2 | ≒ 80 °) it can be seen that.

そこで、ST5では、前記絶対値|α1−α2|を求め、多少余裕を加えた例えば角度70°との大小の比較を行う。 Therefore, in ST5, the absolute value | α1-α2 | seek, performs some comparison of the magnitude of the mixture was example angle 70 ° margin. このとき前記絶対値が、|α1−α2|<70°の範囲にない場合(「No」の場合)、すなわち絶対値|α1−α2|が70°を超えた場合には、前記z軸回りの回転角度θzはθz=0°(360°)近傍かまたはθz=180°近傍に位置すること、すなわち前記変極点P1(東)または変極点P2(西)の近傍には位置しないことがわかる。 The absolute value this time, | not in the <range of 70 ° (the case of "No"), that the absolute value | | α1-α2 α1-α2 | when exceeds 70 °, the z-axis rotation angle [theta] z be located near θz = 0 ° (360 °) near or [theta] z = 180 °, ie it can be seen that does not located in the vicinity of the inflection point P1 (E) or inflection point P2 (west) of .

したがって、ピッチ角αの2つの解の間で解の逆転は起こらなかった判断できるため、前回のピッチ角αが数10から算出されたピッチ角α1 である場合には、今回も数10を用いて算出されるピッチ角α1 とする。 Therefore, it can be determined not occur reversal of the solution between the two solutions of the pitch angle alpha, when the pitch angle of the previous alpha is the pitch angle [alpha] 1 a calculated from Equation 10 is also number 10 time using the pitch angle [alpha] 1 b that is calculated. また前回のピッチ角αが数11から算出されたピッチ角α2 である場合には、今回も数11を用いて算出されるピッチ角α2 とする(ST5−1)。 Further, when the pitch angle α of the last time the pitch angle [alpha] 2 a calculated from equation 11 is also a pitch angle [alpha] 2 b which is calculated using equation 11 time (ST5-1).

なお、ピッチ角α1 とα1 およびピッチ角α2 とα2 は、数10または数11によって算出される値としては前回の値と今回の値とでは異なるという意味である。 The pitch angle [alpha] 1 a and [alpha] 1 b and the pitch angle [alpha] 2 a and [alpha] 2 b, as the value calculated by the number 10 or number 11 in the sense that different between the previous value and the current value.

(第3の工程の第3の処理) (Third process of the third step)
一方、前記ST5での判定が「Yes」の場合、すなわち前記絶対値が|α1−α2|<70°の範囲にある場合には、以下の第3の処理が行われる。 On the other hand, if the determination at ST5 "Yes", i.e. the absolute value is | α1-α2 | when in the range of <70 °, the third process described below is performed.

前記絶対値が|α1−α2|<70°の範囲にある場合には、前記z軸回りの回転角度θzはθz=0°または180°近傍以外の位置、すなわち変極点P1またはP2の近傍に位置することがわかる。 The absolute value is | α1-α2 | when in the <range of 70 °, the rotation angle [theta] z of the z-axis is [theta] z = 0 ° or positions other than 180 ° vicinity, i.e. in the vicinity of the inflection point P1 or P2 it can be seen that the position. しかしながら、ピッチ角α1,α2のいずれが適正であるかは不明である。 However, the pitch angle α1, one is whether it is proper of α2 is unknown. そこで、ST6以下の処理が行われる。 Therefore, ST6 following process is performed.

ST6では前回の計算に用いられたピッチ角α'を図示しないメモリ手段から呼び出し、ピッチ角α'が所定の角度にあるか否かで場合を分ける。 ST6 'call from the memory means that is not shown, the pitch angle alpha' pitch angle alpha used for the previous calculation in the separate case with whether a predetermined angle. すなわちST6では、前回の計算に用いられたピッチ角α'が60°<α'<120°または−60°<α'<−120°の範囲のあるか否か、あるいはその以外の範囲にあるかで分け、後者(「No」)の場合にはST7,ST8の処理を行ない、前者(「Yes」)の場合にはST9,ST10の処理を行う。 That is, in ST6, a pitch angle alpha 'is 60 ° <α' used for the previous calculation <120 ° or -60 ° <α '<- 120 whether a range of °, or in the range other than the separated by either latter performs processing ST7, ST8 in the case of ( "No"), the former case ( "Yes") performs processing ST9, ST10.

ST7およびST9の各処理では、電子コンパスの磁気データX,Y,Zの微分値X',Y',Z'が用いられる。 In the processes of ST7 and ST9, the magnetic data X of the electronic compass, Y, differential value X of Z ', Y', Z 'are used.

ここで、微分値X',Y',Z'とは、磁気データX,Y,Zを例えば20個分サンプリングし、現在と直前のデータとの差を出力の変化量(傾き)として扱ったものであり、全部で19個分の変化量の平均値を出力の微分値X',Y',Z'としたものである。 Here, the differential value X ', Y', and Z ', the magnetic data X, Y, and for example, 20 pieces of sampling Z, were treated as change in the output of the difference between the current and the previous data (slope) is intended, the differential value X output an average value of the total of 19 pieces of variation ', Y', is obtained by a Z '. 例えば、磁気データXを構成する個々のデータをX1,X2,X3,・・・,X20とし、X2−X1=X'1、X3−X2=X'2、X4−X3=X'3、・・・・、X20−X19=X'19とおいた場合、微分値X'は以下の数16で示される。 For example, the individual data constituting the magnetic data X X1, X2, X3, · · ·, and X20, X2-X1 = X'1, X3-X2 = X'2, X4-X3 = X'3, · ..., if placed with X20-X19 = X'19, differential value X 'is represented by the following equation 16.

なお、微分値Y',Z'についても同様である。 Incidentally, the differential value Y ', Z' is the same for.

ST7では、メモリに記憶されている直前の磁気データX、Yから微分値X'およびY'と、これらの比Y'/X'(ad)を算出し、ST8において前記直前の微分値の比Y'/X'(ad)と今回の微分値の比(Y'/X')との積の符号の正負を調べる。 In ST7, calculated magnetic data X immediately before is stored in the memory, and the differential value X 'and Y' from the Y, the ratios Y '/ X' to (ad), the ratio of the differential value of the immediately preceding in ST8 Y '/ X' (ad) and examine the sign of the product of the ratio of this differential value (Y '/ X').

図7に示すように、ピッチ角αがα=−30°におけるz軸回りの回転角度θzに対する微分値X'およびY'の符号は、0°≦θz<90°で示す第1の範囲L1ではX'は正、Y'は負を示し、90°≦θz<180°で示す第2の範囲L2ではX'およびY'は共に負を示し、180°≦θz<270°で示す第3の範囲L3ではX'は負、Y'は正を示し、270°≦θz<360°で示す第4の範囲L4ではX'およびY'は共に正を示す。 As shown in FIG. 7, the sign of the differential value X 'and Y' with respect to the z axis of the rotation angle [theta] z of the pitch angle alpha is alpha = -30 °, the first range shown by 0 ° ≦ θz <90 ° L1 in X 'is positive, Y' represents a negative, 90 ° ≦ [theta] z <the second range L2 indicated by 180 ° X 'and Y' are both show the negative, third indicated by 180 ° ≦ θz <270 ° in the range L3 X 'is negative, Y' represents a positive, 270 ° ≦ θz <360 in the fourth range L4 shown by ° X 'and Y' are both a positive. よって、前記微分値の比Y'/X'の符号は、前記第1の範囲L1では負となり、前記第2の範囲L2では正となり、前記第3の範囲L3では負となり、前記第4の範囲L4では正となる。 Therefore, the sign of the ratio Y '/ X' of the differential value becomes a first negative in range L1 of the become second in the range L2 positive, the third range L3 becomes negative in the said fourth In the range L4 becomes positive.

上記の傾向はピッチ角αが、−90°<α<+90°の範囲のときに成立する。 The above trend is the pitch angle alpha is satisfied when the range of -90 ° <α <+ 90 °.
一方、ピッチ角αが−90°>α且つα>+90°の範囲(90°<α<270°)における微分値の比Y'/X'の符号は、前記第1の範囲L1では正となり、前記第2の範囲L2では負となり、前記第3の範囲L3では正となり、前記第4の範囲L4では負となる。 On the other hand, the sign of the range pitch angle alpha is -90 °> alpha and α> + 90 ° (90 ° <α <270 °) the ratio Y of the differential value at '/ X' becomes a positive in the first range L1 , it becomes the second negative in the range L2 of the third range becomes positive at L3 of the negative in the fourth range L4.

そこで、z軸回りの回転角度θzを90°ごとに前記第1ないし第4の範囲L1ないしL4で示す4つの領域に分け、前回のピッチ角α'から今回のピッチ角αに移行したときに、積の符号の正負を調べることにより、z軸回りの回転角度θzに領域間移動があったか否かの検出を行うことができる。 Therefore, dividing the rotation angle θz about the z-axis into four regions shown in the first to fourth range L1 to L4 for each 90 °, when going to the current pitch angle alpha from the previous pitch angle alpha ' , by examining the sign of the product, it is possible to perform detection of whether or not there is a region between the moved about the z-axis rotation angle [theta] z. なお、ここでの領域間移動とは、例えばz軸回りの回転角度θzが、前回は第1の範囲L1に位置していたものが、今回は第2の範囲L2に移行したような場合をいう。 Note that the region between the movement here, for example, z-axis rotation angle θz is, last time is that located in the first range L1, where this time as the transition to the second range L2 Say.

例えば、ST8において前記直前の微分値の比Y'/X'(ad)と今回の微分値の比Y'/X'との積を求めたときに、前記積の符号が正の場合には、z軸回りの回転角度θzに領域間移動はなかったものと判断し、直前のピッチ角α'と同じ種類のピッチ角αを選択する処理を行う(ST8−1)。 For example, when asked the product of the ratio Y '/ X' ratio Y '/ X' (ad) and the current differential value of the differential value of the immediately preceding in ST8, when the sign of the product is positive , it is determined that there was no movement between the regions in the z-axis of the rotation angle [theta] z, it performs a process of selecting a pitch angle alpha of the same type as the pitch angle alpha 'immediately before (ST8-1). すなわち、前回のピッチ角α'が前記数10で算出したピッチ角α1である場合には、今回も前記数10を用いて算出したピッチ角α1(数値は異なる)とすることができ、また前回のピッチ角α'が数11で算出したピッチ角α2である場合には、今回も数11を用いて算出したピッチ角α2(数値は異なる)とすることができる。 That is, when the pitch angle α1 the previous pitch angle alpha 'is calculated by the number 10, also pitch angle α1 calculated by using the number 10 (numbers different) can be made this time, also the last of when the pitch angle alpha 'is the pitch angle α2 calculated by the number 11, the pitch angle α2 calculated using equation 11 this time (numbers are different) it can be.

一方、積の符号が負の場合には、z軸回りの回転角度θzに領域間移動が生じたものと判断し、直前のピッチ角α'とは異なる種類のピッチ角αを選択する処理を行う(ST8−2)。 On the other hand, if the sign of the product is negative, it is determined that the area between the moved about the z-axis rotation angle θz occurs, the process of selecting the alpha pitch angle different types than the pitch angle of the immediately preceding alpha ' do (ST8-2). すなわち、前回のピッチ角α'が前記数10から算出されたピッチ角α1である場合には、今回は前記数11を用いて算出されるピッチ角α2を適正な値として選択する。 That is, when the previous pitch angle alpha 'is the pitch angle α1 calculated from the number 10, this time selects the pitch angle α2, which is calculated using the number 11 as an appropriate value. あるいは前回のピッチ角α'が数11から算出されたピッチ角α2である場合には、今回は数10を用いて算出されるピッチ角α1を適正な値として選択する。 Or when the previous pitch angle alpha 'is the pitch angle α2 calculated from the number 11, this time selects the pitch angle α1 is calculated using the number 10 as an appropriate value.

図9ないし図11は、ピッチ角α=90°(一定)、ロール角β=0°、伏角η=51°とした場合における図5ないし図7に対応するグラフである。 9 to 11, the pitch angle alpha = 90 ° (constant), the roll angle beta = 0 °, a graph corresponding to FIG. 5 to FIG. 7 in the case where the dip angle η = 51 °. すなわち図9は携帯端末1を前記絶対座標系のz軸回りに360°回転させたときの磁気データX,Y,Zとの関係を示し、図10は図9の磁気データX,Y,Zに基づいて算出したピッチ角α1,α2と、前記ピッチ角α1,α2から算出した方位角θ α1 ,θ α2との関係を示すグラフ、図11は図9の磁気データX,Y,Zの微分値X',Y',Z'〔mV/deg〕とz軸の回転角度θzとの関係を示すグラフである。 That is, FIG. 9 shows the magnetic data X, Y, the relationship between the Z when the portable terminal 1 is rotated 360 ° about the z-axis of the absolute coordinate system, Figure 10 is a magnetic data X of Fig. 9, Y, Z pitch angle [alpha] 1 calculated based on, and [alpha] 2, a graph showing the relationship between the pitch angle [alpha] 1, the azimuth angle theta [alpha] 1 is calculated from the [alpha] 2, theta [alpha] 2, 11 magnetic data X in FIG. 9, Y, derivative of Z values ​​X ', Y', is a graph showing the relationship between the rotation angle θz of the z-axis and Z '[mV / deg].

図9に示すように、ピッチ角αがα=+90°(−90°も同様)の近傍では、磁気データYの変化は小さくなりほぼ一定となる。 As shown in FIG. 9, in the vicinity of the pitch angle alpha is α = + 90 ° (-90 ° as well), the change in the magnetic data Y is substantially smaller constant. よって、図11に示すように、直前の微分値Y'は0となって直前の微分値の比Y'/X'も0となってしまうため、ピッチ角α=±90°の近傍では前記直前の微分値の比Y'/X'(ad)と今回の微分値の比Y'/X'との積の符号に基づく判定は不可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 11, since the immediately preceding differential value Y 'is the ratio Y of the differential value of the immediately preceding is 0' of becomes / X 'also 0, the in the vicinity of the pitch angle α = ± 90 ° determination based on the sign of the product of the immediately preceding ratio Y '/ X' of the differential values ​​(ad) and the ratio Y '/ X' of this differential value becomes impossible.

そこで、ST6では前回のピッチ角α'が前記+60°<α'<+120°および−60°>α'>−120°の範囲、すなわち直前のピッチ角(姿勢角)α'が±90°を中心とする所定の範囲内にある場合には、微分値の比Y'/X'の代わりに微分値の比Z'/X'を利用することにより今回のピッチ角α1とα2の判別を可能としている。 Therefore, the previous pitch angle alpha in ST6 'wherein is + 60 ° <α' <+ 120 ° and -60 °> α '> - 120 ° range, i.e. the pitch angle (attitude angle) alpha just before' the ± 90 ° is If within a predetermined range around the enable determination of the current pitch angle α1 and α2 by using the ratio Z '/ X' of the differential value in place of the ratio Y '/ X' of the differential value It is set to.

すなわち、ST9では図示しないメモリ手段に記憶されている直前の磁気データXとZとから微分値X',Z'および微分値の比Z'/X'(ad)を算出し、前記比Z'/X'(ad)を直前の微分値の比とする。 That is, the differential value X and a magnetic data X and Z immediately before is stored in the memory means in the not shown ST9 ', Z' and the ratio of the differential value Z '/ X' to calculate the (ad), the ratio Z ' / X 'the (ad) and the ratio of the differential value of the immediately preceding. ST10においては、前記直前の微分値の比Z'/X'(ad)と今回の微分値の比(Z'/X')との積の符号の正負を、上記ST8と同様の手法により調べる。 In ST10, the sign of the product of the ratio of the specific Z '/ X' (ad) and the current differential value of the differential value of the immediately preceding (Z '/ X'), examined in the same manner as above ST8 .

そして、このときの積の符号が正である場合には、前回と今回との間においてz軸回りの回転角度θzに領域間移動はないものと判断し、直前のピッチ角α'と同じ種類のピッチ角αを選択する処理を行う(ST10−1)。 The sign of the product at this time if it is positive, previous and determines that there is no movement between the regions in the z-axis rotation angle θz between the time, the same type as the pitch angle of the immediately preceding alpha ' carry out the process of selecting a pitch angle α of (ST10-1). 一方、積の符号が負の場合には、前回と今回との間においてz軸回りの回転角度θzに領域間移動が生じたものと判断し、直前のピッチ角α'とは異なるピッチ角αを選択する処理を行う(ST10−2)。 On the other hand, if the sign of the product is negative, it is determined that moving between regions in the z-axis rotation angle θz occurs between the previous and current pitch angle different from the pitch angle alpha 'immediately before alpha It performs a process of selecting (ST10-2). これにより、上記同様に適正なピッチ角α1またはα2を選定することができる。 Thus, it is possible to select the same proper pitch angle α1 or [alpha] 2.

(第4の工程) (Fourth step)
第4の工程では、第3の演算部13が、上記第3の工程の各処理において求められた適正なピッチ角α1またはα2を、上記数12または数13に代入することにより、正確な方位角θを算出する。 In the fourth step, the third computation section 13, a proper pitch angle α1 or α2 determined in each process of the third step, by substituting the above Expression 12 or Expression 13, the precise orientation to calculate the angle θ.

上記の方法によって求めた方位角θは磁北(地磁気ベクトルの水平成分H')と携帯端末のy'軸とが成す角度であるが、前記磁北と真北(地球の自転軸)との間には偏角Dが生じている。 Although azimuth θ obtained by the above method is an angle formed between the axis 'y of the mobile terminal and the magnetic north (the horizontal component of the geomagnetic vector H)', between the magnetic north and True North (Earth's rotation axis) declination D has occurred. 前記偏角Dは場所ごとに異なる値であるところ、日本の偏角のデータは国土地理院が所有しており、そのデータは3ヶ月に一度更新されている。 Where the declination D is a different value for each location, Japan is of the data of the deflection angle and the Geographical Survey Institute is owned by, the data is updated once in three months.

前記電子コンパスを搭載した携帯電話機は、必ず中継局と通信を行う必要があことから、中継局の位置から携帯端末1が使用されている現在位置を割り出すことができる。 The cellular phone equipped with an electronic compass, since must perform always communicate with the relay station, it is possible to determine the current position of the portable terminal 1 is used from the position of the relay station. あるいはGPSから現在位置を割り出すようにしてもよい。 Or it may be determine the current position from the GPS. そして、上記伏角ηの場合同様に、伏角及び偏角取得手段20が、前記携帯電話システムの中継局、またはGPSを利用することにより、測定位置ごとに異なる偏角Dに関するデータを入手することが可能である。 As in the case of the dip eta, dip and declination acquiring means 20, a relay station of the mobile phone system, or by utilizing a GPS, it is obtained data on declination D different for each measurement position possible it is.

(第5の工程) (Fifth step)
第5の工程では、第4の演算部14が、上記第4の工程で算出した方位角θと、前記手法で入手した偏角Dとを用いて、以下の数17を計算することにより、真の方位角θ'が求められる。 In the fifth step, the fourth computing section 14, by using the azimuth and θ calculated in the fourth step, the declination D, obtained by the method calculates the following expression 17, true of the azimuth angle θ 'is required.

上記実施の形態では、ロール角βを0°としてピッチ角αのみが生じている場合について説明したが、ピッチ角αが0°でありロール角βのみが生じている場合には、xyz直交座標系のx軸とy軸を入れ替え、さらにx'y'z'直交座標系のx'軸とy'軸を入れ替えるだけで同じような処理方法により方位角θを求めることが可能である。 In the above embodiment, when the case has been described where only the pitch angle α is occurring the roll angle β as 0 °, only the pitch angle α is 0 ° roll angle β is occurring, xyz orthogonal coordinate replacing the x-axis and y-axis of the system, it is possible to determine the azimuth angle θ by further x'y'z similar processing method by simply replacing the shaft and y 'axis' x of the orthogonal coordinate system'.

以上のように、本願発明では傾斜センサを用いなくとも姿勢角(ピッチ角αまたはロール角β)を求めることができるため、小型化・軽量化に優れた3軸型電子コンパスを提供することができる。 As described above, since without using the tilt sensor in the present invention can be obtained posture angle (pitch angle α or roll angle beta), to provide a 3-axis electronic compass with excellent size and weight it can.

また本願発明では姿勢角(ピッチ角αまたはロール角β)がどのような角度の範囲であっても、ピッチ角の2つの解の中から適正なピッチ角を常に選定することができるため、磁北に対する方位角θ、さらには真北に対する方位角θ'を高い精度で検出することができる。 Further, even in the range of what the angle orientation angle (pitch angle α or roll angle beta) in the present invention, it is possible to always select the proper pitch angle from the two solutions of the pitch angle, magnetic north azimuth theta for news can be detected with high accuracy azimuth theta 'relative to true north.

しかも、方位角を求めるに際し、3軸型電子コンパスが搭載された携帯端末を360°回す必要がないため、前記携帯端末の操作性を向上させることができる。 Moreover, upon obtaining the azimuth, 3 for axial type electronic compass it does not need to turn 360 ° the portable terminal is mounted, thereby improving the operability of the portable terminal.

なお、上記実施の形態に示す3軸型電子コンパスでは、演算手段10が第1ないし第4の演算部11ないし14を有するものとして説明したが、第1ないし第4の演算部11ないし14が一つの演算手段10として形成されており、図示しない制御部からの指令を受けて各演算部における演算が行われるものであってもよい。 In the 3-axis electronic compass described in the above embodiment, although calculating means 10 has been described as having a first to fourth computing unit 11 to 14, first to fourth arithmetic unit 11 to 14 one is formed as an arithmetic unit 10, or may be calculation is performed in each computation unit receives an instruction from the control unit (not shown).

3軸型電子コンパスを搭載した携帯端末と方位角との関係を2次元的に示す平面図、 Triaxial plan view illustrating two-dimensionally the relation between the mobile terminal and the azimuth angle of the electronic compass is mounted, 3軸型電子コンパスの構成を示すうブロック図、 Cormorants block diagram showing a third axis electronic compass structure, 傾斜補正の原理を3次元的に説明するための方位解析図、 Orientation analysis diagram for explaining the principle of the inclined correction three-dimensionally, x軸回りにピッチ角αだけ傾斜させた状態を2次元的に示す携帯端末の側面図、 Side view of a mobile terminal illustrating a state where an inclined by the pitch angle α about the x-axis two-dimensionally, ピッチ角α=+30°(一定)の場合におけるz軸回りの回転角度と磁気データとの関係を示すグラフ、 Pitch angle α = + 30 ° (constant) graph showing the relationship between the z axis of the rotation angle and the magnetic data in the case of, 図5の場合におけるz軸回りの回転角度とピッチ角および方位角との関係を示すグラフ、 Graph showing the relationship between the rotation angle and the pitch angle and azimuth angle of the z-axis direction in the case of FIG. 5, 図5の場合におけるz軸回りの回転角度と磁気データの微分値ととの関係を示すグラフ、 Graph showing the relationship between the differential value of the rotation angle and the magnetic data of the z-axis direction in the case of FIG. 5, 適正なピッチ角αを求める手法の主要部を示すフローチャート、 Flowchart showing a main part of a method of obtaining the proper pitch angle alpha, ピッチ角α=90°(一定)の場合におけるz軸回りの回転角度と磁気データとの関係を示すグラフ、 Graph showing the relationship between the z axis of the rotation angle and the magnetic data when a pitch angle alpha = 90 ° (constant), 図9の場合におけるz軸回りの回転角度とピッチ角および方位角との関係を示すグラフ、 Graph showing the relationship between the rotation angle and the pitch angle and azimuth angle of the z-axis direction in the case of FIG. 9, 図9の場合におけるz軸回りの回転角度と磁気データの微分値ととの関係を示すグラフ、 Graph showing the relationship between the differential value of the rotation angle and the magnetic data of the z-axis direction in the case of FIG. 9,

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 携帯端末(携帯電話機) 1 the mobile communication terminal (mobile phone)
2 3軸型電子コンパス3,4,5 磁気センサ(磁気検出手段) 2 triaxial electronic compass 3,4,5 magnetic sensor (magnetic detection unit)
10 演算手段11 第1の演算部12 第2の演算部13 第3の演算部14 第4の演算部20 伏角及び偏角取得手段D 偏角H 地磁気ベクトルH' 地磁気ベクトルの水平成分Hx 地磁気ベクトルHのx軸成分Hy 地磁気ベクトルHのy軸成分Hz 地磁気ベクトルHのz軸成分P1,P2 変極点x',y',z' 携帯端末に固定された直交座標系(x'y'z'直交座標系) 10 computing means 11 the horizontal component Hx geomagnetic vector of the first arithmetic unit 12 and the second calculation portion 13 third arithmetic unit 14 fourth computing section 20 dip angle and declination acquiring means D declination H geomagnetic vector H 'geomagnetic vector H of x-axis component Hy geomagnetic vector H of y-axis component Hz geomagnetic vector H in the z-axis components P1, P2 inflection point x ', y', z 'is secured to the portable terminal the orthogonal coordinate system (x'y'z' Cartesian coordinate system)
x,y,z 直交座標系(x'y'平面が地平面、z'軸が鉛直方向となる時の携帯端末に固定された座標系) x, y, z Cartesian coordinate system (x'y 'plane horizontal plane, z' axis coordinate system fixed to the portable terminal when the vertical direction)
X,Y,Z 磁気データ(磁気センサの出力) X, Y, Z magnetic data (output of the magnetic sensor)
α 携帯端末の実際のピッチ角(姿勢角) The actual pitch angle of α mobile terminal (attitude angle)
α1,α2 計算上のピッチ角(姿勢角) α1, the pitch angle on the α2 calculation (attitude angle)
β ロール角(姿勢角) β roll angle (posture angle)
η 伏角θ 磁北に対する方位角θ' 真北に対する方位角 Azimuth angle with respect to the azimuth angle θ 'due north to the η dip angle θ magnetic north

Claims (13)

  1. 互いに直交する3つの軸からなる直交座標系を備え、前記いずれかの軸と真北との間に形成される方位角の算出を行う3軸型電子コンパスであって、 Includes an orthogonal coordinate system consisting of three mutually orthogonal axes, a 3-axis electronic compass to calculate the azimuth angle formed between the one of the shaft and true north,
    任意の測定位置における地磁気ベクトルを3軸方向の成分からなる磁気データとして検出する磁気検出手段と、前記測定位置における地磁気ベクトルの伏角及び偏角を取得する手段と、 A magnetic detection means for detecting a magnetic data geomagnetic vector consisting of three axial components at any measurement position, means for obtaining the dip angle and declination of the geomagnetic vector in the measurement position,
    前記磁気データと前記伏角とを用いて前記3つの軸から選択した2軸によって形成される傾斜平面と地平面との間に形成される姿勢角の解を所定の計算式から算出する第1の演算部と、 First calculating a solution of the attitude angle formed between the inclined plane and the ground plane formed by two axes selected from the three axes using said dip and the magnetic data from the predetermined formula a calculation unit,
    前記第1の演算部で得られた姿勢角の解に2つの候補がある場合に、時系列に沿って算出される姿勢角の変化量から適正な姿勢角が選定される第1の処理と、直前に算出された方位角とこのとき用いられた姿勢角とを参照して適正な姿勢角が選定される第2の処理と、前記直前に算出された方位角とこのとき用いられた姿勢角の微分値の比から適正な姿勢角が選定される第3の処理とから適正な1つの姿勢角を選定する第2の演算部と、 If there is the first of the two candidate solutions obtained posture angle calculating portion, and the first process proper posture angle from the amount of change of the posture angle calculated in chronological order is selected a second process of proper posture angle with reference to the azimuth angle calculated immediately before the posture angle used this time is selected, it was used this time and the azimuth angle calculated in the immediately preceding position a second arithmetic unit for selecting a proper one posture angle from the third process proper attitude angle is selected from the ratio of the differential value of the angular,
    前記第2の演算部で選定した姿勢角と前記磁気データとから磁北に対する方位角を算出する第3の演算部と、 A third calculator for calculating the azimuth with respect to magnetic north and a selected posture angle by the second computing unit and the magnetic data,
    前記方位角から偏角を除去することにより真北に対する方位角を算出する第4の演算部と、を有すること特徴とする3軸型電子コンパス。 3-axis electronic compass, characterized by having a, a fourth calculating portion that calculates the azimuth angle to the true north by removing deflection angle from the azimuth angle.
  2. 前記傾斜平面を形成する2軸のいずれか一方の軸が、前記地平面に対して平行とされている請求項1記載の3軸型電子コンパス。 Wherein one of the axes of the two axes form an inclined plane, three-axis electronic compass according to claim 1, wherein there is a parallel to the ground plane.
  3. 前記伏角及び偏角を取得する手段が、当該使用地域の中継局を介して入手されるものである請求項1記載の3軸型電子コンパス。 The dip angle and means for obtaining an argument has triaxial electronic compass according to claim 1, wherein it is intended to be obtained through the relay station of the area of ​​use.
  4. 前記第1ないし第4の演算部が一つの演算手段で形成されており、制御部からの指令を受けて各演算部における演算が行われる請求項1記載の3軸型電子コンパス。 The first to fourth calculation section are formed in one operation means, triaxial electronic compass according to claim 1, wherein in response to a command from the control unit operation in each operation unit is performed.
  5. 前記第1の処理は、直前の姿勢角の変化量と今回の姿勢角の変化量を算出し、前記直前の姿勢角の変化量と今回の姿勢角の変化量との比が所定の範囲外である場合に、前記2つの解の候補のうち変化量の少ない方を適正な姿勢角として選定するものである請求項1記載の3軸型電子コンパス。 Wherein the first process, the amount of change of the posture angle of the immediately preceding and calculates the change amount of the current attitude angle, outside the ratio is in a predetermined amount of change in the change amount and the current attitude angles of the attitude angle of the immediately preceding If it is, the two three-axis electronic compass according to claim 1, wherein those selected as an appropriate attitude angle lesser of variation of the solution candidates.
  6. 前記第2の処理は、前記第1の処理における比が所定の範囲内にある場合に、前記直前の姿勢角と今回の姿勢角との差の絶対値を算出し、前記絶対値が所定の範囲を超える場合に、前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択するものである請求項1記載の3軸型電子コンパス。 The second process, when the ratio in the first process is within a predetermined range, and calculates the absolute value of the difference between the attitude angle and the current attitude angle of the immediately preceding, the absolute value of the predetermined when it exceeds the range, 3-axis electronic compass according to claim 1, wherein to select a value obtained from the same equation as the attitude angle from the previous one as the posture angle.
  7. 前記第3の処理は、前記第2の処理における絶対値が所定の範囲内の場合に、前記直前の姿勢角が±90°を中心とする所定の範囲内であるか否かを判定し、前記範囲外である場合には、前記選択した2軸に対応する磁気データから算出される直前の微分値の比の符号の正負を調べ、前記符号が正の場合には前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択し、前記符号が負の場合には前回使用した姿勢角を算出した計算式とは異なる計算式から得られる値を姿勢角として選択する処理を有するものである請求項1記載の3軸型電子コンパス。 The third process, when the absolute value of the second process is within a predetermined range, the attitude angle of the immediately preceding is equal to or within a predetermined range centered on ± 90 °, If it is outside the above range, it examines the sign of the ratio of the differential value of the immediately preceding calculated from magnetic data corresponding to the selected two axes, and the attitude angles used last if the sign is positive select a value obtained from the same equation as the posture angle, with a process of selecting a value obtained from a different calculation formula as the posture angle from the equation of calculating the posture angle used last if the sign is negative 3-axis electronic compass in a claim 1, wherein ones.
  8. 前記第3の処理が、直前の姿勢角が±90°を中心とする所定の範囲内である場合に、前記選択した2軸に対応する磁気データのうちの一方の磁気データと、選択されなかった他の軸に対応する磁気データとから算出される直前の微分値の比の符号の正負を調べ、前記符号が正の場合には前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択し、前記符号が負の場合には前回使用した姿勢角を算出した計算式とは異なる計算式から得られる値を姿勢角として選択する処理を備えたものである請求項7記載の3軸型電子コンパス。 The third process, when the attitude angle of the immediately preceding is within a predetermined range centered on ± 90 °, and one of the magnetic data of the magnetic data corresponding to the selected two axes not selected was examined sign of the ratio of the differential value of the immediately preceding calculated from the magnetic data corresponding to the other axis, the code is a value obtained from the same equation as the attitude angle from the previous one in case of a positive attitude select a corner, the sign according to claim 7, wherein in the case of a negative is obtained with a process of selecting the posture angle value obtained from a different formula than the formula of calculating the attitude angle last used 3-axis electronic compass.
  9. 互いに直交する3つの軸からなる直交座標系を備え、前記いずれかの軸と真北との間に形成される方位角の算出を行う3軸型電子コンパスを用いた方位算出方法であって、 Includes an orthogonal coordinate system consisting of three mutually orthogonal axes, the a orientation calculation method using a 3-axis electronic compass to calculate the azimuth angle formed between the one of the shaft and true north,
    任意の測定位置における地磁気ベクトルを3軸方向の成分からなる磁気データとして検出する工程と、 A step of detecting a magnetic data geomagnetic vector consisting of three axial components at any measuring location,
    前記測定位置における地磁気ベクトルの伏角及び偏角を入手するとともに、 Thereby obtain the dip angle and declination of the geomagnetic vector in the measurement position,
    前記磁気データと前記伏角とを用いて前記3つの軸から選択した2軸によって形成される傾斜平面と地平面との間に形成される姿勢角の解を所定の計算式から算出する工程と、 Calculating a solution of the attitude angle formed between the inclined plane and the ground plane formed by two axes selected from the three axes using said dip and the magnetic data from a predetermined equation,
    前記の工程で得られた姿勢角の解に2つの候補がある場合に、時系列に沿って算出される姿勢角の変化量から適正な姿勢角が選定される第1の処理と、直前に算出された方位角とこのとき用いられた姿勢角とを参照して適正な姿勢角が選定される第2の処理と、前記直前に算出された方位角とこのとき用いられた姿勢角の微分値の比から適正な姿勢角が選定される第3の処理とから適正な1つの姿勢角を選定する工程と、 If there is a solution to the two candidates obtained posture angle in the preceding step, when the first process proper posture angle from the amount of change of the posture angle calculated is selected along a line, just before derivative of the second processing and, at this time used was the attitude angle and the azimuth angle calculated in the just before proper posture angle and see the calculated azimuth angle and attitude angle used this time is selected a step of selecting a third proper one posture angle from the processing of a proper posture angle from the ratio is selected values,
    前記の工程で選定した姿勢角と前記磁気データとから磁北に対する方位角を算出する工程と、 A step of calculating an azimuth angle relative to magnetic north from the selection was the attitude angle and the magnetic data in said step,
    前記方位角から偏角を除去することにより真北に対する方位角を算出する工程と、を有すること特徴とする3軸型電子コンパスを用いた方位算出方法。 Orientation calculation method using a 3-axis electronic compass, characterized by having a step of calculating an azimuth angle, the relative true north by removing deviation angle from the azimuth angle.
  10. 前記第1の処理は、直前の姿勢角の変化量と今回の姿勢角の変化量を算出し、前記直前の姿勢角の変化量と今回の姿勢角の変化量との比が所定の範囲外である場合に、前記2つの解の候補のうち変化量の少ない方を適正な姿勢角として選定するものである請求項9記載の3軸型電子コンパスを用いた方位算出方法。 Wherein the first process, the amount of change of the posture angle of the immediately preceding and calculates the change amount of the current attitude angle, outside the ratio is in a predetermined amount of change in the change amount and the current attitude angles of the attitude angle of the immediately preceding orientation calculation method using a 3-axis electronic compass according to claim 9, wherein if it is, is to select the lesser of one variation of candidates for the two solutions as an appropriate attitude angle.
  11. 前記第2の処理は、前記第1の処理における比が所定の範囲内にある場合に、前記直前の姿勢角と今回の姿勢角との差の絶対値を算出し、前記絶対値が所定の範囲を超える場合に、前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択するものである請求項9記載の3軸型電子コンパスを用いた方位算出方法。 The second process, when the ratio in the first process is within a predetermined range, and calculates the absolute value of the difference between the attitude angle and the current attitude angle of the immediately preceding, the absolute value of the predetermined when it exceeds the range, orientation calculation method using a 3-axis electronic compass according to claim 9, wherein to select a value obtained from the same equation as the attitude angle from the previous one as the posture angle.
  12. 前記第3の処理は、前記第2の処理における絶対値が所定の範囲内の場合に、前記直前の姿勢角が±90°を中心とする所定の範囲内であるか否かを判定し、前記範囲外である場合には、前記選択した2軸に対応する磁気データから算出される直前の微分値の比の符号の正負を調べ、前記符号が正の場合には前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択し、前記符号が負の場合には前回使用した姿勢角を算出した計算式とは異なる計算式から得られる値を姿勢角として選択する処理を有するものである請求項9記載の3軸型電子コンパスを用いた方位算出方法。 The third process, when the absolute value of the second process is within a predetermined range, the attitude angle of the immediately preceding is equal to or within a predetermined range centered on ± 90 °, If it is outside the above range, it examines the sign of the ratio of the differential value of the immediately preceding calculated from magnetic data corresponding to the selected two axes, and the attitude angles used last if the sign is positive select a value obtained from the same equation as the posture angle, with a process of selecting a value obtained from a different calculation formula as the posture angle from the equation of calculating the posture angle used last if the sign is negative orientation calculation method using a 3-axis electronic compass in which claim 9, wherein ones.
  13. 前記第3の処理が、直前の姿勢角が±90°を中心とする所定の範囲内である場合に、前記選択した2軸に対応する磁気データのうちの一方の磁気データと、選択されなかった他の軸に対応する磁気データとから算出される直前の微分値の比の符号の正負を調べ、前記符号が正の場合には前回使用した姿勢角と同じ計算式から得られる値を姿勢角として選択し、前記符号が負の場合には前回使用した姿勢角を算出した計算式とは異なる計算式から得られる値を姿勢角として選択する処理を備えたものである請求項12記載の3軸型電子コンパスを用いた方位算出方法。 The third process, when the attitude angle of the immediately preceding is within a predetermined range centered on ± 90 °, and one of the magnetic data of the magnetic data corresponding to the selected two axes not selected was examined sign of the ratio of the differential value of the immediately preceding calculated from the magnetic data corresponding to the other axis, the code is a value obtained from the same equation as the attitude angle from the previous one in case of a positive attitude select a corner, the sign of claim 12, wherein in the case of a negative is obtained with a process of selecting the posture angle value obtained from a different formula than the formula of calculating the attitude angle last used orientation calculation method using a 3-axis electronic compass.
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