JP2008241676A - 電子コンパスシステム - Google Patents

電子コンパスシステム Download PDF

Info

Publication number
JP2008241676A
JP2008241676A JP2007110969A JP2007110969A JP2008241676A JP 2008241676 A JP2008241676 A JP 2008241676A JP 2007110969 A JP2007110969 A JP 2007110969A JP 2007110969 A JP2007110969 A JP 2007110969A JP 2008241676 A JP2008241676 A JP 2008241676A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
angle
magnetic sensor
coordinate system
electronic compass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007110969A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5017527B2 (ja
Inventor
Yoshinobu Motokura
義信 本蔵
Shinpei Motokura
晋平 本蔵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aichi Micro Intelligent Corp
Original Assignee
Aichi Micro Intelligent Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aichi Micro Intelligent Corp filed Critical Aichi Micro Intelligent Corp
Priority to JP2007110969A priority Critical patent/JP5017527B2/ja
Publication of JP2008241676A publication Critical patent/JP2008241676A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5017527B2 publication Critical patent/JP5017527B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

【課題】３軸の磁気センサのみで携帯電話の傾斜角と方位角を簡便に算出することができる電子コンパスシステムを提供しようとするものである。
【解決手段】地磁気ベクトルＭ０の互いに直交する３軸成分を検出する３軸の磁気センサと、上記地磁気ベクトルＭ０と上記磁気センサの座標系の第１軸とを一致させ、上記座標系の第２軸のプラス方向を地磁気の北方向に固定し、かつ、上記座標系の第３軸を水平方向に固定して、上記地磁気ベクトルＭ０の伏角データをデータベースから出力し、又は上記磁気センサの３軸座標軸系の第２軸を水平姿勢にして伏角データを算出して、上記磁気センサによって検出した３軸成分データと上記伏角データとより傾斜角及び方位角を算出する方法とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、３軸方向の地磁気を検出して携帯電話の方位を任意の姿勢で算出する電子コンパスシステムに関するものである。
従来より、３軸方向の地磁気を検出して携帯電話の方位を測定する電子コンパスが開発されている。
例えば、引用文献１には、３軸の磁気センサと２軸のチルトセンサからなるコンパスにおいて、チルトセンサにより傾斜角を算出して地球水平面に射影したのち、３軸の磁気センサにより方位を算出する技術が開示されている。
また、引用文献２には、３軸の磁気センサのみで既知の傾斜角にしたときの３軸地磁気データと、通常使用する姿勢での傾斜角にしたときの３軸地磁気データとから傾斜角データを算出し、傾斜角データを用いて地磁気の地球水平面に射影した値を利用して方位角を補正する技術が開示されている。
しかし、方位角の算出にチルトセンサを要する方法では構成部品が多くなり、加速度の影響を防ぐために静止状態のもとにしか適切に行えないという問題がある。
また、傾斜角データを用いる方法では、操作が煩雑となる問題がある。
エム・ジェイ・カルソ（Ｍ．Ｊ．Ｃａｒｕｓｏ）著，「ナビゲーション システムにおける磁気センサの応用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」（米国），センサーとアクチュエイター（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ）１９９７，エスエイイー・エスピー（ＳＡＥ ＳＰ）１２２０，（２月１９９７）１５−２１ 特開２００５−６１９６９号公報
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、３軸の磁気センサのみで、携帯電話の傾斜角と方位角を簡便に算出することができる電子コンパスシステムを提供しようとするものである。
本発明にかかる電子コンパスシステムは、地磁気ベクトルＭ０の互いに直交する３軸成分を検出する３軸の磁気センサと、上記地磁気ベクトルＭ０と上記磁気センサの座標系の第１軸とを一致させ、上記座標系の第２軸のプラス方向を地磁気の北方向に固定し、かつ、上記座標系の第３軸を水平方向に固定して、上記地磁気ベクトルＭ０の伏角データをデータベースから出力し、又は上記磁気センサの３軸座標軸系の第２軸を水平姿勢にして伏角データを算出して、上記磁気センサによって検出した３軸成分データと上記伏角データとより傾斜角及び方位角を算出する方法と、を備えていることを特徴とする。
本発明の効果としては、チルトセンサなしで方位角を求めることができる。また、傾斜角データを測定するという煩雑な処理を省いて、直接傾斜角および方位角を求めることができる。
本発明にかかる電子コンパスシステムを図１により説明する。
図１は、本発明にかかる電子コンパスを携帯電話に搭載したときの姿勢状態を示す図である。
本発明の電子コンパスを構成する３軸の磁気センサは、ｘ軸方向の地磁気成分Ｈｘを検出するｘ軸磁気センサと、ｙ軸方向の地磁気成分Ｈｙを検出するｙ軸磁気センサと、ｚ軸方向の地磁気成分Ｈｚを検出するｚ軸磁気センサとからなる。これらの磁気センサとしてマグネトインピーダンス磁気センサ（以下、ＭＩセンサという。）、ホール素子等からなり、３軸が互いに直交して配置されており、各軸方向の地磁気成分に応じた大きさのセンサ信号を出力するようになっている。
また、図１に示すようにＸ軸を北方向、Ｙ軸を西方向、そしてＺ軸を重力方向とした地上座標系を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とし、ｘ軸を携帯電話の表示画面（以下、表示画面という。）の縦方向と一致させ、ｙ軸を表示画面の横方向と一致させ、ｚ軸を表示画面の法線方向と一致させた電子コンパスの３軸座標系（以下、電子コンパス座標系という。）を（ｘ，ｙ，ｚ）とする。このときの電子コンパスの姿勢状態を傾斜角φ、方位角θによって表す。
傾斜角φは、電子コンパス座標系と水平面（地上座標系のＸ−Ｚ面である。）とのなす角であり、方位角θは、電子コンパス座標系のｘ軸を地上座標系のＸ−Ｙ面に投影した軸とのなす角である。
さらに、図２に示すように、地磁気ベクトルＭ０、伏角βで表す。
地磁気ベクトルＭ０は、地上座標系のＸ−Ｙ平面とＺ軸のなす原点を通る地磁気ベクトルであり、伏角βは地上座標系のＸ−Ｙ平面と地磁気ベクトルＭ０とのなす角である。
ここで、地磁気ベクトルＭ０の測定値は、任意の方位において磁気センサにより測定した３軸の磁気成分（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）から、次式（１）により求められる。
Figure 2008241676
伏角βは、測定地点における既知の伏角のデータをデータベースから出力する。または、上記の測定した３軸の磁気成分（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）から、次式（２）により求められる。
Figure 2008241676
次に、図１及び図２を参照して、傾斜角φ及び方位角θの算出方法を説明する。
地磁気ベクトルＭ０と電子コンパス座標系のｚ軸とを一致させ、電子コンパス座標系のｘ軸を地磁気の北方向に固定し、かつ、電子コンパス座標系のｙ軸を水平方向に固定して電子コンパスの座標系を固定する。この座標系における測定値Ｍｘは、地磁気ベクトルＭ０の回転変換行列ＩＩと次式（３）のような関係がある。
Figure 2008241676
なお、ａは、次式（４）により、Ｍ０は式（１）により求められる。
Figure 2008241676
式（３）の方程式から傾斜角φ及び方位角θを求めると、それぞれ次式（５）、（６）に表すことができる。
式（５）からφを求めると、平方根の正符号からφ＋、負符号からφ−の値が求められる。φ＋又はφ−のどちらかの決定は、傾斜角を保持した状態で左右に振って、その時にφの値が一定となる符号を採用する。
Figure 2008241676
Figure 2008241676
式（５）から決定された符合のφを用いて式（６）に代入すると、方位角θが決定される。また、コンパスを使用中に方位を変化させた場合、θが北向き方位の場合にはφ＋をとり、θが南向き方位の場合にはφ−をとる。北向きから南向きに、又は南向きから北向きに変化したときに、Ｈｘ／Ｍ０＞ｃｏｓ ａ ｓｉｎφの場合にはφ＋をとり、Ｈｘ／Ｍ０＞ｃｏｓ ａ ｓｉｎφの場合にはφ−をとる。
以下、具体的な実施の形態を説明する。
まず、Ｈｘ＝０、Ｈｙ＝０、Ｈｚ＝Ｍ０を示す携帯電話の姿勢を求める。その際、Ｈｘのプラス方向が地磁気の北方向を示し、Ｈｙは水平方向とする。
次に、伏角βを測定する。伏角βは式（２）により求められる。ここで、仮に伏角βの測定値が４５°とする。
次に、携帯電話を４５°傾けた状態で真西方向を測定すると測定値Ｍｘが得られる。そのときの測定値は、
Figure 2008241676
となる。
この値を式（５）及び式（６）に代入すると、
Figure 2008241676
よって、φ＝４５°、θ＝９０°を得ることができる。任意の方位における測定値Ｍｘによる３軸の磁気成分（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）から傾斜角φ及び方位角θを求めることができる。
他の実施の形態を表１及び表２に示し、説明する。
まず、表１には、ａ＝４５°（伏角βは４５°のとき）にて、携帯電話を６０°傾けた状態（傾斜角φ＝６０°）で携帯電話を真北方向から３０°、１５０°、２１０°、３３０°回転した４方向（方位角θ＝３０°、１５０°、２１０°、３３０°）におけるそれぞれの測定値Ｍｘ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を示している。
これらの測定値Ｍｘを式（５）及び式（６）に挿入して算出すると出力値として傾斜角φは６０°、方位角θは３０°、１５０°、２１０°、３３０°が求められる。表１から分かるように上記の４方向の傾斜角φ及び方位角θと一致する。
Figure 2008241676
次に、表２には、ａ＝３０°（伏角βは６０°のとき）にて、携帯電話を４５°傾けた状態（傾斜角φ＝４５°）で携帯電話を真北方向から３０°、１５０°、２１０°、３３０°回転した４方向（方位角θ＝３０°、１５０°、２１０°、３３０°）におけるそれぞれの測定値Ｍｘ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を示している。
これらの測定値Ｍｘを同様に式（５）及び式（６）に挿入して算出すると出力値として傾斜角φは４５°、方位角θは３０°、１５０°、２１０°、３３０°が求められる。表２から分かるように上記の４方向の傾斜角φ及び方位角θと一致する。
Figure 2008241676
上記の発明の実施の形態では、地磁気ベクトルＭ０と磁気センサの座標系の一致させる第１軸をｚ軸とし、上記座標系の地磁気の北方向とする第２軸のプラス方向をｘ軸とし、上記座標系の水平方向とする第３軸をｙ軸として説明したが、これに限定されるものでない。
本発明にかかる電子コンパスの姿勢状態を示す図である。 地磁気ベクトルＭ０、伏角βで表す図である。
符号の説明
１ 電子コンパス

Claims (1)

  1. 地磁気ベクトルＭ０の互いに直交する３軸成分を検出する３軸の磁気センサと、
    上記地磁気ベクトルＭ０と上記磁気センサの座標系の第１軸とを一致させ、上記座標系の第２軸のプラス方向を地磁気の北方向に固定し、かつ、上記座標系の第３軸を水平方向に固定して、
    上記地磁気ベクトルＭ０の伏角データをデータベースから出力し、
    又は上記磁気センサの３軸座標軸系の第２軸を水平姿勢にして伏角データを算出して、
    上記磁気センサによって検出した３軸成分データと上記伏角データとより傾斜角及び方位角を算出する方法とからなることを特徴とする電子コンパスシステム。
JP2007110969A 2007-03-23 2007-03-23 電子コンパスシステム Expired - Fee Related JP5017527B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007110969A JP5017527B2 (ja) 2007-03-23 2007-03-23 電子コンパスシステム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007110969A JP5017527B2 (ja) 2007-03-23 2007-03-23 電子コンパスシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008241676A true JP2008241676A (ja) 2008-10-09
JP5017527B2 JP5017527B2 (ja) 2012-09-05

Family

ID=39913192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007110969A Expired - Fee Related JP5017527B2 (ja) 2007-03-23 2007-03-23 電子コンパスシステム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5017527B2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103307996A (zh) * 2013-07-04 2013-09-18 合肥工业大学 一种激光扫描简易装置
CN103983234A (zh) * 2014-05-21 2014-08-13 重庆大学 一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法
CN104390628A (zh) * 2014-10-23 2015-03-04 长江岩土工程总公司（武汉） 地质结构面产状测定装置
CN104884895A (zh) * 2013-11-18 2015-09-02 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 电子罗盘校准方法和终端
CN113984032A (zh) * 2021-11-04 2022-01-28 北京理工大学 一种与飞行轨迹耦合的燃料电池无人机电磁干扰抑制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006300880A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Alps Electric Co Ltd 傾斜センサおよびこれを用いた方位計測装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006300880A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Alps Electric Co Ltd 傾斜センサおよびこれを用いた方位計測装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103307996A (zh) * 2013-07-04 2013-09-18 合肥工业大学 一种激光扫描简易装置
CN104884895A (zh) * 2013-11-18 2015-09-02 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 电子罗盘校准方法和终端
CN103983234A (zh) * 2014-05-21 2014-08-13 重庆大学 一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法
CN104390628A (zh) * 2014-10-23 2015-03-04 长江岩土工程总公司（武汉） 地质结构面产状测定装置
CN113984032A (zh) * 2021-11-04 2022-01-28 北京理工大学 一种与飞行轨迹耦合的燃料电池无人机电磁干扰抑制方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5017527B2 (ja) 2012-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3848941B2 (ja) 地磁界センサの姿勢誤差補償装置及び方法
JP4252555B2 (ja) 傾斜センサおよびこれを用いた方位計測装置
JP2008064761A (ja) ハイブリッド型センサモジュール及びそれを用いたセンシング方法
JPWO2006035505A1 (ja) 磁気センサの制御方法、制御装置、および携帯端末装置
KR20060060666A (ko) 3축 나침반 문제해결을 위한 2축 자기센서를 이용한 장치
US20110307213A1 (en) System and method of sensing attitude and angular rate using a magnetic field sensor and accelerometer for portable electronic devices
JP2006126148A (ja) 方位姿勢検出装置
JP2004286732A5 (ja)
WO2011158856A1 (ja) 誤差要因判定方法およびその装置、並びに誤差補償方法、３軸磁気センサ、センサモジュール、誤差要因判定用のプログラム
CN108458714A (zh) 一种姿态检测系统中不含重力加速度的欧拉角求解方法
JP5186645B2 (ja) 電子コンパス
JP7025215B2 (ja) 測位システム及び測位方法
JP5017527B2 (ja) 電子コンパスシステム
JP2013029512A (ja) 携帯型電子デバイスのための、磁場センサおよび加速度計を使用して姿勢および角速度を検知するシステムおよび方法
JP2005061969A (ja) 方位角計測装置及び方位角計測方法
JP2007163388A (ja) 方位センサおよび記録媒体
JPWO2014115848A1 (ja) 回転情報演算方法、回転情報演算プログラム、磁気型ジャイロスコープおよび移動体
CN106092098A (zh) 一种基于陀螺和倾角仪的载体航姿测量方法
JP2006275523A (ja) 電子方位装置および記録媒体
CN115931001A (zh) 惯性测量单元标定方法、装置、计算机设备及存储介质
JP2006337333A (ja) ３軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法
JP2011185868A (ja) 方位検知装置
JP3576728B2 (ja) 姿勢検出装置
JP2008020296A (ja) 方位センサ
JP2005249554A (ja) 磁界検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20100310

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100311

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111129

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120120

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120403

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120406

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5017527

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150622

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees