JP2013072643A - Magnetic measurement data calibration device and azimuth angle measurement device - Google Patents

Magnetic measurement data calibration device and azimuth angle measurement device Download PDF

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直行 小澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic measurement data calibration device and an azimuth angle measurement device for improving followability to variation of an environmental offset.SOLUTION: A device for obtaining an offset of magnetic measurement data for each measurement axis outputted from a magnetic sensor comprising an axis sensor having three measurement axes orthogonal to each other and measuring earth magnetism in the measuring axis direction and correcting the magnetic measurement data includes: an error function calculation part for obtaining an error function from a difference between magnetic data for each measurement axis of the measured magnetic measurement data and a previous offset; an offset residual calculation part for calculating an offset residual from the error function and a previous covariance matrix; an offset updating part for adding the offset residual to the offset when the previous magnetic measurement data is measured, and calculating a new offset; and a covariance matrix updating part for updating the covariance matrix of the magnetic measurement data for which the previously measured magnetic measurement data is a parent population using the measured magnetic measurement data.

Description

本発明は、携帯機器に搭載される磁気センサの校正を行う磁気測定データ校正装置及び方位角計測装置に関する。   The present invention relates to a magnetic measurement data calibration apparatus and an azimuth angle measurement apparatus for calibrating a magnetic sensor mounted on a portable device.

近年、携帯電話などの携帯機器に3軸の磁気センサ(以下、単に磁気センサ)が搭載され、携帯機器における方位測定に用いられている。
この方位測定に用いる磁気センサは、通常、携帯機器に搭載する前に、3軸ヘルムホルツコイルを用いて、各軸毎のゼロ磁界出力値の調整(以下、オフセット調整)をしておく。
この具体的な調整手順は、予め校正された磁気センサにより、地磁気の測定を行い、その予め校正された磁気センサの出力する3軸各々の磁気データを基準磁気測定データとして、方位測定に用いる。
In recent years, a three-axis magnetic sensor (hereinafter simply referred to as a magnetic sensor) is mounted on a mobile device such as a mobile phone and is used for orientation measurement in the mobile device.
The magnetic sensor used for this azimuth measurement is usually adjusted with a zero magnetic field output value for each axis (hereinafter referred to as offset adjustment) using a triaxial Helmholtz coil before being mounted on a portable device.
In this specific adjustment procedure, geomagnetism is measured with a magnetic sensor calibrated in advance, and magnetic data for each of the three axes output from the magnetic sensor calibrated in advance is used as reference magnetic measurement data for azimuth measurement.

次に、3軸ヘルムホルツコイルにより、基準磁気測定データと逆方向の磁界を、オフセット調整の対象である対象磁気センサに対して印加する。
ここで、対象磁気センサは、オフセットが無い場合、出力する磁気測定データが3軸共に0であり、オフセットを有する場合、出力する磁気測定データが0ではない。
ここで、対象磁気センサが出力する磁気測定データを、対象磁気センサ自身の有するオフセットとして測定し、この磁気測定データにより、磁気センサの出力する磁気測定データのオフセット調整を行う。
すなわち、磁気センサの出力する磁気測定データから、3軸ヘルムホルツコイルで測定したオフセットを、各磁気測定データから減算し、磁気センサの測定結果として方位検出を行うことになる。
Next, a magnetic field in the direction opposite to the reference magnetic measurement data is applied to the target magnetic sensor that is the target of offset adjustment by the three-axis Helmholtz coil.
Here, when the target magnetic sensor has no offset, the magnetic measurement data to be output is 0 for all three axes, and when it has the offset, the magnetic measurement data to be output is not 0.
Here, the magnetic measurement data output from the target magnetic sensor is measured as an offset of the target magnetic sensor itself, and the offset of the magnetic measurement data output from the magnetic sensor is adjusted based on the magnetic measurement data.
That is, the offset measured by the 3-axis Helmholtz coil is subtracted from each magnetic measurement data from the magnetic measurement data output from the magnetic sensor, and the direction is detected as the measurement result of the magnetic sensor.

しかしながら、磁気センサ単体でオフセット調整を行ったとしても、携帯機器には方位を検出する磁気センサ以外にも多くの他の部品が使われており、これら他の部品が発生する磁界が磁気センサに対して影響を与える場合がある。例えば、スピーカに搭載されている磁石、開閉スイッチに設けられている磁石、あるいは携帯機器の部品に施されたニッケルメッキなどから磁界が発生している。   However, even if the offset adjustment is performed with the magnetic sensor alone, many other parts are used in the portable device in addition to the magnetic sensor that detects the orientation, and the magnetic field generated by these other parts is applied to the magnetic sensor. It may have an effect on it. For example, a magnetic field is generated from a magnet mounted on a speaker, a magnet provided on an open / close switch, or nickel plating applied to a component of a portable device.

このため、携帯機器内部に設けられた磁気センサに対して周囲の環境による環境オフセットが生じ、オフセット調整を行った磁気センサ単体から環境オフセットが重畳した磁気測定データが出力されることになる。
したがって、磁気センサ単体でオフセット調整を行った後、搭載される携帯機器の他の部品が発生する磁界により、携帯機器が向いている実際の方位と、磁気センサが出力する磁気データから得られる方位とに、環境オフセットによる差異が生じることになる。
For this reason, an environmental offset due to the surrounding environment occurs with respect to the magnetic sensor provided inside the portable device, and magnetic measurement data in which the environmental offset is superimposed is output from the magnetic sensor alone that has performed the offset adjustment.
Therefore, after performing offset adjustment with the magnetic sensor alone, the actual orientation that the portable device is facing and the orientation that is obtained from the magnetic data output by the magnetic sensor due to the magnetic field generated by other components of the mounted portable device In addition, a difference due to the environmental offset occurs.

また、磁気センサを他の部品とともに携帯機器に登載した状態で、3軸ヘルムホルツコイルにより環境オフセットを含めたオフセット調整を行うことが考えられる。
しかしながら、各部品の磁力の経時的な変化や、携帯機器の周囲の温度の変化、さらには携帯機器の周囲に強度の磁界を発生する物体の存在により、環境オフセットの値が常に変動してしまう。
In addition, it is conceivable to perform offset adjustment including environmental offset with a three-axis Helmholtz coil in a state where the magnetic sensor is mounted on a portable device together with other components.
However, the value of the environmental offset always fluctuates due to changes in the magnetic force of each component over time, changes in the temperature around the portable device, and the presence of an object that generates a strong magnetic field around the portable device. .

したがって、3軸ヘルムホルツコイルにより、携帯機器に搭載した後に、環境オフセットを含めた磁気センサのオフセット調整を行っても、周囲の状況により環境オフセットが刻々変動する。このため、磁気センサの磁気測定データに重畳する環境オフセットの変動により、磁気センサが出力する磁気測定データが真値に対してずれてしまうことになる。
このため、オフセットを再度行う必要があるが、常に3軸ヘルムホルツコイルにより、携帯機器に登載された磁気センサのオフセット調整を行うことができない。したがって、自身が磁気センサのオフセット調整を行う機能を、携帯機器に対して持たせる必要がある。
Therefore, even if the offset adjustment of the magnetic sensor including the environmental offset is performed after being mounted on the portable device by the three-axis Helmholtz coil, the environmental offset fluctuates every moment depending on the surrounding conditions. For this reason, the magnetic measurement data output from the magnetic sensor shifts from the true value due to the fluctuation of the environmental offset superimposed on the magnetic measurement data of the magnetic sensor.
For this reason, although it is necessary to perform offset again, the offset adjustment of the magnetic sensor mounted on the portable device cannot always be performed by the three-axis Helmholtz coil. Therefore, it is necessary to give the portable device the function of adjusting the offset of the magnetic sensor.

このため、携帯機器に登載されたオフセット調整部が、3軸各々の磁気センサにより、各軸の磁界の強度を多数測定し、測定した磁気測定データを内部のデータバッファに一旦蓄積する。
そして、オフセット調整部がデータバッファに蓄積された磁気測定データに対して、距離(磁界の強度)が最小となるオフセットを求める手法がある(例えば、特許文献1を参照)。この手法においては、以下の式に示すように、球の方程式に磁気測定データを代入し、最小二乗法によりオフセットSxを求める。
Sx=Σ{(X−X+(Y−Y+(Z−Z−R}=0 …(i)
、Y及びZが磁気測定データであり、X、Y及びZがオフセット座標であり、Rが定数である。
For this reason, the offset adjustment unit mounted on the portable device measures a number of magnetic field strengths of each axis by the magnetic sensors of each of the three axes, and temporarily stores the measured magnetic measurement data in an internal data buffer.
There is a technique in which the offset adjustment unit obtains an offset that minimizes the distance (magnetic field strength) with respect to the magnetic measurement data stored in the data buffer (for example, see Patent Document 1). In this method, as shown in the following equation, magnetic measurement data is substituted into a sphere equation, and the offset Sx is obtained by the least square method.
Sx = Σ {(X i −X 0 ) 2 + (Y i −Y 0 ) 2 + (Z i −Z 0 ) 2 −R 2 } = 0 (i)
X i , Y i and Z i are magnetic measurement data, X 0 , Y 0 and Z 0 are offset coordinates, and R is a constant.

また、3軸の磁気センサの各々の磁気測定データを1組として、4組の磁気測定データの組をデータバッファに蓄積し、上述した特許文献1と同様に、磁気測定データとの距離によりオフセットを求める手法がある(例えば、特許文献2を参照)。
この特許文献2においては、時系列に測定される測定データの中から4組の磁気測定データを抽出する際、抽出する抽出条件を以下のように設定している。すなわち、磁気センサの3軸で構成される3次元空間で、磁気測定データを座標点として以下の抽出条件が設定されている。
3軸の磁気測定データを3次元空間(3次元座標系)内に描画(配置)した際、
a.1組目の磁気測定データと2組目の磁気測定データとの距離が十分離れている
b.3組目の磁気測定データは、1組目及び2組目の磁気測定データとで構成される鈍角3角形の鈍角の頂点である
c.4組目の磁気測定データは、1組目から3組目の磁気測定データが形成する平面からの距離が十分離れている
In addition, the magnetic measurement data of each of the three-axis magnetic sensors is set as one set, and four sets of magnetic measurement data are stored in the data buffer. Similarly to Patent Document 1 described above, the offset is determined according to the distance from the magnetic measurement data. (For example, refer to Patent Document 2).
In Patent Document 2, when four sets of magnetic measurement data are extracted from measurement data measured in time series, extraction conditions for extraction are set as follows. That is, the following extraction conditions are set with the magnetic measurement data as coordinate points in a three-dimensional space constituted by three axes of the magnetic sensor.
When drawing (arranging) three-axis magnetic measurement data in a three-dimensional space (three-dimensional coordinate system),
a. The distance between the first set of magnetic measurement data and the second set of magnetic measurement data is sufficiently large b. The third set of magnetic measurement data is the apex of the obtuse angle of the obtuse triangle having the first and second sets of magnetic measurement data. C. The fourth set of magnetic measurement data is sufficiently separated from the plane formed by the first to third sets of magnetic measurement data.

そして、特許文献2においては、以下の球の方程式を用いて、連立方程式を解くことによりオフセットを算出している。
(X−X+(Y−Y+(Z−Z−R=0 …(ii)
、Y及びZが磁気測定データであり、X、Y及びZがオフセット座標であり、Rが定数である。
And in patent document 2, the offset is calculated by solving simultaneous equations using the following spherical equations.
(X i -X 0) 2 + (Y i -Y 0) 2 + (Z i -Z 0) 2 -R 2 = 0 ... (ii)
X i , Y i and Z i are magnetic measurement data, X 0 , Y 0 and Z 0 are offset coordinates, and R is a constant.

特許4391416号公報Japanese Patent No. 4391416 特許4590511号公報Japanese Patent No. 4590511

しかしながら、特許文献1は、データバッファに複数の磁気測定データ蓄積し、この蓄積した磁気測定データを用いて、(i)式を用いた最小二乗法によりオフセットを算出する。ここで、特許文献1は、データバッファ分の磁気測定データを多数測定した後、オフセットの算出が行われる。このため、特許文献1は、多数の磁気測定データを蓄積するための時間を必要とし、環境オフセットの変化に対するオフセット調整の追従性が悪くなる。   However, in Patent Document 1, a plurality of magnetic measurement data is accumulated in a data buffer, and an offset is calculated by the least square method using the equation (i) using the accumulated magnetic measurement data. Here, in Patent Document 1, after a large number of magnetic measurement data for the data buffer is measured, the offset is calculated. For this reason, Patent Document 1 requires time for accumulating a large number of magnetic measurement data, and the follow-up performance of the offset adjustment with respect to the change in the environmental offset is deteriorated.

また、特許文献2は、磁気センサ自身の特性の時間的変動要因と、外部磁場の時間的変動要因とによる磁気ノイズが、磁気センサの出力する磁気測定データに重畳すると、算出されるオフセットを正確に算出できない。
すなわち、4組の磁気測定データのいずれかに磁気ノイズが重畳している場合、これらの磁気測定データを用いて算出されたオフセットは、磁気ノイズによる誤差が含まれることになり、実際のオフセットとずれることになる。
Further, Patent Document 2 discloses that when the magnetic noise due to the temporal variation factor of the characteristics of the magnetic sensor itself and the temporal variation factor of the external magnetic field is superimposed on the magnetic measurement data output from the magnetic sensor, the calculated offset is accurate. Cannot be calculated.
That is, when magnetic noise is superimposed on any of the four sets of magnetic measurement data, the offset calculated using these magnetic measurement data includes an error due to magnetic noise, and the actual offset and It will shift.

さらに、特許文献1及び特許文献2の双方において、オフセットを求めるための磁気測定データの測定点が、一定の球の表面で測定されることが仮定されている。
このため、ユーザは、オフセット調整の際、携帯機器を円を描くように、すなわち、一定の球面に沿うように移動させる必要がある。
この移動が行われている際、磁気測定データを多数取得してバッファに蓄積し、すでに説明した算出に用いる磁気測定データの抽出処理を行う。
したがって、環境オフセットが変化に追従できない場合が発生し、再度、新たな磁気測定データを取得して、オフセット調整を繰り返して行なわなければならなくなる。
Furthermore, in both Patent Document 1 and Patent Document 2, it is assumed that the measurement point of the magnetic measurement data for obtaining the offset is measured on the surface of a certain sphere.
For this reason, the user needs to move the portable device so as to draw a circle, that is, along a certain spherical surface at the time of offset adjustment.
When this movement is performed, a large number of magnetic measurement data is acquired and stored in the buffer, and the magnetic measurement data used for the calculation described above is extracted.
Therefore, there are cases where the environmental offset cannot follow the change, and new magnetic measurement data must be acquired again and the offset adjustment must be repeated.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、環境オフセットの変動に対する追従性を向上させることが可能な磁気測定データ校正装置及び方位角計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetic measurement data calibration apparatus and an azimuth angle measurement apparatus that can improve the follow-up performance with respect to fluctuations in environmental offsets.

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の磁気測定データ校正装置は、互いに直交する3つの測定軸を有し、測定軸方向の地磁気を測定する軸センサからなる磁気センサから出力される前記測定軸毎の地磁気の測定結果である磁気測定データのオフセットを求め、前記磁気測定データを補正する装置であり、測定された磁気測定データの前記測定軸毎の磁気データと、前回求められたオフセットとの差分から誤差関数を求める誤差関数計算部と、前記誤差関数及び前回求められた共分散行列からオフセット残差を算出するオフセット残差計算部と、前回の前記磁気測定データの測定時に算出したオフセットに対し、前記オフセット残差を加算し、新たなオフセットを算出するオフセット更新部と、測定された前記磁気測定データを用い、以前に測定された前記磁気測定データを母集団とする磁気測定データの共分散行列を更新し、測定された前記磁気測定データを前記母集団に加えて新たな共分散行列を生成する共分散行列更新部とを備えることを特徴とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a magnetic measurement data calibration apparatus according to the present invention has three measurement axes orthogonal to each other, and includes a magnetic sensor comprising an axis sensor that measures the geomagnetism in the measurement axis direction. An apparatus for obtaining an offset of magnetic measurement data that is a geomagnetic measurement result for each measurement axis output from a sensor, and correcting the magnetic measurement data, wherein the magnetic data for each measurement axis of the measured magnetic measurement data and An error function calculation unit for obtaining an error function from a difference from the previously obtained offset, an offset residual calculation unit for calculating an offset residual from the error function and the previously obtained covariance matrix, and the previous magnetic measurement An offset update unit that calculates the new offset by adding the offset residual to the offset calculated at the time of data measurement, and the measured magnetic field Using the measurement data, update the covariance matrix of the magnetic measurement data with the previously measured magnetic measurement data as a population, and add the measured magnetic measurement data to the population to obtain a new covariance matrix. And a covariance matrix updating unit to be generated.

本発明の磁気測定データ校正装置は、前回算出されたオフセットを求める際に用いた磁気測定データと、前記磁気センサから新たに入力された新たな磁気測定データとの、前記磁気センサの測定軸からなる3次元磁界空間における第1距離を求め、当該第1距離と予め設定されている閾値との比較を行い、前記第1距離が前記閾値を超えている場合、前記オフセット更新部に対して新たなオフセットの更新を行わせ、一方前記第1距離が前記閾値以下の場合、新たなオフセットの更新を行わせない制御を行う磁気測定データ判定部を
さらに有することを特徴とする。
The magnetic measurement data calibration apparatus of the present invention is based on the measurement axis of the magnetic sensor between the magnetic measurement data used when obtaining the previously calculated offset and the new magnetic measurement data newly input from the magnetic sensor. A first distance in the three-dimensional magnetic field space is obtained, and the first distance is compared with a preset threshold value. When the first distance exceeds the threshold value, a new value is added to the offset update unit. And a magnetic measurement data determination unit that performs control not to update a new offset when the first distance is less than or equal to the threshold value.

本発明の磁気測定データ校正装置は、前記閾値が、前記3次元磁界空間における前記磁気センサの各測定軸方向における測定ノイズの座標点と、前記3次元磁界空間の原点との距離として定められていることを特徴とする。   In the magnetic measurement data calibration apparatus according to the present invention, the threshold is determined as a distance between a coordinate point of measurement noise in each measurement axis direction of the magnetic sensor in the three-dimensional magnetic field space and an origin of the three-dimensional magnetic field space. It is characterized by being.

本発明の磁気測定データ校正装置は、現時点までに前記オフセットを算出した際に用いた磁気測定データを時系列に記憶するバッファと、前記バッファに記憶されている前記磁気測定データの各々と前回のオフセットとの第2距離を求め、当該第2距離の各々と前回のオフセットを求めた際の前記磁気測定データから求めた全磁力との第1差分を求め、全ての第2距離に対応する当該第1差分を加算して第1評価値を算出し、前記バッファに記憶されている前記磁気測定データの各々と今回算出されたオフセットとの第3距離を求め、当該第3距離の各々と今回のオフセットを求めた際の前記磁気測定データから求めた全磁力との第2差分を求め、全ての第3距離に対応する当該第2差分を加算して第2評価値を算出し、前記第1評価値と前記第2評価値とを比較し、前記第2評価値が前記第1評価値未満である場合、新たに求めたオフセットを前記磁気測定データの校正に用いるオフセットとし、一方、前記第2評価値が前記第1評価値以上である場合、前回求めたオフセットを前記磁気測定データの校正に用いるオフセットとするオフセット有効性判定部とをさらに有することを特徴とする。   The magnetic measurement data calibration apparatus of the present invention includes a buffer for storing the magnetic measurement data used when the offset has been calculated up to the present time in time series, each of the magnetic measurement data stored in the buffer, and the previous time Obtain a second distance from the offset, obtain a first difference between each of the second distances and the total magnetic force obtained from the magnetic measurement data when obtaining the previous offset, and correspond to all the second distances. A first evaluation value is calculated by adding the first difference, a third distance between each of the magnetic measurement data stored in the buffer and the currently calculated offset is obtained, and each of the third distances and this time are calculated. The second difference from the total magnetic force obtained from the magnetic measurement data when the offset is obtained is obtained, the second difference corresponding to all the third distances is added to calculate a second evaluation value, and the second 1 evaluation value and previous When the second evaluation value is less than the first evaluation value when compared with a second evaluation value, the newly obtained offset is used as an offset used for calibration of the magnetic measurement data, while the second evaluation value is An offset validity determination unit that uses the previously obtained offset as an offset to be used for calibration of the magnetic measurement data when it is equal to or greater than the first evaluation value.

本発明の磁気測定データ校正装置は、前記誤差関数計算部が、前記3つの測定軸からなる3次元座標系において、測定された前記磁気測定データのデータ座標と、前回の前記磁気測定データの測定時に算出した前記オフセットのオフセット座標との距離の2乗から全磁力を求め、当該全磁力から前回算出した前回全磁力を減算し、減算結果を前記誤差関数とすることを特徴とする。   In the magnetic measurement data calibration apparatus of the present invention, the error function calculation unit is configured to measure the data coordinates of the measured magnetic measurement data and the previous measurement of the magnetic measurement data in a three-dimensional coordinate system including the three measurement axes. The total magnetic force is obtained from the square of the distance of the offset calculated from time to time, the previous total magnetic force calculated last time is subtracted from the total magnetic force, and the subtraction result is used as the error function.

本発明の方位角計測装置は、互いに直交する3つの測定軸を有し、測定軸方向の地磁気を測定する軸センサからなる磁気センサと、前記磁気センサから出力される前記測定軸毎の地磁気の測定結果である磁気測定データのオフセットを求め、前記磁気測定データを補正する磁気測定データ校正部と、前記磁気測定データ校正装置から出力される、前記磁気測定データを校正した磁気校正データから方位角を算出する方位角計測部とを備え、前記磁気測定データ校正部が、測定された磁気測定データの前記測定軸毎の磁気データと、前回求められたオフセットとの差分から誤差関数を求める誤差関数計算部と、前記誤差関数及び前回求められた共分散行列からオフセット残差を算出するオフセット残差計算部と、前回の前記磁気測定データの測定時に算出したオフセットに対し、前記オフセット残差を加算し、新たなオフセットを算出するオフセット更新部と、測定された前記磁気測定データを用い、以前に測定された前記磁気測定データを母集団とする磁気測定データの共分散行列を更新し、測定された前記磁気測定データを前記母集団に加えて新たな共分散行列を生成する共分散行列更新部とを備えることを特徴とする。   The azimuth measuring device of the present invention has three measurement axes orthogonal to each other, and includes a magnetic sensor composed of an axis sensor for measuring geomagnetism in the measurement axis direction, and a geomagnetic field for each measurement axis output from the magnetic sensor. A magnetic measurement data calibration unit for obtaining an offset of magnetic measurement data as a measurement result and correcting the magnetic measurement data, and an azimuth angle from the magnetic calibration data calibrated from the magnetic measurement data output from the magnetic measurement data calibration device An error function for obtaining an error function from the difference between the magnetic data for each measurement axis of the measured magnetic measurement data and the previously obtained offset. A calculation unit, an offset residual calculation unit for calculating an offset residual from the error function and the previously obtained covariance matrix, and measurement of the previous magnetic measurement data. The offset update unit that calculates the new offset by adding the offset residual to the offset that is sometimes calculated, and the measured magnetic measurement data, and the previously measured magnetic measurement data as a population A covariance matrix updating unit configured to update a covariance matrix of magnetic measurement data and add the measured magnetic measurement data to the population to generate a new covariance matrix;

この発明によれば、前回算出したオフセットと、新たに得られる磁気測定データとから、前回算出したオフセットに対するオフセット残差を求め、このオフセット残差を前回算出したオフセットに加算して新たなオフセットを算出するため、従来のように複数の磁気測定データを得た後にオフセットを算出するための遅延時間が無く、リアルタイムに、すなわち高速にオフセットの算出が行うことが可能となり、環境オフセットの変動に対する追従性を、従来に比較して向上させることができる。   According to the present invention, an offset residual with respect to the previously calculated offset is obtained from the previously calculated offset and newly obtained magnetic measurement data, and this offset residual is added to the previously calculated offset to obtain a new offset. Since there is no delay time for calculating the offset after obtaining a plurality of magnetic measurement data as before, it is possible to calculate the offset in real time, that is, at high speed, and follow the fluctuation of the environmental offset. The property can be improved as compared with the prior art.

本発明の第1の実施形態による磁気測定データ校正装置を用いた方位角計測装置の構成例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the azimuth angle measuring apparatus using the magnetic measurement data calibration apparatus by the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の磁気測定データ校正装置1における磁気センサ2が検出した磁気測定データMを校正する処理の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the process which calibrates the magnetic measurement data M which the magnetic sensor 2 detected in the magnetic measurement data calibration apparatus 1 of 1st Embodiment. 本実施形態による磁気測定データ校正装置1、校正装置#1及び#2に対し、磁気と逆の磁界と、特定移動磁界(8の字状の移動と斜め方向の移動)と、オフセット磁界との合成磁界を印加し、計測したオフセット推定誤差を示すテーブルである。Compared to the magnetic measurement data calibration apparatus 1 and the calibration apparatuses # 1 and # 2 according to the present embodiment, a magnetic field opposite to magnetism, a specific moving magnetic field (8-shaped movement and oblique movement), and an offset magnetic field It is a table which shows the offset estimation error measured by applying a synthetic magnetic field. 本発明の第2の実施形態による磁気測定データ校正装置を用いた方位角計測装置の構成例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the azimuth angle measuring apparatus using the magnetic measurement data calibration apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態の磁気測定データ校正装置1における磁気センサ2が検出した磁気測定データMを校正する処理の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the process which calibrates the magnetic measurement data M which the magnetic sensor 2 in the magnetic measurement data calibration apparatus 1 of 2nd Embodiment detected. 本発明の第3の実施形態による磁気測定データ校正装置1を用いた方位角計測装置の構成例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the azimuth angle measuring apparatus using the magnetic measurement data calibration apparatus 1 by the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施形態における磁気センサ2が検出した磁気測定データMを校正する処理の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the process which calibrates the magnetic measurement data M which the magnetic sensor 2 in 3rd Embodiment detected. 3軸加速度センサにより求まる絶対座標系と、3軸磁気センサである磁気計測装置の検出するセンサ座標系との各軸のずれを説明する図である。It is a figure explaining the shift | offset | difference of each axis | shaft of the absolute coordinate system calculated | required by a triaxial acceleration sensor, and the sensor coordinate system which the magnetic measuring device which is a triaxial magnetic sensor detects.

<第1の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、この発明の第1の実施形態による磁気測定データ校正装置を用いた方位角計測装置の構成例を示す概略ブロック図である。この方位各計測装置は、携帯機器などに搭載される。
本実施形態の方位計測装置は、磁気測定データ校正装置1、磁気センサ2及び方位角計測部3から構成されている。
磁気センサ2は、例えば、X軸方向の測定軸における磁界の強度を示す磁気データMを測定するX軸方向磁気検出部21、Y軸方向の測定軸における磁界の強度を示す磁気データMを測定するY軸方向磁気検出部22、Z軸方向の測定軸における磁界の強度を示す磁気データMを測定するZ軸方向磁気検出部23とから構成された、X軸、Y軸及びZ軸の3軸の測定軸を有する磁気センサである。ここで、X軸方向磁気検出部21、Y軸方向磁気検出部22及びZ軸方向磁気検出部23は、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子、フラックスゲート型磁気素子などが用いられる。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration example of an azimuth measuring device using the magnetic measurement data calibration device according to the first embodiment of the present invention. Each azimuth measuring device is mounted on a portable device or the like.
The azimuth measuring apparatus according to this embodiment includes a magnetic measurement data calibration apparatus 1, a magnetic sensor 2, and an azimuth measuring unit 3.
The magnetic sensor 2, for example, X-axis direction of the X-axis direction magnetic detector unit 21 for measuring the magnetic data M x indicating the strength of the magnetic field in the measurement axis, Y-axis magnetic data M y indicating the strength of the magnetic field in the measurement axis X-axis, Y-axis, and Z-axis comprising a Y-axis direction magnetic detection unit 22 that measures the magnetic data M z indicating the magnetic field strength on the measurement axis in the Z-axis direction, and a Z-axis direction magnetic detection unit 23 that measures the magnetic data M z This is a magnetic sensor having three measurement axes. Here, as the X-axis direction magnetic detection unit 21, the Y-axis direction magnetic detection unit 22, and the Z-axis direction magnetic detection unit 23, for example, a Hall element, a magnetoresistive element, a flux gate type magnetic element, or the like is used.

磁気測定データ校正装置1は、磁気センサ2から供給される、磁気データM、磁気データM及び磁気データMからなる磁気測定データM(M,M,M)のオフセットを校正した磁気校正データM(Mfx,Mfy,Mfz)を出力する。
方位角計測部3は、磁気測定データ校正装置1が校正した磁気校正データM(Mfx,Mfy,Mfz)を用い、方位角計測装置の向いている方位を出力する。
Magnetic measurement data correcting device 1, calibration of the offset of the supplied from the magnetic sensor 2, the magnetic data M x, magnetic measurements made of the magnetic data M y and the magnetic data M z data M (M x, M y, M z) The magnetic calibration data M f (M fx , M fy , M fz ) is output.
The azimuth measuring unit 3 uses the magnetic calibration data M f (M fx , M fy , M fz ) calibrated by the magnetic measurement data calibration device 1 and outputs the azimuth that the azimuth measuring device is facing.

本実施形態において、補正すべきオフセットを、オフセットO(O,O,O)とする。ここで、OはX軸方向のオフセットであり、OはY軸方向のオフセットであり、OはZ軸方向のオフセットである。
また、磁気測定データM(Mxn,Myn,Mzn)は、n番目の磁気データである。また、地磁気ベクトルの大きさ(以下、全磁力)をRとする。
ここで、全磁力は、磁気測定データM(Mxn,Myn,Mzn)とオフセットO(O,O,O)とを用い、以下の(1)式により、求められる。
In the present embodiment, an offset to be corrected is an offset O (O x , O y , O z ). Here, O x is an offset in the X-axis direction, O y is an offset in the Y-axis direction, and O z is an offset in the Z-axis direction.
The magnetic measurement data M n (M xn , M yn , M zn ) is the nth magnetic data. The magnitude of the geomagnetic vector (hereinafter referred to as total magnetic force) is R.
Here, the total magnetic force is obtained by the following equation (1) using the magnetic measurement data M n (M xn , M yn , M zn ) and the offset O (O x , O y , O z ).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

この(1)式の関係は常に成り立つ。すなわち、携帯機器を携帯するユーザの移動の際、携帯機器が回転することにより、磁気測定データにおける各測定軸方向の磁気データが変化する。しかしながら、この磁気測定データから検出される全磁力が変化しない限り、磁気測定データをX軸、Y軸及びZ軸からなる3次元空間の座標点として配置すると、磁気測定データは測定軸からなる3次元空間において、同一の球面上のいずれかの位置に存在する(この点については従来例と同様に同一球面上で移動することを仮定している)。
したがって、全磁力が同一であるならば、上述した(1)式の関係は、磁気測定データにおける各測定軸方向の磁気データが変化したとしても、常に成り立つことになる。
This relationship of formula (1) always holds. That is, when the user carrying the portable device moves, the magnetic data in each measurement axis direction in the magnetic measurement data changes as the portable device rotates. However, as long as the total magnetic force detected from the magnetic measurement data does not change, when the magnetic measurement data is arranged as coordinate points in a three-dimensional space consisting of the X axis, the Y axis, and the Z axis, the magnetic measurement data consists of 3 measurement axes. It exists at any position on the same sphere in the dimensional space (this point is assumed to move on the same sphere as in the conventional example).
Therefore, if the total magnetic force is the same, the relationship of the above-described equation (1) always holds even if the magnetic data in each measurement axis direction in the magnetic measurement data changes.

上記(1)式において、4個の磁気測定データMを用いることにより、オフセットOの各測定軸におけるオフセット成分O、O、O、全磁力Rを、算出することができる。
ここで、(1)式を変形するため、以下の(2)式に示す定数Qを定義する。
In the above equation (1), by using the four pieces of magnetic measurement data M, the offset components O x , O y , O z and the total magnetic force R in each measurement axis of the offset O can be calculated.
Here, in order to modify the equation (1), a constant Q shown in the following equation (2) is defined.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(2)式を用いて(1)式を行列の構成とすることにより、以下の(3)式のように変形する。   By using the above equation (2) and changing the equation (1) into a matrix configuration, the following equation (3) is transformed.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(3)式を解くことにより、オフセット成分O、O、O、全磁力Rを求めることができる。このとき、(3)式の左辺の逆行列が存在することが必要である。
しかしながら、実際の磁気測定データMには、携帯機器の各部品からのまたは外部からの磁気ノイズが重畳している。
このため、(3)式から算出されるオフセット成分O、O、O、全磁力Rは正確な値を得ることができない場合がある。
したがって、統計的な手法、すなわちRLS(Recursive Least Square:再帰的最小二乗)法を用いて、磁気ノイズを低減することにより、オフセット成分O、O、O、全磁力Rの推定値(以下、最尤推定値)を算出する。最尤推定値が算出できる説明は後述する。以下、本実施形態における、RLS法を用いた磁気測定データの校正について説明する。
By solving the above equation (3), the offset components O x , O y , O z and the total magnetic force R can be obtained. At this time, it is necessary that an inverse matrix on the left side of the equation (3) exists.
However, magnetic noise from each part of the portable device or from the outside is superimposed on the actual magnetic measurement data M.
For this reason, the offset components O x , O y , O z and the total magnetic force R calculated from the equation (3) may not be able to obtain accurate values.
Therefore, by using a statistical method, that is, RLS (Recursive Least Square) method, by reducing magnetic noise, an estimate of the offset components O x , O y , O z , total magnetic force R ( Hereinafter, the maximum likelihood estimated value) is calculated. The description that the maximum likelihood estimated value can be calculated will be described later. Hereinafter, calibration of magnetic measurement data using the RLS method in the present embodiment will be described.

次に、磁気測定データ校正装置1は、測定データ入力部11、共分散行列計算部12、共分散行列更新部13、記憶部14、誤差関数計算部15、オフセット残差計算部16、オフセット更新部17、磁気測定データ処理部18を備えている。
測定データ入力部11は、X軸方向磁気検出部21、Y軸方向磁気検出部22及びZ軸方向磁気検出部23の各々から入力されるアナログ値の軸センサ測定値を、デジタル値に変換して出力する。ここで、X軸方向磁気検出部21、Y軸方向磁気検出部22及びZ軸方向磁気検出部23の各々は、自身の感知方向で検出した磁場に対応した、アナログ値である電圧値を磁気データとして出力する。
また、測定データ入力部11は、アナログ値の磁気データM(M,M,M)を、デジタル値の磁気測定データM(M、M、M)に変換する際、アナログ値の磁気データに含まれているオフセット値を除去するため、磁気センサ単体でのオフセット調整を行うようにしてもよい。
Next, the magnetic measurement data calibration apparatus 1 includes a measurement data input unit 11, a covariance matrix calculation unit 12, a covariance matrix update unit 13, a storage unit 14, an error function calculation unit 15, an offset residual calculation unit 16, an offset update. Unit 17 and magnetic measurement data processing unit 18.
The measurement data input unit 11 converts an analog axis sensor measurement value input from each of the X-axis direction magnetic detection unit 21, the Y-axis direction magnetic detection unit 22, and the Z-axis direction magnetic detection unit 23 into a digital value. Output. Here, each of the X-axis direction magnetic detection unit 21, the Y-axis direction magnetic detection unit 22, and the Z-axis direction magnetic detection unit 23 magnetizes a voltage value that is an analog value corresponding to the magnetic field detected in its own sensing direction. Output as data.
The measurement data input unit 11 also converts analog magnetic data M (M x , M y , M z ) into digital magnetic measurement data M (M x , M y , M z ). In order to remove the offset value included in the magnetic data of the value, the offset adjustment with the magnetic sensor alone may be performed.

共分散行列計算部12は、後述するオフセット残差計算部16において用いる共分散行列Pの初期値を、以下の(4)式のように設定する。   The covariance matrix calculation unit 12 sets the initial value of the covariance matrix P used in the offset residual calculation unit 16 described later as shown in the following equation (4).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

この(4)式において、共分散行列計算部12は、定数αを、例えば1.000から100.000までの範囲で設定する。
また、(4)式における左辺の4行×4列の行列における磁気測定データを示す列行列を、以下の(5)式のベクトルzとして定義する。
In the equation (4), the covariance matrix calculation unit 12 sets the constant α in a range from 1.000 to 100.000, for example.
In addition, a column matrix indicating magnetic measurement data in a matrix of 4 rows × 4 columns on the left side in the equation (4) is defined as a vector z n in the following equation (5).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

また、(4)式における左辺の4行×1列の行列を、以下の(6)式のオフセットのベクトルxとして定義する。 Further, a matrix of 4 rows × 1 column on the left side in the equation (4) is defined as an offset vector x n in the following equation (6).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(6)式は、n番目の磁気測定データを用いて更新された際のオフセットO(Oxn,Oyn,Ozn)と全磁力から計算された定数Qからなるベクトルを示す行列である。 The above equation (6) is a matrix indicating a vector composed of an offset O n (O xn , O yn , O zn ) and constant Q n calculated from the total magnetic force when updated using the n-th magnetic measurement data. It is.

誤差関数計算部15は、以下の(7)式を用いて、誤差関数eを算出する。 Error function calculation unit 15, using the following equation (7), calculates the error function e n.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

すなわち、誤差関数計算部15は、n番目に測定された磁気測定データMと、前回算出したオフセットOn−1(n−1番目の磁気測定データMn−1を用いて求めたオフセット)と、前回算出した全磁力Rn−1(n−1番目の磁気測定データMn−1を用いて求めた全磁力)とから、誤差関数eを算出する。
ここで、誤差関数計算部15は、磁気測定データMとオフセットOとの距離の二乗と、全磁力Rn−1の二乗を算出し、磁気測定データMとオフセットOとの距離の二乗から、全磁力Rn−1の二乗を減算し、減算結果を誤差関数eとする。ここで、磁気測定データMとオフセットOとの距離とは、測定軸であるX軸、Y軸及びZ軸からなる3次元空間において、磁気測定データMとオフセットOn−1とを配置した際の、磁気測定データMとオフセットOn−1との座標点の距離である。
That is, the error function calculator 15 calculates the n-th measured magnetic measurement data M n and the previously calculated offset On -1 (the offset obtained using the (n-1) th measured magnetic data M n-1 ). If, because the (total magnetic force were determined using n-1 th magnetic measurement data M n-1) total force R n-1 previously calculated, to calculate the error function e n.
Here, the error function calculation unit 15, the distance between the square of the distance between the magnetic measurement data M n and the offset O n, calculates the square of the total magnetic R n-1, a magnetic measurement data M n and the offset O n from square, subtracting the square of the total magnetic R n-1, the subtraction result and the error function e n. Here, the distance between the magnetic measurement data M n and the offset O n, X-axis is the measurement axis, in 3-dimensional space consisting of Y-axis and Z-axis, and the offset O n-1 magnetometric data M n This is the distance between the coordinate points of the magnetic measurement data M n and the offset On -1 when arranged.

オフセット残差計算部16は、誤差関数計算部15の求めた誤差関数eと、前回測定時に求めた共分散行列Pn−1とを用い、以下の(8)式により、オフセット残差ηを算出する。 Offset residual calculating section 16, and the error function e n obtained error function calculation unit 15, using the covariance matrix P n-1 obtained at the previous measurement, the following equation (8), offset residual η Is calculated.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

この(8)式において、忘却係数ρは、RLS法で用いられる定数である。一般的に、0.95<ρ<1の範囲に設定される。   In this equation (8), the forgetting factor ρ is a constant used in the RLS method. Generally, it is set in the range of 0.95 <ρ <1.

共分散行列更新部13は、磁気測定データMを共分散行列の母集団に含めた際の共分散行列Pを、(1)式の行列zと、(1)式の転置行列z と、磁気測定データMからMn−1を母集団とする共分散行列Pn−1と、忘却係数ρとを用い、以下に示す(9)式により算出する。 The covariance matrix updating unit 13 includes the covariance matrix P n when the magnetic measurement data M n is included in the covariance matrix population, the matrix z n in the equation (1), and the transposed matrix z in the equation (1). and n T, the covariance matrix P n-1 to a population of M n-1 from the magnetic measurement data M 0, using the forgetting factor [rho, calculated by shown below formula (9).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

オフセット更新部17は、直前の磁気測定データMn−1から求めたオフセットベクトルxn−1と、オフセット残差ηとから、磁気測定データMに対応するオフセットベクトルxを、以下の(10)式により算出する。 The offset updating unit 17 obtains an offset vector x n corresponding to the magnetic measurement data M n from the offset vector x n−1 obtained from the immediately preceding magnetic measurement data M n−1 and the offset residual η as follows ( 10) Calculated by the equation.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

磁気測定データ処理部18は、磁気測定データMの磁気データMxn、Myn、Mznの各々から、オフセットベクトルXにおけるOxn、Oyn、Oznをそれぞれ減算し、磁気校正データM(Mfx,Mfy,Mfz)を算出する。
記憶部14には、共分散行列Pと、オフセットベクトルxと、全磁力Rとが記憶される。共分散行列P、オフセットベクトルx及び全磁力Rの各々は、それぞれ書き込まれる際に、次の算出において用いられる直前のデータである、共分散行列Pn−1、オフセットベクトルn−1及び全磁力Rn−1として書き込まれる。
また、記憶部14には、共分散行列Pの初期値、忘却係数ρ、(5)式、(6)式、(7)式、(8)式、(9)式、(10)式が予め書き込まれて記憶されている。
The magnetic measurement data processing unit 18 subtracts O xn , O yn , and O zn in the offset vector X n from the magnetic data M xn , M yn , and M zn of the magnetic measurement data M n , respectively, and magnetic calibration data M f ( Mfx , Mfy , Mfz ) is calculated.
The storage unit 14 stores a covariance matrix P, an offset vector x, and a total magnetic force R. Each of the covariance matrix P, the offset vector x, and the total magnetic force R is the data immediately before used in the next calculation when written, respectively, the covariance matrix P n−1 , the offset vector n−1, and the total magnetic force R Written as Rn -1 .
In addition, the storage unit 14 includes initial values of the covariance matrix P, a forgetting factor ρ, equations (5), (6), (7), (8), (9), and (10). Pre-written and stored.

次に、図1及図2を用いて、本実施形態の磁気測定データ校正装置1における磁気測定データの校正を行う処理について説明する。図2は、磁気センサ2が検出した磁気測定データMを校正する処理の動作例を示すフローチャートである。
ステップS1:
共分散行列計算部12は、オフセットO及び全磁力Rの初期化を行う。
このとき、例えば、オフセットOの初期化の値としては磁気センサ2の単体で3軸ヘルムホルツコイルにて測定されたオフセット値が記憶部14に予め書き込まれて記憶されている。また、全磁力Rの初期化の値としては、複数の地域における地磁気基準値が記憶部14に予め書き込まれて記憶されている。
そして、携帯機器に電源を投入した後、ユーザは携帯機器の表示部に表示される複数の地域から、自身の居住地が含まれる地域を選択する。
これにより、共分散行列計算部12は、記憶部14から、オフセットOの初期値を読み出すとともに、ユーザの選択した地域に対応して記憶されている地磁気基準値を全磁力Rの初期値として読み出す。
また、GPS(Global Positioning System)機能が携帯機器に搭載されている場合、共分散行列計算部12は、GPSから得られる緯度経度情報が含まれる地域(緯度経度情報の範囲で規定された領域)に対応して記憶されている地磁気基準値を全磁力Rの初期値として読み出すように構成しても良い。
そして、共分散行列計算部12は、処理をステップS2へ進める。
Next, a process for calibrating magnetic measurement data in the magnetic measurement data calibration apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing an operation example of processing for calibrating the magnetic measurement data M detected by the magnetic sensor 2.
Step S1:
The covariance matrix calculator 12 initializes the offset O and the total magnetic force R.
At this time, for example, as the initialization value of the offset O, the offset value measured by the triaxial Helmholtz coil of the single magnetic sensor 2 is written and stored in the storage unit 14 in advance. In addition, as a value for initializing the total magnetic force R, geomagnetic reference values in a plurality of regions are written and stored in the storage unit 14 in advance.
Then, after powering on the portable device, the user selects a region including his / her residence from a plurality of regions displayed on the display unit of the portable device.
Thereby, the covariance matrix calculation unit 12 reads the initial value of the offset O from the storage unit 14 and reads the geomagnetic reference value stored corresponding to the area selected by the user as the initial value of the total magnetic force R. .
In addition, when a GPS (Global Positioning System) function is installed in a portable device, the covariance matrix calculation unit 12 includes an area including latitude and longitude information obtained from GPS (an area defined by a range of latitude and longitude information). Alternatively, the geomagnetic reference value stored corresponding to may be read as the initial value of the total magnetic force R.
Then, the covariance matrix calculation unit 12 advances the process to step S2.

ステップS2:
次に、共分散行列計算部12は、共分散行列Pの初期化を行う。すなわち、共分散行列計算部12は、記憶部14に予め書き込まれて記憶されている(4)式を読み出し、読み出した(4)式を共分散行列の初期値とする。
そして、共分散行列計算部12は、処理をステップS3へ進める。
Step S2:
Next, the covariance matrix calculation unit 12 initializes the covariance matrix P. That is, the covariance matrix calculation unit 12 reads the equation (4) previously written and stored in the storage unit 14, and sets the read equation (4) as the initial value of the covariance matrix.
Then, the covariance matrix calculation unit 12 advances the process to step S3.

ステップS3:
測定データ入力部11は、磁気センサ2のX軸方向磁気検出部21、Y軸方向磁気検出部22及びZ軸方向磁気検出部23の各々から、磁気測定データMとして磁気データMxn、Myn及びMznを読み込む。
そして、測定データ入力部11は、読み込んだ磁気測定データMを記憶部14に書き込んで記憶させる。
磁気測定データMを読み込んだ後、測定データ入力部11は、処理をステップS4へ進める。
Step S3:
The measurement data input unit 11 includes magnetic data M xn , M as magnetic measurement data M n from each of the X-axis direction magnetic detection unit 21, the Y-axis direction magnetic detection unit 22, and the Z-axis direction magnetic detection unit 23 of the magnetic sensor 2. Read yn and Mzn .
Then, the measurement data input unit 11 writes and stores the read magnetic measurement data M n in the storage unit 14.
After reading the magnetic measurement data M n , the measurement data input unit 11 advances the process to step S4.

ステップS4:
次に、誤差関数計算部15は、記憶部14から読み込んだ(7)式に対し、磁気センサ2から読み込んだ磁気データMxn、Myn及びMznと、記憶部14から読み込んだオフセットOn−1(Oxn−1,Oyn−1,Ozn−1)とを代入し、誤差関数eを算出する。
すなわち、誤差関数計算部15は、磁気データMxnからオフセットOxn−1を減算した結果を二乗し、磁気データMynからオフセットOyn−1を減算した結果を二乗し、磁気データMznからオフセットOzn−1を減算した結果を二乗する。
そして、誤差関数計算部15は、それぞれの減算した結果を加算し、この加算した結果から、全磁力Rn−1の二乗を減算し、誤差関数eを求める。
誤差関数eを算出した後、誤差関数計算部15は、処理をステップS5へ進める。
また、図2のフローチャートにおけるステップS3からステップS7までのループ(繰り返し処理)において、携帯機器の電源が投入されてから1回目のループの際、オフセットOn−1としては初期化におけるオフセットの数値が用いられ、同様に、全磁力Rn−1としては初期化における全磁力の数値が用いられる。
Step S4:
Then, the error function calculation unit 15, read from the storage unit 14 with respect to (7), magnetic data M xn read from the magnetic sensor 2, and M yn and M zn, offset O n read from the storage unit 14 -1 (O xn-1, O yn-1, O zn-1) substituted and, to calculate the error function e n.
That is, the error function calculation unit 15 squares the result of subtracting the offset O xn-1 from the magnetic data M xn , squares the result of subtracting the offset O yn-1 from the magnetic data M yn , and calculates the magnetic data M zn from the magnetic data M zn. The result of subtracting the offset O zn−1 is squared.
The error function calculation unit 15 adds the results of the respective subtracted from the addition result, by subtracting the square of the total magnetic R n-1, obtaining an error function e n.
After calculating the error function e n, error function calculation unit 15, the process proceeds to step S5.
Further, in the loop (repetitive processing) from step S3 to step S7 in the flowchart of FIG. 2, in the first loop after the portable device is turned on, the offset On -1 is the numerical value of the offset in initialization. Similarly, the numerical value of the total magnetic force in initialization is used as the total magnetic force R n−1 .

ステップS5:
オフセット残差計算部16は、記憶部14から、(5)式と、(8)式と、忘却係数ρと、前回求めた共分散行列Pn−1とを読み出す。
次に、オフセット残差計算部16は、磁気データMを(5)式に代入してベクトルzの行列を生成し、この生成したベクトルzの行列の転置行列z を生成する。
そして、オフセット残差計算部16は、忘却係数ρ、共分散行列Pn−1、ベクトルz及び転置行列z の各々を(8)式に代入し、オフセット残差ηを算出し、このオフセット残差ηをオフセット更新部17へ出力する。
オフセット残差ηを算出した後、オフセット残差計算部16は、処理をステップS6へ進める。
Step S5:
The offset residual calculation unit 16 reads the expression (5), the expression (8), the forgetting factor ρ, and the covariance matrix P n−1 obtained last time from the storage unit 14.
Next, the offset residual calculation unit 16 generates a matrix of the vector z n by substituting the magnetic data M n into the equation (5), and generates a transposed matrix z n T of the generated vector z n matrix. .
Then, the offset residual calculation unit 16 substitutes each of the forgetting coefficient ρ, the covariance matrix P n−1 , the vector z n and the transposed matrix z n T into the equation (8) to calculate the offset residual η, This offset residual η is output to the offset update unit 17.
After calculating the offset residual η, the offset residual calculation unit 16 advances the process to step S6.

ステップS6:
共分散行列更新部13は、記憶部14から、(5)式と、(9)式と、忘却係数ρと、共分散行列Pn−1とを読み込む。
次に、共分散行列更新部13は、磁気データMを(5)式に代入してベクトルzの行列を生成し、この生成したベクトルzの行列の転置行列z を生成する。
そして、共分散行列更新部13は、忘却係数ρと、共分散行列Pn−1と、ベクトルzと、転置行列z とを、(9)式に代入し、新たな共分散行列Pを生成し、記憶部14に書き込んで記憶させる。この共分散行列更新部13が記憶部14に書き込んだ共分散行列Pが、磁界のループにおいては共分散行列Pn−1として用いられる。
今回の磁気データMを含む、今までに共分散行列Pを生成するために用いた磁気データMの全てを母集団とする共分散行列Pを生成した後、共分散行列更新部13は、処理をステップS7へ進める。
Step S6:
The covariance matrix updating unit 13 reads the expression (5), the expression (9), the forgetting coefficient ρ, and the covariance matrix P n−1 from the storage unit 14.
Next, the covariance matrix update unit 13 generates a matrix of the vector z n by substituting the magnetic data M n into the equation (5), and generates a transposed matrix z n T of the generated matrix of the vector z n. .
Then, the covariance matrix updating unit 13 substitutes the forgetting coefficient ρ, the covariance matrix P n−1 , the vector z n, and the transposed matrix z n T into the equation (9), and creates a new covariance matrix. Pn is generated and written into the storage unit 14 for storage. The covariance matrix P n written by the covariance matrix update unit 13 in the storage unit 14 is used as the covariance matrix P n−1 in the magnetic field loop.
Including the current magnetic data M n, after all of the magnetic data M that were used to generate the covariance matrix P to generate the covariance matrix P n to the population ever, the covariance matrix updater 13 Then, the process proceeds to step S7.

ステップS7:
オフセット更新部17は、記憶部14から(6)式及び(10)式を読み出す。
次に、オフセット更新部17は、(6)式に対し、前回算出されたオフセットOn−1と全磁力Rn−1とを代入し、オフセットのベクトルxn−1を求める。
そして、オフセット更新部17は、オフセット残差計算部16から供給されるオフセット残差ηと、求めたベクトルとを(10)式に代入し、磁気測定データMを測定した時点(すなわち現在)におけるオフセットを示すオフセットのベクトルxを算出する。すなわち、オフセット更新部17は、ベクトルxn−1に対し、オフセット残差ηを加算することにより、新たなオフセットを示すベクトルxを算出する。
ベクトルxを算出した後、オフセット更新部17は、処理をステップS3へ進める。
上述したように、本実施形態による磁気測定データ校正装置1は、図2のフローチャートに従い、オフセットOの更新処理を行う。
Step S7:
The offset update unit 17 reads the expressions (6) and (10) from the storage unit 14.
Next, the offset updating unit 17, (6) with respect to formula, and substituting the offset O n-1 calculated last time and the total force R n-1, obtaining the vector x n-1 of the offset.
Then, the offset update unit 17 substitutes the offset residual η supplied from the offset residual calculation unit 16 and the obtained vector into the equation (10), and measures the magnetic measurement data M n (that is, the current time). An offset vector x n indicating the offset at is calculated. That is, the offset update unit 17 calculates a vector x n indicating a new offset by adding the offset residual η to the vector x n−1 .
After calculating the vector xn , the offset updating unit 17 advances the processing to step S3.
As described above, the magnetic measurement data correcting device 1 according to this embodiment, in accordance with the flowchart of FIG. 2 performs the update processing of the offset O n.

また、磁気測定データ処理部18は、方位角計測部3が方位角の算出を行う際、測定データ入力部11が入力する磁気測定データMnに対応したオフセットOを、磁気測定データMから減算する。
そして、磁気測定データ処理部18は、磁気測定データMからオフセットOを減算した結果を、校正した磁気校正データM(Mfx,Mfy,Mfz)として、方位角計測部3に対して出力する。
The magnetic measurement data processing unit 18, when the azimuth measuring unit 3 for calculating the azimuth angle, the offset O n corresponding to the magnetic measurement data Mn measured data input unit 11 inputs, from the magnetic measurement data M n Subtract.
The magnetic measurement data processing unit 18, the result of subtracting the offset O n from magnetometric data M n, calibrated magnetic calibration data M f (M fx, M fy , M fz) as, the azimuth measuring part 3 Output.

上述した本実施形態によれば、前回求めたオフセットOn−1と、現時点で測定した磁気測定データMとを用い、誤差関数eが最小となるように、オフセット残差ηを算出し、このオフセット残差ηと前回求めたオフセットOn−1とを用いてオフセットOを算出するため、磁気測定データMに重畳する磁気ノイズも最小化することが可能となり、従来に比較してより高い精度により、測定される磁気測定データMのオフセットOを求めることができる。 According to the embodiment described above, the offset O n-1 previously obtained, using a magnetic measurement data M n measured at the present time, so that the error function e n is minimized, and calculates an offset residual η the order to calculate the offset O n and offset residual η using the offset O n-1 previously obtained, it is possible to also minimize magnetic noise superimposed on the magnetic measurement data M n, as compared to conventional higher precision Te, it is possible to obtain the offset O n of the magnetic measurement data M n being measured.

また、本実施形態によれば、今回の磁気測定データMからオフセットOを求めるため、前回求めたオフセットOn−1に加算するオフセット残差ηを求める際、誤差関数をどの程度反映させるかの割合を、前回までの測定値を母集団とする共分散行列Pn−1と、現時点の磁気測定データMと、忘却係数ρとにより設定しており、従来のように同一球面上を移動させて複数の磁気測定データMを測定する必要が無いため、新たな磁気測定データMを測定する毎に、前回までのオフセットOn−1から容易に現時点のオフセットOを求めることが可能となり、環境オフセットの変動に対する従性を向上させることができる。 Further, according to this embodiment, since the current of the magnetic measurement data M n seek offset O n, when determining the offset residual η to be added to the offset O n-1 previously obtained, to what extent reflects the error function Is set by the covariance matrix P n−1 having the previous measured values as the population, the current magnetic measurement data M n, and the forgetting factor ρ, the move because there is no need to measure a plurality of magnetometric data M, each time measuring the new magnetic measurement data M n, to obtain the offset O n-1 easily offset O n the current from up to the previous time It becomes possible to improve the compliance with the fluctuation of the environmental offset.

次に、本実施形態の磁気測定データ校正装置1と、特許文献1の第1の手法と、特許文献2の第2の手法との各々により推定したオフセットOの真値との誤差を比較した結果を説明する。
本実施形態による磁気測定データ校正装置1と、第1の手法のアルゴリズムを用いた校正装置#1と、第2の手法のアルゴリズムを用いた校正装置#2との各々を搭載した磁気計測装置を用意した。
そして、磁気計測装置の各々のオフセットを3軸ヘルムホルツコイルにて測定し、それぞれの校正装置が設けられた磁気センサのオフセット調整を行った状態とする。
Next, compared with the magnetic measurement data correcting device 1 of this embodiment, a first method of Patent Document 1, the error between the true value of the offset O n estimated by each of the second technique of Patent Document 2 The results will be described.
A magnetic measurement apparatus equipped with each of the magnetic measurement data calibration apparatus 1 according to the present embodiment, the calibration apparatus # 1 using the algorithm of the first technique, and the calibration apparatus # 2 using the algorithm of the second technique. Prepared.
And each offset of a magnetic measuring device is measured with a triaxial Helmholtz coil, and it is set as the state which performed offset adjustment of the magnetic sensor provided with each calibration device.

次に、磁気測定データ校正装置1と、第1の手法のアルゴリズムを用いた校正装置#1と、第2の手法のアルゴリズムを用いた校正装置#2との各々を搭載した磁気計測装置の各々におけるオフセットの算出処理を行った。
まず、測定する磁気計測装置をオフセットが校正された状態で、3軸ヘルムホルツコイルのステージに静止させてセットする。
そして、地磁気と逆の磁界を発生させて磁界が0となる状態とし、この状態で磁気計測装置を特定の方向に移動させた際に磁気センサに印加される磁界である特定移動磁界を3軸ヘルムホルツコイルに発生させる。
すなわち、3軸ヘルムホルツコイルのステージに静止されてセットされた磁気計測装置に対し、磁気計測装置を移動させたときに磁気センサが検出すると推定される磁界を3軸ヘルムホルツコイルにより印加する。これにより、磁気計測装置を搭載した携帯機器を移動させた状態をシミュレーションすることになる。
Next, each of the magnetic measurement data calibration apparatus 1, the calibration apparatus # 1 using the algorithm of the first technique, and the calibration apparatus # 2 using the algorithm of the second technique are each mounted. An offset calculation process was performed.
First, the magnetic measuring device to be measured is set stationary on the stage of the 3-axis Helmholtz coil with the offset calibrated.
Then, a magnetic field opposite to the geomagnetism is generated so that the magnetic field becomes zero, and a specific moving magnetic field that is a magnetic field applied to the magnetic sensor when the magnetic measuring device is moved in a specific direction in this state is triaxial. Generate in Helmholtz coils.
That is, a magnetic field estimated to be detected by the magnetic sensor when the magnetic measurement device is moved is applied to the magnetic measurement device set stationary on the stage of the three-axis Helmholtz coil by the three-axis Helmholtz coil. Thereby, the state which moved the portable equipment carrying a magnetic measuring device is simulated.

本実施形態において、上述した3軸ヘルムホルツコイルを用いた携帯機器の移動のシミュレーションとしては、例えば8の字を描く移動を行わせた第1のシミュレーションと、斜め方向に移動させた第2のシミュレーションとを行った。この斜め方向とは、地表面に垂直な軸に対して角度を有する方向を指している。
このシミュレーションの際、地磁気と逆の磁界と特定移動磁界とのみでなく、ある一方向の決められた大きさの特定方向の磁界を仮想オフセットとする磁界(あたかも環境オフセットが存在するようにする仮想的なオフセット磁界)を、地磁気と逆の磁界と特定移動磁界とに対して合成した合成磁界を印加した。
そして、上述した合成磁界を印加し、各磁気計測装置の出力を計測した。このとき、合成磁界の磁界変化を検知し、正常に校正が行われた場合、磁気計測装置における校正装置がオフセット磁界を、携帯機器内部のオフセットとして判定する。このため、磁気計測装置は、オフセット磁界と携帯機器内部のオフセットを磁気測定データから減算して出力することになる。
In this embodiment, as a simulation of the movement of the portable device using the above-described three-axis Helmholtz coil, for example, a first simulation in which a movement for drawing a figure 8 is performed, and a second simulation in which the movement is performed in an oblique direction. And went. The oblique direction refers to a direction having an angle with respect to an axis perpendicular to the ground surface.
In this simulation, not only the magnetic field opposite to the geomagnetism and the specific moving magnetic field, but also a magnetic field having a specific direction of a certain direction in a certain direction as a virtual offset (as if an environmental offset exists) A combined magnetic field obtained by combining a magnetic field opposite to the geomagnetic field and a specific moving magnetic field.
And the synthetic magnetic field mentioned above was applied and the output of each magnetic measuring device was measured. At this time, when the magnetic field change of the synthetic magnetic field is detected and the calibration is normally performed, the calibration device in the magnetic measurement device determines the offset magnetic field as the offset inside the portable device. For this reason, the magnetic measurement device subtracts the offset magnetic field and the offset inside the portable device from the magnetic measurement data and outputs the result.

したがって、上述した校正処理を磁気計測装置に対して行わせた後、地磁気と逆の磁界とオフセット磁界との合成磁界を印加した状態における磁気計測装置の出力する磁気測定データM(Mx,My,Mz)は0となる。
上述した実験において、X、Y及びZ軸方向の各々の測定軸に対し、それぞれオフセット磁界として10μT(マイクロテスラ)を用いた。
また、地磁気と逆の磁界とオフセット磁界との合成磁界を印加した状態における磁気計測装置の出力する各測定軸の磁気データの2乗を加算し、加算結果の平方根をオフセット推定誤差として計算した。このオフセット推定誤差は0に近くなるほど、校正装置の算出したオフセットが真値に近いことを示すことになる。
図3に本実施形態における実験の結果を示す。この図3は、本実施形態による磁気測定データ校正装置1、校正装置#1及び校正装置#2に対し、磁気と逆の磁界と、特定移動磁界(8の字状の移動と斜め方向の移動)と、オフセット磁界との合成磁界を印加し、計測したオフセット推定誤差を示すテーブルである。
Therefore, after the calibration process described above is performed on the magnetic measurement device, the magnetic measurement data M (Mx, My, and M) output from the magnetic measurement device in a state where a combined magnetic field of the magnetic field opposite to the geomagnetism and the offset magnetic field is applied. Mz) is zero.
In the experiment described above, 10 μT (micro Tesla) was used as the offset magnetic field for each measurement axis in the X, Y, and Z axis directions.
In addition, the square of the magnetic data of each measurement axis output from the magnetic measurement device in a state where a magnetic field opposite to the geomagnetism and the offset magnetic field is applied is added, and the square root of the addition result is calculated as an offset estimation error. The closer this offset estimation error is to 0, the closer the offset calculated by the calibration apparatus is to the true value.
FIG. 3 shows the result of the experiment in this embodiment. FIG. 3 shows a magnetic field opposite to magnetism and a specific moving magnetic field (eight-shaped movement and diagonal movement) with respect to the magnetic measurement data calibration apparatus 1, the calibration apparatus # 1, and the calibration apparatus # 2 according to the present embodiment. ) And an offset magnetic field applied to the offset magnetic field, and measured offset estimation error.

図3に示されているように、携帯機器を8の字状に移動させた第1の状態、斜め方向に移動させた第2の状態のいずれの場合でも、本実施形態における磁気測定データ校正装置1によるオフセットが真値に近いことが、すなわち算出されるオフセットOが実際のオフセットに近い結果が得られた。
斜め方向に移動させる第2の状態の場合、本実施形態においては第1の状態の場合と差がないが、校正装置#1及び#2においては第1の状態に対し、算出されるオフセットの算出精度が低下している。特に、校正装置#2は、17.32=(10+10+101/2であるため、そもそもオフセットの推定自体が行われていないことが判る。
上述した図3の結果から、本実施形態によれば、磁気測定データの校正に必要な携帯機器の移動を最小限にすることができ、かつ従来の手法に比較してオフセットの推定精度を向上させることができる。
As shown in FIG. 3, the magnetic measurement data calibration in this embodiment is performed in either the first state where the portable device is moved in the shape of figure 8 or the second state where the portable device is moved in an oblique direction. The result that the offset by the apparatus 1 is close to the true value, that is, the calculated offset O is close to the actual offset was obtained.
In the case of the second state that is moved in the oblique direction, there is no difference from the case of the first state in the present embodiment, but in the calibration devices # 1 and # 2, the calculated offset is compared with the first state. Calculation accuracy is low. In particular, the calibration apparatus # 2 is 17.32 = (10 2 +10 2 +10 2 ) 1/2 , and thus it can be understood that the offset estimation itself is not performed.
From the result of FIG. 3 described above, according to the present embodiment, the movement of the portable device necessary for the calibration of the magnetic measurement data can be minimized, and the offset estimation accuracy is improved as compared with the conventional method. Can be made.

<第2の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。図4は、この発明の第2の実施形態による磁気測定データ校正装置1を用いた方位角計測装置の構成例を示す概略ブロック図である。この方位各計測装置は、第1の実施形態と同様に、携帯機器などに搭載される。
本実施形態の方位計測装置は、磁気測定データ校正装置1、磁気センサ2及び方位角計測部3から構成されている。図4において、第1の実施形態と同様の構成には同一の符号を付してある。第1の実施形態と異なる点は、磁気測定データ校正装置1に対して、新たに磁気測定データ判定部19が設けられていることである。以下、第1の実施形態と異なる構成と動作のみを説明する。
<Second Embodiment>
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic block diagram showing a configuration example of an azimuth measuring device using the magnetic measurement data calibration device 1 according to the second embodiment of the present invention. Each azimuth measuring device is mounted on a portable device or the like as in the first embodiment.
The azimuth measuring apparatus according to this embodiment includes a magnetic measurement data calibration apparatus 1, a magnetic sensor 2, and an azimuth measuring unit 3. In FIG. 4, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The difference from the first embodiment is that a magnetic measurement data determination unit 19 is newly provided for the magnetic measurement data calibration apparatus 1. Only the configuration and operation different from those of the first embodiment will be described below.

磁気測定データ判定部19は、前回オフセットOn−1を算出した磁気測定データMn−1、現時点で測定された磁気測定データMとの距離dを算出する。この距離dは、すでに説明したように、磁気センサ2のX軸、Y軸及びZ軸方向の各々の測定軸で構成される3次元空間(磁界3次元空間)に磁気測定データM及びMn−1を配置した際の、それぞれの座標値の距離である。
また、磁気測定データ判定部19は、算出した距離dが予め設定した閾値dを超えない場合、磁気測定データ校正装置1において、新たな磁気測定データMによるオフセットOの算出を行わない制御を行う。この場合、記憶部14に記憶されるデータは、磁気測定データMn−1において算出された数値が、書き換えられずにそのまま記憶されることになる。
The magnetic measurement data determination unit 19 calculates the distance d between the magnetic measurement data M n -1 for which the previous offset On -1 was calculated and the magnetic measurement data M n measured at the present time. As already described, the distance d is obtained by measuring the magnetic measurement data M n and M in a three-dimensional space (magnetic field three-dimensional space) constituted by the measurement axes in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of the magnetic sensor 2. It is the distance of each coordinate value when n-1 is arranged.
The magnetic measurement data determining section 19, if the calculated distance d does not exceed the threshold value d s set in advance, the magnetic measurement data correcting device 1 does not perform the calculation of the offset O n by new magnetometric data M n Take control. In this case, the data stored in the storage unit 14 is stored as it is without rewriting the numerical value calculated in the magnetic measurement data M n−1 .

ここで、閾値dは、以下のように設定されている。すなわち、閾値dは磁気センサ2の測定における測定ノイズに対応した数値で決定される。磁気データを測定するX軸、Y軸及びZ軸方向の各測定軸の測定ノイズを、それぞれ測定ノイズv、v、zとすると、静止状態においても、時系列に磁気センサ2において測定される磁気測定データ間の距離は、0とはならない。
方位計測装置を静止状態とし、X軸、Y軸及びZ軸方向の各測定軸の磁気測定データの変動幅を予め測定し、この変動幅を含む範囲を測定ノイズv、v、zとする。
Here, the threshold value d s is set as follows. That is, the threshold value d s is determined by a numerical value corresponding to the measurement noise in the measurement of the magnetic sensor 2. When the measurement noise of each measurement axis in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions for measuring magnetic data is measurement noise v x , v y , z v , the magnetic sensor 2 measures in time series even in a stationary state. The distance between the magnetic measurement data to be performed is not zero.
With the azimuth measuring device in a stationary state, the fluctuation width of the magnetic measurement data of each measurement axis in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions is measured in advance, and the range including this fluctuation width is measured as noises v x , v y , z v And

したがって、以下に示す(11)式により、閾値dが求められている。この閾値dは予め記憶部14に書き込まれ記憶されている。ここで、閾値dは、測定ノイズのベクトル(v、v、z)の長さ、すなわち磁気センサ2の測定軸で構成される3次元空間の原点と、測定ノイズv、v、zの座標値との距離で設定されている。
例えば、X軸、Y軸及びZ軸方向の各測定軸の測定ノイズの標準偏差が1μTである磁気センサを用いた場合、(11)式により求められる変動幅は最大で4.5μTである。この場合、閾値dsを5μTとして設定する。
また、測定データ入力部11は、オフセットOが求められた後、磁気測定データMを記憶部14に書き込んで記憶させる。
Therefore, the threshold value d s is obtained by the following equation (11). This threshold value d s is written and stored in the storage unit 14 in advance. Here, the threshold value d s is the length of the measurement noise vector (v x , v y , z v ), that is, the origin of the three-dimensional space constituted by the measurement axes of the magnetic sensor 2, and the measurement noise v x , v y, is set at a distance between the coordinate values of z v.
For example, when a magnetic sensor having a standard deviation of measurement noise of 1 μT on each measurement axis in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions is used, the fluctuation range obtained by equation (11) is 4.5 μT at the maximum. In this case, the threshold value ds is set as 5 μT.
The measurement data input unit 11, after the offset O n is determined, and stores write magnetic measurement data M n in the storage unit 14.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

次に、図4及図5を用いて、本実施形態の磁気測定データ校正装置1における磁気測定データの校正を行う処理について説明する。図5は、本実施形態における磁気センサ2が検出した磁気測定データMを校正する処理の動作例を示すフローチャートである。
図5におけるステップS1からS7は、図2におけるステップS1からS7と同様である。以下、第1の実施形態の図2におけるフローチャートと異なる点のみを説明する。
ステップS3において、磁気測定データMを読み込んだ後、測定データ入力部11は、処理をステップS13へ進める。
Next, processing for calibrating magnetic measurement data in the magnetic measurement data calibration apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing an operation example of processing for calibrating the magnetic measurement data M detected by the magnetic sensor 2 in the present embodiment.
Steps S1 to S7 in FIG. 5 are the same as steps S1 to S7 in FIG. Only differences from the flowchart in FIG. 2 of the first embodiment will be described below.
In step S3, after reading the magnetic measurement data M n , the measurement data input unit 11 advances the processing to step S13.

ステップS13:
磁気測定データ判定部19は、測定データ入力部11から磁気測定データMが供給されると、閾値dと、前回オフセットOn−1の算出に用いた磁気測定データMn−1とを記憶部14から読み出す。
次に、磁気測定データ判定部19は、供給された磁気測定データMと、記憶部14から読み出した磁気測定データMn−1との距離dを算出する。
そして、磁気測定データ判定部19は、算出した距離dと、記憶部14から読み出した閾値dとを比較する。
このとき、磁気測定データ判定部19は、距離dが閾値d以上の場合、処理をステップS4へ進め、一方、距離dが閾値d未満の場合、処理をステップS14へ進める。
Step S13:
Magnetic measurement data determining section 19, the magnetic measurement data M n is supplied from the measurement data input unit 11, a threshold d s, and a magnetic measurement data M n-1 used to calculate the previous offset O n-1 Read from the storage unit 14.
Next, the magnetic measurement data determination unit 19 calculates a distance d between the supplied magnetic measurement data M n and the magnetic measurement data M n−1 read from the storage unit 14.
Then, the magnetic measurement data determination unit 19 compares the calculated distance d with the threshold value d s read from the storage unit 14.
At this time, when the distance d is greater than or equal to the threshold value d s , the magnetic measurement data determination unit 19 proceeds to step S4. On the other hand, when the distance d is less than the threshold value d s , the process proceeds to step S14.

ステップS14:
磁気測定データ判定部19は、オフセットOの算出の処理を磁気測定データ校正装置1に行わせず、記憶部14に記憶された数値をそのままとし、処理をステップS3へ進める。
Step S14:
Magnetic measurement data determination unit 19 does not perform the processing for calculating the offset O n on the magnetic measurement data correcting device 1, the values stored in the storage unit 14 as it is, the process proceeds to step S3.

上述した構成により、本実施形態においては、同一あるいは同様の磁気測定データ、すなわち距離が小さな磁気測定データにおいて、オフセットを算出する計算を繰り返すことにより、オフセットを大きく推定する、すなわち磁気測定データが全てオフセットであると判定してしまう第1の実施形態の欠点を解消することが可能である。   With the configuration described above, in the present embodiment, the same or similar magnetic measurement data, that is, magnetic measurement data with a short distance, is repeatedly estimated to calculate the offset by repeating the calculation to calculate the offset, that is, all the magnetic measurement data is It is possible to eliminate the disadvantage of the first embodiment that determines that the offset is present.

<第3の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。図6は、この発明の第3の実施形態による磁気測定データ校正装置1を用いた方位角計測装置の構成例を示す概略ブロック図である。この方位各計測装置は、第2の実施形態と同様に、携帯機器などに搭載される。
本実施形態の方位計測装置は、磁気測定データ校正装置1、磁気センサ2及び方位角計測部3から構成されている。図6において、第2の実施形態と同様の構成には同一の符号を付してある。第2の実施形態と異なる点は、磁気測定データ校正装置1に対して、新たにオフセット有効性判定部10が設けられていることである。以下、第2の実施形態と異なる構成と動作のみを説明する。
<Third Embodiment>
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic block diagram showing a configuration example of an azimuth measuring device using the magnetic measurement data calibration device 1 according to the third embodiment of the present invention. Each azimuth measuring device is mounted on a portable device or the like as in the second embodiment.
The azimuth measuring apparatus according to this embodiment includes a magnetic measurement data calibration apparatus 1, a magnetic sensor 2, and an azimuth measuring unit 3. In FIG. 6, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals. The difference from the second embodiment is that an offset validity determination unit 10 is newly provided for the magnetic measurement data calibration apparatus 1. Only the configuration and operation different from those of the second embodiment will be described below.

オフセット有効性判定部10は、磁気センサ2から読み込んだ磁気測定データMから求めたオフセットOが有効か否かの判定を行い、オフセットOが有効でないと判定した場合、前回求めたオフセットOn−1を新たなオフセットOとして用いる。
また、記憶部14には、データバッファが設けられており、16組から32組の磁気測定データMがこのデータバッファに書き込まれて記憶されている。例えば、16組の磁気測定データの組が記憶されている場合、磁気測定データMからM16までの磁気測定データがデータバッファに記憶されることになる。
Offset validity judging unit 10, a determination is offset O n determined from magnetic measurement data M n read from the magnetic sensor 2 is whether valid or, if it is determined that the offset O n is not valid, the offset previously obtained the O n-1 is used as a new offset O n.
The storage unit 14 is provided with a data buffer, and 16 to 32 sets of magnetic measurement data M are written and stored in the data buffer. For example, when 16 sets of magnetic measurement data are stored, the magnetic measurement data from the magnetic measurement data M 1 to M 16 are stored in the data buffer.

ここで、オフセット有効性判定部10は、磁気測定データ判定部19において、距離dが予め設定した閾値dを超えた磁気測定データMを、上述したデータバッファに書き込んで記憶させる。このとき、オフセット有効性判定部10は、データバッファにおける最も古い磁気測定データに、新たな磁気測定データMを上書きする。すなわち、オフセット有効性判定部10は、磁気測定データ判定部19がオフセット計算をして更新すると判定された磁気測定データのみをデータに書き込んで記憶させる。本実施形態における距離も、第2実施形態で示した磁気センサ2のX軸、Y軸及びZ軸方向の各々の測定軸で構成される3次元空間における距離である。 Here, the offset validity determination unit 10 causes the magnetic measurement data determination unit 19 to write and store the magnetic measurement data M n in which the distance d exceeds the preset threshold d s in the above-described data buffer. At this time, the offset validity determination unit 10 overwrites the newest magnetic measurement data M n on the oldest magnetic measurement data in the data buffer. That is, the offset validity determination unit 10 writes and stores only the magnetic measurement data determined to be updated by the magnetic measurement data determination unit 19 by calculating the offset. The distance in this embodiment is also a distance in a three-dimensional space constituted by the measurement axes in the X axis, Y axis, and Z axis directions of the magnetic sensor 2 shown in the second embodiment.

また、オフセット有効性判定部10は、記憶部14からオフセットOn−1と、全磁力Rn−1とを読み出し、このオフセットのベクトルをO(O1x,O1y,O1z)とし、全磁力をRとする。
オフセット有効性判定部10は、以下の(12)式により、データバッファに記憶されている磁気測定データMからMの各々に対応する距離d1nを算出する。
Further, the offset validity judging unit 10 from the storage unit 14 and the offset O n-1, reads out the total magnetic R n-1, vector O 1 of the offset (O 1x, O 1y, O 1z) and, Let R 1 be the total magnetic force.
The offset validity determination unit 10 calculates the distance d 1n corresponding to each of the magnetic measurement data M 1 to M n stored in the data buffer by the following equation (12).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

すなわち、オフセット有効性判定部10は、磁気測定データM毎に、磁気データMからオフセットO1xを減算した結果を二乗し、磁気データMyからオフセットO1yを減算した結果を二乗し、磁気データMからオフセットO1zを減算した結果を二乗する。
そして、オフセット有効性判定部10は、それぞれ二乗した結果を加算し、加算結果の平方根を算出することで、距離d1nを求める。ここで、オフセット有効性判定部10は、磁気測定データM1からMnの各々に対応し、距離d11からd1nの各々を求める。
また、オフセット有効性判定部10は、以下の(13)式により、評価値G1を算出する。
That is, for each magnetic measurement data M, the offset validity determination unit 10 squares the result of subtracting the offset O 1x from the magnetic data M x and squares the result of subtracting the offset O 1y from the magnetic data My. The result of subtracting the offset O 1z from M z is squared.
And the offset effectiveness determination part 10 calculates | requires the distance d1n by adding the squared result, and calculating the square root of an addition result. Here, the offset validity judging section 10 corresponds to each of Mn from the magnetic measurement data M1, obtains each d 1n from the distance d 11.
Moreover, the offset validity determination part 10 calculates evaluation value G1 by the following (13) Formula.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

すなわち、オフセット有効性判定部10は、距離d11からd1nの各々から、それぞれ全磁力Rを減算し、減算結果毎に二乗して、減算結果の二乗の総和を求めるため、全ての二乗結果を加算し、加算結果である二乗の総和を評価値G1とする。
また、オフセット有効性判定部10は、磁気センサ2から読み込んだ磁気測定データMnから求めたオフセットOnのオフセットのベクトルをO(O2x,O2y,O2z)とし、このベクトルO(O2x,O2y,O2z)と、磁気測定データMnとから新たに全磁力R2を求める。
そして、オフセット有効性判定部10は、以下の(14)式により、データバッファに記憶されている磁気測定データMからMの各々に対応する距離d2nを算出する。
That is, the offset validity determination unit 10 subtracts the total magnetic force R 1 from each of the distances d 11 to d 1n and squares each subtraction result to obtain the sum of the squares of the subtraction results. The results are added, and the sum of the squares as the addition result is set as the evaluation value G1.
Further, the offset validity determination unit 10 sets the offset vector of the offset On obtained from the magnetic measurement data Mn read from the magnetic sensor 2 as O 2 (O 2x , O 2y , O 2z ), and this vector O 2 (O 2x , O 2y , O 2z ) and the magnetic measurement data Mn, the total magnetic force R2 is newly obtained.
Then, the offset validity determination unit 10 calculates the distance d 2n corresponding to each of the magnetic measurement data M 1 to M n stored in the data buffer by the following equation (14).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

すなわち、オフセット有効性判定部10は、磁気測定データM毎に、磁気データMからオフセットO2xを減算した結果を二乗し、磁気データMからオフセットO2yを減算した結果を二乗し、磁気データMからオフセットO2zを減算した結果を二乗する。
そして、オフセット有効性判定部10は、それぞれ二乗した結果を加算し、加算結果の平方根を算出することで、距離d2nを求める。ここで、オフセット有効性判定部10は、磁気測定データM1からMnの各々に対応し、距離d21からd2nの各々を求める。
また、オフセット有効性判定部10は、以下の(15)式により、評価値G2を算出する。
That is, the offset validity judging unit 10, for each magnetic measuring data M, squares the result of subtracting the offset O 2x from the magnetic data M x, squares the result of the offset O 2y subtracted from the magnetic data M y, magnetic The result of subtracting the offset O 2z from the data M z is squared.
Then, the offset validity determination unit 10 adds the squared results and calculates the square root of the addition result to obtain the distance d 2n . Here, the offset validity judging section 10 corresponds to each of Mn from the magnetic measurement data M1, obtains each d 2n from the distance d 21.
Further, the offset validity determination unit 10 calculates the evaluation value G2 by the following equation (15).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

すなわち、オフセット有効性判定部10は、距離d21からd2nの各々から、それぞれ全磁力Rを減算し、減算結果毎に二乗して、減算結果の二乗の総和を求めるため、全ての二乗結果を加算し、加算結果である二乗の総和を評価値G2とする。
評価値G1及びG2を算出すると、オフセット有効性判定部10は、この評価値G1と評価値G2の比較を行う。
このとき、オフセットOと全磁力Rとが真値になっている場合、評価値G1が真値であり、オフセットOと全磁力Rとが真値になっている場合、評価値G2が真値である。すなわち、オフセットOと全磁力Rとが真値に近くなるほど評価値G1が小さくなり、また、オフセットOと全磁力Rとが真値に近くなるほど評価値G2が小さくなると考えられる。
That is, the offset validity determination unit 10 subtracts the total magnetic force R 2 from each of the distances d 21 to d 2n and squares each subtraction result to obtain the sum of the squares of the subtraction results. The results are added, and the sum of squares as the addition result is set as an evaluation value G2.
When the evaluation values G1 and G2 are calculated, the offset validity determination unit 10 compares the evaluation value G1 and the evaluation value G2.
At this time, when the offset O 1 and the total magnetic force R 1 are true values, the evaluation value G 1 is a true value, and when the offset O 2 and the total magnetic force R 2 are true values, the evaluation value G2 is a true value. That is, it is considered that the evaluation value G1 becomes smaller as the offset O 1 and the total magnetic force R 1 become closer to the true value, and the evaluation value G2 becomes smaller as the offset O 2 and the total magnetic force R 2 become closer to the true value.

したがって、オフセット有効性判定部10は、評価値G1及びG2を比較し、評価値G2が評価値G1未満である(G2<G1)場合、新たに算出されたオフセットO及び全磁力Rが前回算出したオフセットOn−1及び全磁力Rn−1より真値に近いと判定する。
一方、オフセット有効性判定部10は、評価値G2が評価値G1以上である(G2≧G1)場合、前回算出したオフセットOn−1及び全磁力Rn−1が新たに算出されたオフセットO及び全磁力Rより真値に近いか、あるいは同様と判定する。
Therefore, the offset validity judging unit 10 compares the evaluation values G1 and G2, evaluation value G2 is smaller than the evaluation value G1 (G2 <G1) when the offset O n and total magnetic R n newly calculated It is determined that the value is closer to the true value than the previously calculated offset On -1 and total magnetic force Rn -1 .
On the other hand, when the evaluation value G2 is equal to or greater than the evaluation value G1 (G2 ≧ G1), the offset effectiveness determination unit 10 calculates the offset O n−1 calculated previously and the offset O newly calculated from the total magnetic force R n−1. determining from the n and the total force R n or close to the true value, or similar to.

ここで、オフセット有効性判定部10は、G2<G1の場合、新たに算出されたオフセットO及び全磁力Rを、磁気測定データ処理部18へ出力するとともに、オフセットを更新することを示す制御信号を、オフセット更新部17に対して出力する。
オフセット更新部17は、前回算出したオフセットOn−1を更新することを示す制御情報が供給されると、記憶部14に記憶されているオフセットOn−1対して、新たに算出されたオフセットOを上書きする。これにより、記憶部14には最新のオフセットOが保持される。
また、オフセット有効性判定部10は、G2≧G1の場合、記憶部14に記憶されているオフセットの値と全磁力Rとを、磁気測定データ処理部18へ出力するとともに、オフセットを更新しないことを示す制御信号を、オフセット更新部17に対して出力する。
オフセット更新部17は、オフセットを更新しないことを示す制御情報が供給されると、記憶部14に記憶されている前回算出したオフセットOn−1を上書きせず、前回算出したオフセットOn−1の値の更新処理を行わない。これにより、記憶部14には、最新のオフセットとして、前回算出したオフセットOn−1と同じ値のオフセットOが保持される。
Here, the offset validity judging unit 10, when the G2 <G1, the offset O n and the total force R n are newly calculated, and outputs to the magnetic measurement data processing unit 18, indicating that updating the offset The control signal is output to the offset update unit 17.
When the offset update unit 17 is supplied with control information indicating that the previously calculated offset On -1 is updated, the offset update unit 17 newly calculates the offset On -1 stored in the storage unit 14. to override the O n. Thus, the latest offset O n is held in the storage unit 14.
Further, when G2 ≧ G1, the offset validity determination unit 10 outputs the offset value and the total magnetic force R stored in the storage unit 14 to the magnetic measurement data processing unit 18 and does not update the offset. Is output to the offset update unit 17.
Offset updating unit 17, when the control information indicating that no update the offset is supplied, without overwriting the offset O n-1 calculated last time is stored in the storage unit 14, an offset O n-1 previously calculated Do not update the value of. Thus, the storage unit 14, as the latest offset, the offset O n of the same value is maintained offset O n-1 previously calculated.

次に、図6及図7を用いて、本実施形態の磁気測定データ校正装置1における磁気測定データの校正を行う処理について説明する。図7は、本実施形態における磁気センサ2が検出した磁気測定データMを校正する処理の動作例を示すフローチャートである。
図7におけるステップS1からS7とステップS13及びS13とは、図5におけるステップS1からS7とステップS13及びS14と同様である。以下、第2の実施形態の図5におけるフローチャートと異なる点のみを説明する。
ステップS7において、オフセット更新部17は、ベクトルxを算出した後、処理をステップS15へ進める。
Next, a process for calibrating magnetic measurement data in the magnetic measurement data calibration apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart showing an operation example of processing for calibrating the magnetic measurement data M detected by the magnetic sensor 2 in the present embodiment.
Steps S1 to S7 and steps S13 and S13 in FIG. 7 are the same as steps S1 to S7 and steps S13 and S14 in FIG. Only the differences from the flowchart in FIG. 5 of the second embodiment will be described below.
In step S7, the offset updating unit 17 calculates the vector xn, and then advances the processing to step S15.

ステップS15:
次に、オフセット有効性判定部10は、記憶部14に記憶されている磁気測定データMからMと、前回算出されて記憶されたオフセットOn−1(O)を読み出し、磁気データM毎に、上述した(12)式により距離d1nを算出する。
そして、オフセット有効性判定部10は、記憶部14に記憶されている磁気測定データMn−1とオフセットOn−1とを読み出し、(1)式により全磁力Rを算出する。
これにより、オフセット有効性判定部10は、算出した磁気データ毎の距離d1nと、全磁力Rとから、(13)式により評価値G1の算出を行い、処理をステップS16へ進める。
Step S15:
Next, the offset validity determination unit 10 reads the magnetic measurement data M 1 to M n stored in the storage unit 14 and the offset O n−1 (O 1 ) calculated and stored last time, and stores the magnetic data. For each M, the distance d 1n is calculated by the above-described equation (12).
Then, the offset validity judging unit 10 reads out the magnetic measurement data M n-1 in the memory 14 is stored with offset O n-1, it calculates the total magnetic R 1 by (1).
Thereby, the offset validity determination unit 10 calculates the evaluation value G1 from the calculated distance d 1n for each magnetic data and the total magnetic force R 1 according to the equation (13), and advances the processing to step S16.

ステップS16:
次に、オフセット有効性判定部10は、記憶部14に記憶されている磁気測定データMからMと、今回算出されて記憶されたオフセットO(O)を読み出し、磁気データM毎に、上述した(14)式により距離d2nを算出する。
そして、オフセット有効性判定部10は、記憶部14に記憶されている磁気測定データMとオフセットOとを読み出し、(1)式により全磁力Rを算出する。
これにより、オフセット有効性判定部10は、算出した磁気データ毎の距離d2nと、全磁力Rとから、(15)式により評価値G2の算出を行い、処理をステップS17へ進める。
Step S16:
Next, the offset validity judging unit 10, a M n from magnetometric data M 1 stored in the storage unit 14, reads the offset O n stored is calculated this time (O 2), each magnetic data M Then, the distance d 2n is calculated by the above-described equation (14).
Then, the offset validity judging unit 10 reads the magnetic measurement data M n stored in the storage unit 14 and the offset O n, calculates the total magnetic R 2 by (1).
Thereby, the offset validity determination unit 10 calculates the evaluation value G2 from the calculated distance d 2n for each magnetic data and the total magnetic force R 2 by the equation (15), and advances the processing to step S17.

ステップS17:
次に、オフセット有効性判定部10は、算出した評価値G1とG2とを比較し、評価値G2が評価値G1未満であるか否かの判定を行う。
このとき、オフセット有効性判定部10は、評価値G2が評価値G1未満である場合、処理をステップS18へ進め、一方、評価値G2が評価値G1以上である場合、処理をステップS19へ進める。
Step S17:
Next, the offset validity determination unit 10 compares the calculated evaluation values G1 and G2, and determines whether or not the evaluation value G2 is less than the evaluation value G1.
At this time, if the evaluation value G2 is less than the evaluation value G1, the offset validity determination unit 10 advances the process to step S18. On the other hand, if the evaluation value G2 is equal to or higher than the evaluation value G1, the process advances to step S19. .

ステップS18:
評価値G2が評価値G1未満である場合、今回求めたオフセットOが前回記憶部14にオフセットとして書き込まれて記憶されたオフセットOn−1より真値に近いため、オフセット有効性判定部10は、今回求めたオフセットOを更新しないことを判定する。
そして、オフセット有効性判定部10は、記憶部14に記憶されているオフセットの値を更新することを示す制御信号を、オフセット更新部17に対して出力する。
この更新を行うことを示す制御情報が供給されると、オフセット更新部17は、記憶部14に記憶されているオフセットに対し、今回求めたオフセットOを上書きし、オフセットの値の更新を行う。
そして、オフセット更新部17は、処理をステップS3へ進める。
Step S18:
If the evaluation value G2 is smaller than the evaluation value G1, since the offset O n the currently obtained is close to the true value than the offset O n-1, which is stored is written as an offset to the previous memory section 14, an offset validity judging section 10 determines that you do not want to update the offset O n found this time.
Then, the offset validity determination unit 10 outputs a control signal indicating that the offset value stored in the storage unit 14 is updated to the offset update unit 17.
When the control information indicating that performing this update is supplied, the offset updating unit 17, with respect to the offset stored in the storage unit 14 overwrites the offset O n found this time to update the value of the offset .
And the offset update part 17 advances a process to step S3.

ステップS19:
評価値G2が評価値G1以上である場合、今回求めたオフセットOに対して、前回記憶部14にオフセットとして書き込まれて記憶されたオフセットOn−1の方が真値に近いため、オフセット有効性判定部10は、前回書き込まれたオフセットの値を維持したまま更新することを示す制御信号を、オフセット更新部17へ出力する。
この更新を行わないことを示す制御情報が供給されると、オフセット更新部17は、記憶部14に記憶されているオフセットO、前回のオフセットOn−1の値を維持したまま上書し、オフセットの値の更新を行う。
そして、オフセット更新部17は、処理をステップS3へ進める。
Step S19:
If the evaluation value G2 is rated value G1 or more, with respect to the offset O n found this time, since towards the offset O n-1 previously stored in the storage unit 14 is written as an offset is close to the true value, the offset The validity determination unit 10 outputs to the offset update unit 17 a control signal indicating that updating is performed while maintaining the previously written offset value.
When the control information indicating that this update is not performed is supplied, the offset updating unit 17 overwrites the offset O stored in the storage unit 14 while maintaining the previous offset On -1 value. Update the offset value.
And the offset update part 17 advances a process to step S3.

上述したように、本実施形態によれば、オフセットOの算出に使用可能と判定された磁気測定データMが供給される毎に、オフセットOnを算出して、前回有効と判定されて記憶部14に記憶されているオフセットOn−1といずれが真値に近いかを評価値G1とG2とにより比較し、より真値に近いオフセットを選択し、選択したオフセットを記憶部14に保持するため、常に最も真値に近いと推定されるオフセットOを磁気データMの校正に用いることができ、精度の高い磁気データの校正が行えることになる。   As described above, according to the present embodiment, every time the magnetic measurement data M determined to be usable for calculating the offset O is supplied, the offset On is calculated, and the storage unit 14 is determined to be valid last time. Are compared with the offset value On-1 stored in the evaluation value G1 and G2, which are closer to the true value, select an offset closer to the true value, and hold the selected offset in the storage unit 14. The offset O, which is always estimated to be closest to the true value, can be used for the calibration of the magnetic data M, and the magnetic data can be calibrated with high accuracy.

<RLS法によりオフセットが最尤推定値として得られることの説明>
以下に、RLS法を用いた場合、共分散行列を用いて最新の磁気測定データMを用いてオフセットOを更新する、すなわちオフセットのベクトルxを更新ことで、常にオフセットOの最尤値(最尤推定値)を得ることができることの説明を行う。
まず、磁気測定データM(Mxn,Myn,Mzn)から、以下の(16)式を定義する。
<Explanation that offset is obtained as maximum likelihood estimate by RLS method>
In the following, when the RLS method is used, the offset O is updated using the latest magnetic measurement data M using the covariance matrix, that is, the offset vector x is always updated, so that the maximum likelihood value of the offset O (maximum value) is always obtained. The likelihood that the likelihood estimate) can be obtained will be described.
First, the following expression (16) is defined from the magnetic measurement data M n (M xn , M yn , M zn ).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

一般的な最小二乗法によれば、現時点までに測定した磁気測定データMからMを用い、以下に示す(17)式の評価関数Jを最小とするオフセットのベクトルxを算出することになる。 According to a general least square method, using the magnetic measurement data M 1 to M n measured up to the present time, the offset vector x that minimizes the evaluation function J 1 of the following equation (17) is calculated. become.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

次に、(18)式に示すように、ベクトルzの転置行列z を要素とする列行列Zと、(16)式のベクトルyを要素とする列行列Yとを定義する。 Next, as shown in the equation (18), a column matrix Z n whose elements are the transposed matrix z n T of the vector z n and a column matrix Y n whose elements are the vectors y n of the equation (16) are defined. To do.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(18)式の列行列ZとYとを用いることにより、(17)式が以下に示す(19)式のように変形することができる。 By using the column matrices Z n and Y n of the above equation (18), the equation (17) can be transformed into the following equation (19).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(19)式は、(18)式から判るように、磁気測定データMからMまで、すなわち現在までに測定した全ての磁気測定データの要素が含まれている。 As can be seen from the equation (18), the above equation (19) includes elements of all the magnetic measurement data measured from the magnetic measurement data M 1 to M n , that is, the present.

次に、重み付け係数Wnを要素とする行列、すなわち重み付け行列Wnを以下の(20)式のように定義する。   Next, a matrix having the weighting coefficient Wn as an element, that is, a weighting matrix Wn is defined as the following equation (20).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

そして、この重み付け行列Wと、列行列Y及びZとを用いて、評価関数Jを以下の(21)式として示す。 Then, using this weighting matrix W n and the column matrices Y n and Z n , the evaluation function J 2 is shown as the following equation (21).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

(20)式に示すように、重み付け行列Wnは、磁気測定データM毎を計算に用いる際の重み付け、すなわち特定の磁気測定データMの影響度を高くするために導入している。この重み付け行列Wが単位行列であるならば、評価関数Jはすでに示した(17)式による評価関数Jと同一の評価値(J=J)を求める最小二乗法になる。 As shown in the equation (20), the weighting matrix Wn is introduced in order to increase the weight when using each magnetic measurement data M for calculation, that is, the degree of influence of the specific magnetic measurement data M. If this weighting matrix W n is a unit matrix, the evaluation function J 2 is a least square method for obtaining the same evaluation value (J 2 = J 1 ) as the evaluation function J 1 according to the equation (17) already shown.

ここで、(21)式の評価関数J2が最小となるオフセットのベクトルxは、以下の(22)式に示すものとなる。   Here, the offset vector x that minimizes the evaluation function J2 in the equation (21) is expressed by the following equation (22).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(22)式を(21)式に代入すると、(21)式の評価関数Jが最小、すなわちJ=0となるため、(22)式が最尤推定値のベクトルxを示していることが判る。 When the above equation (22) is substituted into the equation (21), the evaluation function J 2 of the equation (21) is minimum, that is, J 2 = 0, so that the equation (22) indicates the vector x of the maximum likelihood estimated value. I know that.

また、計算で用いる共分散行列Pを表すため、行列Uを以下の(23)式により定義する。 Further, in order to represent the covariance matrix P n used in the calculation, the matrix Un is defined by the following equation (23).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

(23)式の行列Unの逆行列に対し、(18)式及び(20)式を代入することにより、以下に示す(24)式が得られる。   By substituting the equations (18) and (20) for the inverse matrix of the matrix Un of the equation (23), the following equation (24) is obtained.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

ここで、(24)式を解析的に解くため、逆行列の補助定理を用いる。すなわち、逆行列の補助定理において、行列Aがn×n行列、行列bがn×1ベクトル、行列cがn×1ベクトルである場合、以下の(25)式に示す関係が成り立つことになる。   Here, in order to solve Equation (24) analytically, the inverse matrix theorem is used. That is, in the inverse matrix lemma, when the matrix A is an n × n matrix, the matrix b is an n × 1 vector, and the matrix c is an n × 1 vector, the relationship expressed by the following equation (25) is established. .

Figure 2013072643
Figure 2013072643

したがって、(24)式を(25)式に代入すると、以下の(26)式となる。   Therefore, when the equation (24) is substituted into the equation (25), the following equation (26) is obtained.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

これにより、(24)式は、(26)式の逆行列を求めることにより、以下の(27)式の漸化式として表すことができる。   Thereby, (24) Formula can be expressed as a recurrence formula of the following (27) Formula by calculating | requiring the inverse matrix of (26) Formula.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

ここで、(20)式における重み付け行列を、以下に示す(28)式のように設定する。   Here, the weighting matrix in the equation (20) is set as the following equation (28).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(28)において、忘却係数ρを0から1の範囲(0<ρ<1)で設定すると、過去に取得した磁気測定データの影響(反映)の度合いが徐々に低くなる。
また、共分散行列Pを、重み付け係数wと行列Uで表すと、以下の(29)式となり、(27)式が(9)式と一致することになる。
In the above (28), when the forgetting factor ρ is set in the range of 0 to 1 (0 <ρ <1), the degree of influence (reflection) of the magnetic measurement data acquired in the past gradually decreases.
Further, the covariance matrix P n, expressed in weighting coefficient w n and the matrix U n, and becomes less (29), thereby coinciding with the (27) equation (9) below.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

また、以降の計算の都合上、kを以下の(30)式のように定義する。 Further, for the convenience of subsequent calculations, defined by the following equation (30) to k n.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

次に、(22)式に対し、(27)式と(30)式とを代入すると、以下に示す(31)式が得られる。   Next, by substituting the equations (27) and (30) into the equation (22), the following equation (31) is obtained.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

また、磁気測定データMからMn−1までのデータで求められたオフセットのベクトルxn−1の推定値、すなわちn−1番目のベクトルxn−1の推定値は以下の(32)式で求められる。 Further, the estimated value of the offset vector x n−1 obtained from the magnetic measurement data M 1 to M n−1 , that is, the estimated value of the n−1th vector x n−1 is the following (32). It is calculated by the formula.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

したがって、n番目のベクトルxnの推定値は、上記(32)式を(31)式に代入し、(31)式を変形することで、以下に示す(33)式として表される。   Therefore, the estimated value of the nth vector xn is expressed as the following equation (33) by substituting the above equation (32) into the equation (31) and modifying the equation (31).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

そして、この(33)式を変形することにより、以下の(34)式を得る。   And the following (34) Formula is obtained by transforming this (33) Formula.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(34)式を用いることにより、(33)式の右辺の第3項はkn×ynと簡略化できることから、(33)式から以下に示す(35)式のベクトルxの漸化式を導くことができる。   By using the above equation (34), the third term on the right side of the equation (33) can be simplified to kn × yn, so the recurrence equation of the vector x in the equation (35) shown below from the equation (33) Can lead.

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上記(35)式は、(8)式及び(10)式を統合した式となっている。したがって、上述してきたRLS法により、最新の磁気測定データMを用いてオフセットのベクトルxの更新を行うことにより、常に、ベクトルxの最尤推定値を得ることができる。   The above expression (35) is an expression obtained by integrating the expressions (8) and (10). Therefore, by updating the offset vector x using the latest magnetic measurement data M by the RLS method described above, the maximum likelihood estimated value of the vector x can always be obtained.

<方位検出装置>
次に、第1の実施形態から第3の実施形態による磁気測定データ校正装置1を用いた方位角計測装置の動作を以下に示す。
携帯機器に搭載される方位角計測装置には、図1に示す3軸の磁気検出部からなる磁気センサ2と、図示されていない3軸加速度センサとを組み合わせた構成が搭載されている。
すなわち、この方位角計測装置は、3軸加速度センサにより重力を検出し、検出した重力の傾きの程度から自身の傾斜角を計算する。
そして、磁気計測装置において、磁気センサ2により測定された磁気測定データが、磁気測定データ校正装置1により、オフセットが校正された磁気校正データMを生成する。
方位角計測装置は、磁気測定データ校正装置1から出力される磁気校正データMにより、方位角を算出する。
<Direction detection device>
Next, the operation of the azimuth measuring apparatus using the magnetic measurement data calibration apparatus 1 according to the first to third embodiments will be described below.
The azimuth angle measurement device mounted on the portable device includes a configuration in which the magnetic sensor 2 including the three-axis magnetic detection unit illustrated in FIG. 1 and a three-axis acceleration sensor (not shown) are combined.
That is, this azimuth measuring device detects gravity by a triaxial acceleration sensor, and calculates its own inclination angle from the degree of inclination of the detected gravity.
Then, in the magnetic measurement device, the magnetic measurement data measured by the magnetic sensor 2 generates magnetic calibration data M f with the offset calibrated by the magnetic measurement data calibration device 1.
The azimuth angle measuring device calculates the azimuth angle based on the magnetic calibration data M f output from the magnetic measurement data calibration device 1.

以下に、方位角計測部3が行う磁気校正データMによる方位角の算出について説明する。
図8は、3軸加速度センサにより求まる絶対座標系と、3軸磁気センサである磁気計測装置の検出するセンサ座標系との各軸のずれを説明する図である。
図8において、3次元の絶対座標系を校正するX軸、Y軸及びZ軸を定義する。そして、X軸を回転軸とした回転角度をピッチ角(p)とし、Y軸を回転軸とした回転角度をロール角(r)とし、Z軸を回転軸とした回転角度を方位角(θ)とする。
上記絶対座標系とは、本実施形態においては、重力ベクトルに対してX軸とY軸とにより形成される平面が垂直であり、磁気センサ2の測定する磁気測定データM(Mx,My,Mz)の全てがゼロとなる地点を原点Oとした座標系としている。また、センサ座標系は、磁気センサ2が測定する磁気データM(M,M,M)が形成する座標系である。このため、磁気センサ2が磁気データM(M,M,M)を測定する測定点毎にセンサ座標系は異なる。
Hereinafter, the calculation of the azimuth angle by the magnetic calibration data Mf performed by the azimuth angle measurement unit 3 will be described.
FIG. 8 is a diagram for explaining a shift of each axis between an absolute coordinate system obtained by a triaxial acceleration sensor and a sensor coordinate system detected by a magnetic measuring device which is a triaxial magnetic sensor.
In FIG. 8, an X axis, a Y axis, and a Z axis for calibrating a three-dimensional absolute coordinate system are defined. The rotation angle with the X axis as the rotation axis is the pitch angle (p), the rotation angle with the Y axis as the rotation axis is the roll angle (r), and the rotation angle with the Z axis as the rotation axis is the azimuth angle (θ ).
In the present embodiment, the absolute coordinate system is such that the plane formed by the X axis and the Y axis is perpendicular to the gravity vector, and the magnetic measurement data M (Mx, My, Mz) measured by the magnetic sensor 2 is used. ) Is a coordinate system with the origin O as the point where all of the points are zero. The sensor coordinate system is a coordinate system formed by magnetic data M (M x , M y , M z ) measured by the magnetic sensor 2. For this reason, the sensor coordinate system is different for each measurement point where the magnetic sensor 2 measures the magnetic data M (M x , M y , M z ).

しかしながら、ユーザが携帯した携帯機器を、絶対座標系におけるX軸及びY軸のなす平面と、磁気センサの測定軸、すなわちセンサ座標系におけるX軸(Mの測定軸)及びY軸(Mの測定軸)のなす平面とを平行とすることは困難である。
そのため、磁気センサ2により方位角を推定する場合、常に絶対座標系におけるX軸及びY軸のなす平面に対して、磁気センサ2のセンサ座標系におけるX方向の測定軸(X軸検出磁界)とY方向の測定軸(T軸検出磁界)とのなす平面が平行であれば、周囲の環境による磁界の変化などの影響があっても、常に、傾斜センサとして用いた3軸加速度センサの測定する重力ベクトルにより、磁気センサ2、すなわち方位角計測装置の傾斜角を正確に測定することができる。
However, the mobile device user portable, and form planes of X-axis and Y-axis of the absolute coordinate system, the measurement axis of the magnetic sensor, that is, the X axis in the sensor coordinate system (measurement axis of the M x) and Y-axis (M y It is difficult to make the plane formed by the measurement axis) parallel to each other.
Therefore, when the azimuth angle is estimated by the magnetic sensor 2, the measurement axis (X-axis detection magnetic field) in the X direction in the sensor coordinate system of the magnetic sensor 2 is always relative to the plane formed by the X axis and the Y axis in the absolute coordinate system. If the plane formed by the measurement axis in the Y direction (T-axis detection magnetic field) is parallel, the triaxial acceleration sensor used as the tilt sensor is always measured even if there is an influence of changes in the magnetic field due to the surrounding environment. The inclination angle of the magnetic sensor 2, that is, the azimuth measuring device can be accurately measured by the gravity vector.

このときに、方位角計測装置が地表に対して水平状態である場合、3軸加速度センサの出力する加速度計測データを、加速度計測データS(S,S,S)とする。一方、方位角計測装置が地表に対して傾斜状態である場合、3軸加速度センサの出力する加速度計測データを、加速度計測データS’(S’,S’,S’)とする。
このとき、加速度計測データS(S,S,S)と加速度計測データS’(S’,S’,S’)との関係は、以下の(36)式により示される。
At this time, when the azimuth measuring device is in a horizontal state with respect to the ground surface, the acceleration measurement data output from the triaxial acceleration sensor is defined as acceleration measurement data S (S x , S y , S z ). On the other hand, when the azimuth measuring device is tilted with respect to the ground surface, the acceleration measurement data output from the triaxial acceleration sensor is defined as acceleration measurement data S ′ (S x ′, S y ′, S z ′).
At this time, the relationship between the acceleration measurement data S (S x , S y , S z ) and the acceleration measurement data S ′ (S x ′, S y ′, S z ′) is expressed by the following equation (36). .

Figure 2013072643
Figure 2013072643

そして、ユーザの携帯する携帯機器が傾斜状態にあるとき、この傾斜状態での重力加速度で規格化された3軸加速度センサの出力を加速度計測データA(A,A,A)とすると、地表面に対して方位計測装置が水平状態にある場合、A(A,A,A)=A(0,0,1)であるため、上記(36)式は以下に示す(37)式となる。 When the portable device carried by the user is in an inclined state, the output of the triaxial acceleration sensor normalized by the gravitational acceleration in the inclined state is assumed to be acceleration measurement data A (A x , A y , A z ). When the azimuth measuring device is in a horizontal state with respect to the ground surface, since A (A x , A y , A z ) = A (0, 0, 1), the above expression (36) is shown below ( 37).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

したがって、方位角計測部3は、3軸加速度センサの出力する加速度計測データA(A,A,A)を用い、ピッチ角(p)が以下に示す(38)式から、また、ロール角(r)が以下に示す(39)式により算出する。 Therefore, the azimuth measuring unit 3 uses the acceleration measurement data A (A x , A y , A z ) output from the triaxial acceleration sensor, and the pitch angle (p) is expressed by the following equation (38): The roll angle (r) is calculated by the following equation (39).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

Figure 2013072643
Figure 2013072643

また、ユーザの携帯する携帯機器が傾斜状態にあるとき、磁気測定データ校正装置1から出力される磁気校正データMを、磁気測定データM(Mtx,Mty,Mtz)とすると、上記(38)式及び(39)式の各々から算出されたピッチ角(p)とロール角(r)とにより、以下の(40)式により、水平状態における磁気測定データM(H,H,V)が求まる。 Further, when the mobile device carried by the user is in an inclined state, the magnetic calibration data M f output from the magnetic measurement data calibration device 1 is the magnetic measurement data M (M tx , M ty , M tz ). Based on the pitch angle (p) and the roll angle (r) calculated from each of the equations (38) and (39), the magnetic measurement data M (H x , H y in the horizontal state is obtained by the following equation (40). , V).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

したがって、方位角計測部3は、上記(40)式により算出した磁気測定データM(H,H,V)を用い、以下に示す(41)式から方位角(θ)を算出する。 Therefore, the azimuth measuring unit 3 calculates the azimuth angle (θ) from the following equation (41) using the magnetic measurement data M (H x , H y , V) calculated by the above equation (40).

Figure 2013072643
Figure 2013072643

上述したように、本実施形態によれば、環境オフセットを調整し、磁気センサ2の出力する磁気測定データMを校正した(すなわちゼロ磁界における磁気測定データの調整が行われた)磁気校正データMfを用い、かつ3軸磁気センサにより傾斜状態を補正して方位角を求めることが可能となり、常に、方位角測定装置の検出座標系のX軸方向及びY軸方向のなす平面と、絶対座標系における地表面とが水平状態であり、かつオフセットが校正がされた磁気測定データを用いることができるため、高い精度で方位角を求めることが実現できる。   As described above, according to the present embodiment, the environmental offset is adjusted, and the magnetic measurement data M output from the magnetic sensor 2 is calibrated (that is, the magnetic measurement data in the zero magnetic field is adjusted). , And the azimuth angle can be obtained by correcting the tilt state with a three-axis magnetic sensor, and the plane formed by the X-axis direction and the Y-axis direction of the detection coordinate system of the azimuth angle measuring device is always the absolute coordinate system. Since the magnetic measurement data in which the ground surface is horizontal and the offset is calibrated can be used, it is possible to obtain the azimuth angle with high accuracy.

また、図1、図4及び図6における磁気測定データ校正装置1の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより磁気測定データMの校正処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。   Also, a program for realizing the functions of the magnetic measurement data calibration apparatus 1 in FIGS. 1, 4 and 6 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system. The magnetic measurement data M may be calibrated by executing it. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.

1…磁気測定データ校正装置 2…磁気センサ 3…方位角計測部 10…オフセット有効性判定部 11…測定データ入力部 12…共分散行列計算部 13…共分散行列更新部 14…記憶部 15…誤差関数計算部 16…オフセット残差計算部 17…オフセット更新部 18…磁気測定データ処理部 19…磁気測定データ判定部 21…X軸方向磁気検出部 22…Y軸方向磁気検出部 23…Z軸方向磁気検出部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic measurement data calibration apparatus 2 ... Magnetic sensor 3 ... Azimuth angle measurement part 10 ... Offset effectiveness determination part 11 ... Measurement data input part 12 ... Covariance matrix calculation part 13 ... Covariance matrix update part 14 ... Memory | storage part 15 ... Error function calculation unit 16 ... Offset residual calculation unit 17 ... Offset update unit 18 ... Magnetic measurement data processing unit 19 ... Magnetic measurement data determination unit 21 ... X-axis direction magnetic detection unit 22 ... Y-axis direction magnetic detection unit 23 ... Z-axis Direction magnetic sensor

Figure 2013072643
Figure 2013072643

Claims (6)

互いに直交する3つの測定軸を有し、測定軸方向の地磁気を測定する軸センサからなる磁気センサから出力される前記測定軸毎の地磁気の測定結果である磁気測定データのオフセットを求め、前記磁気測定データを補正する磁気測定データ校正装置であり、
測定された磁気測定データの前記測定軸毎の磁気データと、前回求められたオフセットとの差分から誤差関数を求める誤差関数計算部と、
前記誤差関数及び前回求められた共分散行列からオフセット残差を算出するオフセット残差計算部と、
前回の前記磁気測定データの測定時に算出したオフセットに対し、前記オフセット残差を加算し、新たなオフセットを算出するオフセット更新部と、
測定された前記磁気測定データを用い、以前に測定された前記磁気測定データを母集団とする磁気測定データの共分散行列を更新し、測定された前記磁気測定データを前記母集団に加えて新たな共分散行列を生成する共分散行列更新部と
を備えることを特徴とする磁気測定データ校正装置。
An offset of magnetic measurement data, which is a measurement result of the geomagnetism for each of the measurement axes, is output from a magnetic sensor having three measurement axes orthogonal to each other and measuring the geomagnetism in the measurement axis direction. It is a magnetic measurement data calibration device that corrects measurement data,
An error function calculation unit for obtaining an error function from the difference between the magnetic data for each measurement axis of the measured magnetic measurement data and the previously obtained offset;
An offset residual calculation unit for calculating an offset residual from the error function and the previously obtained covariance matrix;
An offset update unit that adds the offset residual to the offset calculated during the previous measurement of the magnetic measurement data and calculates a new offset;
Using the measured magnetic measurement data, update the covariance matrix of the magnetic measurement data with the previously measured magnetic measurement data as a population, and add the measured magnetic measurement data to the population to newly And a covariance matrix updating unit for generating a covariance matrix.
前回算出されたオフセットを求める際に用いた磁気測定データと、前記磁気センサから新たに入力された新たな磁気測定データとの、前記磁気センサの測定軸からなる3次元磁界空間における第1距離を求め、当該第1距離と予め設定されている閾値との比較を行い、前記第1距離が前記閾値を超えている場合、前記オフセット更新部に対して新たなオフセットの更新を行わせ、一方前記第1距離が前記閾値以下の場合、新たなオフセットの更新を行わせない制御を行う磁気測定データ判定部を
さらに有することを特徴とする請求項1に記載の磁気測定データ校正装置。
The first distance in the three-dimensional magnetic field space formed by the measurement axis of the magnetic sensor between the magnetic measurement data used when obtaining the previously calculated offset and the new magnetic measurement data newly input from the magnetic sensor. Determining, comparing the first distance with a preset threshold, and if the first distance exceeds the threshold, causing the offset update unit to update a new offset, The magnetic measurement data calibration device according to claim 1, further comprising a magnetic measurement data determination unit that performs control so as not to update a new offset when the first distance is equal to or less than the threshold value.
前記閾値が、前記3次元磁界空間における前記磁気センサの各測定軸方向における測定ノイズの座標点と、前記3次元磁界空間の原点との距離として定められている
ことを特徴とする請求項2に記載の磁気測定データ校正装置。
The threshold value is defined as a distance between a coordinate point of measurement noise in each measurement axis direction of the magnetic sensor in the three-dimensional magnetic field space and an origin of the three-dimensional magnetic field space. The magnetic measurement data calibration device described.
現時点までに前記オフセットを算出した際に用いた磁気測定データを時系列に記憶するバッファと、
前記バッファに記憶されている前記磁気測定データの各々と前回のオフセットとの第2距離を求め、当該第2距離の各々と前回のオフセットを求めた際の前記磁気測定データから求めた全磁力との第1差分を求め、全ての第2距離に対応する当該第1差分を加算して第1評価値を算出し、前記バッファに記憶されている前記磁気測定データの各々と今回算出されたオフセットとの第3距離を求め、当該第3距離の各々と今回のオフセットを求めた際の前記磁気測定データから求めた全磁力との第2差分を求め、全ての第3距離に対応する当該第2差分を加算して第2評価値を算出し、前記第1評価値と前記第2評価値とを比較し、前記第2評価値が前記第1評価値未満である場合、新たに求めたオフセットを前記磁気測定データの校正に用いるオフセットとし、一方、前記第2評価値が前記第1評価値以上である場合、前回求めたオフセットを前記磁気測定データの校正に用いるオフセットとするオフセット有効性判定部と
をさらに有することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の磁気測定データ校正装置。
A buffer for storing magnetic measurement data used in calculating the offset up to the present time in a time series;
A second distance between each of the magnetic measurement data stored in the buffer and the previous offset is obtained, and a total magnetic force obtained from the magnetic measurement data when each of the second distance and the previous offset is obtained; Each of the magnetic measurement data stored in the buffer and the offset calculated this time are calculated by adding the first differences corresponding to all the second distances and calculating the first evaluation value. The third distance is obtained, and the second difference between each of the third distances and the total magnetic force obtained from the magnetic measurement data when the current offset is obtained is obtained, and the third distances corresponding to all the third distances are obtained. A second evaluation value is calculated by adding two differences, the first evaluation value and the second evaluation value are compared, and if the second evaluation value is less than the first evaluation value, a new value is obtained. Use offset to calibrate the magnetic measurement data An offset validity determination unit that uses an offset used for calibration of the magnetic measurement data as an offset when the second evaluation value is equal to or greater than the first evaluation value. The magnetic measurement data calibration device according to claim 2 or 3.
前記誤差関数計算部が、
前記3つの測定軸からなる3次元座標系において、測定された前記磁気測定データのデータ座標と、前回の前記磁気測定データの測定時に算出した前記オフセットのオフセット座標との距離の2乗から全磁力を求め、当該全磁力から前回算出した前回全磁力を減算し、減算結果を前記誤差関数とする
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の磁気測定データ校正装置。
The error function calculator is
In a three-dimensional coordinate system composed of the three measurement axes, the total magnetic force is calculated from the square of the distance between the measured data coordinate of the magnetic measurement data and the offset coordinate of the offset calculated at the previous measurement of the magnetic measurement data. The magnetic measurement data calibration apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the previous total magnetic force calculated last time is subtracted from the total magnetic force, and the subtraction result is used as the error function. .
互いに直交する3つの測定軸を有し、測定軸方向の地磁気を測定する軸センサからなる磁気センサと、
前記磁気センサから出力される前記測定軸毎の地磁気の測定結果である磁気測定データのオフセットを求め、前記磁気測定データを補正する磁気測定データ校正部と、
前記磁気測定データ校正装置から出力される、前記磁気測定データを校正した磁気校正データから方位角を算出する方位角計測部と
を備え、
前記磁気測定データ校正部が、
測定された磁気測定データの前記測定軸毎の磁気データと、前回求められたオフセットとの差分から誤差関数を求める誤差関数計算部と、
前記誤差関数及び前回求められた共分散行列からオフセット残差を算出するオフセット残差計算部と、
前回の前記磁気測定データの測定時に算出したオフセットに対し、前記オフセット残差を加算し、新たなオフセットを算出するオフセット更新部と、
測定された前記磁気測定データを用い、以前に測定された前記磁気測定データを母集団とする磁気測定データの共分散行列を更新し、測定された前記磁気測定データを前記母集団に加えて新たな共分散行列を生成する共分散行列更新部と
を備えることを特徴とする方位角計測装置。
A magnetic sensor having three measurement axes orthogonal to each other and including an axis sensor for measuring geomagnetism in the measurement axis direction;
Obtaining a magnetic measurement data offset that is a measurement result of the geomagnetism for each measurement axis output from the magnetic sensor, and correcting the magnetic measurement data;
An azimuth measuring unit that calculates an azimuth from magnetic calibration data calibrated from the magnetic measurement data output from the magnetic measurement data calibration device, and
The magnetic measurement data calibration unit is
An error function calculation unit for obtaining an error function from the difference between the magnetic data for each measurement axis of the measured magnetic measurement data and the previously obtained offset;
An offset residual calculation unit for calculating an offset residual from the error function and the previously obtained covariance matrix;
An offset update unit that adds the offset residual to the offset calculated during the previous measurement of the magnetic measurement data and calculates a new offset;
Using the measured magnetic measurement data, update the covariance matrix of the magnetic measurement data with the previously measured magnetic measurement data as a population, and add the measured magnetic measurement data to the population to newly An azimuth angle measuring apparatus comprising: a covariance matrix updating unit that generates a covariance matrix.
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