JP2009168678A - 方位検出装置および方位検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の進行方位を簡易かつ高精度に検出すること。
【解決手段】第１の電子コンパス１０６ａと第２の電子コンパス１０６ｂを装置本体に搭載する。外部の磁気源の影響が弱い場合には、両電子コンパスにより地磁気を正常に捉えることができるため、第１の方位角と第２の方位角との方位差はしきい値未満となる。一方、磁気源の影響が強い場合には、地磁気を正常に捉えることができないため、方位差がしきい値以上となる。したがって、磁気源の影響による電子コンパスの狂いを容易に検出することができる。また、このような狂いが生じた場合には、ジャイロセンサから得られる角度差を用いることで、今回の方位を予測することができる。単純に測定した磁束密度が地磁気の磁束密度より高い場合に電子コンパスの値を使用しない方式も考えられるが、地磁気より弱い磁束密度の磁気源であっても地磁気の方位誤差になることは否めない。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子コンパスを用いて当該電子コンパスを搭載する装置本体が指し示す方位角を検出する方位検出装置および方位検出プログラムに関する。

従来から、外部磁界による外乱が生ずると、移動体に搭載された地磁気センサは正確な方位を判定できなくなり、その外乱が非常に大きいと移動体に残留磁界が発生する。この現象は着磁と呼ばれ、着磁が発生すると残留磁界により地磁気の正確な方位判定が行えなくなり、ナビゲーションシステムの信頼性を低下させるという結果を招く。このため、着磁判定を簡易化した技術が開示されている（たとえば、下記特許文献１を参照。）。

特開平５−７９８４２号公報

しかしながら、上述した従来技術は、着磁による残留磁界による方位の誤判定を防止する技術であるため、残留磁界以外の外部の磁気源により地磁気センサが反応してしまう場合、当然この磁気源により地磁気を正常に捉えることができない。したがって、近くに磁気源が存在すると、移動体の方位を正確に得られないという問題があった。

また、ジャイロセンサから得られる角速度を用いて移動体の方位を取得することもできるが、ジャイロセンサにより移動体の方位を求める場合、得られる角速度の積分値を累積することとなり、誤差がどんどん累積され、移動体の方位を正確に得られないという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、移動体の進行方位を簡易かつ高精度に検出することができる方位検出装置および方位検出プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この方位検出装置および方位検出プログラムは、地磁気に基づいて第１の検出信号を出力する第１の電子コンパスと、前記地磁気に基づいて第２の検出信号を出力する第２の電子コンパスと、を装置本体に備えており、前記第１の検出信号に基づいて前記装置本体が指し示す第１の方位角を取得するとともに、前記第２の検出信号に基づいて前記装置本体が指し示す第２の方位角を取得し、第１および第２の方位角の方位差を算出し、算出された方位差が所定のしきい値以上であるか否かを判断し、しきい値以上であると判断された場合、地磁気以外の磁気の影響を受けていることを示す出力を行うことを要件とする。

この方位検出装置および方位検出プログラムによれば、装置本体や装置本体を備える移動体以外の外部の磁気源（地磁気除く）の影響が弱い場合には、地磁気を正常に捉えることができるため、第１の方位角と第２の方位角との方位差はしきい値未満となる。一方、磁気源の影響が強い場合には、地磁気を正常に捉えることができないため、方位差がしきい値以上となる。したがって、磁気源の影響による電子コンパスの狂いを容易に検出することができる。

また、方位検出装置および方位検出プログラムにおいて、前記所定のしきい値以上でないと判断された場合、今回取得された第１および第２の方位角のうちいずれか一方の方位角を出力することとしてもよい。

この方位検出装置および方位検出プログラムによれば、電子コンパスによる正確な方位角を出力することができる。

また、方位検出装置および方位検出プログラムにおいて、前記装置本体に備えられ前記装置本体の水平方向の角速度を検出するジャイロセンサを備え、前記ジャイロセンサからの検出結果に基づいて、所定の水平成分の方向を基準とした前記装置本体の水平成分の角度を取得し、前記第１および第２の方位角の前回の取得時に取得された前記装置本体の角度と、前記第１および第２の方位角の今回の取得時に取得された前記装置本体の角度との角度差を算出し、今回の方位差が前記所定のしきい値以上であると判断された場合、前回出力された前記装置本体の方位角と算出された角度差とに基づいて、前記装置本体の今回の方位角を算出し、算出された前記装置本体の今回の方位角を出力することとしてもよい。

この方位検出装置および方位検出プログラムによれば、磁気源の影響が強いときにのみ、前回出力された方位角と、ジャイロセンサによる前回と今回の角度差と、により、装置本体の今回の方位角を算出する。ここで、前回出力された方位角は、磁気源の影響が弱いときの電子コンパスから得られた正常な方位角である。また、ジャイロセンサから得られる角度差を前回の角度と今回の角度で求めているため、ジャイロセンサによる誤差の累積を必要最小限にとどめている。したがって、磁気源の影響が強い地点であっても高精度な方位を得ることができる。

この方位検出装置および方位検出プログラムによれば、移動体の進行方位を簡易かつ高精度に検出することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この方位検出装置および方位検出プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、２つの電子コンパスを装置本体に搭載する。装置本体や装置本体を備える移動体以外の外部の磁気源（地磁気除く）の影響が弱い場合には、両電子コンパスにより地磁気を正常に捉えることができるため、第１の方位角と第２の方位角との方位差はしきい値未満となる。一方、磁気源の影響が強い場合には、地磁気を正常に捉えることができないため、方位差がしきい値以上となる。したがって、磁気源の影響による電子コンパスの狂いを容易に検出することができる。また、このような狂いが生じた場合には、ジャイロセンサから得られる角度差を用いることで、今回の方位を予測することができる。

（方位検出装置のハードウェア構成）
図１は、本実施の形態にかかる方位検出装置のハードウェア構成を示す説明図である。図１において、方位検出装置１００は、ＣＰＵ１０１とメモリ１０２と入力デバイス１０３とディスプレイ１０４と通信Ｉ／Ｆ１０５と第１の電子コンパス１０６ａと第２の電子コンパス１０６ｂとジャイロセンサ１０７と加速度センサ１０８とＧＰＳ１０９（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）とがバス１１０により接続されている。

ＣＰＵ１０１は、方位検出装置１００の全体の制御を司る。メモリ１０２は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＨＤ，光ディスク，フラッシュメモリなどから構成される。メモリ１０２はＣＰＵ１０１のワークエリアや各種データの保存領域として使用される。また、メモリ１０２には各種プログラムが格納されており、ＣＰＵ１０１からの命令に応じてロードされる。

入力デバイス１０３は、キーボード、テンキー、方向キー、タッチパネル、マウスなどにより構成される。ディスプレイ１０４は、文字データや地図データ、現在位置、方位を表示する。通信Ｉ／Ｆ１０５は、外部とのデータの通信を制御する。たとえば、地図データを受信する。ＧＰＳ１０９は、現在位置を検出する。

第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂは、地磁気を検出し、地磁気に基づいて装置本体が指し示す方位角に関する検出信号をそれぞれ出力する。第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂは、装置本体内において所定間隔離間して配置されている。第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂは、それぞれ、Ｘ軸の地磁気センサ１６１ａ，１６１ｂ、Ｙ軸の地磁気センサ１６２ａ，１６２ｂ、および制御ＩＣ１６３ａ，１６３ｂを備えている。

ここで、Ｘ軸およびＹ軸は、水平面を構成する２軸である。第１の電子コンパス１０６ａにおいて、Ｘ軸の地磁気センサ１６１ａとＹ軸の地磁気センサ１６２ａは直交するように配置されている。第２の電子コンパス１０６ｂにおいて、Ｘ軸の地磁気センサ１６１ｂとＹ軸の地磁気センサ１６２ｂは直交するように配置されている。

第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂは、同一姿勢で設置されているのが好ましい。すなわち、両Ｘ軸の地磁気センサ１６１ａ，１６１ｂは平行に備えられ、両Ｙ軸の地磁気センサ１６２ａ，１６２ｂも平行に備えられている。こうすることで、磁気源がない場合には、地磁気を正常に捉えることができるため、第１の電子コンパス１０６ａから得られる値と第２の電子コンパス１０６ｂから得られる値が同一となる。

また、同一姿勢ではなくても、（１）製造時に大体同じ姿勢で装着しておき、（２）方位検出装置１００を３６０度回転させ、（３）第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂの値を取得する。（４）そして、取得した値を個別に補正する。具体的には、最大値と最小値の差の一番大きい幅を３６０で割って求め、差の半分が１８０になるようにオフセット値を求める。（５）最後に、（４）で補正したそれぞれの値を比較し、同じになるようオフセット値を決める。こうすることで、磁気源がない場合には、地磁気を正常に捉えることができるため、第１の電子コンパス１０６ａから得られる値と第２の電子コンパス１０６ｂから得られる値が同一となる。

本実施の形態では、第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂはＸ軸およびＹ軸の２軸でとしたが、鉛直方向であるＺ軸を含む３軸であってもよい。なお、地磁気センサとしては、ＭＩ素子、ホール素子、フラックスゲートセンサ、ＧＭＲ素子などを採用することができるが、素子感度や反応速度の面からＭＩ素子を採用するのが好ましい。また、ＭＩ素子から得られる方位角度の精度は制御ＩＣ内のＡＤ変換器のビットレートにより決まる。現状、１６ビットのＡＤ変換器が使われているため、最小分解能が３６０度／２５６度であるが、３２ビットであれば３６０度／６５５３６となる。

また、ジャイロセンサ１０７は、装置本体に備えられ、装置本体の水平方向の角速度を検出する。ジャイロセンサ１０７としては、リングレーザージャイロや振動ジャイロが採用可能であるが、振動ジャイロの方が低廉、小型軽量かつ低消費電力の面で好ましい。本実施の形態では、第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂは２軸であるため、ジャイロセンサ１０７もＸ軸およびＹ軸の２軸である。

第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂが３軸である場合には、ジャイロセンサ１０７も３軸とする。ジャイロセンサ１０７による角速度の計測タイミングは、第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂからの検出信号の出力タイミングと同期するように設定するのが好ましい。

いずれの場合であっても、Ｚ軸は、ＸＹ平面が水平でない場合に補正するための軸であるため、第１の電子コンパス１０６ａ、第２の電子コンパス１０６ｂおよびジャイロセンサ１０７は、少なくとも、Ｘ軸およびＹ軸の２軸で構成されていればよい。また、加速度センサ１０８は、装置本体の加速度を検出する。検出加速度を２回積分することで装置本体の移動距離を算出することができる。ＧＰＳ１０９は、装置本体の現在位置を検出する。

図２は、建物内部の通路を示す平面図である。建物２００内部において、符号２０１は通路、符号２０２は磁気源、符号２０３で示された一点鎖線の領域は、磁気源による影響を受ける領域である。

方位検出装置１００を携行しているユーザが、入口である地点Ｐ０から、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２の順に移動することとする。建物２００内部ではＧＰＳ１０９での現在位置は検出されない。地点Ｐ０〜Ｐ８までの区間では、第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂにより正常に地磁気を捉えることができる。一方、領域２０３内となる地点Ｐ９〜Ｐ１１の区間では、磁気源２０２に引きずられて第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂは正常に地磁気を捉えることができず、得られる方位角の方位差が大きくなる。

そのため、地点Ｐ９〜Ｐ１１の区間では、正常に地磁気を捉えることができた直前の位置（ここでは、地点Ｐ８）での第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂの値を、一時的にジャイロセンサ１０７から得られる地点Ｐ８〜Ｐ１１での装置本体の角度で補正することで、地点Ｐ９〜Ｐ１１での装置本体の方位角を検出する。地点Ｐ１２にまで移動すると、領域２０３外となるため、第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂにより正常に地磁気を捉えることができる。

図３は、図２で示した地点ごとに得られた値を示すテーブルの記憶内容を示す説明図（その１）である。この図３で示した例では、図２の地点Ｐ８が現在位置である。第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂから得られる値は、北（磁北）を基準とした方位角であるが、ジャイロセンサ１０７から得られる角度は、ＧＰＳ１０９が受からなくなったときの方位検出装置１００が指し示す方向が基準となる。図２の例では、地点Ｐ０においてＧＰＳ１０９が受からなくなっているため、西（Ｗ）が基準となる。すなわち、西を向いている場合には０度となる。

図３において、ｉ（ｉ＝０，１，２，…）は地点をあらわす添え字である。方位角ｃａ_ｉは第１の電子コンパス１０６ａの検出信号から得られる方位検出装置１００が指し示す方位角である。フラグｆ_ｉは、正常に地磁気を捉えることができなくなった場合に参照すべき方位角ｃａ_ｉを特定するためのフラグである。フラグｆ_ｉの値が“０”では参照されず、“１”の場合に参照される。フラグｆ_ｉの設定については後述する。図２の例では地点Ｐ８における方位角ｃａ_８のフラグｆ_８の値が“０”から“１”に変わる（図３では“０”のまま）。

方位角ｃｂ_ｉは第２の電子コンパス１０６ｂの検出信号から得られる方位検出装置１００が指し示す方位角である。計測角度θｉは、ジャイロセンサ１０７から出力された角速度から得られる方位検出装置１００の水平成分の角度である。角度差ｄθ_ｉは、今回の計測角度θ_ｉから前回の計測角度θ_ｉ−１を差し引いた値である。図３において、すべて“−”となっているのは、正常に地磁気を捉えることができており、方位角ｃａ_ｉをそのまま利用すればよいため、計算する必要がないからである。

累積角度Θ_ｉは、これまでの計測角度の積算値である。実際には累積角度Θ_ｉを算出する必要はないが、ここでは、ジャイロセンサ１０７の誤差伝播がどのくらいあるかを表現するために図示している。出力方位角ｃ_ｉは、最終的に出力される方位角である。ここでは、地磁気が正常に捉えられている場合には、方位角ｃａ_ｉをそのまま出力方位角ｃ_ｉとしている。なお、図３の例では、地点Ｐ０〜Ｐ４までは方位角ｃａ_ｉと方位角ｃｂ_ｉは同一の値であるが、地点Ｐ５〜Ｐ８では、徐々に磁気源２０２に接近しているため、方位角ｃａ_ｉと方位角ｃｂ_ｉは異なってくる。

図４は、図２で示した地点ごとに得られた値を示すテーブルの記憶内容を示す説明図（その２）である。この図４で示した例では、図２の地点Ｐ１０が現在位置である。地点Ｐ９およびＰ１０は領域２０３内であるため、磁気源２０２の影響を受ける。すなわち、方位角ｃａ_ｉと方位角ｃｂ_ｉとの方位差Δｃ_ｉが所定のしきい値Ｃ以上となる。

このしきい値Ｃは、第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂの分解能や設置間隔に応じて設定される。ここでは、Ｃ＝３とする。地点Ｐ９での方位差Δｃ_９はΔｃ_９＝３であり、しきい値Ｃ以上となる。しきい値Ｃ未満の状態からしきい値Ｃ以上の状態に遷移することにより、前回のフラグｆ_ｉ−１の値を“０”から“１”にする。ここでは、地点Ｐ９においてしきい値Ｃ以上に状態遷移したため、地点Ｐ８におけるフラグｆ_８の値を"０"から"１"にする。

また、地点Ｐ９ではしきい値Ｃ以上であるため、角度差ｄθ_ｉを算出する。具体的には、地点Ｐ９の計測角度θ_９（＝０）から地点Ｐ８の計測角度θ_８（＝０）を差し引くことで、角度差ｄθ_９（＝０）を算出する。したがって、地点Ｐ９での出力方位角ｃ_９は、フラグｆ_ｉの値が“１”である方位角ｃａ_８の値と角度差ｄθ_９との合計値である。

地点Ｐ１０も同様に、しきい値Ｃ以上となるため、角度差ｄθ_ｉを算出する。具体的には、地点Ｐ１０の計測角度θ_１０（＝−８９）から地点Ｐ９の計測角度θ_９（＝０）を差し引くことで、角度差ｄθ_１０（＝−８９）を算出する。したがって、地点Ｐ１０での出力方位角ｃ_１０は、フラグｆ_ｉの値が“１”である方位角ｃａ_８の値と角度差ｄθ_９と角度差ｄθ_１０の合計値である。

ここで、累積角度Θｉに注目すると、地点Ｐ０からジャイロセンサ１０７のみにより方位を検出する場合、地点Ｐ０での基準角度が０であるが、西を向いているため方位角であらわすと２７０度である。この２７０度に累積角度Θ_９＝２を加算すると２７２度となる。したがって、地点Ｐ０からジャイロセンサ１０７のみにより方位を検出するよりも、高精度に方位を検出することができる。

図５は、図２で示した地点ごとに得られた値を示すテーブルの記憶内容を示す説明図（その３）である。この図５で示した例では、図２の地点Ｐ１２が現在位置である。地点Ｐ１２は領域２０３外であるため、磁気源２０２の影響を受けず、方位角ｃａ_ｉと方位角ｃｂ_ｉとの方位差Δｃ_ｉがしきい値Ｃ未満となる。すなわち、方位角ｃａ_１２と方位角ｃｂ_１２との方位差Δｃ_１２＝０であるため、しきい値Ｃ未満となる。したがって、角度差ｄθ_１２を算出せず、方位角ｃａ_１２がそのまま出力方位角ｃ_１２となる。

このように、しきい値Ｃ以上の状態からしきい値Ｃ未満の状態に遷移することにより、値が“１”であるフラグｆ_ｉの値を“１”から“０”にする。ここでは、地点Ｐ１２においてしきい値Ｃ未満に状態遷移したため、値が“１”である地点Ｐ８におけるフラグｆ_８の値を"１"から"０"にする。

このように、しきい値Ｃ未満に遷移した場合にフラグをリセットすることで、参照先となる方位角ｃａ_ｉを、正常に地磁気を捉えることができた直前の方位角とすることができる。これにより、ジャイロセンサ１０７から得られる角度差を必要最小限にとどめることができ、ジャイロセンサ１０７による誤差伝播の影響を抑えることができる。

（方位検出装置１００の機能的構成）
図６は、方位検出装置１００の機能的構成を示すブロック図である。図６において、方位検出装置１００は、方位角取得部６０１と、方位差算出部６０２と、判断部６０３と、検出部６０４と、角度取得部６０５と、角度差算出部６０６と、方位角算出部６０７と、現在位置特定部６０８と、出力部６０９と、から構成されている。

方位角取得部６０１は、第１の電子コンパス１０６ａから出力される検出信号に基づいて、装置本体が指し示す方位角ｃａ_ｉを取得する機能と、第２の電子コンパス１０６ｂから出力される検出信号に基づいて、装置本体が指し示す方位角ｃｂ_ｉを取得する機能とを有する。第１の電子コンパス１０６ａからは、Ｘ軸の地磁気センサからの電気信号とＹ軸の地磁気センサからの電気信号が信号処理されて検出信号として出力される。

このＸ軸およびＹ軸の検出信号の値のａｒｃｔａｎを取ることで、方位角ｃａ_ｉを算出することができる。第２の電子コンパス１０６ｂも同様の手法により、方位角ｃｂ_ｉを算出する。方位角取得部６０１は、図１に示したメモリ１０２に記憶されているプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることによりその機能を実現する。

方位差算出部６０２は、方位角ｃａ_ｉと方位角ｃｂ_ｉとの方位差Δｃ_ｉを算出する機能を有する。具体的には、Δｃ_ｉ＝ｃａ_ｉ−ｃｂ_ｉを計算する。方位差算出部６０２は、図１に示したメモリ１０２に記憶されているプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることによりその機能を実現する。

判断部６０３は、方位差Δｃ_ｉが所定のしきい値Ｃ以上であるか否かを判断する機能を有する。しきい値Ｃ以上である場合、磁気源２０２により第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂが正常に地磁気をとらえていないこととなる。一方、しきい値Ｃ未満である場合、磁気源２０２により第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂが正常に地磁気をとらえていることとなる。

上述したように、しきい値Ｃは、第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂの分解能や設置間隔に応じて設定される。判断部６０３は、図１に示したメモリ１０２に記憶されているプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることによりその機能を実現する。

検出部６０４は、装置本体の現在位置を検出する機能を有する。検出された現在位置を示す座標値は現在位置特定部６０８に送られる。検出部６０４は、図１に示したＧＰＳ１０９によりその機能を実現する。

角度取得部６０５は、ジャイロセンサ１０７からの検出結果に基づいて、所定の水平成分の方向を基準とした装置本体の水平成分の角度θ_ｉを取得する機能を有する。具体的には、たとえば、検出部６０４によって現在位置が検出されなくなった場合、ジャイロセンサ１０７に計測を開始させ、得られた角速度を積分することで、現在位置が検出されなくなる直前の水平成分の方向を基準とした装置本体の水平成分の角度θ_ｉを取得する。

図２の例では、地点Ｐ０における西（Ｗ）の方向が基準方向となり、その方向での角度を０度とする。角度取得部６０５は、図１に示したメモリ１０２に記憶されているプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることによりその機能を実現する。

角度差算出部６０６は、方位角ｃａ_ｉ−１，ｃｂ_ｉ−１の取得時に取得された装置本体の角度θ_ｉ−１と、方位角ｃａ_ｉ，ｃｂ_ｉの取得時に取得された装置本体の角度θ_ｉとの角度差ｄθ_ｉを算出する機能を有する。具体的には、ｄθ_ｉ＝θ_ｉ−θ_ｉ−１を計算する。角度差算出部６０６は、図１に示したメモリ１０２に記憶されているプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることによりその機能を実現する。

方位角算出部６０７は、判断部６０３によって今回の方位差Δｃ_ｉが所定のしきい値Ｃ以上であると判断された場合、前回出力された装置本体の方位角ｃ_ｉ−１と角度差算出部６０６によって算出された角度差ｄθ_ｉとに基づいて、装置本体の今回の方位角ｃ_ｉを算出する機能を有する。具体的には、ｃ_ｉ＝ｃ_ｉ−１＋ｄθ_ｉを計算する。角度差算出部６０６は、図１に示したメモリ１０２に記憶されているプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることによりその機能を実現する。

現在位置特定部６０８は、装置本体の現在位置を特定する機能を有する。具体的には、検出部６０４によって現在位置が検出された場合には、そのまま現在位置として特定する。また、検出されなかった場合には、加速度センサ１０８から得られる加速度の２回積分の値と角度取得部６０５から得られる各地点での角度θ_ｉとにより、現在位置を特定する。

具体的には、図２を例に挙げると、地点Ｐ０を基準とすると、加速度センサ１０８から得られる加速度の２回積分の値により移動距離が得られるため、地点Ｐ０における基準方向（西向き）と角度θ_ｉにより次の地点Ｐ１を特定することができる。他の地点Ｐ２〜Ｐ１２も同様である。現在位置特定部６０８は、図１に示したメモリ１０２に記憶されているプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることによりその機能を実現する。

出力部６０９は、出力方位角ｃ_ｉを出力する機能を有する。具体的には、判断部６０３によりしきい値Ｃ未満であると判断された場合、今回の方位角ｃａ_ｉを出力方位角ｃ_ｉとして出力する。一方、しきい値Ｃ以上であると判断された場合、方位角算出部６０７で算出された出力方位角ｃ_ｉを出力する。また、出力に際して、現在位置特定部６０８により特定された現在位置をあわせて出力することとしてもよい。

また、地図データを取得しておき、ディスプレイ１０４上に地図データと現在位置を表示させ、現在位置を示すアイコンに出力方位角ｃ_ｉを示す矢印を表示させることとしてもよい。また、これらの情報を通信Ｉ／Ｆ１０５で外部の装置に送信したり、音声出力や印刷出力することとしてもよい。出力部６０９は、ディスプレイ１０４や通信Ｉ／Ｆ１０５などによりその機能を実現する。

（方位角検出処理手順）
図７〜図９は、方位角検出処理手順を示すフローチャートである。図７は、ＧＰＳ１０９により現在位置が検出されている状態でのフローチャートである。したがって、第１の電子コンパス１０６ａおよび第２の電子コンパス１０６ｂでの方位検出処理となる。

まず、検出部６０４（ＧＰＳ１０９）により現在位置が検出されているか否かを判断する（ステップＳ７０１）。検出されている場合（ステップＳ７０１：Ｙｅｓ）、方位角取得部６０１により第１の電子コンパス１０６ａによる方位角ｃａ_ｉおよび第２の電子コンパス１０６ｂによる方位角ｃｂ_ｉを取得する（ステップＳ７０２）。そして、取得された方位角ｃａ_ｉ，ｃｂ_ｉをメモリ１０２に保存する（ステップＳ７０３）。このあと、出力部６０９により方位角出力処理を実行して（ステップＳ７０４）、ステップＳ７０１に戻る。一方、ステップＳ７０１において、検出されていない場合（ステップＳ７０１：Ｎｏ）、図８のステップＳ８０１に移行する。

図８のフローチャートは、ジャイロセンサ１０７が動作中のフローチャートである。ジャイロセンサ１０７は、検出部６０４（ＧＰＳ１０９）により現在位置が検出されなくなってから次に検出されるまでの間動作する。

まず、現在位置が検出されなくなると（ステップＳ７０１：Ｎｏ）、ジャイロセンサ１０７による計測を開始する（ステップＳ８０１）。つぎに、方位角取得部６０１により第１の電子コンパス１０６ａによる方位角ｃａ_ｉおよび第２の電子コンパス１０６ｂによる方位角ｃｂ_ｉを取得するとともに、角度取得部６０５により角度θ_ｉを取得する（ステップＳ８０２）。そして、取得された方位角ｃａ_ｉ，ｃｂ_ｉおよび角度θ_ｉをメモリ１０２に保存する（ステップＳ８０３）。

このあと、方位差算出部６０２により、方位差Δｃ_ｉを算出する（ステップＳ８０４）。そして、判断部６０３により、方位差Δｃ_ｉがしきい値Ｃ以上であるか否かを判断する（ステップＳ８０５）。方位差Δｃ_ｉがしきい値Ｃ以上でない場合（ステップＳ８０５：Ｎｏ）、現在位置特定部６０８により現在位置を特定する（ステップＳ８０６）。そして、出力部６０９により方位出力処理をおこない（ステップＳ８０７）、値が“１”であるフラグのリセットをおこなう（ステップＳ８０８）。

このあと、検出部６０４（ＧＰＳ１０９）により現在位置が検出されたか否かを判断し（ステップＳ８０９）、検出されていない場合（ステップＳ８０９：Ｎｏ）、ステップＳ８０２に戻る。一方、検出された場合（ステップＳ８０９：Ｙｅｓ）、ジャイロセンサ１０７の計測を停止して（ステップＳ８１０）、ステップＳ７０２に戻る。このように、ジャイロセンサ１０７の動作を制限することで省電力化を図ることができる。また、ステップＳ８０５において、方位差Δｃ_ｉがしきい値Ｃ以上であると判断された場合（ステップＳ８０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ９０１に移行する。

図９のフローチャートは、ジャイロセンサ１０７から得られる角度θ_ｉを用いて出力方位角ｃ_ｉを求めるフローチャートである。図８において、方位差Δｃ_ｉがしきい値Ｃ以上であると判断された場合（ステップＳ８０５：Ｙｅｓ）、角度差ｄθ_ｉを算出する（ステップＳ９０１）。つぎに、値が“１”のフラグがテーブルにあるか否かを判断する（ステップＳ９０２）。

値が“１”のフラグがテーブルにある場合（ステップＳ９０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ９０４に移行する。一方、ない場合（ステップＳ９０２：Ｎｏ）、第１の電子コンパス１０６ａの前回の方位角ｃａ_ｉ−１のフラグｆ_ｉ−１の値を“０”→“１”に設定して（ステップＳ９０３）、ステップＳ９０４に移行する。ステップＳ９０４では、前回の出力方位角ｃ_ｉ−１に、ステップＳ９０１で算出された角度差ｄθ_ｉを加算することで、今回の出力方位角ｃ_ｉを算出する（ステップＳ９０４）。そして、現在位置特定部６０８により現在位置を特定して（ステップＳ９０５）、出力部６０９により方位出力処理をおこなう（ステップＳ９０６）。このあと、ステップＳ８０９に移行する。

なお、上述したフローチャートでは、ＧＰＳ１０９により現在位置が検出されなくなった場合に、図８および図９に示した処理を実行することとしたが、ＧＰＳ１０９による検出にかかわらず、ジャイロセンサ１０７に計測させておき、図８および図９の処理を実行させることとしてもよい。

本実施の形態によれば、装置本体や装置本体を備える移動体以外の外部の磁気源２０２（地磁気除く）の影響が弱い場合には、地磁気を正常に捉えることができるため、方位角ｃａ_ｉと方位角ｃｂ_ｉとの方位差Δｃ_ｉはしきい値Ｃ未満となる。一方、磁気源２０２の影響が強い場合には、地磁気を正常に捉えることができないため、方位差Δｃ_ｉがしきい値Ｃ以上となる。したがって、磁気源２０２の影響による電子コンパスの狂いを容易に検出することができる。

また、磁気源２０２の影響が強いときにのみ、前回の出力方位角ｃ_ｉ−１とジャイロセンサ１０７による前回と今回の角度差ｄθ_ｉとにより、装置本体の今回の出力方位角ｃ_ｉを算出する。ここで、前回の出力方位角ｃ_ｉ−１は、磁気源２０２の影響が弱いときの電子コンパスから得られた正常な方位角である。また、ジャイロセンサ１０７から得られる角度差ｄθ_ｉを前回の角度と今回の角度で求めているため、ジャイロセンサ１０７による誤差の累積を必要最小限にとどめている。

したがって、磁気源２０２の影響が強い地点であっても高精度な方位を得ることができる。以上のことから、本実施の形態によれば、移動体の進行方位を簡易かつ高精度に検出することができる。

なお、本実施の形態で説明した方位検出方法は、予め用意されたプログラムをコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な媒体であってもよい。

また、本実施の形態で説明した方位検出装置１００は、スタンダードセルやストラクチャードＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの特定用途向けＩＣ（以下、単に「ＡＳＩＣ」と称す。）やＦＰＧＡなどのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）によっても実現することができる。具体的には、たとえば、上述した方位検出装置１００の機能をＨＤＬ記述によって機能定義し、そのＨＤＬ記述を論理合成してＡＳＩＣやＰＬＤに与えることにより、方位検出装置１００を製造することができる。

本実施の形態にかかる方位検出装置のハードウェア構成を示す説明図である。 建物内部の通路を示す平面図である。 図２で示した地点ごとに得られた値を示すテーブルの記憶内容を示す説明図（その１）である。 図２で示した地点ごとに得られた値を示すテーブルの記憶内容を示す説明図（その２）である。 図２で示した地点ごとに得られた値を示すテーブルの記憶内容を示す説明図（その３）である。 方位検出装置の機能的構成を示すブロック図である。 方位角検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。 方位角検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。 方位角検出処理手順を示すフローチャート（その３）である。

符号の説明

１００ 方位検出装置
１０６ａ 第１の電子コンパス
１０６ｂ 第２の電子コンパス
１０７ ジャイロセンサ
２０２ 磁気源
６０１ 方位角取得部
６０２ 方位差算出部
６０３ 判断部
６０４ 検出部
６０５ 角度取得部
６０６ 角度差算出部
６０７ 方位角算出部
６０８ 現在位置特定部
６０９ 出力部

Claims (6)

1. 装置本体に備えられ地磁気に基づいて第１の検出信号を出力する第１の電子コンパスと、
   前記装置本体に備えられ前記地磁気に基づいて第２の検出信号を出力する第２の電子コンパスと、
   前記第１の検出信号に基づいて前記装置本体が指し示す第１の方位角を取得するとともに、前記第２の検出信号に基づいて前記装置本体が指し示す第２の方位角を取得する方位角取得手段と、
   前記方位角取得手段によって取得された第１および第２の方位角の方位差を算出する方位差算出手段と、
   前記方位差算出手段によって算出された方位差が所定のしきい値以上であるか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段によってしきい値以上であると判断された場合、地磁気以外の磁気の影響を受けていることを示す出力を行う出力手段と、
   を備えることを特徴とする方位検出装置。
2. 前記出力手段は、
   前記判断手段によって前記所定のしきい値以上でないと判断された場合、今回取得された第１および第２の方位角のうちいずれか一方の方位角も出力することを特徴とする請求項１に記載の方位検出装置。
3. 前記装置本体に備えられ前記装置本体の水平方向の角速度を検出するジャイロセンサと、
   前記ジャイロセンサからの検出結果に基づいて、所定の水平成分の方向を基準とした前記装置本体の水平成分の角度を取得する角度取得手段と、
   前記第１および第２の方位角の前回の取得時に前記角度取得手段によって取得された前記装置本体の角度と、前記第１および第２の方位角の今回の取得時に取得された前記装置本体の角度との角度差を算出する角度差算出手段と、
   前記判断手段によって今回の方位差が前記所定のしきい値以上であると判断された場合、前記出力手段によって前回出力された前記装置本体の方位角と前記角度差算出手段によって算出された角度差とに基づいて、前記装置本体の今回の方位角を算出する方位角算出手段と、を備え、
   前記出力手段は、
   前記方位角算出手段によって算出された前記装置本体の今回の方位角を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の方位検出装置。
4. 前記ジャイロセンサは、振動ジャイロであることを特徴とする請求項３に記載の方位検出装置。
5. 前記第１の電子コンパスおよび前記第２の電子コンパスは、地磁気センサとしてＭＩ素子を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方位検出装置。
6. 装置本体に備えられ地磁気に基づいて第１の検出信号を出力する第１の電子コンパスおよび前記装置本体に備えられ前記地磁気に基づいて第２の検出信号を出力する第２の電子コンパスを備えるコンピュータを、
   前記第１の検出信号に基づいて前記装置本体が指し示す第１の方位角を取得するとともに、前記第２の検出信号に基づいて前記装置本体が指し示す第２の方位角を取得する方位角取得手段、
   前記方位角取得手段によって取得された第１および第２の方位角の方位差を算出する方位差算出手段、
   前記方位差算出手段によって算出された方位差が所定のしきい値以上であるか否かを判断する判断手段、
   前記判断手段によってしきい値以上であると判断された場合、地磁気以外の磁気の影響を受けていることを示す出力を行う出力手段、
   として機能させることを特徴とする方位検出プログラム。

Images