JP2012208069A - Portable device, program and method for correcting gravity vector to be used for autonomous positioning - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律測位に用いる重力ベクトルを補正する技術に関する。 The present invention relates to a technique for correcting a gravity vector used for autonomous positioning.
従来、正確な端末姿勢を推定するために、重力ベクトルを補正する技術がある(例えば特許文献1参照)。この技術によれば、携帯装置は、角速度センサ及び加速度センサを有し、角速度データ及び加速度データから重力方向を逐次算出する。重力ベクトルは、角速度データに基づいて算出される。最初に、その重力ベクトルを、加速度ベクトルの方向へ近づくように補正する。次に、端末が所定の運動をする場合に、その重力ベクトルを、加速度データ及び角速度データの予め定義された関係から推定される重力方向へ近づくように補正する。最後に、その重力ベクトルを、所定期間における加速度ベクトルの平均の方向へ近づくように補正する。このように補正された重力ベクトルを用いて、正確な端末姿勢を推定することができる。 Conventionally, there is a technique for correcting a gravity vector in order to estimate an accurate terminal posture (see, for example, Patent Document 1). According to this technique, the portable device has an angular velocity sensor and an acceleration sensor, and sequentially calculates the direction of gravity from the angular velocity data and the acceleration data. The gravity vector is calculated based on the angular velocity data. First, the gravity vector is corrected so as to approach the direction of the acceleration vector. Next, when the terminal performs a predetermined motion, the gravity vector is corrected so as to approach the direction of gravity estimated from the predefined relationship between the acceleration data and the angular velocity data. Finally, the gravity vector is corrected so as to approach the average direction of the acceleration vector in a predetermined period. An accurate terminal posture can be estimated using the gravity vector corrected in this way.
特許文献1に記載の技術によれば、携帯装置に、少なくとも角速度センサを搭載する必要がある。また、加速度データと角速度データとの関係を予め定義しておく必要があり、携帯装置を保持する態様の個人差には対応できない。
According to the technique described in
そこで、本発明は、自律測位機能を有する携帯装置について、その装置を保持する態様の個人差に関係なく、重力ベクトルを補正することができる携帯装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a portable device, a program, and a method that can correct a gravity vector for a portable device having an autonomous positioning function regardless of individual differences in the manner of holding the device. .
本発明によれば、
3軸の加速度データを出力する加速度センサと、
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
加速度データ及び地磁気データを用いて、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位手段と
を有する携帯装置であって、
地磁気センサから出力された所定期間内の複数の地磁気データを蓄積する地磁気バッファ手段と、
自律測位手段から出力された所定期間内の複数の推定方位角dを蓄積する推定方位角バッファ手段と、
推定方位角バッファ手段に蓄積された複数の推定方位角dが、一様分布であるか否かを判定する方位角分布検定手段と、
方位角分布検定手段によって一様分布であると判定された際に、地磁気バッファ手段に蓄積された地磁気データから、その円錐の中心軸となる重力ベクトルを算出し、該重力ベクトルを自律測位手段へ出力する重力ベクトル算出手段と
を有し、
自律測位手段は、重力ベクトル算出手段から入力した重力ベクトルを用いて、推定方位角dを補正することを特徴とする。
According to the present invention,
An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A mobile device having autonomous positioning means for outputting an estimated azimuth angle d autonomously measured using acceleration data and geomagnetic data,
A geomagnetic buffer means for accumulating a plurality of geomagnetic data within a predetermined period output from the geomagnetic sensor;
Estimated azimuth angle buffer means for accumulating a plurality of estimated azimuth angles d within a predetermined period output from the autonomous positioning means;
Azimuth distribution test means for determining whether or not the plurality of estimated azimuth angles d accumulated in the estimated azimuth angle buffer means is a uniform distribution;
When the azimuth distribution test means determines that the distribution is uniform, the gravity vector that is the central axis of the cone is calculated from the geomagnetic data stored in the geomagnetic buffer means, and the gravity vector is sent to the autonomous positioning means. Gravity vector calculation means for outputting,
The autonomous positioning means corrects the estimated azimuth angle d using the gravity vector input from the gravity vector calculation means.
本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、方位角分布検定手段は、推定方位角dを所定角度区間毎に分割し、所定角度区間i毎の推定方位角dの観測度数Oiが一様分布であるか否かを判定することも好ましい。 According to another embodiment of the portable device of the present invention, the azimuth distribution verification means divides the estimated azimuth angle d into predetermined angle sections, and the observed frequency Oi of the estimated azimuth angle d for each predetermined angle section i is one. It is also preferable to determine whether or not the distribution is uniform.
本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
方位角分布検定手段は、χ2検定によって判定するものであって、
所定角度区間iの数kを自由度とした場合に、所定有意水準値を満たす基準χ2値を予め記憶しており、
以下の式によってχ2値を算出し、
N:全観測度数
k:所定角度区間の数
算出されたχ2値が、基準χ2値よりも小さい場合、一様分布であると判定することも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention,
The azimuth distribution verification means is determined by χ 2 test,
Reference χ 2 values satisfying a predetermined significance level value are stored in advance when the number k of the predetermined angle interval i is a degree of freedom,
Χ 2 value is calculated by the following formula,
N: total observed frequency k: number calculated chi 2 value of a predetermined angle interval is smaller than the reference chi 2 values, it is also preferable to determine that a uniform distribution.
本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
重力ベクトル算出手段は、地磁気バッファ手段に蓄積された地磁気データから、以下の式によって重力ベクトルを算出する
m:地磁気ベクトル
ことも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention,
The gravity vector calculation means calculates the gravity vector from the geomagnetic data stored in the geomagnetic buffer means by the following formula.
本発明によれば、
3軸の加速度データを出力する加速度センサと、
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
を有する携帯装置に搭載されたコンピュータを機能させるものであって、
加速度データ及び地磁気データを用いて、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位手段としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
地磁気センサから出力された所定期間内の複数の地磁気データを蓄積する地磁気バッファ手段と、
自律測位手段から出力された所定期間内の複数の推定方位角dを蓄積する推定方位角バッファ手段と、
推定方位角バッファ手段に蓄積された複数の推定方位角dが、一様分布であるか否かを判定する方位角分布検定手段と、
方位角分布検定手段によって一様分布であると判定された際に、地磁気バッファ手段に蓄積された地磁気データから、その円錐の中心軸となる重力ベクトルを算出し、該重力ベクトルを自律測位手段へ出力する重力ベクトル算出手段と
を有し、
自律測位手段は、重力ベクトル算出手段から入力した重力ベクトルを用いて、推定方位角dを補正する
ようにコンピュータを機能させることを特徴とする。
According to the present invention,
An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A computer mounted on a portable device having a function,
A program that causes a computer to function as an autonomous positioning means that outputs an estimated azimuth angle d autonomously measured using acceleration data and geomagnetic data,
A geomagnetic buffer means for accumulating a plurality of geomagnetic data within a predetermined period output from the geomagnetic sensor;
Estimated azimuth angle buffer means for accumulating a plurality of estimated azimuth angles d within a predetermined period output from the autonomous positioning means;
Azimuth distribution test means for determining whether or not the plurality of estimated azimuth angles d accumulated in the estimated azimuth angle buffer means is a uniform distribution;
When the azimuth distribution test means determines that the distribution is uniform, the gravity vector that is the central axis of the cone is calculated from the geomagnetic data stored in the geomagnetic buffer means, and the gravity vector is sent to the autonomous positioning means. Gravity vector calculation means for outputting,
The autonomous positioning means makes the computer function so as to correct the estimated azimuth angle d using the gravity vector input from the gravity vector calculating means.
本発明の携帯装置用のプログラムにおける他の実施形態によれば、方位角分布検定手段は、推定方位角dを所定角度区間毎に分割し、所定角度区間i毎の推定方位角dの観測度数Oiが一様分布であるか否かを判定するようにコンピュータを更に機能させることも好ましい。 According to another embodiment of the program for a portable device of the present invention, the azimuth distribution verification means divides the estimated azimuth angle d for each predetermined angle section, and observes the estimated azimuth angle d for each predetermined angle section i. It is also preferred that the computer further function to determine whether Oi is a uniform distribution.
本発明の携帯装置用のプログラムにおける他の実施形態によれば、
方位角分布検定手段は、χ2検定によって判定するものであって、
所定角度区間iの数kを自由度とした場合に、所定有意水準値を満たす基準χ2値を予め記憶しており、
以下の式によってχ2値を算出し、
N:全観測度数
k:所定角度区間の数
算出されたχ2値が、基準χ2値よりも小さい場合、一様分布であると判定する
ようにコンピュータを更に機能させることも好ましい。
According to another embodiment of the program for the portable device of the present invention,
The azimuth distribution verification means is determined by χ 2 test,
Reference χ 2 values satisfying a predetermined significance level value are stored in advance when the number k of the predetermined angle interval i is a degree of freedom,
Χ 2 value is calculated by the following formula,
N: total observed frequency k: number calculated chi 2 value of a predetermined angle interval is smaller than the reference chi 2 values, it is also preferred to further features a computer to determine that the uniform distribution.
本発明の携帯装置用のプログラムにおける他の実施形態によれば、
重力ベクトル算出手段は、地磁気バッファ手段に蓄積された地磁気データから、以下の式によって重力ベクトルを算出する
m:地磁気ベクトル
ようにコンピュータを更に機能させることも好ましい。
According to another embodiment of the program for the portable device of the present invention,
The gravity vector calculation means calculates the gravity vector from the geomagnetic data stored in the geomagnetic buffer means by the following formula.
本発明によれば、
3軸の加速度データを出力する加速度センサと、
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
を有する携帯装置における重力ベクトルの補正方法であって、
加速度データ及び地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位機能と、
地磁気センサから出力された所定期間内の複数の地磁気データを蓄積する地磁気バッファ機能と、
自律測位手段から出力された所定期間内の複数の推定方位角dを蓄積する推定方位角バッファ機能と
を有し、
推定方位角バッファ機能に蓄積された複数の推定方位角dが、一様分布であるか否かを判定する第1のステップと、
一様分布であると判定された際に、地磁気バッファ手段に蓄積された地磁気データから、その円錐の中心軸となる重力ベクトルを算出し、該重力ベクトルを自律測位機能へ出力する第2のステップと、
自律測位機能が、重力ベクトル算出手段から入力した重力ベクトルを用いて、推定方位角dを補正する第3のステップと
を有することを特徴とする。
According to the present invention,
An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A method for correcting a gravity vector in a portable device having:
An autonomous positioning function that calculates a gravity vector using acceleration data and geomagnetic data, and outputs an estimated azimuth angle d autonomously measured;
A geomagnetic buffer function for storing a plurality of geomagnetic data output from a geomagnetic sensor within a predetermined period;
An estimated azimuth angle buffer function for accumulating a plurality of estimated azimuth angles d within a predetermined period output from the autonomous positioning means;
A first step of determining whether or not the plurality of estimated azimuth angles d accumulated in the estimated azimuth angle buffer function have a uniform distribution;
A second step of calculating a gravity vector serving as the central axis of the cone from the geomagnetic data stored in the geomagnetic buffer means when the distribution is determined to be uniform and outputting the gravity vector to the autonomous positioning function; When,
The autonomous positioning function includes a third step of correcting the estimated azimuth angle d using the gravity vector input from the gravity vector calculation means.
本発明の携帯装置、プログラム及び方法によれば、一様分布の地磁気データが得られたタイミングで、蓄積された推定方位角から重力ベクトルを算出し、その重力ベクトルを用いて自律測位機能を補正することによって、その装置を保持する態様の個人差に関係なく、重力ベクトルを補正することができる。即ち、本発明によれば、角速度センサを必要とせず、その装置を保持する態様の個人差によって、重力ベクトルの誤差が異なる場合であっても、これを補正することができる。 According to the portable device, program, and method of the present invention, the gravitational vector is calculated from the accumulated estimated azimuth at the timing when uniformly distributed geomagnetic data is obtained, and the autonomous positioning function is corrected using the gravitational vector. By doing so, the gravity vector can be corrected regardless of individual differences in the manner of holding the device. That is, according to the present invention, an angular velocity sensor is not required, and this can be corrected even if the error of the gravity vector differs due to individual differences in the manner in which the device is held.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明における携帯装置の機能構成図である。 FIG. 1 is a functional configuration diagram of a portable device according to the present invention.
携帯装置1は、ユーザに所持されるものであって、例えば携帯電話機又はスマートフォンのようなものである。図1によれば、携帯装置1は、加速度センサ101と、地磁気センサ102とを有する。
The
加速度センサ101は、加速度、即ち単位時間当たりの速度の変化を検出する。携帯装置の傾きを検出することができる3軸タイプの場合、3次元の加速度を検出でき、地球の重力(静的加速度)の計測にも対応できる。
The
地磁気センサ102は、3軸方向(前後方向、左右方向及び上下方向)の地磁気の方向を測定する。地磁気センサ102は、ホール素子を分離し、分離したホール素子からそれぞれ検出された値を出力する。
The
また、携帯装置1は、自律測位部111と、方位角バッファ部112と、地磁気バッファ部113と、方位角分布検定部114と、重力ベクトル算出部115と、アプリケーション処理部116とを有する。アプリケーション処理部116は、自律測位部111から導出された推定方位角dを用いて、様々なサービスをユーザに提供する。これら機能構成部は、携帯装置1に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。また、これら機能構成部の処理の流れは、自律測位における重力ベクトルの検出方法としても理解できる。
The
自律測位部111は、加速度データ及び地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角d(°)を出力する。自律測位部111は、既存のデッドレコニング(Dead Reckoning:DR)技術(自律推測航法技術)に基づくものであって、屋内のように測位電波を受信できない場所にあっても、その位置を自律的に測位することができる。デッドレコニング技術は、エンコーダや慣性センサを利用した相対的自己位置推定技術をいい、一般に、既知の初期値(位置と姿勢)に対して、地磁気データ又は角速度データ(ジャイロスコープ)及び加速度データを足し合わせて、その後の位置及び姿勢を算出する。そのために、デッドレコニング技術のみでは、誤差が蓄積していくことなる。即ち、重力ベクトルの誤差も蓄積していくこととなる。
The
図1によれば、自律測位部111は、重力ベクトル算出部115から重力ベクトルGを入力する。自律測位部111は、重力ベクトル算出部115から重力ベクトルGを入力した際に、自らの推定重力ベクトルを、その重力ベクトルGに再設定(リセット)する。これによって、自律測位に基づく推定重力ベクトルの誤差を補正することができ、その後の自律測位の精度を向上させることができる。
According to FIG. 1, the
推定方位角バッファ部112は、自律測位部111から出力された所定期間内の複数の推定方位角dを蓄積する。所定期間内とは、例えば重力ベクトル算出部115が重力ベクトルGを自律測位部111へ出力する毎であってもよいし、任意の所定時間期間毎であってもよい。蓄積された推定方位角dは、方位角分布検定部114によって参照される。
The estimated azimuth
地磁気バッファ部113は、地磁気センサ102から出力された所定期間内の複数の地磁気データを蓄積する。ここで、地磁気バッファ部113に蓄積された地磁気データの時間期間と、推定方位角バッファ部112に蓄積された推定方位角dの時間期間とは、一致することが好ましい。即ち、その時間期間は、例えば重力ベクトル算出部115が重力ベクトルGを自律測位部111へ出力する毎であることが好ましい。
The
図2は、正しい重力ベクトルGと地磁気ベクトルMとの関係を表すユーザ座標系である。 FIG. 2 is a user coordinate system representing the relationship between the correct gravity vector G and geomagnetic vector M.
図2によれば、正しい重力ベクトルGによって推定された進行方位角θが表されている。ここで、重力ベクトルGは、多数の地磁気ベクトルmの群からなる円錐の中心軸に位置する。 FIG. 2 shows the traveling azimuth angle θ estimated by the correct gravity vector G. Here, the gravity vector G is located on the central axis of a cone composed of a group of a large number of geomagnetic vectors m.
地磁気は、南から北へ向けて到来しており、地磁気ベクトルは、地域によって固有の伏角φを伴って、北(磁北)方向を示すベクトルとなる。地磁気ベクトルの伏角φは、重力ベクトルGに対する角度を表す。また、重力ベクトルGに対して垂直な平面(地表面)への射影ベクトルは、北向きベクトルを表す。北向きベクトルから前向きベクトルへの回転角θは、進行方向方位角を表す。角度は、北から時計回りで表される。 The geomagnetism has come from the south to the north, and the geomagnetic vector is a vector indicating the north (magnetic north) direction with a specific dip angle φ depending on the region. The dip angle φ of the geomagnetic vector represents an angle with respect to the gravity vector G. A projection vector onto a plane (ground surface) perpendicular to the gravity vector G represents a north-facing vector. The rotation angle θ from the north-facing vector to the forward-facing vector represents the traveling direction azimuth. The angle is expressed clockwise from north.
図2からも明らかなとおり、地磁気ベクトルは、重力ベクトルを軸とした円錐表面に分布する。即ち、全方位360°の地磁気ベクトルを収集することができれば、その円錐の中心軸は、重力ベクトルであると決定することができる。 As is clear from FIG. 2, the geomagnetic vector is distributed on the conical surface with the gravity vector as an axis. That is, if a geomagnetic vector of 360 ° in all directions can be collected, the central axis of the cone can be determined to be a gravity vector.
図3は、誤った重力ベクトルGと地磁気ベクトルMとの関係を表すユーザ座標系である。 FIG. 3 is a user coordinate system representing the relationship between the erroneous gravity vector G and the geomagnetic vector M.
図3によれば、重力ベクトルにオフセットがかかることによって、重力ベクトルを基準とした座標系では、地磁気ベクトルの群が、本来あるべき位置から回転して見える。そのような重力ベクトルGによって推定された進行方位角θも、誤ることとなる。特に、自律測位によって推定される重力ベクトルは、時間経過と共に誤差を生じてくる。図3によれば、重力ベクトルが誤差を含むことによって、正しい進行方位角θを推定することができなくなっている。 According to FIG. 3, an offset is applied to the gravity vector, so that the group of geomagnetic vectors appears to rotate from the position where it should be in the coordinate system based on the gravity vector. The traveling azimuth angle θ estimated by such a gravity vector G is also erroneous. In particular, the gravity vector estimated by autonomous positioning causes an error with time. According to FIG. 3, since the gravity vector includes an error, the correct traveling azimuth angle θ cannot be estimated.
しかしながら、図2のように、全方位360°の地磁気ベクトルを確実に収集することは難しい。一般的には、その携帯端末を保持するユーザに、全方位360°を向いて(円周方向に一周回って)もらうような所定の行為をさせる必要が生じる。重力ベクトルを補正する毎に、このような行為をユーザに強いることは、極めて違和感がある。 However, as shown in FIG. 2, it is difficult to reliably collect 360-degree geomagnetic vectors. In general, it is necessary to cause a user holding the portable terminal to perform a predetermined action such that the user is directed to 360 ° in all directions (around the circumference). Forcing the user to perform such an action every time the gravity vector is corrected is extremely uncomfortable.
そこで、方位角分布検定部114によって、推定方位角バッファ部112に蓄積された推定方位角dの分布が、全方位に対して一様となっているタイミングを検出する。このタイミングで、地磁気バッファ部113に蓄積されている地磁気ベクトルデータm群から、円錐の中心軸を算出することによって、重力ベクトルを検出することができる。その重力ベクトルは、自律測位部111へ出力される。自律測位部111は、自律測位における推定重力ベクトルを、入力された重力ベクトルGに再設定することによって補正することができる。
Therefore, the azimuth
[方位角分布検定部114]
方位角分布検定部114は、推定方位角バッファ部112に蓄積された複数の推定方位角dが、一様分布であるか否かを判定する。重力ベクトルを推定するには、地磁気ベクトルが、円錐表面上に、できる限り均一に分布している必要がある。方位角分布検定部114は、重力ベクトルを推定するために十分な地磁気データがバッファされているか否かを、推定方位角の分布から算出する。
[Azimuth distribution test unit 114]
The azimuth
方位角分布検定部114は、例えば以下の2つの条件を共に満たした際に、重力ベクトル算出部115へ重力ベクトルを算出するべく指示する。
(条件1)推定方位角バッファ部112に蓄積された推定方位角の数が、所定閾値N(例えば300)以上である。
(条件2)推定方位角バッファ部112に蓄積された推定方位角が、一様分布である。
以下では、条件2について詳細に説明する。
The azimuth
(Condition 1) The number of estimated azimuth angles accumulated in the estimated azimuth
(Condition 2) The estimated azimuth angle accumulated in the estimated azimuth
Hereinafter, the
方位角分布検定部114は、推定方位角dを所定角度区間毎に分割し、所定角度区間i毎の推定方位角dの観測度数Oiが一様分布であるか否かを判定する。
The azimuth
図4は、全方位角360°を8区間に区分した説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram in which the
図4によれば、全方位角360°を8区間に分割し、所定角度区間を、例えば45°としている。そして、推定方位角バッファ部112に蓄積された推定方位角の数を、所定角度区間毎に、「観測度数」として集計する。
According to FIG. 4, the
図5は、観測度数Oiが一様分布でない場合の説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram when the observation frequency Oi is not uniformly distributed.
図5によれば、区間毎の観測度数Oiが一様分布でないために、その地磁気ベクトルにおける円錐の中心軸となる重力ベクトルも誤ったものとなる。 According to FIG. 5, since the observation frequency Oi for each section is not uniformly distributed, the gravity vector serving as the central axis of the cone in the geomagnetic vector is also incorrect.
図6は、観測度数Oiが一様分布である場合の説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram when the observation frequency Oi has a uniform distribution.
図6によれば、その所定角度区間毎に、推定方位角バッファ部112に蓄積された推定方位角の数(観測度数)が表されている。区間毎の観測度数Oiが一様分布であることによって、その地磁気ベクトルにおける円錐の中心軸となる重力ベクトルも正しいものとなる。
FIG. 6 shows the number of estimated azimuth angles (observation frequency) accumulated in the estimated azimuth
方位角分布検定部114は、χ2検定によって判定する。「χ2検定」とは、推定統計学における確率分布の一種である。本発明によれば、χ2値を以下の式によって算出する。
N:全観測度数
k:所定角度区間の数
これは、「観測度数Oiを、平均μiで分散σiの正規分布に従う、k個の独立なランダム変数とすると、統計量はχ2に従う」ことを意味する。χ2検定は、kという1個の母数をもつ。これは観測度数Oiの自由度に等しい正の整数である。観測度数Oiと平均E(期待度数)とのずれが偶然であるならば、χ2値は、自由度k−1のχ2検定に従う。
The azimuth
N: total observed frequency k: number which the predetermined angle interval, "the observed frequency Oi, follows a normal distribution of variance σi in average .mu.i, When k independent random variables, statistics follows the chi 2" that means. The χ 2 test has a single parameter k. This is a positive integer equal to the degree of freedom of the observation frequency Oi. If the deviation between the observed frequency Oi and the mean E (expected frequency) is a coincidence, the χ 2 value follows the χ 2 test with k−1 degrees of freedom.
ここで、方位角分布検定部114は、所定角度区間iの数kを自由度とした場合に、所定有意水準値を満たす基準χ2値を予め記憶している。そして、算出されたχ2値が、基準χ2値よりも小さい場合、一様分布であると判定する。
算出されたχ2値<基準χ2値 : 一様分布である
Here, the azimuth
Calculated χ 2 value <reference χ 2 value: uniform distribution
具体的な数値を用いて説明する。
図6の例の場合、k=8、N=361であり、χ2=5.21となる。
また、基準χ2値として、以下の値(χ2分布表)を記憶しているとする。
自由度7、有意水準0.05の場合、基準χ2 0.05=14.067
そうすると、以下のように、データが一様分布であるという帰無仮説を棄却できない。
χ2<χ2 0.05
従って、推定方位角バッファ部112に蓄積された推定方位角の群は、一様分布であると判定される。
This will be described using specific numerical values.
In the example of FIG. 6, k = 8, N = 361, and χ 2 = 5.21.
Further, it is assumed that the following values (χ 2 distribution table) are stored as reference χ 2 values.
When the degree of freedom is 7 and the significance level is 0.05, the reference χ 2 0.05 = 14.067
Then, the null hypothesis that the data has a uniform distribution cannot be rejected as follows.
χ 2 <χ 2 0.05
Therefore, the group of estimated azimuth angles accumulated in the estimated azimuth
[重力ベクトル算出部115]
重力ベクトル算出部115は、方位角分布検定部114によって一様分布であると判定された際に、地磁気バッファ部113に蓄積された地磁気データから、その円錐の中心軸となる重力ベクトルを算出する。
[Gravity vector calculation unit 115]
The gravity
重力ベクトル算出部115は、地磁気バッファ部113に蓄積された地磁気データmから、以下の式によって重力ベクトルを算出する。
m:地磁気ベクトル
The gravity
そして、重力ベクトル算出部115は、算出した重力ベクトルGを、自律測位部111へフィードバックする。これによって、自律測位部111は、自ら推定していた重力ベクトルを、フィードバックされた重力ベクトルGに置き換える。
Then, the gravity
以上、詳細に説明したように、本発明の携帯装置、プログラム及び方法によれば、一様分布の地磁気データが得られたタイミングで重力ベクトルを算出し、その重力ベクトルを用いて自律測位機能を補正することによって、その装置を保持する態様の個人差に関係なく、重力ベクトルを補正することができる。即ち、本発明によれば、角速度センサを必要とせず、その装置を保持する態様の個人差によって、重力ベクトルの誤差が異なる場合であっても、これを補正することができる。 As described above in detail, according to the portable device, program, and method of the present invention, the gravity vector is calculated at the timing when the uniformly distributed geomagnetic data is obtained, and the autonomous positioning function is performed using the gravity vector. By correcting, the gravity vector can be corrected regardless of individual differences in the manner of holding the device. That is, according to the present invention, an angular velocity sensor is not required, and this can be corrected even if the error of the gravity vector differs due to individual differences in the manner in which the device is held.
前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 Various changes, modifications, and omissions of the above-described various embodiments of the present invention can be easily made by those skilled in the art. The above description is merely an example, and is not intended to be restrictive. The invention is limited only as defined in the following claims and the equivalents thereto.
1 携帯装置
101 加速度センサ
102 地磁気センサ
103 GPS測位部
111 自律測位部
112 推定方位角バッファ部
113 地磁気バッファ部
114 方位角分布検定部
115 重力ベクトル算出部
116 アプリケーション処理部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
前記加速度データ及び前記地磁気データを用いて、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位手段と
を有する携帯装置であって、
前記地磁気センサから出力された所定期間内の複数の地磁気データを蓄積する地磁気バッファ手段と、
前記自律測位手段から出力された前記所定期間内の複数の推定方位角dを蓄積する推定方位角バッファ手段と、
前記推定方位角バッファ手段に蓄積された複数の推定方位角dが、一様分布であるか否かを判定する方位角分布検定手段と、
前記方位角分布検定手段によって一様分布であると判定された際に、前記地磁気バッファ手段に蓄積された地磁気データから、その円錐の中心軸となる重力ベクトルを算出し、該重力ベクトルを前記自律測位手段へ出力する重力ベクトル算出手段と
を有し、
前記自律測位手段は、前記重力ベクトル算出手段から入力した前記重力ベクトルを用いて、前記推定方位角dを補正することを特徴とする携帯装置。 An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
An autonomous positioning means for outputting an estimated azimuth angle d autonomously measured using the acceleration data and the geomagnetic data,
A geomagnetic buffer means for accumulating a plurality of geomagnetic data within a predetermined period output from the geomagnetic sensor;
Estimated azimuth angle buffer means for accumulating a plurality of estimated azimuth angles d within the predetermined period output from the autonomous positioning means;
Azimuth distribution test means for determining whether or not the plurality of estimated azimuth angles d accumulated in the estimated azimuth angle buffer means is a uniform distribution;
When the azimuth distribution test means determines that the distribution is uniform, a gravity vector serving as a central axis of the cone is calculated from the geomagnetic data stored in the geomagnetic buffer means, and the gravity vector is calculated as the autonomous vector. A gravity vector calculating means for outputting to the positioning means,
The mobile device according to claim 1, wherein the autonomous positioning unit corrects the estimated azimuth angle d using the gravity vector input from the gravity vector calculation unit.
前記所定角度区間iの数kを前記自由度とした場合に、所定有意水準値を満たす基準χ2値を予め記憶しており、
以下の式によってχ2値を算出し、
N:全観測度数
k:所定角度区間の数
算出されたχ2値が、前記基準χ2値よりも小さい場合、一様分布であると判定する
ことを特徴とする請求項2に記載の携帯装置。 The azimuth distribution verification means is determined by χ 2 test,
When the number k of the predetermined angle section i is the degree of freedom, a reference χ 2 value that satisfies a predetermined significance level value is stored in advance,
Χ 2 value is calculated by the following formula,
N: total observed frequency k: number calculated chi 2 value of a predetermined angle interval, if the reference chi less than 2 values, a mobile according to claim 2, wherein determining that a uniform distribution apparatus.
m:地磁気ベクトル
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の携帯装置。 The gravity vector calculation means calculates a gravity vector from the geomagnetic data m stored in the geomagnetic buffer means by the following formula.
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
を有する携帯装置に搭載されたコンピュータを機能させるものであって、
前記加速度データ及び前記地磁気データを用いて、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位手段としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記地磁気センサから出力された所定期間内の複数の地磁気データを蓄積する地磁気バッファ手段と、
前記自律測位手段から出力された前記所定期間内の複数の推定方位角dを蓄積する推定方位角バッファ手段と、
前記推定方位角バッファ手段に蓄積された複数の推定方位角dが、一様分布であるか否かを判定する方位角分布検定手段と、
前記方位角分布検定手段によって一様分布であると判定された際に、前記地磁気バッファ手段に蓄積された地磁気データから、その円錐の中心軸となる重力ベクトルを算出し、該重力ベクトルを前記自律測位手段へ出力する重力ベクトル算出手段と
を有し、
前記自律測位手段は、前記重力ベクトル算出手段から入力した前記重力ベクトルを用いて、前記推定方位角dを補正する
ようにコンピュータを機能させることを特徴とする携帯装置用のプログラム。 An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A computer mounted on a portable device having a function,
A program that causes a computer to function as an autonomous positioning means that outputs an estimated azimuth angle d autonomously measured using the acceleration data and the geomagnetic data,
A geomagnetic buffer means for accumulating a plurality of geomagnetic data within a predetermined period output from the geomagnetic sensor;
Estimated azimuth angle buffer means for accumulating a plurality of estimated azimuth angles d within the predetermined period output from the autonomous positioning means;
Azimuth distribution test means for determining whether or not the plurality of estimated azimuth angles d accumulated in the estimated azimuth angle buffer means is a uniform distribution;
When the azimuth distribution test means determines that the distribution is uniform, a gravity vector serving as a central axis of the cone is calculated from the geomagnetic data stored in the geomagnetic buffer means, and the gravity vector is calculated as the autonomous vector. A gravity vector calculating means for outputting to the positioning means,
The autonomous positioning program causes a computer to function so as to correct the estimated azimuth angle d using the gravity vector input from the gravity vector calculation unit.
前記所定角度区間iの数kを前記自由度とした場合に、所定有意水準値を満たす基準χ2値を予め記憶しており、
以下の式によってχ2値を算出し、
N:全観測度数
k:所定角度区間の数
算出されたχ2値が、前記基準χ2値よりも小さい場合、一様分布であると判定する
ようにコンピュータを更に機能させることを特徴とする請求項6に記載の携帯装置。 The azimuth distribution verification means is determined by χ 2 test,
When the number k of the predetermined angle section i is the degree of freedom, a reference χ 2 value that satisfies a predetermined significance level value is stored in advance,
Χ 2 value is calculated by the following formula,
N: total observed frequency k: number calculated chi 2 value of a predetermined angle interval, if the reference chi less than 2 values, characterized in that the computer is further caused to function so as to determine that the uniform distribution The portable device according to claim 6.
m:地磁気ベクトル
ようにコンピュータを更に機能させることを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の携帯装置。 The gravity vector calculation means calculates a gravity vector from the geomagnetic data m stored in the geomagnetic buffer means by the following formula.
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
を有する携帯装置における重力ベクトルの補正方法であって、
前記加速度データ及び前記地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位機能と、
前記地磁気センサから出力された所定期間内の複数の地磁気データを蓄積する地磁気バッファ機能と、
前記自律測位手段から出力された前記所定期間内の複数の推定方位角dを蓄積する推定方位角バッファ機能と
を有し、
前記推定方位角バッファ機能に蓄積された複数の推定方位角dが、一様分布であるか否かを判定する第1のステップと、
一様分布であると判定された際に、前記地磁気バッファ手段に蓄積された地磁気データから、その円錐の中心軸となる重力ベクトルを算出し、該重力ベクトルを前記自律測位機能へ出力する第2のステップと、
前記自律測位機能が、前記重力ベクトル算出手段から入力した前記重力ベクトルを用いて、前記推定方位角dを補正する第3のステップと
を有することを特徴とする重力ベクトルの補正方法。 An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A method for correcting a gravity vector in a portable device having:
An autonomous positioning function that calculates a gravity vector using the acceleration data and the geomagnetic data, and outputs an estimated azimuth angle d autonomously measured;
A geomagnetic buffer function for accumulating a plurality of geomagnetic data within a predetermined period output from the geomagnetic sensor;
An estimated azimuth angle buffer function that accumulates a plurality of estimated azimuth angles d within the predetermined period output from the autonomous positioning means;
A first step of determining whether or not the plurality of estimated azimuth angles d accumulated in the estimated azimuth angle buffer function have a uniform distribution;
When it is determined that the distribution is uniform, a gravity vector serving as a central axis of the cone is calculated from the geomagnetic data stored in the geomagnetic buffer means, and the gravity vector is output to the autonomous positioning function. And the steps
The autonomous positioning function includes a third step of correcting the estimated azimuth angle d using the gravity vector input from the gravity vector calculating means.
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