JP2007147609A - 地磁気センサー及びその方位角の算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３軸の加速度センサーを含む地磁気センサーを提供する。
【解決手段】
本発明の地磁気センサーは、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、再調整されたピッチ角及びロール角と地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部と、を含む。これにより、ピッチ角及びロール角を精密に測定して方位角の演算に使うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は地磁気センサー及びその方位角の算出方法に関し、より詳細には３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を領域ごとに正確に算出した後、方位角の演算に用いる地磁気センサー及びその方位角の算出方法に関する。

地磁気センサーとは、人が感じられない地球磁気の強さおよび方向を測定する装置のことを意味する。特に、フラックスゲートを用いて地磁気を測定するセンサーのことをフラックスゲート型地磁気センサーと呼ぶ。

フラックスゲート型地磁気センサーとは、パーマロイのような透磁率の高い材料を磁芯として使用し、その磁芯を巻いた駆動コイルにより励起磁場を加え、その磁芯の磁気飽和および非線形磁気特性に応じて発生する外部磁場に比例の２次高調波成分を測定することにより、外部磁場のサイズおよび方向を測定する装置のことを意味する。

係るフラックスゲート型地磁気センサーは１９３０年代の末に開発されたもので、他の形態の地磁気センサーと比較すると、感度がよく、経済的であり、相対的に小型で製造できる長所を持つ。

特に、最近になって、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）技術が発展するにつれ、これを用いて低消費電力型の超小型フラックスゲートセンサーを製造することができるようになり、携帯、ＰＤＡ、ノートＰＣなどの各種の携帯型電子機器にも内蔵されている。

一方、地磁気センサーは、一般的に２軸又は３軸のフラックスゲートを用いる。地磁気センサーを用いて方位角を測定する過程で地磁気センサーが傾くと、方位角の測定が間違う余地がある。このため、傾斜角、つまりピッチ角やロール角を用いて方位角を補償するアルゴリズムを行うことが一般的である。これにより、従来の地磁気センサーでは、２軸の加速度センサーを用いてピッチ角とロール角を演算して方位角の補償作業に利用した。この場合、傾きの測定範囲は±９０°に限定される。

また、従来の地磁気センサーでは加速度センサーのＸ軸の値及びＹ軸の値にｓｉｎ^−１（）関数を適用してピッチ角及びロール角の演算を行った。しかし、６０°以上傾くとｓｉｎ関数の特性上、信号の傾きがだんだんフラットになる。この場合、加速度センサーの出力値をデジタル値に変換するＡＤＣ（アナログツデジタルコンバータ）の分解能が充分でないと傾斜角を正確に得ることができない問題点があった。

詳細には、＋９０°以上に傾いた場合、即ち１２０°程度傾くと＋１２０°に認識できず＋６０°に認識してしまう問題点があった。

このように、算出されたピッチ角及びロール角の値に誤差が生じると、方位角の補償作業が正常に行われにくくなるので、結果的に方位角自体に誤差が生じ得る問題点があった。
日本公開特許第２００２−１９６０５５号公報 米国特許第６８１３５８４号公報 日本公開特許第２００５−１９５４１０号公報 日本公開特許第２００３−０４２７６６号公報

本発明は前述の問題点を解決するために提出されたもので、本発明の目的は、３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算し、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を再調整することで正確なピッチ角及びロール角を算出した後、算出されたピッチ角及びロール角を用いて方位角を精密に補償する地磁気センサー及びその方位角の算出方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の一実施形態に係る地磁気センサーは、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、前記Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部と、を含む。

好ましくは、前記傾き測定モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を予め設定された範囲で正規化させ、前記傾き演算部に提供することができる。
また好ましくは、前記傾き演算部は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθ_Ｘ、Φ_Ｙ、θ_Ｚ、Φ_Ｚを１次演算することができる。

より好ましくは、前記傾き演算部は、前記θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が４５°以上である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であると９０°−θ_Ｚをピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が−４５°未満である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であるとθ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定する方式で前記２次演算を行うことができる。

一方、前記傾き演算部は、前記Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙ値が４５°以上である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であると９０°−Φ_Ｚをロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙの値が−４５°未満である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であるとΦ_Ｚ−９０°をロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定する方式で前記２次演算を行うことができる。

好ましくは、前記地磁気検出モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を予め設定された範囲で正規化させ、前記制御部に提供することができる。

また好ましくは、前記制御部は、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。

一方、本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法は、（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールとを用いて、方位角を演算するステップと、を含む。

好ましくは、前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。

好ましくは、前記（ｂ）ステップは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθ_Ｘ、Φ_Ｙ、θ_Ｚ、Φ_Ｚを１次演算することができる。

より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が４５°以上である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であると９０°−θ_Ｚをピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が−４５°未満である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であるとθ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することができる。

より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙの値が４５°以上である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であると９０°−Φ_Ｚをロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙの値が−４５°未満である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であるとΦ_Ｚ−９０°をロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することができる。

一方、前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。

また、前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。

一方、本発明の一実施形態に係る少なくとも一つのコンピューター記録媒体は、（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算するステップと、を含む。

好ましくは、前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。

また好ましくは、前記（ｂ）ステップは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθ_Ｘ、Φ_Ｙ、θ_Ｚ、Φ_Ｚを１次演算することができる。

より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が４５°以上である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であると９０°−θ_Ｚをピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｘの値が−４５°未満である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であるとθ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することができる。

より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙの値が４５°以上である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であると９０°−Φ_Ｚをロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｙの値が−４５°未満である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であるとΦ_Ｚ−９０°をロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することができる。

一方、前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。

また、前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。

本発明によると、３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を精密に測定することができる。つまり、Ｘ軸及びＹ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を再調整する２次演算を行う。これにより、ＡＤＣの分解能が高くない状況においてもピッチ角及びロール角を精密に測定することができる。結果的に正確な方位角を算出することができる。また、ピッチ角及びロール角の測定範囲も従来の±９０°から±１８０°に拡張される。

また、本発明の一実施形態はコンピューター記録媒体などのような媒体上のコンピューター記録コード／命令を実行することで遂行されることができる。媒体は、コンピューター記録コードの保存又は伝送を可能にするある媒体又はその媒体に相当するものである。

一方、コンピューター記録コード／命令は、多様な手段、例えば磁気記憶媒体（プロッピーディスク、ハードディスク、磁気テープなど）、光学記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭｓ、ＤＶＤなど）、磁気光学媒体（プロプティカルディスクなど）、ハードウェア記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ）、命令及びデータ構造などを含む搬送波伝送信号のような記憶／伝送媒体上に記録／伝送されることができる。

記憶／伝送媒体は、有線伝送又は無線伝送（インターネットを通じた伝送など）を含む。この場合、有線記憶／伝送媒体は光学線又は金属線などを含む。

媒体は分散された方式でコンピューター記録コード／命令が記憶／伝送されて実行されるようにするための分散したネットワークになり得る。コンピューター記録コード／命令は少なくとも一つ以上のプロセッサによって実行されることができる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る地磁気センサーの構成を示すブロック図である。同図によると、本地磁気センサー１００は、地磁気測定モジュール１１０、傾き測定モジュール１２０、傾き演算部１３０、制御部１４０を含む。

地磁気測定モジュール１１０は、外部地磁気に対応される大きさの電圧値を出力する。詳細には、地磁気測定モジュール１１０は、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを含むことができる。これにより、各軸のフラックスゲートに電気信号を印加し、地磁気に対応される出力値を得ることができる。

傾き測定モジュール１２０は、地磁気センサー１００本体の傾きに対応される大きさの電圧値を出力する。詳細には、傾き測定モジュール１２０は、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備える。これにより、各軸の加速度センサーに電気信号を印加し、傾きに対応される各軸の加速度センサーの出力値を得ることができる。

図２は、傾き測定モジュール１２０構成の一例を示すブロック図である。同図によると、傾き測定モジュール１２０は、３軸の加速度センサー１２２、信号処理部１２３、傾き測定制御部１２４、メモリ部１２５を含む。

３軸の加速度センサー１２２は、相互異なる方向に配置され相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーからなる。

信号処理部１２３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーそれぞれの出力値をデジタル値に変換して傾き測定制御部１２４に提供する。

傾き測定制御部１２４は、信号処理部１２３を介して受信されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値それぞれを予め設定された範囲の値にマッピングさせる正規化作業を行う。正規化範囲は−１乃至１になり得る。正規化は下記の式を用いて行うことができる。

（式１）において、ＡＸ_ｎｏｒｍ、ＡＹ_ｎｏｒｍ、ＡＺ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸ_ｒａｗ、ＡＹ_ｒａｗ、ＡＺ_ｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸ_{ｏｆｆｓｅｔ}、ＡＹ_{ｏｆｆｓｅｔ}、ＡＺ_{ｏｆｆｓｅｔ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸ_{Ｓｃａｌｅ}、ＡＹ_{Ｓｃａｌｅ}、ＡＺ_{Ｓｃａｌｅ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値を意味する。

前述のように−１乃至＋１の範囲内の値にマッピングするために、ＡＸ_ｎｏｒｍ、ＡＹ_ｎｏｒｍ、ＡＺ_ｎｏｒｍが＋１以上であると＋１に固定させ、−１以下であると−１に固定させることが好ましい。

各加速度センサーのオフセット値及びスケール値は、以前の正規化作業過程で用いられた値をメモリ部１２５に保存しておいた後、そのまま読み出して使うことができる。

または、オフセット値及びスケール値は下記の式を用いて直接演算することもできる。

（式２）において、ＡＸ_ｍａｘ、ＡＹ_ｍａｘ、ＡＺ_ｍａｘはそれぞれＡＸ_ｒａｗ、ＡＹ_ｒａｗ、ＡＺ_ｒａｗの最大値、ＡＸ_ｍｉｎ、ＡＹ_ｍｉｎ、ＡＺ_ｍｉｎはそれぞれＡＸ_ｒａｗ、ＡＹ_ｒａｗ、ＡＺ_ｒａｗの最小値を意味する。ＡＸ_ｍａｘ、ＡＹ_ｍａｘ、ＡＺ_ｍａｘ、ＡＸ_ｍｉｎ、ＡＹ_ｍｉｎ、ＡＺ_ｍｉｎは方位角の測定のための準備段階において、地磁気センサー１００を少なくとも１回以上を回転させながら測定されたＡＸ_ｒａｗ、ＡＹ_ｒａｗ、ＡＺ_ｒａｗのうち最大値、最小値を算出してメモリ部１２５に保存しておくことができる。これにより、正規化過程でメモリ部１２５から読み出して使うことができる。

また、図１に戻って、傾き演算部１３０は、傾き測定モジュール１２０から正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を受信し、１次的にピッチ角及びロール角を演算する。１次演算されるピッチ角及びロール角は下記の式のように示すことができる。

（式３）において、θ_ＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、Φ_ＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θ_ＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、Φ_ＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角を意味する。

一方、（式３）においてｃｏｓΦ_Ｙ、ｃｏｓθ_Ｘは分母に位置する。従って、θ_ＸやΦ_Ｙが９０°になると分母が０になるため、数式計算に誤りが発生する。これを防止するために、θ_ＸやΦ_Ｙが９０°である場合は８９°又は９１°に代置させて数式に適用する。

ＡＸ_ｎｏｒｍ、ＡＹ_ｎｏｒｍ、ＡＺ_ｎｏｒｍ、ＡＺ_ｍｏｄは正規化範囲、即ち±１の範囲を超えないようにサチュレーションさせる。つまり、＋１以上であると＋１に固定させ、−１以下であると−１に固定させて（式３）に代入する。

一方、（式３）は実施形態に応じて異なり得る。つまり、θ_Ｚはｃｏｓ^−１（ＡＺ_ｎｏｒｍ）を用いて演算することができる。

傾き演算部１３０は、１次演算されたθ_Ｘ、Φ_Ｙ、θ_Ｚ、Φ_Ｚの大きさの関係に応じてピッチ角及びロール角を最終決定する２次演算を行う。詳細には、傾き演算部１３０は、θ_Ｘ、θ_Ｚを組み合わせてピッチ角を算出し、Φ_Ｙ、Φ_Ｚを組み合わせてロール角を算出する。

ます、ピッチ角を算出するために、傾き演算部１３０は、θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する。θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内であると、θ_Ｚが０°以上であるかを判断する。判断結果、θ_Ｚが０°以上であると、θ_Ｘをそのままピッチ角として決定する。一方、θ_Ｚが０°未満であると１８０°−θ_Ｘを演算して、その結果値をピッチ角と決定する。前述のように、ｓｉｎ^−１（）関数を用いて演算を行う場合、４５°を基点に分解能が落ちるようになる。Ｙ軸を基準軸にしてＸ軸の加速度センサーを傾けるとＺ軸も共に傾くようになる。Ｘ軸の加速度センサーが４５°以上傾くとθ_Ｚが０°未満になるので、この場合は１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定すれば正確なピッチ角を算出することができる。こうした原理に従い、Ｚ軸の加速度センサーで測定したピッチ角θ_Ｚ及びロール角Φ_Ｚを用いてピッチ角及びロール角に対する２次演算を行うことができる。

一方、θ_Ｘの値が４５°以上であると判断されると、Φ_Ｙが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、Φ_Ｙが４５°未満であると９０°−θ_Ｚを演算して、その結果値をピッチ角と決定する。

θ_Ｘの値が−４５°乃至０°の範囲内であると判断されると、θ_Ｚが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、θ_Ｚが０°以上であるとθ_Ｘをピッチ角として決定し、θ_Ｚが０°未満であると−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定する。

θ_Ｘの値が−４５°未満であると判断されると、Φ_Ｙが４５°以上であるか否かを判断する。Φ_Ｙが４５°以上であるとθ_Ｘをピッチ角として決定し、Φ_Ｙが４５°未満であるとθ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定する。このような方式でピッチ角を最終確定することができる。

次に、ロール角を算出するために、まずΦ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内である否かを判断する。Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内であると、Φ_Ｚが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、Φ_Ｚが０°以上であるとΦ_Ｙをそのままロール角として決定する。一方、Φ_Ｚが０°未満であると１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定する。

一方。Φ_Ｙの値が４５°以上であると判断されると、θ_Ｘが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、θ_Ｘが４５°以上であるとΦ_Ｙをロール角として決定する。一方、θ_Ｘが４５°未満であると９０°−Φ_Ｚをロール角として決定する。

一方、Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°の範囲内であると判断されると、Φ_Ｚが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、Φ_Ｚが０°以上であるとΦ_Ｙをそのままロール角として決定する。一方、Φ_Ｚが０°未満であると−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定する。

また、Φ_Ｙの値が−４５°未満であると判断されると、θ_Ｘが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、θ_Ｘが４５°以上であるとΦ_Ｙをロール角として決定する。一方、θ_Ｘが４５°未満であるとΦ_Ｚ−９０°をロール角として決定する。このような方式でロール角を最終確定することができる。

制御部１４０は、２次演算して再調整されたピッチ角及びロール角を用いて方位角を演算することができる。方位角を演算するために、地磁気測定モジュール１１０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を下記の式のように正規化した後、制御部１４０に提供する。

ここで、Ｘ_ｎｏｒｍ、Ｙ_ｎｏｒｍ、Ｚ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘ_ｒａｗ、Ｙ_ｒａｗ、Ｚ_ｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｙ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｚ_{ｏｆｆｓｅｔ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、Ｘ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｙ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｚ_{Ｓｃａｌｅ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値を意味する。

Ｘ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｙ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｚ_{ｏｆｆｓｅｔ、}Ｘ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｙ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｚ_{Ｓｃａｌｅ}は、地磁気測定モジュール１１０自体のメモリ（図示せず）に保存されていることもあり、（式２）と同様の演算式を用いて直接演算することもできる。地磁気測定モジュール１１０の細部構成は、従来の技術によって公知されており、図２の傾き測定モジュール１２０の構成と類似しているので、図示及び説明は省略する。

制御部１４０は、再調整されたピッチ角及びロール角と正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を下記の式に代入して方位角を演算することができる。

（式５）において、Ｘ_ｎｏｒｍ、Ｙ_ｎｏｒｍ、Ｚ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角を意味する。（式５）は、水平面に垂直したＺ軸の値を負数に設定した場合に該当する式である。つまり、前述の（式５）は、図３に示すように３軸の地磁気センサー１００が配置された状態で、３軸の地球北半球で地表面に水平で置かれた場合に有効な式である。この場合、Ｚ軸の正規化（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）された値が負数になる。

一方、前述の（式３）及び（式５）は、地磁気測定モジュール１１０内の３軸フラックスゲート、傾き測定モジュール１２０内の３軸加速度センサー１２２の軸の配置形態に応じてその符号が異なることがある。一方、（式３）及び（式５）において、方位角を演算するとき、ピッチ角が９０°を超過する場合は数式の符号が変わって適用される。例えば、ピッチ角が１２０°の場合、地磁気センサー１００の信号のうちＸ軸及びＹ軸の信号は符号（Ｓｉｇｎ）を変え、傾斜（加速度センサー）の場合はθ＝θ−１８０°に変更して数式に適用する。

図３は、３軸フラックスゲート及び３軸加速度センサー１２２の軸の配置形態の一例を示す模式図である。同図によると、地磁気センサー１００上において地磁気測定モジュール１１０及び傾き測定モジュール１２０のそれぞれのＸ軸は、地磁気センサー１００の進行方向に従って配置され、Ｙ軸は地磁気センサー１００が置かれた平面上でＸ軸と垂直の方向に従って配置され、Ｚ軸は地磁気センサー１００の上側の方向に従って配置され、Ｘ軸及びＹ軸とそれぞれ垂直をなす。前述の（式３）と（式５）は、軸が図３のように配置された場合に適用される式である。

図４は、ピッチ角の領域を全体的に示すグラフである。ピッチ角の領域はθ_Ｘの大きさに応じて全部４つの大領域（Ｐ１〜Ｐ４）に区分され、各大領域はまた２つの小領域（ａ、ｂ）に区部される。

これにより、０°≦θ_Ｘ＜４５°、θ_Ｚ≧０°であると、大領域Ｐ１のａ領域、即ちＰ１−ａ領域と認識し、θ_Ｘをそのままピッチ角として決定する。一方、０°≦θ_Ｘ＜４５°、θ_Ｚ≦０°であると、Ｐ１−ｂ領域と認識し、１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定する。

θ_Ｘ≧４５、θ_Ｚ≧０°であると、Ｐ２−ａ領域と認識し、θ_Ｘをそのままピッチ角として決定する。一方、θ_Ｘ≧４５°、θ_Ｚ＜０°であると、Ｐ２−ｂ領域と認識し、９０°−θ_Ｚをピッチ角として決定する。

−４５≦θ_Ｘ＜０°、θ_Ｚ＜０°であると、Ｐ３−ａ領域と認識し、−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定する。−４５°≦θ_Ｘ＜０°、θ_Ｚ≧０°であると、Ｐ３−ｂ領域と認識し、θ_Ｘをそのままピッチ角として決定する。

一方、θ_Ｘ＜−４５°の場合は、大領域Ｐ４と認識する。この場合、小領域はθ_Ｚの大きさに応じて決定される。つまり、θ_Ｘ＜−４５°、θ_Ｚ＜０°であると、Ｐ４−ａ領域と認識する。Ｐ４−ａの領域上で、Φ_Ｙ≧４５°であるとθ_Ｘをそのままピッチ角として決定し、Φ_Ｙ＜４５°であると、θ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定する。一方、θ_Ｘ＜−４５°、θ_Ｚ≧０°であると、Ｐ４−ｂ領域と認識する。Ｐ４−ｂの領域上で、Φ_Ｙ≧４５°であるとθ_Ｘをそのままピッチ角として決定し、Φ_Ｙ＜４５°であると、 θ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定する。

図５は、ロール角の領域を全体的に示すグラフである。ロール角の領域はΦ_Ｙの大きさに応じて全部４つの大領域（Ｒ１〜Ｒ４）に区分され、各大領域はまた２つの小領域（ａ、ｂ）に区部される。

これにより、０°≦Φ_Ｙ＜４５°、Φ_Ｚ≧０°であると、大領域Ｒ１のａ領域、即ちＲ１−ａ領域と認識し、Φ_Ｙをそのままロール角として決定する。一方、０°≦Φ_Ｙ＜４５°、Φ_Ｚ＜０°であると、Ｒ１−ｂ領域と認識し、１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定する。

Φ_Ｙ≧４５、Φ_Ｚ≧０°であると、Ｒ２−ａ領域と認識し、Φ_Ｙをそのままロール角として決定する。一方、Φ_Ｙ≧４５°、Φ_Ｚ＜０°であると、Ｐ２−ｂ領域と認識し、９０°−Φ_Ｚをロール角として決定する。

−４５≦Φ_Ｙ＜０°、Φ_Ｚ＜０°であると、Ｒ３−ａ領域と認識し、−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定する。−４５°≦Φ_Ｙ＜０°、Φ_Ｚ≧０°であると、Ｒ３−ｂ領域と認識し、Φ_Ｙをそのままロール角として決定する。

一方、Φ_Ｙ＜−４５°の場合は、大領域Ｒ４と認識する。この場合、小領域はΦ_Ｚの大きさに応じて決定される。つまり、Φ_Ｙ＜−４５°、Φ_Ｚ＜０°であると、Ｒ４−ａ領域と認識する。Ｒ４−ａの領域上で、θ_Ｘ≧４５°であるとΦ_Ｙをそのままロール角として決定し、θ_Ｘ＜４５°であると、Φ_Ｚ−９０°をロール角として決定する。

一方、Φ_Ｙ＜−４５°、Φ_Ｚ≧０°であると、Ｒ４−ｂ領域と認識する。Ｒ４−ｂの領域上で、θ_Ｘ≧４５°であるとΦ_Ｙをそのままロール角として決定し、θ_Ｘ＜４５°であると、Φ_Ｚ−９０°をロール角として決定する。

図４及び図５によると、ピッチ角及びロール角をそれぞれ±１８０°の範囲で測定できることが分かる。

図６は、本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法を説明するためのフローチャートである。同図によると、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出して正規化した後（Ｓ６１０）、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次的に演算する（Ｓ６２０）。詳細には、θ_Ｘ、Φ_Ｙ、θ_Ｚ、Φ_Ｚを１次的に算出する。

次いで、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてθ_Ｘ、Φ_Ｙ、θ_Ｚ、Φ_Ｚを再調整する２次演算を行う（Ｓ６３０）。

２次演算結果、ピッチ角及びロール角が最終決定されると、再調整されたピッチ角及びロール角とＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの正規化された出力値とを用いて方位角を演算する（Ｓ６４０）。方位角演算は前述の（式５）を用いて行うことができる。

図７は、図６の方位角算出方法のうち、ピッチ角を算出する方法を具体的に説明するためのフローチャートである。同図によると、まずＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの値を正規化させ、所定範囲の値にマッピングさせる（Ｓ７１０）。正規化は前述の（式１）を用いて行うことができる。

これにより、θ_Ｘ、Φ_Ｙ、θ_Ｚ、Φ_Ｚが１次的に算出されると（Ｓ７１５）、θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ７２０）。θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内であると、θ_Ｚが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ７２５）。判断結果、θ_Ｚが０°以上であると、θ_Ｘをピッチ角として決定し（Ｓ７３０）、θ_Ｚが０°未満であると１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定する（Ｓ７３５）。

一方、θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内ではないと、４５°以上の値であるかを判断する（Ｓ７４０）。判断結果が４５°以上であると、Φ_Ｙが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ７４５）。判断結果、Φ_Ｙが４５°未満であると９０°−θ_Ｚをピッチ角として決定し（Ｓ７５０）、Φ_Ｙが４５°以上であるとθ_Ｘをピッチ角として決定する（Ｓ７５５）。

一方、θ_Ｘの値が０°乃至４５°内ではなく、４５°以上でもない場合、−４５°乃至０°内の値であるか否かを判断する（Ｓ７６０）。判断結果、θ_Ｘの値が−４５°乃至０°の範囲内であると、θ_Ｚが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ７６５）。θ_Ｚが０°以上であるとθ_Ｘをピッチ角として決定し（Ｓ７７０）、θ_Ｚが０°未満であると−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定する（Ｓ７７５）。

一方、θ_Ｘの値が−４５°乃至０°内でもないと判断されると、θ_Ｘの値が−４５°未満であることを確認する（Ｓ７８０）。それから、Φ_Ｙが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ７８５）。判断結果、Φ_Ｙが４５°未満であるとθ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定し（Ｓ７９０）、Φ_Ｙが４５°以上であるとθ_Ｘをピッチ角として決定する（Ｓ７９５）。

図８は、図６の方位角算出方法のうち、ロール角を算出する方法を具体的に説明するためのフローチャートである。同図によると、まずＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの値を正規化させ、所定範囲の値にマッピングさせる（Ｓ８１０）。正規化は前述の（式１）を用いて行うことができる。

これにより、θ_Ｘ、Φ_Ｙ、θ_Ｚ、Φ_Ｚが１次的に算出されると（Ｓ８１５）、Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ８２０）。判断結果、Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内であると、Φ_Ｚが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ８２５）。判断結果、Φ_Ｚが０°以上であると、Φ_Ｙをロール角として決定し（Ｓ８３０）、Φ_Ｚが０°未満であると１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定する（Ｓ８３５）。

一方、Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内ではないと、４５°以上の値であるかを判断する（Ｓ８４０）。判断結果が４５°以上であると、θ_Ｘが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ８４５）。判断結果、θ_Ｘが４５°未満であると９０°−Φ_Ｚをロール角と決定し（Ｓ８５０）、θ_Ｘが４５°以上であるとΦ_Ｙをロール角として決定する（Ｓ８５５）。

一方、Φ_Ｙの値が０°乃至４５°内ではなく、４５°以上でもない場合、−４５°乃至０°内の値であるか否かを判断する（Ｓ８６０）。判断結果、Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°の範囲内であると、Φ_Ｚが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ８６５）。Φ_Ｚが０°以上であるとΦ_Ｙをロール角として決定し（Ｓ８７０）、Φ_Ｚが０°未満であると−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定する（Ｓ８７５）。

一方、Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°内でもないと判断されると、Φ_Ｙの値が−４５°未満であることを確認する（Ｓ８８０）。それから、θ_Ｘが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ８８５）。判断結果、θ_Ｘが４５°未満であるとΦ_Ｚ−９０°をロール角として決定し（Ｓ８９０）、θ_Ｘが４５°以上であるとΦ_Ｙをロール角として決定する（Ｓ８９５）。

一方、本願発明に係る方位角の算出は、方位角算出方法を行うための少なくとも一つのプロセッサを制御する命令を保存するコンピューター記録媒体を利用することもできる。

これにより、ａｒｃｓｉｎ関数の分解能が悪くなる領域においても、ピッチ角及びロール角を正確に算出して方位角を補償することができるようになる。

以上、本発明の好適な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の技術的範囲は前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に基づいて定められ、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば誰もが多様な変形実施が可能であることは勿論のことであり、該変更した技術は特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に属するものである。

本発明の一実施形態に係る地磁気センサーの構成を示すブロック図である。 図１の地磁気センサーに用いられる傾き測定モジュール構成の一例を示すブロック図である。 図１の地磁気センサーにおいて、地磁気測定モジュール及び傾き測定モジュールの３軸配置の一例を示す模式図である。 ピッチ角の再調整領域を示す模式図である。 ロール角の再調整領域を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法を説明するためのフローチャートである。 図６の方位角の算出方法に用いられるピッチ角算出方法の一例を示すフローチャートである。 図６の方位角の算出方法に用いられるロール角算出方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 地磁気センサー
１１０ 地磁気測定モジュール
１２０ 傾き測定モジュール
１３０ 傾き演算部
１４０ 制御部
１２２ ３軸加速度センサー
１２３ 信号処理部
１２４ 傾き測定制御部
１２５ メモリ部

Claims (21)

1. 相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、
   相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、
   前記Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、
   前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部とを含むことを特徴とする地磁気センサー。
2. 前記傾き測定モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させ、前記傾き演算部に提供することを特徴とする請求項１に記載の地磁気センサー。
   

   

   （ここで、ＡＸ_ｎｏｒｍ、ＡＹ_ｎｏｒｍ、ＡＺ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸ_ｒａｗ、ＡＹ_ｒａｗ、ＡＺ_ｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸ_{ｏｆｆｓｅｔ}、ＡＹ_{ｏｆｆｓｅｔ}、ＡＺ_{ｏｆｆｓｅｔ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸ_{Ｓｃａｌｅ}、ＡＹ_{Ｓｃａｌｅ}、ＡＺ_{Ｓｃａｌｅ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
3. 前記傾き演算部は、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項２に記載の地磁気センサー。
   

   

   （ここで、θ_ＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、Φ_ＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θ_ＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、Φ_ＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
4. 前記傾き演算部は、
   前記θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、
   前記θ_Ｘの値が４５°以上である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であると９０°−θ_Ｚをピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、
   前記θ_Ｘの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、
   前記θ_Ｘの値が−４５°未満である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であるとθ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定する方式で前記２次演算を行うことを特徴とする請求項３に記載の地磁気センサー。
5. 前記傾き演算部は、
   前記Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、
   前記Φ_Ｙの値が４５°以上である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であると９０°−Φ_Ｚをロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、
   前記Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、
   前記Φ_Ｙの値が−４５°未満である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であるとΦ_Ｚ−９０°をロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定する方式で前記２次演算を行うことを特徴とする請求項４に記載の地磁気センサー。
6. 前記地磁気検出モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させ、前記制御部に提供することを特徴とする請求項１に記載の地磁気センサー。
   

   

   （ここで、Ｘ_ｎｏｒｍ、Ｙ_ｎｏｒｍ、Ｚ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘ_ｒａｗ、Ｙ_ｒａｗ、Ｚ_ｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｙ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｚ_{ｏｆｆｓｅｔ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、Ｘ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｙ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｚ_{Ｓｃａｌｅ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
7. 前記制御部は、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項６に記載の地磁気センサー。
   

   

   （ここで、Ｘ_ｎｏｒｍ、Ｙ_ｎｏｒｍ、Ｚ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角である。）
8. （ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、
   （ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、
   （ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、
   （ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値を用いて、方位角を演算するステップとを含むことを特徴とする方位角の算出方法。
9. 前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項８に記載の方位角の算出方法。
   

   

   （ここで、ＡＸ_ｎｏｒｍ、ＡＹ_ｎｏｒｍ、ＡＺ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸ_ｒａｗ、ＡＹ_ｒａｗ、ＡＺ_ｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸ_{ｏｆｆｓｅｔ}、ＡＹ_{ｏｆｆｓｅｔ}、ＡＺ_{ｏｆｆｓｅｔ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸ_{Ｓｃａｌｅ}、ＡＹ_{Ｓｃａｌｅ}、ＡＺ_{Ｓｃａｌｅ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
10. 前記（ｂ）ステップは、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項９に記載の方位角の算出方法。
    

    

    （ここで、θ_ＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、Φ_ＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θ_ＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、Φ_ＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
11. 前記（ｃ）ステップは、
    前記θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、
    前記θ_Ｘの値が４５°以上である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であると９０°−θ_Ｚをピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、
    前記θ_Ｘの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、
    前記θ_Ｘの値が−４５°未満である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であるとθ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することを特徴とする請求項１０に記載の方位角の算出方法。
12. 前記（ｃ）ステップは、
    前記Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、
    前記Φ_Ｙ値が４５°以上である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であると９０°−Φ_Ｚをロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、
    前記Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、
    前記Φ_Ｙの値が−４５°未満である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であるとΦ_Ｚ−９０°をロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することを特徴とする請求項１１に記載の方位角の算出方法。
13. 前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項９に記載の方位角の算出方法。
    

    

    （ここで、Ｘ_ｎｏｒｍ、Ｙ_ｎｏｒｍ、Ｚ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘ_ｒａｗ、Ｙ_ｒａｗ、Ｚ_ｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｙ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｚ_{ｏｆｆｓｅｔ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、Ｘ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｙ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｚ_{Ｓｃａｌｅ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
14. 前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項１３に記載の方位角の算出方法。
    

    

    （ここで、Ｘ_ｎｏｒｍ、Ｙ_ｎｏｒｍ、Ｚ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、そして、Φはロール角である。）
15. 方位角の算出方法を行うための少なくとも一つのプロセッサを制御する命令を保存するコンピューター記録媒体において、
    （ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、
    （ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、
    （ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、
    （ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算するステップとを含むことを特徴とする少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
16. 前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項１５に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
    

    

    （ここで、ＡＸ_ｎｏｒｍ、ＡＹ_ｎｏｒｍ、ＡＺ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸ_ｒａｗ、ＡＹ_ｒａｗ、ＡＺ_ｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸ_{ｏｆｆｓｅｔ}、ＡＹ_{ｏｆｆｓｅｔ}、ＡＺ_{ｏｆｆｓｅｔ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸ_{Ｓｃａｌｅ}、ＡＹ_{Ｓｃａｌｅ}、ＡＺ_{Ｓｃａｌｅ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
17. 前記（ｂ）ステップは、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項１５に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
    

    

    （ここで、θ_ＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、Φ_ＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θ_ＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、Φ_ＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
18. 前記（ｃ）ステップは、
    前記θ_Ｘの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、
    前記θ_Ｘの値が４５°以上である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であると９０°−θ_Ｚをピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、
    前記θ_Ｘの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θ_Ｚが０°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定し、前記θ_Ｚが０°未満であると−１８０°−θ_Ｘをピッチ角として決定し、
    前記θ_Ｘの値が−４５°未満である状態で、前記Φ_Ｙが４５°未満であるとθ_Ｚ−９０°をピッチ角として決定し、前記Φ_Ｙが４５°以上であると前記θ_Ｘをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することを特徴とする請求項１７に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
19. 前記（ｃ）ステップは、
    前記Φ_Ｙの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、
    前記Φ_Ｙ値が４５°以上である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であると９０°−Φ_Ｚをロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、
    前記Φ_Ｙの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記Φ_Ｚが０°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定し、前記Φ_Ｚが０°未満であると−１８０°−Φ_Ｙをロール角として決定し、
    前記Φ_Ｙの値が−４５°未満である状態で、前記θ_Ｘが４５°未満であるとΦ_Ｚ−９０°をロール角として決定し、前記θ_Ｘが４５°以上であると前記Φ_Ｙをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することを特徴とする請求項１８に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
20. 前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項１６に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
    

    

    （ここで、Ｘ_ｎｏｒｍ、Ｙ_ｎｏｒｍ、Ｚ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘ_ｒａｗ、Ｙ_ｒａｗ、Ｚ_ｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｙ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｚ_{ｏｆｆｓｅｔ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、Ｘ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｙ_{Ｓｃａｌｅ}、Ｚ_{Ｓｃａｌｅ}はそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
21. 前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項２０に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
    

    

    （ここで、Ｘ_ｎｏｒｍ、Ｙ_ｎｏｒｍ、Ｚ_ｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角である。）

Images