JP2011059091A - Apparatus for detecting indoor position - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、室内の人間等の室内移動体の位置を正確に求めるための室内位置検出装置に関する。 The present invention relates to an indoor position detection device for accurately obtaining the position of an indoor moving body such as a human being in a room.
従来から、屋外での位置を検出するシステムは全地球測位システムGPS(Globale Positioning System)として知られている。
しかしながら、室内においては衛星からの信号が微弱になるため、使用することができない問題があった。
それを解決するためにGPS以外の測位システムとして、特許文献1のごとく携帯電話等の通信システムの基地局の位置を利用して測位を行うものがある。このようなシステムでは、端末装置が複数の基地局から発信される信号を受信できれば、室内においても比較的短時間で測位を行うことができる。しかし、室内等の受信環境の悪い場所での測位にGPSを用いた場合は、特許文献1のような構成としても、受信信号の強度が弱ければ、測位に長時間を要し、電力も大量に消費してしまうという問題があった。また、基地局の位置を利用した測位では、得られる端末装置位置の精度は、良くても数百mのオーダであり、条件が良い場合のGPS測位にはとうてい及ばないという問題があった。Conventionally, a system for detecting an outdoor position is known as a global positioning system GPS (Global Positioning System).
However, since the signal from the satellite is weak in the room, there is a problem that it cannot be used.
In order to solve this problem, as a positioning system other than GPS, there is a system that performs positioning using the position of a base station of a communication system such as a mobile phone as disclosed in
そこで、本発明はGPSを使用することなく、端末装置の位置精度の高い室内位置検出装置を提供する。 Therefore, the present invention provides an indoor position detection device with high position accuracy of a terminal device without using GPS.
請求項1に記載の発明は、室内に設置させるお互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも3つの磁場発生源を有し、室内移動体に携帯される携帯端末に載置され、携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における交流の磁気ベクトル情報のみを検出する高感度磁気センサと、携帯端末に載置され、前記3軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる6軸センサと、前記高感度磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報を、鉛直方向を1軸に有する座標系(以下、鉛直座標系と記す)に、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて変換演算することにより、鉛直座標系における周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する座標変換演算手段と、前記最大磁気ベクトル情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の位置ベクトル情報を演算する位置ベクトル情報演算手段と、前記位置ベクトル情報を、水平面上へ正射影することにより、水平面上の磁場発生源と高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、前記距離情報から、3角法に基づいて、磁場発生源の位置情報と前記距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置演算手段と、からなる室内位置検出装置である。 The invention according to
これにより、GPSの信号を必要とせず、高い位置決め精度の室内位置検出装置が得られる。 Thereby, a GPS signal is not required, and an indoor position detection device with high positioning accuracy can be obtained.
請求項2に記載の発明は、室内において鉛直方向に所定の同じ高さに設置され、お互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも3つの磁場発生源を有し、室内移動体に携帯される携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる6軸センサと、携帯端末に載置され、使用時に前記磁場発生源とほぼ同じ高さで使用される携帯端末における任意の1軸の測定軸における交流の磁気ベクトル成分情報のみを検出する高感度磁気センサと、前記高感度磁気センサの任意の1軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル成分情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル成分情報を抽出する周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段と、前記周波数別磁気ベクトル成分情報から、周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算する最大磁気ベクトル成分情報演算手段と、高感度磁気センサの前記測定軸と鉛直軸とのなす角を、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて演算し、前記なす角と前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル成分情報より、前記所定の高さにおける姿勢補正した鉛直軸での周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算するの鉛直軸成分情報演算手段と、前記最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、前記距離情報から、3角法に基づいて、3つの磁場発生源の位置情報と前記3つ距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置情報演算手段と、からなる室内位置検出装置である。
本発明は、請求項1に記載の発明に比べ、簡潔な構成で、GPSの信号を必要とせず、高い位置決め精度の室内位置検出装置が得られる。The invention according to
Compared to the invention described in
請求項3に記載の発明は、室内において鉛直方向に所定の同じ高さに設置され、お互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも3つの磁場発生源を有し、室内移動体に携帯される携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における磁気ベクトル情報を検出する3軸磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する3軸加速度センサとからなる6軸センサと、携帯端末に載置され、使用時に前記磁場発生源とほぼ同じ高さで使用される携帯端末における任意の1軸の測定軸における交流の磁気ベクトル成分情報のみを検出する高感度磁気センサと、マイコンにメモリされた前記3軸磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、地磁気ベクトル情報を抽出する地磁気ベクトル情報抽出手段と、マイコンにメモリされた前記高感度磁気センサの任意の1軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル成分情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段と、前記周波数別磁気ベクトル成分情報から、周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算する最大磁気ベクトル成分情報演算手段と、高感度磁気センサの前記測定軸と鉛直軸とのなす角を、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて演算し、前記なす角と前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル成分情報より、前記所定の高さにおける周波数別の姿勢補正した鉛直軸での最大磁気ベクトル成分情報を演算するの鉛直軸成分情報演算手段とからなる最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報演算手段と、マイコンにメモリされた前記3軸磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報を、鉛直方向を1軸に有する座標系(以下、鉛直座標系と記す)に、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて変換演算することにより、鉛直座標系における周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する座標変換演算手段と、からなる鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報演算手段と、前記1軸高感度磁気センサからの出力に基づく任意の周波数における前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報をメモリし、前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報と同じ周波数における前記3軸磁気センサの出力に基づく鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報を算出しメモリする鉛直軸成分情報メモリ手段と、前記鉛直座標系における最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報の値が所定の値よりも大きい場合には第一位置情報演算手段を選択し、前記鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報の値が所定の値以下の場合には第二位置情報演算手段を選択する、位置情報演算選択手段と、位置情報演算選択手段により選択された時に、前記鉛直座標系における任意の周波数の最大磁気ベクトル情報から、磁場発生源から3軸磁気センサ間の位置ベクトル情報を演算する位置ベクトル情報演算手段と、前記位置ベクトル情報を、水平面上へ正射影することにより、水平面上の磁場発生源と高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、前記距離情報から、3角法に基づいて、磁場発生源の位置情報と前記距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置演算手段と、からなる第一位置情報演算手段と、位置情報演算選択手段により選択された時に、前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、前記距離情報から、3角法に基づいて、3つの磁場発生源の位置情報と前記3つ距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置情報演算手段と、からなる第二位置情報演算手段と、からなることを特徴とする室内位置検出装置である。 The invention according to
請求項3に記載の発明とすることにより、携帯端末が磁場発生源に近づいても、十分な精度で、かつ、簡便な構成でGPSの信号を必要とせず、高い位置決め精度の室内位置検出装置が得られる。 According to the third aspect of the present invention, even if the portable terminal approaches the magnetic field generation source, the indoor position detection device with high accuracy and a simple configuration that does not require GPS signals and has high positioning accuracy. Is obtained.
なお、請求項3に記載の発明においては、3軸磁気センサからの最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報に対する所定の値との大小を判断したが、1軸の高感度磁気センサよりの最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報に対する所定の値との大小を判断してもよい。基本的には、同様の効果を達成することが出来る。
どちらが良いかは、高感度磁気センサと磁気センサ間の、鉛直方向の磁気ベクトル成分と磁場発生源からの距離に関する関係等を考慮することによって適宜選択される。In the third aspect of the invention, the magnitude of the maximum magnetic vector information from the triaxial magnetic sensor with respect to the predetermined value with respect to the vertical axis component information is determined. You may judge the magnitude with respect to the predetermined value with respect to the vertical-axis component information of a vector. Basically, the same effect can be achieved.
Which is better is appropriately selected by considering the relationship between the magnetic vector component in the vertical direction and the distance from the magnetic field generation source between the high-sensitivity magnetic sensor and the magnetic sensor.
請求項4に記載の発明は、請求項1−3における前記磁場発生源が、モータを用いて希土類焼結磁石を回転させることを特徴とする室内位置検出装置である。
これにより、磁場発生源の設置間隔を広げることができ、より省エネルギー、低コストな装置とすることができる。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an indoor position detection apparatus in which the magnetic field generation source according to the first to third aspects rotates a rare earth sintered magnet using a motor.
Thereby, the installation space | interval of a magnetic field generation source can be extended, and it can be set as a more energy-saving and low-cost apparatus.
請求項5に記載の発明は、請求項1−4における高感度磁気センサが、アモルファスワイヤにパルス電流を印加し、前記アモルファスワイヤに捲回した検出コイルに周辺の磁場強さに対応する電圧を発生する磁気インピーダンス素子からなる磁気センサであって、前記磁気インピーダンス素子(以下、適宜、MI素子と記す。)の前記検出コイルが発生する電圧を電子スイッチを介してホールドコンデンサに蓄積するとともに、前記ホールドコンデンサと増幅器とを高周波フィルタで接続することで変動する磁場信号のみを増幅する高感度磁気センサからなることを特徴とする室内位置検出装置である。
このように、交流磁場のみを検出できる位置検出センサを、上記のようにMI素子を使用しつつ、所定の電気回路を構成することで、地磁気等の静的磁場成分を検出することなく、本発明の磁場発生源からの変動する交流磁場信号のみを高感度で抽出することができる。According to a fifth aspect of the present invention, in the high-sensitivity magnetic sensor according to the first to fourth aspects, a pulse current is applied to the amorphous wire, and a voltage corresponding to the strength of the surrounding magnetic field is applied to the detection coil wound around the amorphous wire. A magnetic sensor composed of a magnetic impedance element that generates the voltage generated by the detection coil of the magnetic impedance element (hereinafter referred to as MI element as appropriate), and stores the voltage in a hold capacitor via an electronic switch; An indoor position detection device comprising a high-sensitivity magnetic sensor that amplifies only a changing magnetic field signal by connecting a hold capacitor and an amplifier with a high-frequency filter.
As described above, the position detection sensor capable of detecting only the alternating magnetic field is configured as a predetermined electric circuit while using the MI element as described above, thereby detecting the static magnetic field component such as the geomagnetism. Only the changing alternating magnetic field signal from the magnetic field generation source of the invention can be extracted with high sensitivity.
請求項6に記載の発明は、請求項1−4における磁場発生源の発生する交流磁場の周波数が1〜40Hz、若しくは、70〜500Hzからなることを特徴とする室内位置検出装置である。
1〜40Hzの周波数で交流磁場信号を発生させた場合は、室内に通常存在する、交流電源に使用されれる50〜60Hzの周波数を避けているため、所定の周波数の交流信号のみを抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段で、そのノイズをカットすることができ、所定の交流の磁気ベクトル情報のみを抽出できる。また、低周波のため、最終的に強い出力を得ることができ、それにより高精度な位置検出をすることができる。
また、70Hz以上の周波数で交流磁場信号を発生させた場合は、1〜40Hzの場合と同様に、交流磁場信号のみを抽出できる。また、周波数は大きくなるほど、出力が低下する。通常のモータの回転数は上限は30000回転程度なので、希土類焼結磁石を通常のモータで回転させる場合の磁界の周波数は500Hzとなるが、この周波数においても室内位置検出装置が働くのに必要な出力が得られたので、交流磁気信号の周波数の上限は500Hzとした。A sixth aspect of the present invention is an indoor position detection apparatus, wherein the frequency of the alternating magnetic field generated by the magnetic field generation source according to the first to fourth aspects is 1 to 40 Hz or 70 to 500 Hz.
When an AC magnetic field signal is generated at a frequency of 1 to 40 Hz, a frequency of 50 to 60 Hz that is normally used in an AC power supply, which is normally present in the room, is avoided, so that only an AC signal having a predetermined frequency is extracted. The noise can be cut by another magnetic vector information extracting means, and only predetermined alternating magnetic vector information can be extracted. In addition, because of the low frequency, it is possible to finally obtain a strong output, thereby enabling highly accurate position detection.
Further, when an alternating magnetic field signal is generated at a frequency of 70 Hz or higher, only the alternating magnetic field signal can be extracted as in the case of 1 to 40 Hz. Moreover, the output decreases as the frequency increases. Since the upper limit of the rotation speed of a normal motor is about 30,000, the frequency of the magnetic field when rotating a rare earth sintered magnet with a normal motor is 500 Hz, but this frequency is also necessary for the indoor position detection device to work. Since an output was obtained, the upper limit of the frequency of the AC magnetic signal was set to 500 Hz.
請求項7に記載の発明は、請求項1若しくは請求項3における周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、最大磁気ベクトル情報演算手段とがフーリエ変換手段であることを特徴とする室内位置検出装置である。
フーリエ変換手段を用いることにより、少なくとも3つの磁場発生源からのそれぞれの周波数の交流の磁気ベクトル情報が重なり合った磁気ベクトル情報から、各周波数の交流の磁気ベクトル情報を良好に抽出することができる。同時に、最大磁気ベクトル情報に比例した情報をえることが出来る。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an indoor position detecting apparatus, wherein the frequency-specific magnetic vector information extracting means and the maximum magnetic vector information calculating means according to the first or third aspect are Fourier transform means. .
By using the Fourier transform means, AC magnetic vector information of each frequency can be satisfactorily extracted from magnetic vector information in which AC magnetic vector information of each frequency from at least three magnetic field generation sources overlap. At the same time, information proportional to the maximum magnetic vector information can be obtained.
請求項8に記載の発明は、請求項2若しくは請求項3における周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段と、最大磁気ベクトル成分情報演算手段とがフーリエ変換手段であることを特徴とする室内位置検出装置である。
フーリエ変換手段を用いることにより、少なくとも3つの磁場発生源からのそれぞれの周波数の交流の磁気ベクトル情報が重なり合った磁気ベクトル情報から、各周波数の交流の磁気ベクトル情報を良好に抽出することができる。同時に、最大磁気ベクトル情報に比例した情報をえることが出来る。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an indoor position detecting apparatus wherein the frequency-specific magnetic vector component information extracting means and the maximum magnetic vector component information calculating means according to the second or third aspect are Fourier transform means. It is.
By using the Fourier transform means, AC magnetic vector information of each frequency can be satisfactorily extracted from magnetic vector information in which AC magnetic vector information of each frequency from at least three magnetic field generation sources overlap. At the same time, information proportional to the maximum magnetic vector information can be obtained.
請求項9に記載の発明は、請求項1若しくは請求項3における周波数別磁気ベクトル情報抽出手段が、デジタルバンドフィルターであることを特徴とする室内位置検出装置である。
デジタルバンドフィルターを用いることにより、少なくとも3つの磁場発生源からのそれぞれの周波数の交流の磁気ベクトル情報が重なり合った磁気ベクトル情報から、各周波数の交流の磁気ベクトル情報を良好に抽出することができる。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an indoor position detection apparatus wherein the frequency-based magnetic vector information extracting means in the first or third aspect is a digital band filter.
By using the digital band filter, AC magnetic vector information of each frequency can be satisfactorily extracted from magnetic vector information in which AC magnetic vector information of each frequency from at least three magnetic field generation sources overlap.
請求項9に記載の発明は、請求項1若しくは請求項3における周波数別磁気ベクトル情報抽出手段が、デジタルバンドフィルターであることを特徴とする室内位置検出装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an indoor position detection apparatus wherein the frequency-based magnetic vector information extracting means in the first or third aspect is a digital band filter.
請求項10に記載の発明は、請求項2若しくは請求項3における周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段が、デジタルバンドフィルターであることを特徴とする室内位置検出装置である。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the indoor position detecting device, wherein the frequency-specific magnetic vector component information extracting means in the second or third aspect is a digital band filter.
本発明の構成を用いることにより、GPSを使用することなく、端末装置の位置検出精度の高い室内位置検出装置を提供することができる。 By using the configuration of the present invention, it is possible to provide an indoor position detection device with high position detection accuracy of a terminal device without using GPS.
以下に、本発明の室内位置検出装置の実施の形態を実施例を用いて説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the indoor position detection apparatus of the present invention will be described using examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.
図1に示すように室内位置検出装置1は、磁場発生源2と、携帯端末3とからなる。
磁気発生源2は、磁石21とモータ22とからなる。磁石21は細長い棒状の磁石21を用いた。磁石21は中央を境に一方をN極、もう一方はS極に着磁されている。磁石21の長手方向の中央部をモータ軸の端に垂直に取り付ける。ここで磁石21は、(BH)maxが38MGOeであるNd−Fe−B系焼結磁石を用いた。磁石21の寸法は、直径が1cmで長さが6cmのものを使用した。
モータを図1及び図2に示すように壁面の任意の位置に取り付ける。図2は、縦軸が図1における地球座標系e−cにおける鉛直軸Z’であり、横軸が図1における地球座標系e−cにおける北向軸Y’である。モータが所定の回転数で回転すると、図2中の楕円状の線で示されるような磁場が周囲に形成される。なお、楕円状の線は、等磁場強さを示す線である。磁石近傍ほど線が太くなっているのは、磁石近傍ほど磁場強さが強いことを示している。図2において示される高感度磁気センサ4(回路を模式的に表示した)の感磁部を磁場に沿って鉛直軸Z’に沿った方向で、かつ、磁場発生源2の回転中心を含む水平面上で、磁石中心から北向軸に方向の位置に設置した。モータを600rpmで回転させたときの磁場発生源2により形成された磁場を、前記の位置で測定する。その結果、図2中に示すようにZ’軸方向の磁界強さが時間により振動し、10Hzの正弦波が得られる。As shown in FIG. 1, the indoor
The
The motor is attached to an arbitrary position on the wall surface as shown in FIGS. 2, the vertical axis is the vertical axis Z ′ in the earth coordinate system ec in FIG. 1, and the horizontal axis is the northward axis Y ′ in the earth coordinate system ec in FIG. 1. When the motor rotates at a predetermined number of revolutions, a magnetic field as shown by an elliptical line in FIG. 2 is formed around it. The elliptical line is a line indicating the isomagnetic field strength. The thicker the line near the magnet, the stronger the magnetic field strength is near the magnet. 2 is a horizontal plane including the rotation center of the
ここで、発生する交流磁場の周波数は、1〜40Hz、若しくは、70〜500Hzからなることが好ましい。これらの周波数で磁気信号を発生させれば、交流電源に使用されれる50〜60Hzの周波数ノイズを、後に述べる周波数別磁気ベクトル抽出手段等でカットすることができ、所定の交流磁場信号のみを抽出できる。更に、1〜40Hzの場合は、低周波のため最終的に強い出力を得ることができ、それにより高精度な位置検出をすることができる。本実施例では、3つの磁場発生源2の交流磁場の周波数をそれぞれ、8Hz、10Hz、12Hzで行った。
磁場発生源2は図1に示すように、室内の3箇所に設置されている。また、図1の場合は、磁場発生源2を部屋の四隅に配置してもよい。Here, the frequency of the generated alternating magnetic field is preferably 1 to 40 Hz or 70 to 500 Hz. If magnetic signals are generated at these frequencies, the frequency noise of 50-60 Hz used for AC power supply can be cut by frequency-specific magnetic vector extraction means described later, and only predetermined AC magnetic field signals are extracted. it can. Further, in the case of 1 to 40 Hz, since the frequency is low, a strong output can be finally obtained, and thereby highly accurate position detection can be performed. In this example, the frequency of the alternating magnetic field of the three magnetic
As shown in FIG. 1, the magnetic
携帯端末3は、室内移動体に携帯されたり、取り付けられるが、通常は、図1に示すように、人間の手にとられて表示画面31に正対して使用される。携帯端末3が携帯されたり、取り付けられるのは、人間に限らず、動物、ロボット等の室内移動体であればよい。携帯端末3は、図1に示すように、内部に、高感度磁気センサ4、6軸センサ5と、マイコン6を有する。 The
実施例1の高感度磁気センサ4は、図1に示すように、携帯端末における所定の磁気を測定する座標系(以下、携帯座標系と記す)3−cのお互いに直交する磁気ベクトルの3軸方向の各成分を検出し、かつ、交流の磁気ベクトル情報70のみを検出できる必要がある。図1では、一例として携帯端末の長手方向をY軸、携帯端末の表示画面の右側方向をX軸、携帯端末に垂直方向をZ軸とした。3軸成分を検出するためには3つの磁気センサが必要である。本発明では、高感度磁気センサ4に使用される磁気インピーダンス素子を用いたセンサを用いた。なお、MI素子とは、アモルファスワイヤにパルス電流を印加し、前記アモルファスワイヤに捲回した検出コイルに周辺の磁場強さに対応する電圧を発生する素子である。それぞれのMI素子の感磁体であるアモルファスワイヤは図1の携帯座標系3−cのX,Y,Z軸に沿って設置されている。 As shown in FIG. 1, the high-sensitivity
実施例1で使用した高感度磁気センサ4は、MI素子の前記検出コイルが発生する電圧を電子スイッチを介してホールドコンデンサに蓄積するとともに、前記ホールドコンデンサと増幅器とを高周波フィルタで接続することで変動する磁場信号のみを増幅するものである。
実施例1の位置検出センサ4は、直流信号でありノイズである地磁気を全く検出せず、磁気発生源2が発生した交流の磁気ベクトルに対してのみ高感度な出力を発生することができる。本実施例1のセンサの電子回路は、特願2006−316273号に詳細に示されているので、電気回路図のみを引用して図3に示す。高感度磁気センサ4は、携帯端末3の筐体内部の基板上に固定される。
本発明において、高感度磁気センサ4は磁場発生源2から携帯端末3の距離を測定するために使用される。The high-sensitivity
The
In the present invention, the high sensitivity
本実施例1において6軸センサ5は、携帯座標系3−cで測定した交流の磁気ベクトル情報70を、後に述べる地球座標系e−cに基づいて測定若しくは計算された磁気ベクトル分布データを参照して高感度磁気センサの位置を求めるのに利用される。具体的には、6軸センサ5から測定される3軸方向における地磁気ベクトル情報80a、3軸方向における重加速度ベクトル情報80bは携帯座標系3−cを地球座標系e−cへ変換するための、姿勢行列Eを求めるために使用される。この姿勢検知用6軸センサ5は、公知の6軸センサでよい。6軸センサは、例えば、公開公報特開2007−93448号に記載されている。 In the first embodiment, the 6-
この公報では加速度センサーはカンチレバー方式であるが、3軸加速度センサは公知の他の加速度センサでよい。ここでは、静電容量型を用いた。3軸加速度センサは、重力加速度を検知するために用いられる。
3軸磁気センサは、本発明ではMI素子を用いたMIセンサを3軸用に3つ用いた。3軸磁気センサは地磁気の3軸成分を検出するために用いられる。MI素子の代わりにホール素子、MR素子、FGセンサを使用してもよい。更に、3軸成分の地磁気が測れるならば、素子数は2つでも良い。
通常、6軸センサ5により、3次元的に方位及び姿勢を検出することができる。ここで姿勢とは、6軸センサ5が固定される携帯端末3のピッチ、ヨー、ロールの絶対角、相対角をいう。本発明において、6軸センサ5は、携帯端末3中の筐体内部の高感度磁気センサ4が固定されている同一基板上に固定される。更に、それぞれの3軸のセンサのX,Y,Z軸の向きをあわせるのが好ましい。このように配置とすると、後に述べる、姿勢行列Eが求めやすい。In this publication, the acceleration sensor is a cantilever type, but the three-axis acceleration sensor may be another known acceleration sensor. Here, a capacitance type was used. The triaxial acceleration sensor is used for detecting gravitational acceleration.
As the three-axis magnetic sensor, three MI sensors using MI elements are used for three axes in the present invention. The triaxial magnetic sensor is used to detect the triaxial component of geomagnetism. A Hall element, MR element, or FG sensor may be used instead of the MI element. Further, if the geomagnetism of the three-axis component can be measured, the number of elements may be two.
Usually, the azimuth and orientation can be detected three-dimensionally by the six-
次に、マイコン6の構造について説明する。図1に示すごとく、携帯端末3にはマイコン6が組み込まれている。このマイコン6は、図4に示すごとく、CPU61と、ROM62と、RAM63と、I/O65と、これらを接続する接続ライン64とを備える。ROM62にはプログラム62pが記憶されており、CPU61がプログラム62pを読み出して実行することにより、本実施例の周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90、最大磁気ベクトル情報演算手段91、座標変換演算手段92、位置ベクトル情報演算手段93、距離情報演算手段94、位置演算手段95とデジタルローパスフィルター等が実現される。
また、I/O65には、高感度磁気センサ4と、6軸センサ5と、表示装置8(出力手段)が接続されている。高感度磁気センサ4から、携帯端末3における携帯座標系3−cのお互いに直交するX,Y,Zの3軸方向における交流の磁気ベクトル情報70が入力される。また、6軸センサ5のうち、3軸磁気センサ51からは地磁気ベクトル情報80a、3軸加速度センサ52からは重力加速度ベクトル情報80bが入力される。なお、後に述べる実施例2のブロック図も同様に図4のようにあらわせる。Next, the structure of the
Further, the I /
<<周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90>>
以下に示すのが、ROM62に記憶されたプログラム26pを用いた本実施例の構成である。
磁場発生源2が形成する交流磁場は、3つの磁場発生源2からの3つの周波数の交流磁場が重なり合った状態で、高感度磁気センサ4によって3軸成分の磁気ベクトル情報70として検出されるので、それぞれの周波数の交流磁場を抽出するための周波数別磁気ベクトル抽出手段90が必要となる。
この周波数別磁気ベクトル抽出手段90には、以下の2種類の方法があり、マイコン6に設けられている。<< Magnetic vector information extraction means 90 by frequency >>
The following is the configuration of this embodiment using the program 26p stored in the
The AC magnetic field formed by the magnetic
The frequency-specific magnetic vector extracting means 90 has the following two types of methods and is provided in the
一つ目は、デジタルバンドパスフィルター90aを用いる方法である。これは、入ってくる交流信号のうち所定の周波数成分のみを通過させるものである。
具体的には、はじめにノイズを含む各周波数の交流磁場が重なり合ってできる交流の3軸成分からなる磁気ベクトル情報70を、それぞれ8Hz、10Hz、12Hzの周波数を通過させる3つのデジタルバンドパスフィルター90aに通すことで、3つの周波数を持つ3軸成分からなる3つ磁気ベクトル情報71へ分離する。The first is a method using a digital bandpass filter 90a. This allows only a predetermined frequency component of the incoming AC signal to pass through.
Specifically, first,
もう一つの手段は、フーリエ変換手段90bを用いる方法である。これを用いることで、上記と同じ効果を得ることができる。
フーリエ変換手段90b(以下、FET90bと記す)の作用を説明する。各周波数の交流磁場が重なり合っている磁気ベクトル情報70は、時間軸と各磁気ベクトル成分等で表現される。この時間軸と各磁気ベクトル成分等の関係からなる交流信号は、FET82でフーリエ変換すると、周波数と磁気ベクトル振幅(最大値)の関係からなる信号となる。
本実施例においては、必要な周波数の8、10、12Hzでピークが得られる。また、それ以外の周波数にいても振幅値が出力される。本実施例においては、それ以外の周波数おける振幅値を0とし、その周波数と磁場強度振幅の関係を逆フーリエ変換することで、3つの周波数を持つ3軸成分からなる3つ最大磁気ベクトル情報71へ分離できる。
この場合は、フーリエ変換手段90bにより周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90と次に述べる周波数別の最大磁気ベクトル情報演算手段91を同時に実施できることとなる、 この両手段はそれぞれ特徴があり、必要に応じて使い分けられる。
これらの手段により、一組の3つの高感度磁気センサ4で、3つの異なる周波数の3軸成分からなる磁場発生源2からの3つの磁気ベクトル情報71の抽出を可能とする。Another means is a method using Fourier transform means 90b. By using this, the same effect as described above can be obtained.
The operation of the Fourier transform means 90b (hereinafter referred to as FET 90b) will be described.
In the present embodiment, peaks are obtained at necessary frequencies of 8, 10, and 12 Hz. An amplitude value is output even at other frequencies. In the present embodiment, the amplitude value at other frequencies is set to 0, and the relationship between the frequency and the magnetic field strength amplitude is subjected to inverse Fourier transform, whereby the three maximum magnetic vector information 71 composed of the three-axis components having three frequencies. Can be separated.
In this case, the Fourier transform means 90b can simultaneously execute the frequency-specific magnetic vector information extraction means 90 and the frequency-specific maximum magnetic vector information calculation means 91 described below. Can be used properly.
By these means, a set of three high-sensitivity
<<周波数別の最大磁気ベクトル情報演算手段91>>
時間変化する周波数別の3軸成分からなる磁気ベクトル情報71から、周波数別の最大磁気ベクトル情報72を求める必要がある。最大磁気ベクトル情報72は、一義的に特定できるからであり、のちに記載する既知の磁気ベクトル分布に使用されるのも各位置での最大磁気ベクトル情報である。
最大磁気ベクトル情報演算手段91の一例を以下に説明する。まず、携帯座標系3−cで測定され、周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90としてデジタルバンドパスフィルター90aを通過した、所定の時間tでの交流の磁気ベクトル情報71の絶対値を算出する。
そして、例えば、所定の時間Δtの経過ごとに、その時刻の磁気ベクトル信号71の絶対値を演算し、所定の時間内での過去の絶対値と比較し、最大値を求める。最大値となったときの、磁気ベクトル情報72を読み取る。それにより、携帯座標系3−cで検出された所定の周波数別の最大磁気ベクトル情報72を演算することができる。<< Maximum Magnetic Vector Information Calculation Unit 91 by Frequency >>>>
It is necessary to obtain the maximum magnetic vector information 72 for each frequency from the magnetic vector information 71 including the three-axis components for each frequency that changes with time. This is because the maximum magnetic vector information 72 can be uniquely identified, and what is used for a known magnetic vector distribution described later is also the maximum magnetic vector information at each position.
An example of the maximum magnetic vector information calculation means 91 will be described below. First, the absolute value of the magnetic vector information 71 of alternating current at a predetermined time t, which is measured by the portable coordinate system 3-c and passes through the digital band pass filter 90a as the magnetic vector information extracting means 90 by frequency, is calculated.
Then, for example, every time a predetermined time Δt elapses, the absolute value of the magnetic vector signal 71 at that time is calculated and compared with a past absolute value within a predetermined time to obtain a maximum value. The magnetic vector information 72 is read when the maximum value is reached. Thereby, the maximum magnetic vector information 72 for each predetermined frequency detected by the portable coordinate system 3-c can be calculated.
<<最大磁気ベクトル情報72の座標変換演算手段92>>
最大磁気ベクトル情報72の座標変換演算手段92は、前述の周波数別の最大磁気ベクトル情報72の測定座標系を携帯座標系から、鉛直座標系へ座標変換演算することで、鉛直座標系での最大磁気ベクトル情報73を得るものである。
なぜ、そのような座標変換が必要かというと、本実施例の方式の磁場分布は図2に示すような鉛直座標系の鉛直軸Z’を含む断面において、等磁場強度分布線が、磁石に対して同心円状に分布せず、最大磁気ベクトルの大きさが分かっただけでは、磁場発生源2から高感度磁気センサ間の位置も特定できず、両者間の位置ベクトル(距離)も特定できないという事情があるためである。
そして、それらを特定するためには、以下のステップが必要となる。まず、予め、室内における、それぞれの周波数の磁場発生源2が形成する三次元の最大磁気ベクトル分布を所定の測定座標系を固定して、計算もしくは測定して求め、ROM62に格納しておく。
そして、携帯端末3内の3軸成分を求める高感度磁気センサ4で測定された交流の磁気ベクトル情報70と一致する磁気ベクトルの位置を、既に測定された三次元最大磁気ベクトル分布データをROM62から呼び出し比較参照することにより、携帯端末3の位置情報を決定する。そして、その位置から予め位置情報のある磁場発生源2との間の位置ベクトル(距離)が求まることとなる。<< Coordinate transformation calculation means 92 of maximum magnetic vector information 72 >>
The coordinate conversion calculation means 92 for the maximum magnetic vector information 72 calculates the maximum in the vertical coordinate system by performing a coordinate conversion calculation on the measurement coordinate system of the maximum magnetic vector information 72 for each frequency from the portable coordinate system to the vertical coordinate system. Magnetic vector information 73 is obtained.
The reason why such coordinate conversion is necessary is that the magnetic field distribution of the method of the present embodiment has a uniform magnetic field intensity distribution line in the cross section including the vertical axis Z ′ of the vertical coordinate system as shown in FIG. On the other hand, if it is not distributed concentrically and the magnitude of the maximum magnetic vector is known, the position between the
And in order to identify them, the following steps are required. First, the three-dimensional maximum magnetic vector distribution formed by the magnetic
Then, the position of the magnetic vector coinciding with the alternating
ここで問題となるのは、予め計算・測定されている参照のため磁場発生源2からの三次元の最大磁気ベクトル分布データの測定座標系は一義的に固定されているのに対し、携帯端末3の測定座標系である携帯座標系は、基本的に先の測定座標系とは異なるため、携帯座標系3−cで測定された最大磁気ベクトルを用いても、正確な位置が求まらないことである。
そこで、本実施例では、前述の周波数別の最大磁気ベクトル情報72の測定座標系である携帯座標系3−cを、予め最大磁気ベクトル分布データを測定した測定座標系へ回転により座標変換演算する(以下、座標変換演算手段92と記す)。これにより、座標変換されたことにより測定座標系が一致するため最大磁気ベクトル73と一致する予め測定された最大磁気ベクトルデータを参照することが可能となり、携帯端末3(高感度磁気センサ4)の位置が特定することができる。The problem here is that the measurement coordinate system of the three-dimensional maximum magnetic vector distribution data from the magnetic
Therefore, in the present embodiment, the portable coordinate system 3-c, which is the measurement coordinate system of the maximum magnetic vector information 72 for each frequency described above, is subjected to coordinate conversion calculation by rotation to the measurement coordinate system in which the maximum magnetic vector distribution data is measured in advance. (Hereinafter referred to as coordinate transformation calculation means 92). As a result, the coordinate system is matched so that the measurement coordinate systems match, so that it is possible to refer to the maximum magnetic vector data measured in advance that matches the maximum magnetic vector 73, and the mobile terminal 3 (high sensitivity magnetic sensor 4). The position can be specified.
ここで通常、室内は水平面で形成されるため、測定座標系は少なくとも鉛直軸を1軸に有するのが自然である。(以下、この座標系を鉛直座標系と記す)。
その場合、他の2軸は、水平面上に任意に取ることができる。鉛直座標系は、好ましくは、図1の地球座標系e−cのように、水平面上の1軸を北向軸とすることが好ましい。座標変換演算手段92による座標変換が簡単に行えるからである。
また、鉛直座標系は図1の室内座標系r−cのように、水平面上の1軸を部屋の壁に沿った軸とするとよい。この場合は、人間が表示画面により位置を認識しやすい。
本実施例1においては、図1に示す、地球座標系e−cで、予め、周波数別の磁場発生源2による三次元最大磁気ベクトル分布データを計算若しくは測定して求めている。また、6軸センサを電子コンパスとして使用し、いわゆるヘディングアップ機能をもたせることも可能である。Here, since the room is usually formed on a horizontal plane, it is natural that the measurement coordinate system has at least one vertical axis. (Hereinafter, this coordinate system is referred to as a vertical coordinate system).
In that case, the other two axes can be arbitrarily set on a horizontal plane. In the vertical coordinate system, it is preferable that one axis on the horizontal plane be the north axis as in the earth coordinate system ec in FIG. This is because the coordinate conversion by the coordinate conversion calculation means 92 can be easily performed.
In addition, the vertical coordinate system may be set such that one axis on the horizontal plane is an axis along the wall of the room, as in the room coordinate system rc in FIG. In this case, it is easy for a human to recognize the position on the display screen.
In the first embodiment, the three-dimensional maximum magnetic vector distribution data by the magnetic
ここで、座標変換演算手段92の一例を述べる。6軸センサ5のうち、3軸磁気センサ51からは地磁気ベクトル情報80a、3軸加速度センサ52からは重力加速度ベクトル情報80bが入力される。
ここで理想的な状態の場合は、このままでよいが、地磁気ベクトル情報80aには、各磁場発生源2からの磁気信号がノイズとして載るので、使用する最小周波数より小さい周波数のみを通過させる、デジタルローパスフィルタ920を通過させると良い。
また、更に、室内のその他の磁場発生源に接近することによるノイズについても、所定の周波数のみをデジタルローパスフィルタ920で通過させることにより対応できる。
また、重力加速度ベクトル情報80bには、人間等の各種の動きによる運動加速度がノイズとして載るので、このノイズについて、所定の周波数以下の周波数をデジタルローパスフィルタ920で通過させることにより対応することができる。
このような、各種ノイズを取り除いた地磁気ベクトル情報は地磁気ベクトル情報81a、各種ノイズを取り除いた重力加速度ベクトル情報は重力加速度ベクトル情報81bとする。Here, an example of the coordinate transformation calculation means 92 will be described. Among the six-
Here, in the ideal state, this may be left as it is. However, since the magnetic signal from each magnetic
Furthermore, noise caused by approaching other magnetic field generation sources in the room can be dealt with by passing only a predetermined frequency through the digital low-pass filter 920.
In addition, since the motion acceleration due to various movements of humans and the like is recorded as noise in the gravitational
Such geomagnetic vector information from which various noises have been removed is referred to as geomagnetic vector information 81a, and gravitational acceleration vector information from which various noises have been removed is referred to as gravitational acceleration vector information 81b.
<地磁気ベクトル情報81a、重力加速度ベクトル情報81bからの姿勢行列演算手段>
地磁気ベクトル情報81aと重力加速度ベクトル情報81bから、公知の関係式より、地球座標系を構成する地理上の東方向を向く単位ベクトルと、北方向を向く単位ベクトル、鉛直方向上を向く単位ベクトルがもとまる。それらの単位ベクトルを使って、姿勢行列Eが求まる。これらの演算は公知の手段である。<Attitude Matrix Calculation Means from Geomagnetic Vector Information 81a and Gravity Acceleration Vector Information 81b>
From the geomagnetic vector information 81a and the gravitational acceleration vector information 81b, from a known relational expression, a unit vector facing the east direction in the geography constituting the earth coordinate system, a unit vector facing the north direction, and a unit vector facing the vertical direction are Motomaru. Using these unit vectors, the posture matrix E is obtained. These operations are known means.
<姿勢行列Eによる最大磁気ベクトル情報72の座標変換演算手段92>
先に求めた、携帯座標系3−cで測定され、所定の周波数別磁気ベクトル抽出手段を通過した、最大磁気ベクトル情報72を、姿勢行列Eを用いて座標変換演算することにより、鉛直座標系の一つである地球座標系e−cでの最大磁気ベクトル情報73を得ることができる。<Coordinate transformation calculation means 92 of maximum magnetic vector information 72 by posture matrix E>
The vertical coordinate system is obtained by performing a coordinate conversion operation using the attitude matrix E on the maximum magnetic vector information 72 which has been measured in the portable coordinate system 3-c and passed through the predetermined magnetic vector extracting means for each frequency. The maximum magnetic vector information 73 in the earth coordinate system ec that is one of the above can be obtained.
<<座標変換後の最大磁気ベクトル情報73からの位置ベクトル情報演算手段93>>
その後、ROM62に格納されている、予め分かっている磁場発生源2により室内に形成される交流の磁場において測定座標系として選択した地球座標系e−cでの磁気ベクトル分布データ中に、先ほど求めた測定座標系を地球座標系に変換後の最大磁気ベクトル情報73と同一の磁気ベクトルを持つ3次元座標を参照する。これにより、三次元座標が求まる。この三次元座標は、既知の磁気ベクトル分布と測定時の実際の磁気ベクトル分布との差による誤差を含む等のため、その誤差を低減するため、以下の手段を用いる。
それぞれの磁場発生源2から携帯端末3(高感度磁気センサ4)の三次元座標への位置ベクトル情報74をそれぞれ求める(以下、位置ベクトル情報演算手段93と記す)。<< Position vector information calculation means 93 from maximum magnetic vector information 73 after coordinate conversion >>
After that, in the magnetic vector distribution data in the earth coordinate system ec selected as the measurement coordinate system in the alternating magnetic field formed in the room by the known magnetic
Position vector information 74 from each magnetic
<<距離情報演算手段94>>
更に、3つの位置ベクトル情報74の水平面への正射影ベクトルを求める。それぞれの磁場発生源2からの携帯端末への距離情報75は、それぞれの正射影ベクトルの長さから演算する(以下、距離情報演算手段94と記す)。<< Distance information calculation means 94 >>
Further, an orthogonal projection vector onto the horizontal plane of the three position vector information 74 is obtained. The distance information 75 from each magnetic
<<三角法に基づく位置演算手段95>>
3つの磁場発生源2の位置情報76と、3つの磁場発生源2からの携帯端末3への3つの距離情報75より、三角法に基づいて、室内における水平面上の携帯端末3(高感度磁気センサ4)の位置情報77が2次元的に演算され(以下、位置演算手段95と記す)特定される。<< Position calculation means 95 based on trigonometry >>
From the position information 76 of the three magnetic
また、図3に示すごとく、マイコン6には表示装置10が接続されており、携帯端末3の室内の水平面上の位置情報を、表示装置10を用いて、図1の携帯端末3の表示画面31に表示する。ここに示した、各手段は、一例であり、これに限られるものではない。 As shown in FIG. 3, the
実施例2は、磁場発生源2よりの交流の磁場ベクトルの測定の仕方を、実施例1が高感度磁気センサ4で3軸成分を測定するのに対し、鉛直軸の磁気ベクトルのみとなる特定水平面上で磁気ベクトルを1軸の高感度磁気センサ4で測定することで、携帯端末3の室内の位置を検出しようとするものである。この装置は、所定の高さでの実施例1と同じ磁場発生源2を用いた。磁石体21から発生する交流磁場は、同じ所定の高さでの水平面上においては、磁場ベクトルは図1のZ’軸である鉛直方向成分Hz’のみとなる。本実施例は、その水平面上において、最大磁気ベクトルの絶対値からなる等磁界強さの分布は磁石から同心円上に形成されるという磁場分布の性質を活用した技術である。実施例2の特徴は、携帯端末3を磁場発生源2の設置位置と同じ高さの水平面上で使用し、水平面における鉛直方向のみからなる交流の磁場ベクトルを正確に測定できれば、磁場強さと距離の関数から磁場発生源2と携帯端末の水平面上の距離情報を簡便に求めるれる点にある。ここでは、実施例1からの変更部のみ記載し、重複する部分は省略する。 In the second embodiment, the AC magnetic field vector from the magnetic
まず、実施例1からのハードウェアの変更点について述べる。
本実施例においては、磁場発生源2は床から高さ1mの高さの壁面に取り付けられる。取付位置を床から1m程度としたのは、人間が携帯端末が使用する場合、携帯端末の位置が床から1m程度のためである。
本実施例の高感度磁気センサ4は、携帯端末3が、高さ1m近傍の領域で使用されるため、測定対象磁場ベクトルは、鉛直軸Z’方向のみとする。そのため高感度磁気センサ4は、任意の1軸方向を測定できればよいため、1つでよい。First, the hardware changes from the first embodiment will be described.
In this embodiment, the magnetic
In the high-sensitivity
次に、実施例1からのソフトフェアの変更点について述べる。実施例1のソフトウェア手段は、周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90、最大磁気ベクトル情報演算手段91、座標変換演算手段92、位置ベクトル情報演算手段93、距離情報演算手段94、位置情報演算手段95のうち、最大磁気ベクトル情報算出手段91、座標変換演算手段93、距離算出手段94が異なるのでそれを中心に、具体的手段の1例を示す。 Next, changes in software from Example 1 will be described. The software means of the first embodiment includes a frequency-specific magnetic vector information extracting means 90, a maximum magnetic vector information calculating means 91, a coordinate transformation calculating means 92, a position vector information calculating means 93, a distance information calculating means 94, and a position information calculating means 95. Among them, since the maximum magnetic vector information calculation means 91, the coordinate conversion calculation means 93, and the distance calculation means 94 are different, an example of specific means will be shown mainly.
周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段900は、実施例1と同様に、高感度磁気センサ4から携帯座標系3−cの任意の1つの測定軸で検出された任意の1軸成分の磁気ベクトル情報700から、前記周波数の異なる磁場発生源2のそれぞれ周波数別の1軸成分の磁気ベクトル情報701を抽出する。センサの測定軸は任意の方向でよいが、後の演算を簡便にするため、ここでは、携帯座標系3−cのY軸(図1の携帯端末3の長手方向)で測定した。 Similarly to the first embodiment, the frequency-based magnetic vector component information extraction unit 900 uses the magnetic vector information of any one axis component detected from any one measurement axis of the portable coordinate system 3-c from the high-sensitivity
<<最大磁気ベクトル情報演算手段901>>
ここで、前記周波数別磁気ベクトル情報701から、周波数別の最大磁気ベクトル情報702を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段901について説明する。携帯座標系3−cのY軸成分からなる磁気ベクトル情報701は各周波数で時間変化するため、実施例1と同様に、最大磁気ベクトル情報702を求める必要がある。
最大磁気ベクトル情報演算手段901の一例を以下に説明する。まず、携帯座標系3−cのY軸で測定され、周波数別の所定の時間tでの交流の1軸成分の磁気ベクトル情報701の絶対値を算出する。
そして、所定の時間Δtの経過ごとに、その時刻の磁気ベクトル情報701の絶対値を算出し、一定時間内でのその絶対値の最大値を求める。最大値となった時刻での磁気ベクトル情報702を読み取る。それにより、Y軸で測定され、所定の周波数別の1軸成分の最大磁気ベクトル情報702を算出することができる。<< Maximum Magnetic Vector Information Calculation Unit 901 >>
Here, the maximum magnetic vector information calculating means 901 for calculating the maximum magnetic vector information 702 for each frequency from the magnetic vector information for each frequency 701 will be described. Since the magnetic vector information 701 composed of the Y-axis component of the portable coordinate system 3-c changes with time at each frequency, it is necessary to obtain the maximum magnetic vector information 702 as in the first embodiment.
An example of the maximum magnetic vector information calculation unit 901 will be described below. First, the absolute value of the magnetic vector information 701 of the uniaxial component of the alternating current at the predetermined time t for each frequency is calculated by measuring on the Y axis of the portable coordinate system 3-c.
Then, every time the predetermined time Δt elapses, the absolute value of the magnetic vector information 701 at that time is calculated, and the maximum value of the absolute value within a certain time is obtained. The magnetic vector information 702 at the time when the maximum value is reached is read. Thereby, it is possible to calculate the maximum magnetic vector information 702 of the one-axis component for each predetermined frequency measured on the Y-axis.
<<最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段902>>
最大磁気ベクトル成分情報演算手段902は、高感度磁気センサ4の測定軸と鉛直軸とのなす角を演算し、前記なす角と各周波数別の最大磁気ベクトル情報702より、所定の高さにおける周波数別の最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を演算するものである。
実施例2においては、交流磁場について3軸で測定していないため、実施例1のような姿勢行列Eによる座標変換は実施しにくい。そこで、6軸センサ5からの地磁気ベクトル情報80a、重力加速度ベクトル情報80bから、各種ノイズを取り除いた地磁気ベクトル情報81a、重力加速度ベクトル情報81bを用いて、高感度磁気センサ4の1軸の測定軸であるY軸と、高さ1mでの携帯端末3の位置での所定の周波数の磁場発生源2が形成する鉛直下向きである磁気ベクトルとのなす角を、公知の関係式により演算する。
携帯座標系での1軸の最大磁気ベクトル情報702と、先に求めたなす角を用いて、公知の関係式から最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を演算する(以下、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段902)。<< Maximum Magnetic Vector Component Vertical Axis Component Information Calculation Unit 902 >>
The maximum magnetic vector component information calculation means 902 calculates the angle formed by the measurement axis of the high-sensitivity
In the second embodiment, since the AC magnetic field is not measured with three axes, coordinate conversion using the posture matrix E as in the first embodiment is difficult to perform. Therefore, one measurement axis of the high-sensitivity
The vertical axis component information 703 of the maximum magnetic vector component is calculated from a known relational expression using the one-axis maximum magnetic vector information 702 in the portable coordinate system and the angle formed previously (hereinafter referred to as the maximum magnetic vector component). Vertical axis component information calculation means 902).
<<距離情報演算手段903>>
距離情報演算手段903は、前記最大磁場強さ情報703を用い、磁場発生源2から高感度磁気センサ4間の距離情報704を演算するものである。
前述のように、1m高さの磁場発生源2が形成する交流磁場により、同じ高さの水平面上での鉛直方向を向く磁場ベクトルの絶対値は磁石中心からの距離rの関数で表される。
よって、上記の関数に、先に求めた最大磁気ベクトル73の絶対値を代入することにより、それぞれの磁場発生源2からの高感度磁気センサ4(携帯端末3)への水平面上の二次元の距離情報704が求まる。そのため、本実施例の装置は、高感度磁気センサ4を2つ省略した上に、実施例1の位置ベクトル情報演算手段93に相当するものは不要となる。<< Distance information calculation means 903 >>
The distance information calculation means 903 calculates distance information 704 between the magnetic
As described above, the absolute value of the magnetic field vector pointing in the vertical direction on the horizontal plane at the same height by the AC magnetic field generated by the
Therefore, by substituting the absolute value of the maximum magnetic vector 73 obtained previously into the above function, the two-dimensional on the horizontal plane from the respective magnetic
<<位置演情報演算手段904>>
位置情報演算手段904は、実施例1と同様に、3角法に基づいて、3つの磁場発生源の位置情報705と前記3つ距離情報704を用いて高感度磁気センサ4の室内の水平面上の位置情報706を演算するものである。床から1m位置での水平面上の3つの磁場発生源2からの携帯端末3への3つの距離より、三角法により、前記水平面上の携帯端末の位置が2次元的に特定される。<< Position performance information calculation means 904 >>
As in the first embodiment, the position information calculation unit 904 uses the position information 705 of the three magnetic field generation sources and the three distance information 704 on the horizontal plane in the room of the high sensitivity
また、図3に示すごとく、マイコン6には表示装置8が接続されており、携帯端末3の室内の水平面上の位置情報を、表示装置8を使用して図1の携帯端末3の表示画面に表示する。 Further, as shown in FIG. 3, a
本実施例2の場合、磁場発生源2を、床から高さ1mの高さの壁面に取り付けている。床から高さ1mの水平面上に磁石中心を設定し、磁石中心から磁石の回転面に垂直な直線を想定する。その直線上の磁石中心からの任意の距離と、その直線上での任意の距離での鉛直方向に設置した高感度磁気センサ4によって測定されたもともと鉛直方向のみである交流の磁気ベクトルの磁場強さの関係を図5に示す。なお、磁場発生源2は実施例1と同じものであり、細長い棒状の磁石を壁面に沿って回転させている。
実施例1と同じ高感度磁気センサ4によって、磁気発生源2から6mの地点で10nT磁場強さが検出された。磁気発生源2から5mの付近では、距離1mの変化に対し10nTの磁場強度の差を与えることがわかる。高感度磁気センサ4が少なくとも0.5nTの磁気分解能を持つので、位置検出センサの位置分解能は50mmという高い性能を持つ。本緒元の高感度磁気センサを使用する場合は、室内のノイズ磁場が3から4nTなので、磁場発生源2同士の設置間隔は5m程度が望ましい。これらの設置間隔は、センサ感度の上昇等で10m、それ以上に広げることができる。In the case of the present Example 2, the magnetic
The same high-sensitivity
実施例3は、距離を測定するセンサとして、比較的近距離では比較的感度の低い3軸磁気センサから得られる磁気ベクトル情報から距離情報を求め、それより遠い距離では、1軸の高感度磁気センサを用いた簡易計測で距離情報を求めることで、ある程度の携帯端末の高さ方向位置変動がある用途においても、簡便な構成で十分な測定精度が得られえる室内位置検出装置である。本実施例は、実施例2と同様に、磁石体21から発生する交流磁場は、同じ所定の高さでの水平面上においては、磁場ベクトルは図1のZ’軸である鉛直方向成分Bz’のみとなり、高感度磁気センサ51の位置における磁気ベクトルの鉛直方向成分Bz’と磁場発生源から高感度磁気センサ51の位置への距離と対応していることを利用している。実施例3においても携帯端末3を磁場発生源2の設置位置と同じ高さの水平面上で使用している。ここでは、実施例1からの変更部のみ記載し、重複する部分は省略する。 In the third embodiment, distance information is obtained from magnetic vector information obtained from a triaxial magnetic sensor having relatively low sensitivity at a relatively short distance as a sensor for measuring distance, and uniaxial high-sensitivity magnetism is obtained at a distance farther than that. By finding distance information by simple measurement using a sensor, the indoor position detection device can obtain sufficient measurement accuracy with a simple configuration even in applications where there is a certain amount of position variation in the height direction of the mobile terminal. In the present embodiment, as in the second embodiment, the alternating magnetic field generated from the
具体的には、磁場発生源2は、実施例2と同様に、すべて、鉛直方向に高さ1mの高さの壁面に取り付けられ、磁場発生源に係わるその他の緒元は、実施例1,2と同様である。
本実施例において室内移動体はロボットである。6軸センサについては、実施例1と同様であり、高感度磁気センサ4は、実施例1と同様であり、実施例2と同様に1軸で使用する。Specifically, the magnetic
In this embodiment, the indoor moving body is a robot. The 6-axis sensor is the same as that of the first embodiment, and the high-sensitivity
マイコン6にメモリされた3軸磁気センサ51の携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、地磁気ベクトル情報を抽出する地磁気ベクトル抽出手段については、0036にあるように、実施例1と同様にデジタルローパスフィルタ920を用いた。
また、3軸加速度センサに対する運動加速度等のノイズは、0036にあるように、実施例1と同様にデジタルローパスフィルタを用いた。The geomagnetic vector extraction means for extracting the geomagnetic vector information from the magnetic vector information detected by the portable coordinate system of the three-axis magnetic sensor 51 stored in the
Further, as in the case of 0036, the digital low-pass filter was used for noise such as motion acceleration with respect to the triaxial acceleration sensor, as in 0036.
<<最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段1000>>
マイコン6にメモリされた1軸の高感度磁気センサ4の任意の1軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル成分情報700から、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を求める最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段1000は、実施例2の0046〜0048に示される、周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段900、最大磁気ベクトル情報算出手段901、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段902のステップと同様である。<< Maximum Magnetic Vector Component Vertical Axis Component
The maximum magnetic vector for obtaining the vertical axis component information 703 of the maximum magnetic vector component from the alternating magnetic
<<鉛直座標系(地球座標系)における最大磁気ベクトル情報演算手段1100>>
マイコン6にメモリされた3軸磁気センサ51の携帯座標系3−cで検出された磁気ベクトル情報70から、地球座標系e−cにおける最大磁気ベクトル情報73を求める地球座標系e−cにおける最大磁気ベクトル情報演算手段1100は、実施例1の0029〜0032及び0036〜0038に示される、周波数別磁気ベクトル情報抽出手段90、周波数別の最大磁気ベクトル情報演算手段91、最大磁気ベクトル情報72の座標変換演算手段92のステップと同様である。<< Maximum Magnetic Vector Information Calculation Unit 1100 in Vertical Coordinate System (Earth Coordinate System) >>
The maximum in the earth coordinate system ec for obtaining the maximum magnetic vector information 73 in the earth coordinate system ec from the
<<鉛直軸成分情報メモリ手段1200>>
鉛直軸成分情報メモリ手段1200は、1軸高感度磁気センサ4からの出力に基づく任意の周波数における前記最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703をメモリし、前記最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報703と同じ周波数における3軸磁気センサ51の出力に基づく地球座標系における最大磁気ベクトル情報73の鉛直軸成分情報73’を算出しマイコン6のROM62にメモリする。<< Vertical Axis Component Information Memory Means 1200 >>
The vertical axis component information memory means 1200 stores the vertical axis component information 703 of the maximum magnetic vector component at an arbitrary frequency based on the output from the uniaxial high-sensitivity
<<位置情報演算選択手段1300>>
本実施例の特徴である、位置情報演算選択手段1300は、地球座標系e−cにおける最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報73’の値が所定の値よりも大きい場合には、後述する第一位置情報演算手段1400を選択し、前記地球座標系e−cにおける最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’の値が所定の値以下の場合には第二位置情報演算手段1500を選択する。
ここでは、所定の値を500nTとした。最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’の値が500nTより大きければ、MIセンサからなる3軸磁気センサ51では、十分な感度が得られる磁場発生源2からの距離であり、磁場発生源2を含む水平面から鉛直方向の変位により磁気ベクトルの回転が大きくなり始める距離に相当する。本実施例では、磁場発生源2からの距離は2m程度である。よって、磁気ベクトル情報を測定する3軸磁気センサ51を使用する第一位置情報演算手段1400を選択する。
逆に、最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’の値が500nT以下であれば、MIセンサからなる3軸磁気センサ51では、十分な感度が得られない磁場発生源2からの距離であり、磁場発生源2を含む水平面から鉛直方向の変位により磁気ベクトルの回転がほとんどない距離である。よって、その距離で十分な感度を有する高感度磁気センサ4で1軸の磁気ベクトル成分を使用する第二位置情報演算手段1500を選択する。<< Position Information Calculation Selection Unit 1300 >>
When the value of the vertical axis component information 73 ′ of the maximum magnetic vector in the earth coordinate system ec is larger than a predetermined value, the position information calculation selection unit 1300, which is a feature of the present embodiment, is described below. The position information calculation means 1400 is selected, and if the value of the vertical axis component information 73 ′ of the maximum magnetic vector information in the earth coordinate system ec is equal to or less than a predetermined value, the second position information calculation means 1500 is selected.
Here, the predetermined value is 500 nT. If the value of the vertical axis component information 73 ′ of the maximum magnetic vector information is greater than 500 nT, the distance from the magnetic
Conversely, if the value of the vertical axis component information 73 ′ of the maximum magnetic vector information is 500 nT or less, the distance from the magnetic
<<第一位置情報演算手段1400>>
位置情報演算選択手段1300により選択された時に、地球座標系e−cにおける任意の周波数の最大磁気ベクトル情報73から、水平面上の携帯端末3の位置情報77を得る第一位置情報演算手段1400は、実施例1の0039〜0041に示される、位置ベクトル情報演算手段93、距離情報演算手段94、三角法に基づく位置演算手段95のステップと同様である。<< first position information calculation means 1400 >>
When selected by the position information calculation selection means 1300, the first position information calculation means 1400 that obtains the position information 77 of the
<<第二位置情報演算手段1500>>
位置情報演算選択手段1300により選択された時に、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703から、水平面上の携帯端末3の位置情報706を得る第二位置情報演算手段1500は、実施例2の0041〜0042に示される、距離情報演算手段903と、位置演情報演算手段904のステップと同様である。<< Second position information calculation means 1500 >>
The second position information calculation unit 1500 that obtains the position information 706 of the
実施例2の鉛直軸Z’方向の等最大磁気ベクトル分布は、図2の模式図から分かるように、磁場発生源からの距離が近ければ近いほど、少しでもセンサ位置が磁石設置高さからずれると、そこの地点での磁気ベクトルの方向の鉛直方向からのずれが大きくなり、鉛直方向の高感度磁気センサの位置ずれにもとづく誤差が大きくなる恐れがある。逆に、ある程度距離が離れると、少々、磁石設置高さから位置がずれても、その近傍では磁気ベクトルの向きが鉛直方向のままとなる。
そのことを利用して、本実施例では、ある程度距離が近くなり、磁気ベクトルの傾斜の測定が必要な領域では、3軸磁気センサ51により磁気ベクトルを求める。ここで、3軸の高感度磁気センサ4を使わなくて良い理由は、磁場発生源からのセンサまでの距離が近いため、センサ感度が比較的低くても十分な信号が得られるからである。その後は、3軸磁気センサ51を用いて、実施例1と同様に、地球座標系における最大磁気ベクトル情報73を演算する。その後、その情報から上記のように最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’を算出する。
逆に、十分に距離が離れた領域では、磁気ベクトルの傾斜の測定が不要なため、一軸高感度磁気センサを用いた。その後は、実施例2と同様に、1軸での高感度磁気センサ4に基づき、最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を演算している。The equal maximum magnetic vector distribution in the vertical axis Z ′ direction of the second embodiment is, as can be seen from the schematic diagram of FIG. 2, the closer the distance from the magnetic field generation source is, the smaller the sensor position deviates from the magnet installation height. Then, the deviation of the direction of the magnetic vector at that point from the vertical direction becomes large, and the error based on the positional deviation of the highly sensitive magnetic sensor in the vertical direction may increase. On the other hand, if the distance is some distance away, even if the position slightly deviates from the magnet installation height, the direction of the magnetic vector remains in the vertical direction in the vicinity.
By utilizing this fact, in this embodiment, the magnetic vector is obtained by the triaxial magnetic sensor 51 in an area where the distance is close to some extent and the measurement of the inclination of the magnetic vector is necessary. Here, the reason why the three-axis high-sensitivity
On the contrary, a uniaxial high-sensitivity magnetic sensor was used because it was not necessary to measure the gradient of the magnetic vector in a sufficiently distant area. Thereafter, as in the second embodiment, the vertical axis component information 703 of the maximum magnetic vector component is calculated based on the high-sensitivity
本実施例では、3軸磁気センサ51からの地球座標系における最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’が、所定の値より大きいか、小さいかを判断する。所定の値より大きい場合は、センサ(携帯端末3)と磁場発生源2との距離が近く3軸磁気センサ51からの値を使用しうると判断し、3軸磁気センサ51からの地球座標系e−cにおける任意の周波数の最大磁気ベクトル情報73を用いて、第一位置情報演算手段1400により位置情報77を演算する。
所定の値以下の場合は、センサ(携帯端末3)と磁場発生源2との距離が遠すぎ、3軸センサ51は使用できないと判断して、一軸の高感度磁気センサ4よりの最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を用いて、第二位置情報演算手段1500により位置情報706を演算する。
これにより、ロボットの移動に伴い携帯される携帯端末の高さ方向の位置が変動するような用途において、実施例2では、1軸高感度磁気センサでは、磁場発生源に近づくほど測定精度が低下する可能性があったが、実施例3のように構成することにより、携帯端末が磁場発生源に近づいても、十分な精度で、かつ、簡便な構成でGPSの信号を必要とせず、高い位置決め精度の室内位置検出装置が得られる。In this embodiment, it is determined whether the vertical axis component information 73 ′ of the maximum magnetic vector information in the earth coordinate system from the three-axis magnetic sensor 51 is larger or smaller than a predetermined value. If the value is larger than the predetermined value, it is determined that the distance between the sensor (mobile terminal 3) and the magnetic
If it is equal to or less than the predetermined value, it is determined that the distance between the sensor (mobile terminal 3) and the magnetic
As a result, in applications in which the position in the height direction of the portable terminal carried with the movement of the robot changes, in Example 2, the measurement accuracy of the uniaxial high-sensitivity magnetic sensor decreases as the magnetic field generation source is approached. However, by configuring as in the third embodiment, even if the portable terminal approaches the magnetic field generation source, the GPS signal is not required with high accuracy and a simple configuration, and is high. An indoor position detection device with positioning accuracy can be obtained.
なお、実施例3においては、3軸磁気センサ51からの最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報73’に対する所定の値との大小を判断したが、1軸の高感度磁気センサ4よりの最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703に対する所定の値との大小を判断してもよい。
所定の値より大きい場合は、センサ(携帯端末3)と磁場発生源2との距離が近く3軸磁気センサ51からの値を使用しうると判断し、3軸磁気センサ51からの地球座標系e−cにおける任意の周波数の最大磁気ベクトル情報73を用いて、第一位置情報演算手段により位置情報を演算する。所定の値以下の場合は、センサ(携帯端末3)と磁場発生源2との距離が遠すぎ、3軸磁気センサ51は使用できないと判断して、一軸の高感度磁気センサ4よりの最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報703を用いて、第二位置情報演算手段により位置情報を演算することとなる。基本的には、同様の効果を達成することが出来る。
どちらが良いかは、高感度磁気センサと磁気センサ間の、鉛直方向の磁気ベクトル成分と磁場発生源からの距離に関する関係によって適宜選択される。In Example 3, the magnitude of the maximum magnetic vector information from the three-axis magnetic sensor 51 with respect to the predetermined value with respect to the vertical axis component information 73 ′ is determined, but the maximum magnetism from the single-axis high-sensitivity
If the value is larger than the predetermined value, it is determined that the distance between the sensor (mobile terminal 3) and the magnetic
Which is better is appropriately selected depending on the relationship between the magnetic vector component in the vertical direction and the distance from the magnetic field generation source between the high-sensitivity magnetic sensor and the magnetic sensor.
1:室内位置検出装置 2:磁場発生源 3:携帯端末 4:高感度磁気センサ
5:6軸センサ 51:3軸磁気センサ 52:3軸加速度センサ 6:マイコン
90:周波数別磁気ベクトル情報抽出手段
91:周波数別の最大磁気ベクトル情報演算手段
92:最大磁気ベクトル情報の座標変換手段
90a:デジタルローパスフィルタ
90b:フーリエ変換手段
93:位置ベクトル情報演算手段
94:距離情報演算手段
95:三角法に基づく位置演算手段
900:周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段
901:最大磁気ベクトル情報演算手段
902:最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段
903:距離情報演算手段
904:位置演情報演算手段
920:デジタルローパスフィルタ
1000:最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段
1100:鉛直座標系(地球座標系)における最大磁気ベクトル情報演算手段
1200:鉛直軸成分情報メモリ手段
1300:位置情報演算選択手段
1400:第一位置情報演算手段
1500:第二位置情報演算手段1: Indoor position detection device 2: Magnetic field generation source 3: Mobile terminal 4: High-sensitivity magnetic sensor 5: 6-axis sensor 51: 3-axis magnetic sensor 52: 3-axis acceleration sensor 6: Microcomputer 90: Magnetic vector information extraction means by frequency 91: Maximum magnetic vector information calculation means for each frequency 92: Coordinate conversion means for maximum magnetic vector information 90a: Digital low-pass filter 90b: Fourier transform means 93: Position vector information calculation means 94: Distance information calculation means 95: Based on trigonometry Position computing means 900: frequency-specific magnetic vector component information extracting means 901: maximum magnetic vector information computing means 902: vertical axis component information computing means 903 for maximum magnetic vector components: distance information computing means 904: position performance information computing means 920: digital Low-pass filter 1000: Vertical axis component information operator of maximum magnetic vector component 1100: Vertical coordinate system maximum magnetic vector information calculation unit in the (global coordinate system) 1200: Vertical axis component information memory means 1300: position information computation selection unit 1400: first position information calculation means 1500: second position information calculating means
Claims (10)
室内移動体に携帯される携帯端末に載置され、携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における交流の磁気ベクトル情報のみを検出する高感度磁気センサと、
携帯端末に載置され、前記3軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる6軸センサと、
前記高感度磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、
前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、
前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報を、鉛直方向を1軸に有する座標系(以下、鉛直座標系と記す)に、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて変換演算することにより、鉛直座標系における周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する座標変換演算手段と、
前記最大磁気ベクトル情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の位置ベクトル情報を演算する位置ベクトル情報演算手段と、
前記位置ベクトル情報を、水平面上へ正射影することにより、水平面上の磁場発生源と高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
前記距離情報から、3角法に基づいて、磁場発生源の位置情報と前記距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置演算手段と、からなる室内位置検出装置Having at least three magnetic field generation sources that generate alternating magnetic fields having different frequencies from each other, installed in a room,
A high-sensitivity magnetic sensor that is mounted on a portable terminal carried by the indoor moving body and detects only alternating magnetic vector information in three axial directions orthogonal to each other in a predetermined portable coordinate system in the portable terminal;
A 6-axis sensor mounted on a portable terminal and comprising a geomagnetic sensor for detecting geomagnetic vector information in the three-axis direction and an acceleration sensor for detecting gravitational acceleration vector information in the three-axis direction;
Frequency-specific magnetic vector information extraction means for extracting magnetic vector information for each frequency of the magnetic field generation source having a different frequency from magnetic vector information detected in the portable coordinate system of the high-sensitivity magnetic sensor;
Maximum magnetic vector information calculation means for calculating maximum magnetic vector information by frequency from the magnetic vector information by frequency,
Using the geomagnetic vector information and the gravitational acceleration vector information for the maximum magnetic vector information for each frequency detected in the portable coordinate system in a coordinate system having a vertical direction as one axis (hereinafter referred to as a vertical coordinate system). Coordinate conversion calculation means for calculating the maximum magnetic vector information for each frequency in the vertical coordinate system,
From the maximum magnetic vector information, position vector information calculation means for calculating position vector information between the magnetic field generation source and the high-sensitivity magnetic sensor;
Distance information calculation means for calculating distance information between the magnetic field generation source on the horizontal plane and the high-sensitivity magnetic sensor by orthogonally projecting the position vector information onto the horizontal plane;
Indoor position detection comprising: position information means for calculating position information on the horizontal plane of the room of the high sensitivity magnetic sensor using the distance information and the position information of the magnetic field generation source based on the triangle method from the distance information apparatus
室内移動体に携帯される携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる6軸センサと、
携帯端末に載置され、使用時に前記磁場発生源とほぼ同じ高さで使用される携帯端末における任意の1軸の測定軸における交流の磁気ベクトル成分情報のみを検出する高感度磁気センサと、
前記高感度磁気センサの任意の1軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル成分情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル成分情報を抽出する周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段と、
前記周波数別磁気ベクトル成分情報から、周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算する最大磁気ベクトル成分情報演算手段と、
高感度磁気センサの前記測定軸と鉛直軸とのなす角を、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて演算し、前記なす角と前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル成分情報より、前記所定の高さにおける姿勢補正した鉛直軸での周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算するの鉛直軸成分情報演算手段と、
前記最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
前記距離情報から、3角法に基づいて、3つの磁場発生源の位置情報と前記3つ距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置情報演算手段と、
からなる室内位置検出装置The room has at least three magnetic field generation sources that are installed at the same height in the vertical direction and generate alternating magnetic fields having different frequencies from each other,
From a geomagnetic sensor for detecting geomagnetic vector information in three axial directions orthogonal to each other in a predetermined portable coordinate system in a portable terminal carried by the indoor moving body, and an acceleration sensor for detecting gravitational acceleration vector information in the three axial directions 6-axis sensor
A high-sensitivity magnetic sensor that detects only AC magnetic vector component information in an arbitrary measurement axis in a portable terminal that is mounted on a portable terminal and is used at substantially the same height as the magnetic field generation source when used;
Frequency-specific magnetic vector component information for extracting magnetic vector component information for each frequency of the magnetic field generation source having different frequencies from AC magnetic vector component information detected by any one measurement axis of the high-sensitivity magnetic sensor Extraction means;
Maximum magnetic vector component information calculation means for calculating maximum magnetic vector component information by frequency from the magnetic vector component information by frequency,
The angle formed between the measurement axis and the vertical axis of the high-sensitivity magnetic sensor is calculated using the geomagnetic vector information and the gravitational acceleration vector information, and the maximum angle for each frequency detected in the portable coordinate system and the formed angle. From the magnetic vector component information, vertical axis component information calculating means for calculating maximum magnetic vector component information for each frequency on the vertical axis whose posture is corrected at the predetermined height;
From the vertical axis component information of the maximum magnetic vector, distance information calculation means for calculating distance information between the magnetic field generation source and the high-sensitivity magnetic sensor;
From the distance information, based on the triangle method, position information calculation means for calculating position information on the horizontal plane in the room of the highly sensitive magnetic sensor using the position information of the three magnetic field generation sources and the three distance information;
Indoor position detection device comprising
室内移動体に携帯される携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する3軸方向における磁気ベクトル情報を検出する3軸磁気センサと、前記3軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する3軸加速度センサとからなる6軸センサと、
携帯端末に載置され、使用時に前記磁場発生源とほぼ同じ高さで使用される携帯端末における任意の1軸の測定軸における交流の磁気ベクトル成分情報のみを検出する高感度磁気センサと、
マイコンにメモリされた前記3軸磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、地磁気ベクトル情報を抽出する地磁気ベクトル情報抽出手段と、
マイコンにメモリされた前記高感度磁気センサの任意の1軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル成分情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段と、
前記周波数別磁気ベクトル成分情報から、周波数別の最大磁気ベクトル成分情報を演算する最大磁気ベクトル成分情報演算手段と、
高感度磁気センサの前記測定軸と鉛直軸とのなす角を、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて演算し、前記なす角と前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル成分情報より、前記所定の高さにおける周波数別の姿勢補正した鉛直軸での最大磁気ベクトル成分情報を演算するの鉛直軸成分情報演算手段とからなる最大磁気ベクトル成分の鉛直軸成分情報演算手段と、
マイコンにメモリされた前記3軸磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、
前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、
前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報を、鉛直方向を1軸に有する座標系(以下、鉛直座標系と記す)に、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて変換演算することにより、鉛直座標系における周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する座標変換演算手段と、からなる鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報演算手段と、
前記1軸高感度磁気センサからの出力に基づく任意の周波数における前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報をメモリし、前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報と同じ周波数における前記3軸磁気センサの出力に基づく鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報を算出しメモリする鉛直軸成分情報メモリ手段と、
前記鉛直座標系における最大磁気ベクトルの鉛直軸成分情報の値が所定の値よりも大きい場合には第一位置情報演算手段を選択し、前記鉛直座標系における最大磁気ベクトル情報の鉛直軸成分情報の値が所定の値以下の場合には第二位置情報演算手段を選択する、位置情報演算選択手段と、
位置情報演算選択手段により選択された時に、前記鉛直座標系における任意の周波数の最大磁気ベクトル情報から、磁場発生源から3軸磁気センサ間の位置ベクトル情報を演算する位置ベクトル情報演算手段と、
前記位置ベクトル情報を、水平面上へ正射影することにより、水平面上の磁場発生源と高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
前記距離情報から、3角法に基づいて、磁場発生源の位置情報と前記距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置演算手段と、からなる第一位置情報演算手段と、
位置情報演算選択手段により選択された時に、前記最大磁気ベクトル鉛直軸成分情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
前記距離情報から、3角法に基づいて、3つの磁場発生源の位置情報と前記3つ距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置情報演算手段と、からなる第二位置情報演算手段と、
からなることを特徴とする室内位置検出装置The room has at least three magnetic field generation sources that are installed at the same height in the vertical direction and generate alternating magnetic fields having different frequencies from each other,
A triaxial magnetic sensor for detecting magnetic vector information in three axial directions orthogonal to each other in a predetermined portable coordinate system in a portable terminal carried by the indoor moving body, and three axes for detecting gravitational acceleration vector information in the three axial directions A 6-axis sensor comprising an acceleration sensor;
A high-sensitivity magnetic sensor that detects only AC magnetic vector component information in an arbitrary measurement axis in a portable terminal that is mounted on a portable terminal and is used at substantially the same height as the magnetic field generation source when used;
Geomagnetic vector information extracting means for extracting geomagnetic vector information from magnetic vector information detected in the portable coordinate system of the three-axis magnetic sensor stored in a microcomputer;
The frequency-specific magnetic vector information of each magnetic field generation source having a different frequency is extracted from the alternating magnetic vector component information detected by any one measurement axis of the high-sensitivity magnetic sensor stored in the microcomputer. Magnetic vector component information extraction means;
Maximum magnetic vector component information calculation means for calculating maximum magnetic vector component information by frequency from the magnetic vector component information by frequency,
The angle formed between the measurement axis and the vertical axis of the high-sensitivity magnetic sensor is calculated using the geomagnetic vector information and the gravitational acceleration vector information, and the maximum angle for each frequency detected in the portable coordinate system is determined. Vertical axis component information calculation of the maximum magnetic vector component comprising the vertical axis component information calculation means for calculating the maximum magnetic vector component information on the vertical axis corrected by the posture for each frequency at the predetermined height from the magnetic vector component information Means,
Frequency-based magnetic vector information extraction means for extracting magnetic vector information for each frequency of the magnetic field generation source having different frequencies from magnetic vector information detected in the portable coordinate system of the three-axis magnetic sensor stored in the microcomputer; ,
Maximum magnetic vector information calculation means for calculating maximum magnetic vector information by frequency from the magnetic vector information by frequency,
Using the geomagnetic vector information and the gravitational acceleration vector information for the maximum magnetic vector information for each frequency detected in the portable coordinate system in a coordinate system having a vertical direction as one axis (hereinafter referred to as a vertical coordinate system). A coordinate conversion calculation means for calculating the maximum magnetic vector information for each frequency in the vertical coordinate system, and a maximum magnetic vector information calculation means in the vertical coordinate system,
The maximum magnetic vector vertical axis component information at an arbitrary frequency based on the output from the one-axis high-sensitivity magnetic sensor is stored, and the vertical based on the output of the three-axis magnetic sensor at the same frequency as the maximum magnetic vector vertical axis component information is stored. Vertical axis component information memory means for calculating and storing vertical axis component information of maximum magnetic vector information in the coordinate system;
When the value of the vertical axis component information of the maximum magnetic vector in the vertical coordinate system is larger than a predetermined value, the first position information calculation means is selected, and the vertical axis component information of the maximum magnetic vector information in the vertical coordinate system is selected. A position information calculation selection means for selecting the second position information calculation means when the value is equal to or less than a predetermined value;
Position vector information calculating means for calculating position vector information between the three-axis magnetic sensor from the magnetic field generation source from the maximum magnetic vector information of an arbitrary frequency in the vertical coordinate system when selected by the position information calculation selecting means;
Distance information calculation means for calculating distance information between the magnetic field generation source on the horizontal plane and the high-sensitivity magnetic sensor by orthogonally projecting the position vector information onto the horizontal plane;
Based on the distance information, based on the triangle method, the position calculation means for calculating the position information on the horizontal plane in the room of the high sensitivity magnetic sensor using the distance information and the distance information. Information computing means;
Distance information calculation means for calculating distance information between the magnetic field generation source and the high-sensitivity magnetic sensor from the maximum magnetic vector vertical axis component information when selected by the position information calculation selection means;
From the distance information, based on the triangle method, position information calculation means for calculating position information on the horizontal plane in the room of the highly sensitive magnetic sensor using the position information of the three magnetic field generation sources and the three distance information; Second position information calculation means comprising:
An indoor position detecting device comprising:
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