JP2013120191A - 移動端末及び位置推定方法並びにコンピュータ読出可能記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】チルト誤差の補正された磁場数値を磁場地図に含まれた複数の磁場数値と対比することによって、移動端末の位置を推定するアルゴリズムの信頼度を向上させる技術を用いた移動端末及び位置推定方法を提供する。
【解決手段】磁場地図ベース測位システムのための移動端末において、複数の位置における磁場数値を含む磁場地図を格納するメモリと、前記移動端末の位置で磁場数値を測定する磁場センサと、前記移動端末の加速度数値及びジャイロ数値を測定するＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）センサと、前記磁場地図、前記磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の位置を決定するプロセッサとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動端末及び位置推定方法に関し、特に、磁場地図ベース測位システムで用いられる移動端末及びこれを用いた位置推定方法に関する。

移動通信信号を用いて位置を推定する方法は、移動通信の可能な携帯用端末が接続されたセル基地局の位置を用いて端末の位置を近似したり（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ方式）、端末に近接した３つ以上の基地局との信号到達距離を測定することによって三角測量を行うことができる。

無線ＬＡＮを用いて位置を推定する方法は、無線ＬＡＮ端末が属するアクセスポイント（ＡＰ）の位置を用いて端末の位置を近似したり（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ方式）、近接したＡＰの信号強度を測定して以前に記録されたフィンガープリント（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）地図とパターンマッチング（ｐａｔｔｅｒｎ ｍａｔｃｈｉｎｇ）を行うことで端末の位置を推定することができる。
ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）を用いて位置を推定する方法は、ＵＷＢ信号を発生させるアクセスポイント（ＡＰ）との距離を測定することによって三角測量を行う。

磁場地図を用いて位置を推定する方法は、端末の位置で磁場（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）を測定して端末の位置を算出する。
ここで、位置を算出して推定する代表的なアルゴリズムとしてカルマンフィルタ（Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ）、粒子フィルタ（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）、マルコフ位置認識法（Ｍａｒｋｏｖ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）などが存在する。
以上のアルゴリズムは、移動端末が移動しながら多様に変化する環境変数を測定し、その結果を用いて端末の位置を連続的に推定する。
移動端末の磁場センサでの磁場数値に誤差が生じると、移動端末の位置を推定するアルゴリズムの信頼度を損なうという問題がある。

そこで、本発明は上記従来の移動端末及び位置推定方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ＩＭＵセンサを用いて磁場センサのチルト誤差を補正する技術を用いた移動端末及び位置推定方法を提供することにある。
詳細には、チルト誤差の補正された磁場数値を磁場地図に含まれた複数の磁場数値と対比することによって、移動端末の位置を推定するアルゴリズムの信頼度を向上させる技術を用いた移動端末及び位置推定方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、磁性体など外部干渉により誤った位置に位置推定の結果値が収斂することを防止する技術を用いた移動端末及び位置推定方法を提供することにある。
詳細には、磁場地図及び磁場数値のみならず、ＩＭＵセンサによって測定された加速度数値とジャイロ数値に基づいて移動端末の移動方向及び移動距離を推定することで、粒子フィルタのような位置推定アルゴリズムの実行中に位置推定値が実際移動端末の位置と関係のない地点に収斂されることを防止する技術を用いた移動端末及び位置推定方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による移動端末は、磁場地図ベース測位システムのための移動端末において、複数の位置における磁場数値を含む磁場地図を格納するメモリと、前記移動端末の位置で磁場数値を測定する磁場センサと、前記移動端末の加速度数値及びジャイロ数値を測定するＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）センサと、前記磁場地図、前記磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の位置を決定するプロセッサとを有することを特徴とする。

前記ジャイロ数値は、前記移動端末のローテーション数値とオリエンテーション数値を含むことが好ましい。
前記プロセッサは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記磁場数値を補正する磁場数値補正部と、前記磁場地図及び前記補正された磁場数値に基づいて前記移動端末の位置を決定する第１位置推定部とを含むことが好ましい。
前記磁場数値補正部は、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末のチルト誤差を決定するチルト誤差算出部と、前記チルト誤差に基づいて前記磁場数値を補正する磁場数値補正実行部とを含むことが好ましい。
前記チルト誤差は、前記移動端末のピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ロール（ｒｏｌｌ）、及びヨー（ｙａｗ）を含むことが好ましい。
前記プロセッサは、前記磁場数値及び前記加速度数値に基づいて第１方向情報を生成する第１方向情報生成部と、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて第２方向情報を生成する第２方向情報生成部と、前記第１方向情報及び前記第２方向情報に基づいて方向情報加重値を設定する方向情報加重値設定部とを含むことが好ましい。
前記方向情報加重値設定部は、第１数値を決定するために前記第１方向情報の変化量から前記第２方向情報の変化量を差し引き、前記第１数値が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記方向情報加重値を前記第２方向情報に設定し、第２数値を決定するために前記第２方向情報の変化量から前記第１方向情報の変化量を差し引き、前記第２数値が前記予め設定された閾値よりも大きい場合、前記方向情報加重値を前記第１方向情報に設定することが好ましい。

前記プロセッサは、前記加速度数値に基づいて前記移動端末の移動距離を決定する移動距離算出部と、前記磁場地図、前記磁場数値、前記方向情報加重値、及び前記移動距離に基づいて前記移動端末の位置を決定する第２位置推定部とをさらに含むことが好ましい。
前記プロセッサは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記磁場数値を補正する磁場数値補正部と、前記補正された磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の方向情報加重値を生成する方向情報生成部と、前記加速度数値に基づいて前記移動端末の移動距離を決定する移動距離算出部と、前記磁場地図、前記補正された磁場数値、前記方向情報加重値、及び前記移動距離に基づいて前記移動端末の位置を決定する第３位置推定部とを含むことが好ましい。
前記プロセッサは、粒子フィルタ、カルマンフィルタ、又は、マルコフ位置認識法のうち少なくとも１つを用いて前記移動端末の位置を決定することが好ましい。

上記目的を達成するためになされた本発明による位置推定方法は、磁場地図ベース測位システムのための位置推定方法において、複数の位置での磁場数値を含む磁場地図を決定するステップと、移動端末の位置で磁場数値を測定するステップと、前記移動端末の加速度数値及びジャイロ数値を測定するステップと、前記磁場地図、前記磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の位置を決定するステップとを有することを特徴とする。

前記ジャイロ数値は、前記移動端末のローテーション数値とオリエンテーション数値を含むことが好ましい。
前記移動端末の位置を推定するステップは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記磁場数値を補正するステップと、前記磁場地図及び前記補正された磁場数値に基づいて前記移動端末の位置を決定するステップとを含むことが好ましい。
前記磁場数値を補正するステップは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末のチルト誤差を決定するステップと、前記チルト誤差に基づいて前記磁場数値を補正するステップとを含むことが好ましい。
前記チルト誤差は、前記移動端末のピッチ、ロール、及びヨーを含むことが好ましい。

前記移動端末の位置を決定するステップは、前記磁場数値及び前記加速度数値に基づいて第１方向情報を生成するステップと、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて第２方向情報を生成するステップと、前記第１方向情報及び前記第２方向情報に基づいて方向情報加重値を設定するステップとを含むことが好ましい。
前記方向情報加重値を設定するステップは、第１数値を決定するために前記第１方向情報の変化量から前記第２方向情報の変化量を差し引くステップと、前記第１数値が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記方向情報加重値を前記第２方向情報に設定するステップと、第２数値を決定するために前記第２方向情報の変化量から前記第１方向情報の変化量を差し引くステップと、前記第２数値が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記方向情報加重値を前記第１方向情報に設定するステップとを含むことが好ましい。
前記移動端末の位置を決定するステップは、前記加速度数値に基づいて前記移動端末の移動距離を決定するステップと、前記磁場地図、前記磁場数値、前記方向情報加重値、及び前記移動距離に基づいて前記移動端末の位置を決定するステップとをさらに含むことが好ましい。
前記移動端末の位置を決定するステップは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記磁場数値を補正するステップと、前記補正された磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の方向情報加重値を生成するステップと、前記加速度数値に基づいて前記移動端末の移動距離を決定するステップと、前記磁場地図、前記補正された磁場数値、前記方向情報加重値、及び前記移動距離に基づいて前記移動端末の位置を決定するステップとを含むことが好ましい。

本発明に係る移動端末及び位置推定方法によれば、ＩＭＵセンサを用いて磁場センサのチルト誤差を補正する技術を提供することで、チルト誤差の補正された磁場数値を磁場地図に含まれた複数の磁場数値と対比することによって、移動端末の位置を推定するアルゴリズムの信頼度を向上させるという効果がある。
また、磁性体など外部干渉により誤った位置に位置推定の結果値が収斂することを防止することで、磁場地図及び磁場数値のみならず、ＩＭＵセンサによって測定された加速度数値とジャイロ数値に基づいて移動端末の移動方向及び移動距離を推定することで、粒子フィルタのような位置推定アルゴリズムの実行中に位置推定値が実際移動端末の位置と関係のない地点に収斂されることを防止するという効果がある。

本発明の一実施形態に係る磁場地図ベース測位システムで用いられる移動端末を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るＩＭＵセンサを用いて補正された磁場数値に基づいて端末の位置を推定するプロセッサを説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態に係るＩＭＵセンサを用いて推定された方向情報及び移動距離情報に基づいて端末の位置を推定するプロセッサを説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態に係るＩＭＵセンサを用いて補正された磁場数値、推定された方向情報、及び推定された移動距離情報に基づいて端末の位置を推定するプロセッサを説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る磁場地図ベース測位システムで用いられる位置推定方法を説明するための動作フローチャートである。

次に、本発明に係る移動端末及び位置推定方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁場地図ベース測位システムで用いられる移動端末を示すブロック図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る移動端末１００は、メモリ１１０、磁場センサ１２０、ＩＭＵセンサ１３０、及びプロセッサ１４０を備える。
メモリ１１０は磁場地図に関連する情報を格納する。
ここで、磁場地図は、予め設定された範囲の地域（例えば、移動端末の位置を推定しようとする地域）に含まれた複数の位置で予め測定された磁場数値を含む。
ここで、複数の位置は、予め設定された一定の間隔を保持する複数の位置であってもよく、場合に応じて磁場数値を測定される場所、あるいは移動端末１００が到達する場所だけで構成された複数の位置であってもよい。

それだけでなく、複数の位置は、２次元平面上での位置ではない３次元立体空間上での位置であってもよい。
例えば、本発明の一実施形態に係る移動端末１００は、高層ビルディングの内部など室内で位置を推定するために用いられてもよい。ここで、高層ビルディングの各層で磁場を測定するものの、平面図上では全て同一の位置になるよう各層における位置を固定して磁場を測定すると仮定する。
この場合、各層における位置は、２次元の平面図上では同一に見えるが、３次元の立体空間上では高度が変わる。これによって、各層で測定される磁場数値は互いに異なり得る。

さらに、本発明の一実施形態に係るメモリ１１０は、複数の地域に対応する複数の磁場地図を格納してもよい。
すなわち、本発明の一実施形態に係るメモリ１１０は、複数の地域で位置推定を行うことができるように複数の磁場地図を格納してもよく、ここで、複数の地域は高層ビルディングの各層を含んでもよい。

また、磁場センサ１２０は、移動端末１００の位置で磁場数値を測定し、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）センサ１３０は、移動端末１００の加速度数値及びジャイロ数値を測定する。
ここで、本発明の一実施形態に係る磁場センサ１２０は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を含む３つの軸それぞれの磁場数値を測定する。
そして、本発明の一実施形態に係るＩＭＵセンサ１３０は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸それぞれの加速度数値を測定する３つの加速度計、及びｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸それぞれのジャイロ数値を測定する３つのジャイロスコープを含む。

本発明の一実施形態に係るプロセッサ１４０は、磁場センサ１２０で測定された磁場数値とメモリ１１０に格納された磁場地図を比較することによって、磁場地図上、複数の地点のうち測定された磁場数値と同一であるか、最も近似の磁場数値を示す地点を端末の位置として推定する。
ただし、磁場センサ１２０が移動端末１００の位置で磁場数値を測定する時点に移動端末１００が傾いている場合、測定された磁場数値にチルト（ｔｉｌｔ）誤差が含まれることがある。

チルト誤差は、磁場センサの傾きに応じて発生する測定された磁場数値の誤差である。
ここで、チルト誤差は３つの軸それぞれを中心軸にして回転する程度で表してもよく、３つの軸それぞれを中心軸にして回転する程度は、それぞれピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ロール（ｒｏｌｌ）、及びヨー（ｙａｗ）と表し得る。
より具体的には、移動端末１００が傾きに応じて移動端末に含まれた磁場センサ１２０を共に傾くことがある。ここで、傾いた磁場センサによって測定されるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸それぞれの磁場数値は、傾斜しない磁場センサによって測定されるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸それぞれの磁場数値と互いに異なり得る。

磁場センサ１２０は、チルト誤差の含まれた磁場数値をプロセッサ１４０に提供することで、プロセッサ１４０はチルト誤差の含まれた磁場数値に基づいて移動端末の位置を推定する。その結果、プロセッサ１４０は移動端末の位置を正確に推定されないことがある。
本発明の一実施形態に係るプロセッサ１４０は、ＩＭＵセンサ１３０を用いて磁場センサ１２０のチルト誤差を補正する。
すなわち、プロセッサ１４０は、ＩＭＵセンサ１３０から測定された加速度数値及びジャイロ数値のうち少なくともいずれか１つを用いて磁場センサ１２０のチルト誤差を補正する。
これに対する具体的な説明は図２を参照して後述する。

一方、本発明の一実施形態に係るプロセッサ１４０は、移動端末の位置を推定するためのアルゴリズムとして、カルマンフィルタ、粒子フィルタ、及びマルコフ位置認識法などを用いる。
ただし、粒子フィルタのような位置推定アルゴリズムは、アルゴリズム実行の間に位置推定のための中間結果値にエラーが発生すれば、最終の位置推定の結果値が正確ではない場合がある。
粒子フィルタのような位置推定アルゴリズムは、直前のサイクルで推定された位置に基づいて次のサイクルを行い、これを繰り返して最終の位置推定の結果値を導き出す方式であるためである。

ここで、外部要因から影響を受ける磁場センサ１２０により前述の問題が発生することがある。
例えば、磁場地図を生成する時点に存在していない磁性体が位置推定のために磁場センサ１２０が磁場を測定するとき偶然に移動端末の近所に存在する場合などが挙げられる。
移動端末の位置を推定する間に外部要因に応じて磁場センサ１２０によって測定される磁場数値が干渉される場合、位置推定のための中間結果値にエラーが発生することがある。そして、その結果、本発明の一実施形態に係るプロセッサ１４０によって最終的に推定される移動端末の位置にもエラーが発生することがある。

本発明の一実施形態に係るプロセッサ１４０は、ＩＭＵセンサ１３０を用いて前述したエラーの発生を防止することができる。
より具体的には、本発明の一実施形態に係るプロセッサ１４０は、メモリ１１０に格納された磁場地図及び磁場センサ１２０によって測定された磁場数値のみならず、ＩＭＵセンサ１３０によって測定された加速度数値とジャイロ数値に基づいて移動端末の移動方向及び移動距離を推定することで、粒子フィルタのような位置推定アルゴリズムの実行中に位置推定値が実際移動端末の位置と関係のない地点に収斂されることを防止することができる。
これに対する具体的な説明は図３を参照して後述する。

図２は、本発明の一実施形態に係るＩＭＵセンサを用いて補正された磁場数値に基づいて端末の位置を推定するプロセッサを説明するためのブロック図である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る磁場地図ベース測位システムで用いられる移動端末は、位置推定アルゴリズムを行うプロセッサ２４０内に磁場数値補正部２４１及び第１位置推定部２４２を備える。

ここで、磁場数値補正部２４１は、ＩＭＵセンサ２３０によって測定された加速度数値２３１及びジャイロ数値２３２を用いて磁場センサ２２０によって測定された磁場数値２２１を補正する。
より具体的には、磁場数値補正部２４１は、ジャイロ数値２３２及び加速度数値２３１を用いて移動端末のチルト誤差を算出するチルト誤差算出部２４３、及び算出されたチルト誤差に基づいて測定された磁場数値２２１の補正を行う磁場数値補正実行部２４４を備える。

例えば、本発明の一実施形態に係る磁場センサ２２０はｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸それぞれで磁場数値２２１を測定してもよく、３つの軸で測定された磁場数値それぞれをｍ_ｘ、ｍ_ｙ、及びｍ_ｚと称する。
また、本発明の一実施形態に係るＩＭＵセンサ２３０は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸それぞれで加速度数値２３１及びジャイロ数値２３２を測定してもよく、３つの軸で測定された加速度数値それぞれをα_ｘ、α_ｙ、及びα_ｚの３つの軸で測定されたジャイロ数値それぞれをω_ｘ、ω_ｙ、及びω_ｚと称する。

上述したように磁場センサ２２０のチルト誤差は、移動端末のピッチθ、移動端末のロールφ、及び移動端末のヨーψのように表す。
この場合、チルト誤差算出部２４３は、以下の数式（１）及び数式（２）を用いて移動端末のピッチθ及び移動端末のロールφを算出する。

さらに、チルト誤差算出部２４３は、算出された移動端末のピッチθ及び算出された移動端末のロールφ及び測定されたジャイロ数値ω_ｘ、ω_ｙ、及びω_ｚを以下の数式（３）のように表現される姿勢（ｐｏｓｔｕｒｅ）算出微分式に代入することによって、移動端末のヨーψを算出することができる。

ここで、本発明の一実施形態に係るプロセッサ２４０は、姿勢算出微分式の結果値のうち３番目の結果値を移動端末のヨーψの値に設定してもよい。
本発明の一実施形態によれば、磁場数値補正実行部２４４は、算出されたチルト誤差に基づいて測定された磁場数値２２１をキャリブレーション（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）することによって、測定された磁場数値２２１を補正する。

一方、第１位置推定部２４２は、補正された磁場数値及びメモリ２１０に格納された磁場地図２１１に基づいて移動端末の位置を推定する。
本発明の一実施形態に係る第１位置推定部２４２は、チルト誤差が補正された磁場数値と磁場地図２１１に含まれた複数の磁場数値とを対比することによって、移動端末の位置を推定するアルゴリズムの信頼度を向上させることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係るＩＭＵセンサを用いて推定された方向情報及び移動距離情報に基づいて端末の位置を推定するプロセッサを説明するためのブロック図である。
図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る磁場地図ベース測位システムで用いられる移動端末は、位置推定アルゴリズムを行うプロセッサ３４０内に第１方向情報生成部３４１、第２方向情報生成部３４２、方向情報加重値設定部３４３、移動距離算出部３４４、及び第２位置推定部３４５を備える。

ここで、第１方向情報生成部３４１は、ＩＭＵセンサ３３０によって測定された加速度数値３３１及び磁場センサ３２０によって測定された磁場数値３２１を用いて移動端末の第１方向情報を生成する。
より具体的には、本発明の一実施形態に係る第１方向情報生成部３４１は、以下の数式（４）を用いて第１方向情報を生成する。

ここで、本発明の一実施形態によれば、移動端末のピッチθ及び移動端末のロールφは、測定された加速度数値３３１を数式（１）及び数式（２）に代入して算出し、Ｘ_ｆｇ、Ｙ_ｆｇ、及びＺ_ｆｇはそれぞれ測定された磁場数値３２１のｍ_ｘ、ｍ_ｙ、及びｍ_ｚにそれぞれ対応する。

また、第２方向情報生成部３４２は、ＩＭＵセンサ３３０によって測定された加速度数値３３１及びジャイロ数値３３２を用いて移動端末の第２方向情報を生成する。
より具体的には、本発明の一実施形態に係る第２方向情報生成部３４２は、測定されたジャイロ数値３３２を積分することによって移動端末の第２方向情報を生成する。ここで、測定されたジャイロ数値３３２は物理学的に移動端末の角加速度成分を示すため、これを時間に対して２回積分することによって移動端末の第２方向情報（この場合、移動端末の角度変化量）を取得できることは当業者に自明なことである。

また、本発明の他の実施形態に係る第２方向情報生成部３４２は、測定されたジャイロ数値３３２を時間に対して１回積分することによって移動端末の瞬間角速度成分を算出し、算出された瞬間角速度成分に時間を乗算して移動端末の第２方向情報（この場合、移動端末の角度変化量）を取得する。
それだけではなく、本発明の更なる他の実施形態に係る第２方向情報生成部３４２は、前述したチルト誤差算出部２４３が移動端末のヨーψを算出するものと同じ方法によって第２方向情報を生成してもよい。

一方、方向情報加重値設定部３４３は、第１方向情報及び第２方向情報に基づいて移動端末の方向情報加重値を設定する。
ここで、方向情報加重値設定部３４３は、第１方向情報の変化量から第２方向情報の変化量を差し引いた値が予め設定された閾値よりも大きい場合に方向情報加重値を第２方向情報に設定し、第２方向情報の変化量から第１方向情報の変化量を差し引いた値が予め設定された閾値よりも大きい場合に方向情報加重値を第１方向情報に設定する。

すなわち、本発明の一実施形態に係る方向情報加重値設定部３４３は、互いに異なる因子に基づいて推定した第１方向情報及び第２方向情報のうち、既存に推定した第１方向情報及び第２方向情報に比べてその変化量が少ない方向情報に加重値をおいて方向情報加重値を設定する。
例えば、第１方向情報は、磁場数値３２１を用いるため外部磁性体による干渉に敏感である。一方、第２方向情報は、測定されたジャイロ数値３３２を積分しなければならないため、時間成分に敏感である。

したがって、本発明の一実施形態に係る方向情報加重値設定部３４３は、互いに異なる外部要素（第１方向情報の場合に外部磁性体、第２方向情報の場合に積分のための時間成分）に敏感な第１方向情報及び第２方向情報を独立的に算出した後、以前推定値よりも変化量が少ない方向情報をさらに信頼して加重値を付与することで、より正確な方向情報を生成することができる。

また、移動距離算出部３４４は、測定された加速度数値３３１に基づいて移動端末の移動距離を算出する。
より具体的には、移動距離算出部３４４は、測定された加速度数値３３１を時間に対して２回積分することで移動端末の移動距離を算出する。
それだけではなく、本発明の他の実施形態に係る移動距離算出部３４４は、測定された加速度数値３３１を時間に対して１回積分することで移動端末の瞬間速度成分を算出し、算出された瞬間速度成分に時間を乗算して移動端末の移動距離を算出する。

第２位置推定部３４５は、移動距離、方向情報加重値、測定された磁場数値３２１、及びメモリ３１０に格納された磁場地図３１１に基づいて移動端末の位置を推定する。
すなわち、本発明の一実施形態に係る第２位置推定部３４５は、方向情報加重値及び移動距離を用いて移動端末の位置される領域の範囲を設定する。

例えば、測定された磁場数値３２１が外部磁性体の影響を受けると仮定する。
この場合、測定された磁場数値３２１を磁場地図３１１内の複数の磁場数値に比べて位置を推定する本発明の一実施形態に係るアルゴリズムによって、第２位置推定部３４５は、移動端末が実際に位置している地点と全く異なる地点に移動端末の位置を推定する。
ここで、本発明の一実施形態に係る第２位置推定部３４５は、方向情報加重値及び移動距離に基づいた移動端末が位置される領域の範囲から離れる位置推定値を排除する。
このような方式によって、本発明の一実施形態に係る第２位置推定部３４５は、磁性体など外部干渉により誤った位置に位置推定の結果値が収斂することを防止することができる。

図４は、本発明の一実施形態に係るＩＭＵセンサを用いて補正された磁場数値、推定された方向情報、及び推定された移動距離情報に基づいて端末の位置を推定するプロセッサを説明するためのブロック図である。
図４を参照すると、本発明の一実施形態に係る磁場地図ベース測位システムで用いられる移動端末は、位置推定アルゴリズムを行うプロセッサ４４０内に磁場数値補正部４４１、方向情報生成部４４２、移動距離算出部４４３、及び第３位置推定部４４４を備える。

ここで、本発明の一実施形態に係るプロセッサ４４０は、図２を参照して前述したチルト誤差を補正した磁場数値を用いると同時に、図３を参照して前述した方向情報加重値及び移動距離を用いることによって、移動端末の位置推定の結果値に対する信頼度をより向上させることができる。
ここで、磁場数値補正部４４１は、ＩＭＵセンサ４３０によって測定された加速度数値４３１及びジャイロ数値４３２を用いて磁場センサ４２０によって測定された磁場数値４２１を補正する。

より具体的には、磁場数値補正部４４１は、ジャイロ数値４３２及び加速度数値４３１を用いて移動端末のチルト誤差を算出するチルト誤差算出部４４５、及び算出されたチルト誤差に基づいて測定された磁場数値４２１の補正を行う磁場数値補正実行部４４６を備える。

また、方向情報生成部４４２は、ＩＭＵセンサ４３０によって測定された加速度数値４３１及び磁場センサ４２０によって測定された磁場数値４２１を用いて、移動端末の第１方向情報を生成する第１方向情報生成部４４７、ＩＭＵセンサ４３０によって測定された加速度数値４３１、及びジャイロ数値４３２を用いて移動端末の第２方向情報を生成する第２方向情報生成部４４８、第１方向情報及び第２方向情報に基づいて移動端末の方向情報加重値を設定する方向情報加重値設定部４４９を備える。

また、移動距離算出部４４３は、測定された加速度数値４３１に基づいて移動端末の移動距離を算出する。
最後に、第３位置推定部４４４は、移動距離、方向情報加重値、測定された磁場数値４２１、及びメモリ４１０に格納された磁場地図４１１に基づいて移動端末の位置を推定する。
図４に示すモジュールそれぞれには、図１〜図３を参照して上述した説明がそのまま適用され得るため、より詳細な説明は省略する。

図５は、本発明の一実施形態に係る磁場地図ベース測位システムで用いられる位置推定方法を説明するための動作フローチャートである。
図５を参照すると、本発明の一実施形態に係る磁場地図ベース測位システムで用いられる位置推定方法は、測位システムの対象領域に対する磁場地図に関連する情報を取得するステップＳ５１０と、対象領域に含まれた少なくとも１つの端末の位置で磁場数値を測定するステップＳ５２０と、少なくとも１つの端末の加速度数値及び少なくとも１つの端末のジャイロ数値を測定するステップＳ５３０と、磁場地図、磁場数値、加速度数値及びジャイロ数値に基づいて少なくとも１つの端末の位置を推定するステップＳ５４０とを含む。

ここで、少なくとも１つの端末の位置を推定するステップＳ５４０は、ジャイロ数値及び加速度数値を用いて少なくとも１つの端末のチルト（ｔｉｌｔ）誤差を算出するステップと、チルト誤差に基づいて磁場数値を補正するステップと、補正された磁場数値及び磁場地図に基づいて少なくとも１つの端末の位置に対する推定を行うステップとを含んでもよい。

また、少なくとも１つの端末の位置を推定するステップＳ５４０は、加速度数値及び磁場数値を用いて第１方向情報を生成するステップと、加速度数値及びジャイロ数値を用いて第２方向情報を生成するステップと、第１方向情報及び第２方向情報に基づいて方向情報加重値を設定するステップと、加速度数値に基づいて少なくとも１つの端末の移動距離を算出するステップと、移動距離、方向情報加重値、磁場数値及び磁場地図に基づいて少なくとも１つの端末の位置に対する推定を行うステップとを含んでもよい。

それだけでなく、少なくとも１つの端末の位置を推定するステップＳ５４０は、加速度数値及びジャイロ数値を用いて磁場数値を補正するステップと、補正された磁場数値、加速度数値、及びジャイロ数値を用いて少なくとも１つの端末の方向情報を生成するステップと、加速度数値に基づいて少なくとも１つの端末の移動距離を算出するステップと、移動距離、方向情報、磁場数値及び磁場地図に基づいて少なくとも１つの端末の位置を推定するステップとを含んでもよい。

図５に示したステップそれぞれには、図１〜図４を参照して上述した説明がそのまま適用され得るため、より詳細な説明は省略する。

上述した位置推定方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で実現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録され得る。
コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などの単独又は組み合わせたものを含んでもよい。
媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。

コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を格納して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれてもよい。

プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コード（ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｄｅ）だけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コード（ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ）を含む。上述したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアのレイヤで動作するように構成されてもよい。

尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１００ 移動端末
１１０、２１０、３１０、４１０ メモリ
１２０、２２０、３２０、４２０ 磁場センサ
１３０、２３０、３３０、４３０ ＩＭＵセンサ
１４０、２４０、３４０、４４０ プロセッサ
２１１、３１１、４１１ 磁場地図
２２１、３２１、４２１ 磁場数値
２３１、３３１、４３１ 加速度数値
２３２、３３２、４３２ ジャイロ数値
２４１、４４１ 磁場数値補正部
２４２ 第１位置推定部
２４３、４４５ チルト誤差算出部
２４４、４４６ 磁場数値補正実行部
３４１、４４７ 第１方向情報生成部
３４２、４４８ 第２方向情報生成部
３４３、４４９ 方向情報加重値設定部
３４４、４４３ 移動距離算出部
３４５ 第２位置推定部
４４２ 方向情報生成部
４４４ 第３位置推定部

Claims (20)

1. 磁場地図ベース測位システムのための移動端末において、
   複数の位置における磁場数値を含む磁場地図を格納するメモリと、
   前記移動端末の位置で磁場数値を測定する磁場センサと、
   前記移動端末の加速度数値及びジャイロ数値を測定するＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）センサと、
   前記磁場地図、前記磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の位置を決定するプロセッサとを有することを特徴とする移動端末。
2. 前記ジャイロ数値は、前記移動端末のローテーション数値とオリエンテーション数値を含むことを特徴とする請求項１に記載の移動端末。
3. 前記プロセッサは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記磁場数値を補正する磁場数値補正部と、
   前記磁場地図及び前記補正された磁場数値に基づいて前記移動端末の位置を決定する第１位置推定部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の移動端末。
4. 前記磁場数値補正部は、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末のチルト誤差を決定するチルト誤差算出部と、
   前記チルト誤差に基づいて前記磁場数値を補正する磁場数値補正実行部とを含むことを特徴とする請求項３に記載の移動端末。
5. 前記チルト誤差は、前記移動端末のピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ロール（ｒｏｌｌ）、及びヨー（ｙａｗ）を含むことを特徴とする請求項４に記載の移動端末。
6. 前記プロセッサは、前記磁場数値及び前記加速度数値に基づいて第１方向情報を生成する第１方向情報生成部と、
   前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて第２方向情報を生成する第２方向情報生成部と、
   前記第１方向情報及び前記第２方向情報に基づいて方向情報加重値を設定する方向情報加重値設定部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の移動端末。
7. 前記方向情報加重値設定部は、第１数値を決定するために前記第１方向情報の変化量から前記第２方向情報の変化量を差し引き、前記第１数値が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記方向情報加重値を前記第２方向情報に設定し、
   第２数値を決定するために前記第２方向情報の変化量から前記第１方向情報の変化量を差し引き、前記第２数値が前記予め設定された閾値よりも大きい場合、前記方向情報加重値を前記第１方向情報に設定することを特徴とする請求項６に記載の移動端末。
8. 前記プロセッサは、前記加速度数値に基づいて前記移動端末の移動距離を決定する移動距離算出部と、
   前記磁場地図、前記磁場数値、前記方向情報加重値、及び前記移動距離に基づいて前記移動端末の位置を決定する第２位置推定部とをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の移動端末。
9. 前記プロセッサは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記磁場数値を補正する磁場数値補正部と、
   前記補正された磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の方向情報加重値を生成する方向情報生成部と、
   前記加速度数値に基づいて前記移動端末の移動距離を決定する移動距離算出部と、
   前記磁場地図、前記補正された磁場数値、前記方向情報加重値、及び前記移動距離に基づいて前記移動端末の位置を決定する第３位置推定部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の移動端末。
10. 前記プロセッサは、粒子フィルタ、カルマンフィルタ、又は、マルコフ位置認識法のうち少なくとも１つを用いて前記移動端末の位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の移動端末。
11. 磁場地図ベース測位システムのための位置推定方法において、
    複数の位置での磁場数値を含む磁場地図を決定するステップと、
    移動端末の位置で磁場数値を測定するステップと、
    前記移動端末の加速度数値及びジャイロ数値を測定するステップと、
    前記磁場地図、前記磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の位置を決定するステップとを有することを特徴とする位置推定方法。
12. 前記ジャイロ数値は、前記移動端末のローテーション数値とオリエンテーション数値を含むことを特徴とする請求項１１に記載の位置推定方法。
13. 前記移動端末の位置を推定するステップは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記磁場数値を補正するステップと、
    前記磁場地図及び前記補正された磁場数値に基づいて前記移動端末の位置を決定するステップとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の位置推定方法。
14. 前記磁場数値を補正するステップは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末のチルト誤差を決定するステップと、
    前記チルト誤差に基づいて前記磁場数値を補正するステップとを含むことを特徴とする請求項１３に記載の位置推定方法。
15. 前記チルト誤差は、前記移動端末のピッチ、ロール、及びヨーを含むことを特徴とする請求項１４に記載の位置推定方法。
16. 前記移動端末の位置を決定するステップは、前記磁場数値及び前記加速度数値に基づいて第１方向情報を生成するステップと、
    前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて第２方向情報を生成するステップと、
    前記第１方向情報及び前記第２方向情報に基づいて方向情報加重値を設定するステップとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の位置推定方法。
17. 前記方向情報加重値を設定するステップは、第１数値を決定するために前記第１方向情報の変化量から前記第２方向情報の変化量を差し引くステップと、
    前記第１数値が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記方向情報加重値を前記第２方向情報に設定するステップと、
    第２数値を決定するために前記第２方向情報の変化量から前記第１方向情報の変化量を差し引くステップと、
    前記第２数値が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記方向情報加重値を前記第１方向情報に設定するステップとを含むことを特徴とする請求項１６に記載の位置推定方法。
18. 前記移動端末の位置を決定するステップは、前記加速度数値に基づいて前記移動端末の移動距離を決定するステップと、
    前記磁場地図、前記磁場数値、前記方向情報加重値、及び前記移動距離に基づいて前記移動端末の位置を決定するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の位置推定方法。
19. 前記移動端末の位置を決定するステップは、前記加速度数値及び前記ジャイロ数値に基づいて前記磁場数値を補正するステップと、
    前記補正された磁場数値、前記加速度数値、及び前記ジャイロ数値に基づいて前記移動端末の方向情報加重値を生成するステップと、
    前記加速度数値に基づいて前記移動端末の移動距離を決定するステップと、
    前記磁場地図、前記補正された磁場数値、前記方向情報加重値、及び前記移動距離に基づいて前記移動端末の位置を決定するステップとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の位置推定方法。
20. 請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の位置推定方法を実行させるためのプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータ読出可能記録媒体。
    

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