JP2549283B2 - 磁気コンパス方位修正方法ならびに磁気コンパス装置 - Google Patents
磁気コンパス方位修正方法ならびに磁気コンパス装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、互いに直角に配置した磁界検出素子、つま
り、直交配置した磁界センサを有する磁気コンパスと、
こうした磁界センサによる磁気コンパスの修正方法とに
関するものである。
り、直交配置した磁界センサを有する磁気コンパスと、
こうした磁界センサによる磁気コンパスの修正方法とに
関するものである。
磁気コンパスは、囲まれた磁界の中における磁界の向
き検知したり測定したりするための磁気的装置として用
いられている。
き検知したり測定したりするための磁気的装置として用
いられている。
そして、変則的な局部的磁気成分が無いときには、こ
の囲まれた磁界は、地磁気による磁界、つまり、地磁気
磁界になる。
の囲まれた磁界は、地磁気による磁界、つまり、地磁気
磁界になる。
地磁気の垂直成分による影響をなくするには、磁気コ
ンパスの垂直方向を維持するために、通常、振り子状の
錘が用いられている。また、自由に回動できる磁針は磁
界の方向に向くので、磁気コンパスで検知されるコンパ
スの方位φは、空間に回転するコンパスケースと地磁気
の水平方向に向かう回動磁針との間の角度を測定するこ
とによって決定される。
ンパスの垂直方向を維持するために、通常、振り子状の
錘が用いられている。また、自由に回動できる磁針は磁
界の方向に向くので、磁気コンパスで検知されるコンパ
スの方位φは、空間に回転するコンパスケースと地磁気
の水平方向に向かう回動磁針との間の角度を測定するこ
とによって決定される。
一般的な従来の磁気コンパスでは、磁針を構成する磁
石材料が１個の場合には、コードホイール、つまり、方
位符号を記した符号盤の表示方向に対して、この磁石材
料の取付配置がオフセット、つまり、「位置ずれ」して
いると、このオフセットにより、コンパスの方位φにバ
イアス誤差が生じ、また、この磁石材料を２個並列する
などの複数によって構成した場合には、各磁石材料の取
付配置が「位置ずれ」しているきにも、同様にして、オ
フセットによるバイアス誤差が生ずる。
石材料が１個の場合には、コードホイール、つまり、方
位符号を記した符号盤の表示方向に対して、この磁石材
料の取付配置がオフセット、つまり、「位置ずれ」して
いると、このオフセットにより、コンパスの方位φにバ
イアス誤差が生じ、また、この磁石材料を２個並列する
などの複数によって構成した場合には、各磁石材料の取
付配置が「位置ずれ」しているきにも、同様にして、オ
フセットによるバイアス誤差が生ずる。
コンパスケースに取り付けた磁性材料が磁針の周りを
回転するとコンパス方位φに正弦波の誤差が生ずる。コ
ンパスの磁針は地磁気による磁界と磁界材料による磁界
とのベクトル和の方向に向かうので、多数の磁性材料片
に対しては、一般に、次式で表される。
回転するとコンパス方位φに正弦波の誤差が生ずる。コ
ンパスの磁針は地磁気による磁界と磁界材料による磁界
とのベクトル和の方向に向かうので、多数の磁性材料片
に対しては、一般に、次式で表される。
φ＝θ＋Ａ＋Bsinθ＋Ccosθ ここで、Ａは上記のバイアス誤差、ＢおよびＣは内部
の磁性材料の直交方向成分の大きさの合計、θはコンパ
スケースの実際の方位、そして、φはコンパスの指す方
位である。
の磁性材料の直交方向成分の大きさの合計、θはコンパ
スケースの実際の方位、そして、φはコンパスの指す方
位である。
永久的に磁化された材料、つまり、永久磁石によって
生ずる誤差は、この材料による磁界の大きさが、θの関
数としては変化しないので、コンパスケースの１周にお
いて１サイクル状の変化を行う“単サイクル成分をもつ
誤差”、つまり、sinθとcosθの関数で表される誤差に
なる。
生ずる誤差は、この材料による磁界の大きさが、θの関
数としては変化しないので、コンパスケースの１周にお
いて１サイクル状の変化を行う“単サイクル成分をもつ
誤差”、つまり、sinθとcosθの関数で表される誤差に
なる。
また、導磁性材料は、それが並べられた磁界を強くす
るものと考えてよい。したがって、コンパスケースに取
付けた導磁性材料が内部磁界の回りを回転すると、次式
で表されるように、コンパスケースの１周において２サ
イクル状の変化を行う“２サイクル成分をもつ誤差”、
つまり、sin2θとcos2θの関数で表される誤差になる。
るものと考えてよい。したがって、コンパスケースに取
付けた導磁性材料が内部磁界の回りを回転すると、次式
で表されるように、コンパスケースの１周において２サ
イクル状の変化を行う“２サイクル成分をもつ誤差”、
つまり、sin2θとcos2θの関数で表される誤差になる。
つまり、導磁性材料のみの場合には、次式のようにな
る。
る。
φ＝θ＋Dsin（２θ）＋Ecos（２θ） ここで、ＤとＥは、内部の導磁性材料の直交成分の最
大の大きさの合計である。
大の大きさの合計である。
そして、留意すべきことは、バイアス項と“単サイク
ル成分をもつ誤差”の項と“２サイクル成分をもつ誤
差”の項とが、それぞれが他の誤差項とは、全て独立し
ているので、各誤差の修正は、それぞれ別個に考えれば
よいことである。
ル成分をもつ誤差”の項と“２サイクル成分をもつ誤
差”の項とが、それぞれが他の誤差項とは、全て独立し
ているので、各誤差の修正は、それぞれ別個に考えれば
よいことである。
こうしたコンパスの誤差を除去するための修正方法
は、“HANDBOOK OF MAGNETIC COMPASS ADJUSTMENT"THE
DEFFENCE MAPPING AGENCY HYDROGRAPHIC/TOPOGRAPHIC C
ENTER"1980発行、Pub.No.26,Stock No.NVPUB 226、「新
訂航海ハンドブック」昭和52年９月成山堂書店発行の第
３編第３章磁気コンパスなどに記載された公知の５つの
修正係数Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅを用いて修正している。
は、“HANDBOOK OF MAGNETIC COMPASS ADJUSTMENT"THE
DEFFENCE MAPPING AGENCY HYDROGRAPHIC/TOPOGRAPHIC C
ENTER"1980発行、Pub.No.26,Stock No.NVPUB 226、「新
訂航海ハンドブック」昭和52年９月成山堂書店発行の第
３編第３章磁気コンパスなどに記載された公知の５つの
修正係数Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅを用いて修正している。
ここで、Ａ係数は、「位置ずれ」、つまり、オフセッ
トによるバイアス誤差を修正するための単純な修正用の
値であり、Ｂ係数とＣ係数とは、上記の変則的な永久磁
石成分による誤差に対する修正用の値であり、Ｄ係数と
Ｅ係数とは、上記の変則的な誘導磁気成分による誤差に
対する修正用の値である。
トによるバイアス誤差を修正するための単純な修正用の
値であり、Ｂ係数とＣ係数とは、上記の変則的な永久磁
石成分による誤差に対する修正用の値であり、Ｄ係数と
Ｅ係数とは、上記の変則的な誘導磁気成分による誤差に
対する修正用の値である。
そして、実際の方位に対するコンパスの自差修正値は
次のように表される 自差修正値＝Ａ＋Bsinφ＋Ccosφ＋Dsin2φ＋Ecos2φ ここで、φはコンパスの方位である。
次のように表される 自差修正値＝Ａ＋Bsinφ＋Ccosφ＋Dsin2φ＋Ecos2φ ここで、φはコンパスの方位である。
また、上記のようなコンパス方位を得る磁界検出を、
各120゜の方向間隔で設けた３つのコイルによって行な
い、これらコイルによって得られた各120゜方向の信号
を複数のアナログ増幅器で編成された修正回路に与える
とともに、これら複数のアナログ増幅器の各利得を調整
することによって、上記の自差修正を行うようにした構
成の磁気コンパス装置が仏国特許出願公開（1976年）第
2302505号によって開示されている。
各120゜の方向間隔で設けた３つのコイルによって行な
い、これらコイルによって得られた各120゜方向の信号
を複数のアナログ増幅器で編成された修正回路に与える
とともに、これら複数のアナログ増幅器の各利得を調整
することによって、上記の自差修正を行うようにした構
成の磁気コンパス装置が仏国特許出願公開（1976年）第
2302505号によって開示されている。
上記のコンパス方位の修正には、絶対的な基準と精度
の高い回転を要求されるので、殆どの磁気コンパスは現
場での修正が不可能である。
の高い回転を要求されるので、殆どの磁気コンパスは現
場での修正が不可能である。
磁気コンパス装置を“航行船舶”上で修正するときの
基準としてジャイロコンパスがここ数年用いられてい
た。しかし、航行中のジャイロコンパスは、旋回時の指
示遅れなどがあり、大概の場合、精度のある修正を妨げ
ていた。
基準としてジャイロコンパスがここ数年用いられてい
た。しかし、航行中のジャイロコンパスは、旋回時の指
示遅れなどがあり、大概の場合、精度のある修正を妨げ
ていた。
このほか、上記の従来技術における光学的なコンパス
では、コンパス方位φを修正するための操作が、人の目
視測定のみによっているため、修正後の方位に多くの人
為的な誤差が含まれやすいという不都合がある。
では、コンパス方位φを修正するための操作が、人の目
視測定のみによっているため、修正後の方位に多くの人
為的な誤差が含まれやすいという不都合がある。
このため、現場でも簡単に行え、こうしたジャイロコ
ンパスの指示遅れや人為的誤差のなるべく少ない、例え
ば、電子的な方法による誤差修正方法ならびにそうした
修正方法をもつ電子的なソリッドステート構成による磁
気コンパスの提供が望まれているという課題がある。
ンパスの指示遅れや人為的誤差のなるべく少ない、例え
ば、電子的な方法による誤差修正方法ならびにそうした
修正方法をもつ電子的なソリッドステート構成による磁
気コンパスの提供が望まれているという課題がある。
しかしながら、上記のような各120゜方向間隔で設け
た３つのコイルによりコンパス方位を検出するもので
は、上記の自差修正を、sinθと、sin（θ＋120゜）
と、sin（θ−120゜）との３つの信号によって処理する
ため、自差修正を演算処理でおこなう場合には、演算処
理が複雑になるほか、修正回路を構成する各アナログ増
幅器が温度変化や経年変化によって、各利得などが変化
するので、３つの信号に不均整が生ずるため、その都
度、この不均整が生じていないことを確認し、または、
均整化するための調整操作を行う必要があり、うっかり
して、この確認や調整を忘れ、誤差の大きいコンパス方
位によって航行して、不測の事故を生ずるなどの不都合
がある。
た３つのコイルによりコンパス方位を検出するもので
は、上記の自差修正を、sinθと、sin（θ＋120゜）
と、sin（θ−120゜）との３つの信号によって処理する
ため、自差修正を演算処理でおこなう場合には、演算処
理が複雑になるほか、修正回路を構成する各アナログ増
幅器が温度変化や経年変化によって、各利得などが変化
するので、３つの信号に不均整が生ずるため、その都
度、この不均整が生じていないことを確認し、または、
均整化するための調整操作を行う必要があり、うっかり
して、この確認や調整を忘れ、誤差の大きいコンパス方
位によって航行して、不測の事故を生ずるなどの不都合
がある。
このためこうした不都合がなく、高い精度の得られる
修正磁気コンパス方位が得られる修正方法や磁気コンパ
スの提供が望まれているという課題がある。
修正磁気コンパス方位が得られる修正方法や磁気コンパ
スの提供が望まれているという課題がある。
この発明は、上記のような 磁気コンパスから得られる方位の誤差を修正して修正
コンパス方位を得る磁気コンパス方位修正方法におい
て、 直交関係をもって配置されたＸ磁界センサとＹ磁界セ
ンサとを含む複数の磁界センサを配置し、 上記の複数の磁界センサを所定の磁界の中で回転する
ことにより、上記のＸ磁界センサからの「うねり曲線」
値をもつＸセンサ出力と、上記のＹ磁界センサからの
「うねり曲線」値をもつＹセンサ出力とを得る処理と、 上記のＸセンサ出力の「うねり曲線」値、つまり、Ｘ
うねり曲線値）と、Ｙセンサ出力の「うねり曲線」値、
つまり、Ｙうねり曲線値とにおける各尖頭振幅をそれぞ
れ平均して、Ｘバイアス値とＹバイアス値とを得る処理
と、 永久磁石成分によるＢ係数誤差とＣ係数誤差を修正す
るために、上記のＸうねり曲線値から上記のＸバイアス
値を減算し、上記のＹうねり曲線値から上記のＹバイア
ス値を減算して、それぞれ、第１のＸ成分修正値と第１
のＹ成分修正値とを得る処理と、 誘導磁界成分によるＤ係数誤差を修正するために、上
記の第１のＸ成分修正値と上記の第１のＹ成分修正値と
のいずれか一方に、上記の各尖頭振幅の比の比例値でな
る上記のＤ係数誤差の修正値を適用して、上記の第１の
Ｘ成分修正値と上記の第１のＹ成分修正値とを均整化す
ることにより、第２のＸ成分修正値と第２のＹ成分修正
値とを得る処理と、 誘導磁界成分によるＥ係数誤差を修正するために、上
記の第２のＸ成分修正値と上記の第２のＹ成分修正値の
うちの少なくとも一方に、上記のＸうねり曲線値と上記
のＹうねり曲線値との間の位相差の関数値でなる上記の
Ｅ係数誤差の修正値を適用して、上記の第２のＸ成分修
正値と上記の第２のＹ成分修正値との間の位相差を修正
することにより、第３のＸ成分修正値と第３のＹ成分修
正値を得る処理と、 上記の第３のＸ成分修正値と第３のＹ成分修正値にも
とづいて部分的な修正方位を求めた後に、位置ずれによ
るＡ係数誤差を修正して上記の修正コンパス方位を得る
処理と を設ける磁気コンパス方位修正方法と、 コンパス方位を得るための磁界センサ部分を配置する
とともに、上記のコンパス方位を修正して修正コンパス
方位を得るための演算処理部分を設けた磁気コンパス装
置において、 上記の磁気センサ部分が、 直交関係をもって配置されたＸ磁界センサとＹ磁界セ
ンサとを含む複数の磁界センサを具備するとともに、 上記の演算処理部分が、上記の磁気コンパス方位修正
方法における各処理を演算処理として演算を行うように
構成した磁気コンパス装置となどを提供することによ
り、上記の課題を解決し得るようにしたものである。
コンパス方位を得る磁気コンパス方位修正方法におい
て、 直交関係をもって配置されたＸ磁界センサとＹ磁界セ
ンサとを含む複数の磁界センサを配置し、 上記の複数の磁界センサを所定の磁界の中で回転する
ことにより、上記のＸ磁界センサからの「うねり曲線」
値をもつＸセンサ出力と、上記のＹ磁界センサからの
「うねり曲線」値をもつＹセンサ出力とを得る処理と、 上記のＸセンサ出力の「うねり曲線」値、つまり、Ｘ
うねり曲線値）と、Ｙセンサ出力の「うねり曲線」値、
つまり、Ｙうねり曲線値とにおける各尖頭振幅をそれぞ
れ平均して、Ｘバイアス値とＹバイアス値とを得る処理
と、 永久磁石成分によるＢ係数誤差とＣ係数誤差を修正す
るために、上記のＸうねり曲線値から上記のＸバイアス
値を減算し、上記のＹうねり曲線値から上記のＹバイア
ス値を減算して、それぞれ、第１のＸ成分修正値と第１
のＹ成分修正値とを得る処理と、 誘導磁界成分によるＤ係数誤差を修正するために、上
記の第１のＸ成分修正値と上記の第１のＹ成分修正値と
のいずれか一方に、上記の各尖頭振幅の比の比例値でな
る上記のＤ係数誤差の修正値を適用して、上記の第１の
Ｘ成分修正値と上記の第１のＹ成分修正値とを均整化す
ることにより、第２のＸ成分修正値と第２のＹ成分修正
値とを得る処理と、 誘導磁界成分によるＥ係数誤差を修正するために、上
記の第２のＸ成分修正値と上記の第２のＹ成分修正値の
うちの少なくとも一方に、上記のＸうねり曲線値と上記
のＹうねり曲線値との間の位相差の関数値でなる上記の
Ｅ係数誤差の修正値を適用して、上記の第２のＸ成分修
正値と上記の第２のＹ成分修正値との間の位相差を修正
することにより、第３のＸ成分修正値と第３のＹ成分修
正値を得る処理と、 上記の第３のＸ成分修正値と第３のＹ成分修正値にも
とづいて部分的な修正方位を求めた後に、位置ずれによ
るＡ係数誤差を修正して上記の修正コンパス方位を得る
処理と を設ける磁気コンパス方位修正方法と、 コンパス方位を得るための磁界センサ部分を配置する
とともに、上記のコンパス方位を修正して修正コンパス
方位を得るための演算処理部分を設けた磁気コンパス装
置において、 上記の磁気センサ部分が、 直交関係をもって配置されたＸ磁界センサとＹ磁界セ
ンサとを含む複数の磁界センサを具備するとともに、 上記の演算処理部分が、上記の磁気コンパス方位修正
方法における各処理を演算処理として演算を行うように
構成した磁気コンパス装置となどを提供することによ
り、上記の課題を解決し得るようにしたものである。
以下、実施例を説明する。
上記の修正係数を計算するためには、磁気コンパス
（以下、コンパスと略す）を精度の高い角度分解能と既
知の基準方位とを有した回転テーブル上に置く必要があ
る。コンパスを一定速度で360゜互いに逆方向に回転さ
せる間に、テーブル方位とコンパス方位とを一定増分毎
に、テーブル方位の既知の位置に関連づけて記録する。
（以下、コンパスと略す）を精度の高い角度分解能と既
知の基準方位とを有した回転テーブル上に置く必要があ
る。コンパスを一定速度で360゜互いに逆方向に回転さ
せる間に、テーブル方位とコンパス方位とを一定増分毎
に、テーブル方位の既知の位置に関連づけて記録する。
他のデータ収集方法では、各測定点でテーブルを停止
させ、各点でデータを取る前にコンパスのジンバルの動
揺を落ちつかせて、位置決めが可能なようにしている。
この方法は１回の回転で足りるが測定速度が遅くなる。
させ、各点でデータを取る前にコンパスのジンバルの動
揺を落ちつかせて、位置決めが可能なようにしている。
この方法は１回の回転で足りるが測定速度が遅くなる。
コンパスの作動中に、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ係数の
データを決定する方法は、遅れ量Ｌを留意することによ
り可能である。
データを決定する方法は、遅れ量Ｌを留意することによ
り可能である。
つまり、コンパスの実際の方位θとコンパスの方位φ
との間の平均誤差は平均遅れと平均自差との合計にな
る。したがって、 ▲▼＝＋▲
▼ 上線を施した部分は、すべてのデータ点での平均値を
示している。
との間の平均誤差は平均遅れと平均自差との合計にな
る。したがって、 ▲▼＝＋▲
▼ 上線を施した部分は、すべてのデータ点での平均値を
示している。
そして、上記のように、コンパスを一定速度で360゜
互いに逆方向に回転させる場合には、 ＝０ になる。したがって、 ▲▼＝＋▲▼＋▲▼＋▲
▼＋▲▼ Ａはθの全ての値に対して一定であるので、 ＝▲▼ である。
互いに逆方向に回転させる場合には、 ＝０ になる。したがって、 ▲▼＝＋▲▼＋▲▼＋▲
▼＋▲▼ Ａはθの全ての値に対して一定であるので、 ＝▲▼ である。
Ｂ係数を決めるために各データ点をsinφで乗算する
と、 になる。
と、 になる。
上式の右辺の項で360゜の回転に対して０にならない
唯一の項は、 であり、したがって、Ｂ＝▲▼に
なる。
唯一の項は、 であり、したがって、Ｂ＝▲▼に
なる。
また、各データ点を各々cosφ、sin2φ、cos2φで乗
算することによって、Ｃ、ＤおよびＥ係数を同様の方法
で計算できる。
算することによって、Ｃ、ＤおよびＥ係数を同様の方法
で計算できる。
つまり、 Ｂ＝▲▼ Ｃ＝▲▼ Ｄ＝▲▼ Ｅ＝▲▼ ここで、留意すべきことは、Ａ係数に関する誤差はコ
ンパスが最終的取付け位置からずれたときに変化し、
Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ係数に関する誤差は、前回に行った
コンパス方位の修正時の磁界環境と異なった場所にコン
パスが取付けられたときに変化し、さらに、ＢおよびＣ
係数に関する誤差は緯度によっても変化することであ
る。
ンパスが最終的取付け位置からずれたときに変化し、
Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ係数に関する誤差は、前回に行った
コンパス方位の修正時の磁界環境と異なった場所にコン
パスが取付けられたときに変化し、さらに、ＢおよびＣ
係数に関する誤差は緯度によっても変化することであ
る。
本発明は、上記の演算による修正を容易に行えるよう
に構成したものであり、具体的には、本発明のソリッド
ステートな構成による磁気コンパスは、水平面上に互い
に直角かつ同一中心的に取り付けられ、つまり、直交配
置されて、地磁気の強度を検出可能な２個のコイルによ
る磁界センサを有しており、これらの各磁界検出コイル
の中心はジンバルシ装置の回転と一致している。
に構成したものであり、具体的には、本発明のソリッド
ステートな構成による磁気コンパスは、水平面上に互い
に直角かつ同一中心的に取り付けられ、つまり、直交配
置されて、地磁気の強度を検出可能な２個のコイルによ
る磁界センサを有しており、これらの各磁界検出コイル
の中心はジンバルシ装置の回転と一致している。
そして、本発明のシステムは、磁界検出コイルの出力
から、オフセット、つまり、バイアスに相当する平均信
号を計算する。磁界検出コイルは地磁気の固定磁界内で
回転させられ、最小360゜にわたりサンプルした「うね
り曲線状（sinusoidal）信号」、つまり、正弦波状信号
と余弦波状信号を得る。このサンプルは、未修正コンパ
ス方位を基準に用いて、ほぼ等間隔でサンプルされる。
その後、位相誤差を評価して修正する。
から、オフセット、つまり、バイアスに相当する平均信
号を計算する。磁界検出コイルは地磁気の固定磁界内で
回転させられ、最小360゜にわたりサンプルした「うね
り曲線状（sinusoidal）信号」、つまり、正弦波状信号
と余弦波状信号を得る。このサンプルは、未修正コンパ
ス方位を基準に用いて、ほぼ等間隔でサンプルされる。
その後、位相誤差を評価して修正する。
その結果、５つの個別の誤差信号を得ることができ、
これらを修正コンパス方位角度を得るために用いること
ができるので、多面にわたるテストや複雑で高価な装置
を行う必要がなくなる。
これらを修正コンパス方位角度を得るために用いること
ができるので、多面にわたるテストや複雑で高価な装置
を行う必要がなくなる。
さらに、修正コンパス方位角度を決定するために、各
コイル出力の振幅を修正して正規化した尖頭値信号、つ
まり、正規化したピーク・ツウ・ピーク信号を得てい
る。
コイル出力の振幅を修正して正規化した尖頭値信号、つ
まり、正規化したピーク・ツウ・ピーク信号を得てい
る。
以下、実施例の具体構成を第１図〜第４図により説明
する。
する。
２個のコイル52・53による磁界センサ構成50、つま
り、十字状配置コイルによる構成が第１図に示されてい
る。
り、十字状配置コイルによる構成が第１図に示されてい
る。
ｘコイル52はコンパスケース56に平行であるので、コ
ンパスが北を指しているいるとき、ｘコイル52は水平磁
界（Ｈ）の大きさを読み、ｙコイル54はゼロを読む。し
たがって、各コイルの出力Xcoil・Ycoilは、 Ycoil＝Hsinθ Xcoil＝Hcosθ になり、コンパス方位θはθ＝tan-1〔Ycoil/Xcoil〕に
より計算される。
ンパスが北を指しているいるとき、ｘコイル52は水平磁
界（Ｈ）の大きさを読み、ｙコイル54はゼロを読む。し
たがって、各コイルの出力Xcoil・Ycoilは、 Ycoil＝Hsinθ Xcoil＝Hcosθ になり、コンパス方位θはθ＝tan-1〔Ycoil/Xcoil〕に
より計算される。
十字状に配置されたコイル52・54は対称的であり、コ
ンパスケース56に固定されていて、可動部分を有してい
ない。水平基準はジンバルを用いるか、または、ストラ
ップダウンを用いることによって得られる。
ンパスケース56に固定されていて、可動部分を有してい
ない。水平基準はジンバルを用いるか、または、ストラ
ップダウンを用いることによって得られる。
コイル52・54の出力信号は、各信号のサンプラ62・64
によってサンプリングされ、この信号をプロセッサ60に
与えることによって、方位角度の計算と誤差の修正を行
う。修正スイッチ66がイネーブルにされると、後記の修
正プロセスによって誤差が修正される。
によってサンプリングされ、この信号をプロセッサ60に
与えることによって、方位角度の計算と誤差の修正を行
う。修正スイッチ66がイネーブルにされると、後記の修
正プロセスによって誤差が修正される。
信号サンプラ62・64およびプロセッサ60は、アナロ
グ、ディジタル、または、その両方で構成できる。
グ、ディジタル、または、その両方で構成できる。
ｘコイル52の長手方向の軸とコンパスケース56のルー
バライン58との間に、なんらかのずれがあると、光学的
コンパスのバイアス誤差と同一の誤差が磁気コンパスに
生ずる。
バライン58との間に、なんらかのずれがあると、光学的
コンパスのバイアス誤差と同一の誤差が磁気コンパスに
生ずる。
このため、コンパスの出力方位、つまり、コンパス方
位φは、 φ＝Ａ＋θ になる。ここで、Ａは位置合わせ誤差、つまり、配置ず
れ誤差であり、θは実際のコンパス方位である。
位φは、 φ＝Ａ＋θ になる。ここで、Ａは位置合わせ誤差、つまり、配置ず
れ誤差であり、θは実際のコンパス方位である。
コンパスケース56に取付けた永久磁石材料は各コイル
出力中のバイアス項として表せる。磁界強度Hpの永久磁
石であって、この永久磁石の軸とｘコイル52の軸との間
の角度がγである永久磁石を考えると、各コイル出力Xc
oil・Ycoilは、 Xcoil＝Hcosθ＋Hp cosγ Ycoil＝Hsinθ＋Hp sinγ になる。
出力中のバイアス項として表せる。磁界強度Hpの永久磁
石であって、この永久磁石の軸とｘコイル52の軸との間
の角度がγである永久磁石を考えると、各コイル出力Xc
oil・Ycoilは、 Xcoil＝Hcosθ＋Hp cosγ Ycoil＝Hsinθ＋Hp sinγ になる。
ここで、永久磁石はｘコイル52・ｙコイル54に対して
固定されており、コンパスケース56と共に回転するの
で、Hp cosγとHp sinγとの値は一定であることに留意
を要する。
固定されており、コンパスケース56と共に回転するの
で、Hp cosγとHp sinγとの値は一定であることに留意
を要する。
もし、コンパスケース56にｎ個の永久磁石があるとす
れば、 Xcoil＝Hcosθ＋Hp1cosγ１＋Hp2cosγ２＋…… ＋Hpncosγｎ Ycoil＝Hsinθ＋Hp1sinγ１＋Hp2sinγ２＋…… ＋Hpnsinγｎ になる。
れば、 Xcoil＝Hcosθ＋Hp1cosγ１＋Hp2cosγ２＋…… ＋Hpncosγｎ Ycoil＝Hsinθ＋Hp1sinγ１＋Hp2sinγ２＋…… ＋Hpnsinγｎ になる。
上記の各式は、一般に、ｉ＝１〜ｎによる一連の定数
を用いて、HpicosγｉとHpisinγｉとすることができ、
これらをPxとPyとして表すと、 Xcoil＝Hcosθ＋Px Ycoil＝Hsinθ＋Py ここで、PxとPyは、それぞれ、ｘコイル52とｙコイル
54に対するすべての永久磁石の影響を示している。した
がって、コンパスのもつ永久磁石材料とコンパスが取付
けられる船舶等のもつ永久磁石材料（図示せず）は、各
コイル出力Xcoil・Ycoilに一定のDCレベルのシフト、つ
まり、バイアスを生じさせる。
を用いて、HpicosγｉとHpisinγｉとすることができ、
これらをPxとPyとして表すと、 Xcoil＝Hcosθ＋Px Ycoil＝Hsinθ＋Py ここで、PxとPyは、それぞれ、ｘコイル52とｙコイル
54に対するすべての永久磁石の影響を示している。した
がって、コンパスのもつ永久磁石材料とコンパスが取付
けられる船舶等のもつ永久磁石材料（図示せず）は、各
コイル出力Xcoil・Ycoilに一定のDCレベルのシフト、つ
まり、バイアスを生じさせる。
そして、Xcoilの小さいバイアス値|Px|≪Ｈでは、Ｂ
係数タイプの誤差、Ｂ−Px/Hを生じ、また、Ycoilの
小さいバイアス値|Px|≪Ｈでは、Ｂ係数タイプの誤差、
Ｂ−Px/Hを生ずる。
係数タイプの誤差、Ｂ−Px/Hを生じ、また、Ycoilの
小さいバイアス値|Px|≪Ｈでは、Ｂ係数タイプの誤差、
Ｂ−Px/Hを生ずる。
したがって、永久磁石による15゜以下の誤差に対して
は、本発明の磁気コンパスの出力は、光学的コンパスの
出力に似ている。
は、本発明の磁気コンパスの出力は、光学的コンパスの
出力に似ている。
コンパス方位φを計算する前に、XcoilとYcoilのバイ
アスを取り除くようにして誤差を修正することができ
る。このバイアス誤差修正は緯度に無関係であるから、
バイアスを取り除くことは好ましい修正方法である。
アスを取り除くようにして誤差を修正することができ
る。このバイアス誤差修正は緯度に無関係であるから、
バイアスを取り除くことは好ましい修正方法である。
ところで、どのような軟鉄または導磁性材料でも、地
磁気によって、その内部に誘導磁界をもつことになる。
そして、軟鉄による影響は、ｘコイル52の軸と導磁性材
料の棒（図示せず）の軸との間の角度をβにして配置し
た構成によってモデル化できる。
磁気によって、その内部に誘導磁界をもつことになる。
そして、軟鉄による影響は、ｘコイル52の軸と導磁性材
料の棒（図示せず）の軸との間の角度をβにして配置し
た構成によってモデル化できる。
地磁気による誘導磁界の大きさは、地磁気の磁界の強
さＨとコンパス方位θとの関数である。つまり、 Hs＝lHcos（θ＋β） であり、ここで、Hsは誘導磁界強度、ｌは導磁性材料の
棒が地磁気の磁界方向に向けられたときの誘導磁界強度
の地磁気の磁界強度との比、θは実際のコンパス方位、
そして、βはｘコイル52の長手方向の軸と導磁性材料の
棒の長手方向の軸との間の角度である。
さＨとコンパス方位θとの関数である。つまり、 Hs＝lHcos（θ＋β） であり、ここで、Hsは誘導磁界強度、ｌは導磁性材料の
棒が地磁気の磁界方向に向けられたときの誘導磁界強度
の地磁気の磁界強度との比、θは実際のコンパス方位、
そして、βはｘコイル52の長手方向の軸と導磁性材料の
棒の長手方向の軸との間の角度である。
Xcoil・Ycoil出力に地磁気磁界と誘導磁界とのベクト
ルを加算すると、 Xcoil＝Hcosθ＋Hs cosβ＝Hcosθ＋lHs cosβcos（θ
＋β） Ycoil＝Hsinθ＋Hs sinβ＝Hsinθ＋lHs sinβcos（θ
＋β） になる。
ルを加算すると、 Xcoil＝Hcosθ＋Hs cosβ＝Hcosθ＋lHs cosβcos（θ
＋β） Ycoil＝Hsinθ＋Hs sinβ＝Hsinθ＋lHs sinβcos（θ
＋β） になる。
cos（θ＋β）＝cosβcosθ−sinβsinθ であるから、これを上記の各式に代入すると、 Xcoil＝Ｈ（１＋lHcosβ）cosθ−lHsinβsinθ Ycoil＝Ｈ（１−lHsinβ）sinθ＋lHcosβcosθ になり、水平なバイアスモデルの場合で、ｎ個の軟鉄に
対しては、 Hs cosβとHs sinβとを、それぞれ、次式に置換でき
る。
対しては、 Hs cosβとHs sinβとを、それぞれ、次式に置換でき
る。
Hsx＝Hs1cosβ１＋Hs2cosβ２＋……＋Hsncosβｎ Hsy＝Hs1sinβ１＋Hs2sinβ２＋……＋Hsnsinβｎ しかし、ここで、具体的な処理を含めたものを説明す
るために、単一片の軟鉄を用いたモデルについて、検討
してみることにする。
るために、単一片の軟鉄を用いたモデルについて、検討
してみることにする。
各コイル52・54に加わる「うねり曲線状（sinusoida
l）の誤差項」、つまり、正弦波状誤差の項と余弦波状
誤差の項とは、各コイル出力Xcoil・Ycoilに振幅と位相
のシフトを生じさせる。
l）の誤差項」、つまり、正弦波状誤差の項と余弦波状
誤差の項とは、各コイル出力Xcoil・Ycoilに振幅と位相
のシフトを生じさせる。
この出力は次式で表せる。
Xcoil＝DxHcos（θ＋βｘ） Ycoil＝DyHsin（θ＋βｙ） ここで、 βｘ＝−cot-1｛〔１＋lHcosβ〕/lsinβ｝ βｙ＝tan-1｛〔−lcosβ〕／〔１−lHsinβ〕｝ Dx＝（１＋lHcosβ）cosβｘ−lsinβsinβｘ Dy＝（１−lHsinβ）sin（βｙ＋90゜）−lcosβcos
（βｘ＋90゜） である。
（βｘ＋90゜） である。
ここで、DxとDyとは、ｘコイル52とｙコイル54の出力
の相対的な大きさを表すもので、それぞれ、軟鉄棒の影
響によって生ずるものである。
の相対的な大きさを表すもので、それぞれ、軟鉄棒の影
響によって生ずるものである。
軟鉄棒は、ｘコイル52の出力を、地磁気Ｈによる出力
に代えて、例えば、DxHの振幅出力にする。
に代えて、例えば、DxHの振幅出力にする。
また、ｘコイル52における軟鉄の「位置ずれ」は、ｘ
コイル出力Xcoilの最大振幅値が現れる箇所を、例え
ば、０゜方向から−βｘ方向に向かって偏位させること
になる。
コイル出力Xcoilの最大振幅値が現れる箇所を、例え
ば、０゜方向から−βｘ方向に向かって偏位させること
になる。
さらに、ｙコイル54の場合には、同様にして、DxHの
振幅出力にし、軟鉄の「位置ずれ」は、ｙコイル出力Yc
oilの最大振幅値が現れる箇所を、例えば、90゜方向か
ら90゜−βｙ方向に向かって偏位させることになる。
振幅出力にし、軟鉄の「位置ずれ」は、ｙコイル出力Yc
oilの最大振幅値が現れる箇所を、例えば、90゜方向か
ら90゜−βｙ方向に向かって偏位させることになる。
しかしながら、ここで、重要なのは、DxとDyとの個々
の値はではなく、Dy/Dxの比率である。
の値はではなく、Dy/Dxの比率である。
この比率は、仮に、ｘコイルを基準コイルにとり、Dx
＝１に設定したとすると、ｘコイル出力Xcoilの最大振
幅値に対するｙコイル出力Ycoilの最大振幅値の比率を
表すことになり、この比率が１でないときには、ｘコイ
ル52とｙコイル54との間に利得の不一致があること、つ
まり、両利得が不均整になっていることを表しているわ
けである。
＝１に設定したとすると、ｘコイル出力Xcoilの最大振
幅値に対するｙコイル出力Ycoilの最大振幅値の比率を
表すことになり、この比率が１でないときには、ｘコイ
ル52とｙコイル54との間に利得の不一致があること、つ
まり、両利得が不均整になっていることを表しているわ
けである。
したがって、こうした不均整による誤差分を、軟鉄の
影響を除去するための修正によって修正して、均整化す
る必要がある。
影響を除去するための修正によって修正して、均整化す
る必要がある。
磁気コンパスにとって、磁界Ｈの正確な値は重要では
ないので、普遍性を失わせないように、Dx＝１とし、か
つ、ｘコイルを基準コイルとして仮定すると、 sin（φ−θ）＝〔（Dy−１）sin2θ〕／｛SQR（２）SQ
R〔（１＋Dy 2）＋（１−Dy 2）cos2θ〕｝ になり、Dy＜10では、 φ−θ〔（Dy−１）sin2θ〕／｛SQR（２）SQR〔１＋
Dy 2｝〕｝ つまり、 φθ ＋〔Dy−１〕/SQR（２）SQR〔（１＋Dy 2）〕・sin2θ になる。
ないので、普遍性を失わせないように、Dx＝１とし、か
つ、ｘコイルを基準コイルとして仮定すると、 sin（φ−θ）＝〔（Dy−１）sin2θ〕／｛SQR（２）SQ
R〔（１＋Dy 2）＋（１−Dy 2）cos2θ〕｝ になり、Dy＜10では、 φ−θ〔（Dy−１）sin2θ〕／｛SQR（２）SQR〔１＋
Dy 2｝〕｝ つまり、 φθ ＋〔Dy−１〕/SQR（２）SQR〔（１＋Dy 2）〕・sin2θ になる。
もし、Xcoil・Ycoilの位相シフトの大きさが等しく、
極性符号が反対で、（β＝βｙ＝−βｘ）で表せるとす
ると、 sin（φ−θ）＝（sinβcosθ）／｛SQR〔cos2（θ−
β）＋sin2（θ＋β）〕｝ になり、βの値が小さいときは、 φ＝θβcos2θ になるので、 φ＝θ＋βcos2θ になる。
極性符号が反対で、（β＝βｙ＝−βｘ）で表せるとす
ると、 sin（φ−θ）＝（sinβcosθ）／｛SQR〔cos2（θ−
β）＋sin2（θ＋β）〕｝ になり、βの値が小さいときは、 φ＝θβcos2θ になるので、 φ＝θ＋βcos2θ になる。
もし、Xcoil・Ycoilの位相シフトの大きさが等しくな
く、極性符号が反対であるとすると、位相シフトの大き
さが等しく極性符号が反対になるまで、コンパス方位φ
に対する位相シフトが等価になる。換言すれば、位相シ
フト誤差は、ＡタイプおよびＥタイプの誤差としてモデ
ル化できる。
く、極性符号が反対であるとすると、位相シフトの大き
さが等しく極性符号が反対になるまで、コンパス方位φ
に対する位相シフトが等価になる。換言すれば、位相シ
フト誤差は、ＡタイプおよびＥタイプの誤差としてモデ
ル化できる。
軟鉄による誤差は各コイル間の利得不一致と位相誤差
とを取り除くことによって修正できる。これらは、緯度
に関係しないので、利得不一致と位相誤差とを取り除く
ことは好ましい修正方法である。
とを取り除くことによって修正できる。これらは、緯度
に関係しないので、利得不一致と位相誤差とを取り除く
ことは好ましい修正方法である。
十字状配置コイルによるコンパスが水平でない場合、
磁界の水平成分強度の幾分かが失われ、ある垂直成分が
加わるので、 Xcoil＝Ｈ〔cosθcosP＋sinPcosR〕＋ｚ〔sinPcosR〕 Ycoil＝Ｈ〔cosθcosP＋sinPcosR〕＋ｚ〔cosPsinR〕 になる。ここで、Ｐはピッチ角度、つまり、前後方向の
で傾き角度、Ｒはロール角度、つまり、左右方向の傾き
角度、ｚは垂直磁界強度である。
磁界の水平成分強度の幾分かが失われ、ある垂直成分が
加わるので、 Xcoil＝Ｈ〔cosθcosP＋sinPcosR〕＋ｚ〔sinPcosR〕 Ycoil＝Ｈ〔cosθcosP＋sinPcosR〕＋ｚ〔cosPsinR〕 になる。ここで、Ｐはピッチ角度、つまり、前後方向の
で傾き角度、Ｒはロール角度、つまり、左右方向の傾き
角度、ｚは垂直磁界強度である。
したがって、十字状配置コイルによる磁気コンパスの
修正には、次のことが必要である。
修正には、次のことが必要である。
1.各コイル出力からバイアス誤差を除去すること。
2.各コイル出力から垂直磁界成分を除去すること。
3.両コイル出力間の利得不一致を除去すること。
4.両コイル出力間の位相誤差を除去すること。
5.xコイル軸とコンパスのルーバーラインとの位置ずれ
を修正すること。
を修正すること。
実験室での制御された環境下では、各コイル出力のバ
イアス値の測定、つまり、検出は、次のいずれかの方法
によって行うことができる。
イアス値の測定、つまり、検出は、次のいずれかの方法
によって行うことができる。
１）コンパスの１周にわたって一定間隔でサンプリング
したデータの平均する。
したデータの平均する。
２）各コイル出力の最小最大値を確認し、中間値を計算
する。
する。
３）コンパスをミューメタルの容器の容器内に置き、磁
界の無いところで出力を測定する。
界の無いところで出力を測定する。
現場での修正では、コンパスを360゜回転させ、最小
最大値を確認し、そしてバイアス値を計算するようにし
た上記の２）の方法が最も簡単である。
最大値を確認し、そしてバイアス値を計算するようにし
た上記の２）の方法が最も簡単である。
実験室での制御された環境下では、各コイル出力の利
得不一致の測定、つまり、検出は、次のいずれかの方法
によって行うことができる。
得不一致の測定、つまり、検出は、次のいずれかの方法
によって行うことができる。
１）コンパスの１周にわたって一定間隔でサンプリング
したデータを二乗平均をとる。
したデータを二乗平均をとる。
２）各コイル出力の最小最大値を確認し、その比をと
る。
る。
３）各コイルに既知の磁界を誘導し、その値を測定し、
その比をとる。
その比をとる。
現場での修正では、この場合にも、上記の２）の方法
を使用する。
を使用する。
各コイル出力間の位相誤差は、XcoilとYcoilとのコイ
ル出力の対のいずれのものからでも計算できるので、第
１の段階、つまり、上記のバイアス値の測定の段階と、
第２の段階、つまり、上記の利得不一致の測定の段階と
で収集したデータは、第３の段階、つまり、位相誤差の
測定にも使用できる。
ル出力の対のいずれのものからでも計算できるので、第
１の段階、つまり、上記のバイアス値の測定の段階と、
第２の段階、つまり、上記の利得不一致の測定の段階と
で収集したデータは、第３の段階、つまり、位相誤差の
測定にも使用できる。
この位相誤差の好ましい測定方法は、コイル出力の対
の間の直交誤差を最小二乗法の意味で最小とする位相誤
差を選択することである。
の間の直交誤差を最小二乗法の意味で最小とする位相誤
差を選択することである。
上記の修正用の係数は、１回、または、それ以上のコ
ンパスの回転中に得られたデータを用いて計算すること
ができる。
ンパスの回転中に得られたデータを用いて計算すること
ができる。
ｘコイルの絶対基準は、ｘコイルが地磁気による磁束
線に対して直角に置かれたときに、ｘコイルの読みがゼ
ロであることを確認することによって検出できる。
線に対して直角に置かれたときに、ｘコイルの読みがゼ
ロであることを確認することによって検出できる。
各コイルが垂直磁界のどの成分も検知しないようにジ
ンバルの平衡をとる必要がある。また、垂直磁界を第３
のコイルで測定して、その出力を各コイルの出力信号に
対する垂直磁界バイアスの影響を除去をするのに使用す
ることもできる。
ンバルの平衡をとる必要がある。また、垂直磁界を第３
のコイルで測定して、その出力を各コイルの出力信号に
対する垂直磁界バイアスの影響を除去をするのに使用す
ることもできる。
もし、ジンバルがｘコイル・ｙコイルの水平面に対し
て適切な平衡がとれず、各コイル出力信号に垂直磁界調
整に対する修正がされなかった場合には、その修正処理
は、修正を行った緯度でのコンパス修正に対してのみ有
効である。
て適切な平衡がとれず、各コイル出力信号に垂直磁界調
整に対する修正がされなかった場合には、その修正処理
は、修正を行った緯度でのコンパス修正に対してのみ有
効である。
修正手順のある部分は実験室においても行うことがで
き、次の計算により行うことができる。
き、次の計算により行うことができる。
Ｘ＝Xcoil−Xbias ……（１） Ｙ＝〔（Ycoil−Ybias）（Yscale） −（Ｘ）（Sphase）〕/Cphase ……（２） ここで、小さな誤差角度に対しては、Cphase１にな
る。
る。
φ′＝tan-1（Y/X）……部分的修正コンパス方位 ……
（３） この部分的修正コンパス方位φ′は、コンパス方位φ
から、コンパス方位φから、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ係数を
除去したものに相当することになる。
（３） この部分的修正コンパス方位φ′は、コンパス方位φ
から、コンパス方位φから、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ係数を
除去したものに相当することになる。
したがって、次の段階で、既知の方位とコンパス方位
の差を測定することになる。
の差を測定することになる。
この測定結果は、どの方向でも、一定のＡ係数の値に
なる。そして、このＡ係数は、上記の部分的修正コンパ
ス方位φ′では差し引かれていることになるので、 φ′＝arctan（Y/X）＝φｃ−Ａ であり、したがって、全修正コンパス方位φｃを得るた
めの最終修正ステップでは、 φｃ＝φ′＋Ａ＝arctan（Y/X）＋Ａ ……（４） を計算することにより、φｃ＝θを得ることになる。
なる。そして、このＡ係数は、上記の部分的修正コンパ
ス方位φ′では差し引かれていることになるので、 φ′＝arctan（Y/X）＝φｃ−Ａ であり、したがって、全修正コンパス方位φｃを得るた
めの最終修正ステップでは、 φｃ＝φ′＋Ａ＝arctan（Y/X）＋Ａ ……（４） を計算することにより、φｃ＝θを得ることになる。
センサの最終的な取付の後に、その磁気的影響を修正
するために、上記の現場での第１の段階を繰り返す。
するために、上記の現場での第１の段階を繰り返す。
小さな方位誤差、つまり、15゜以下の誤差では、光学
的コンパスの修正値と、この発明のソリッドステートな
磁気コンパスの修正値との関係は、この発明における各
修正値、つまり、上記の従来のＡ係数・Ｂ係数・Ｃ係数
・Ｄ係数・Ｅ係数に対応する各修正値を、〔Ａ〕・
〔Ｂ〕・〔Ｃ〕・〔Ｄ〕・〔Ｅ〕として表すと、次式の
ようになる。
的コンパスの修正値と、この発明のソリッドステートな
磁気コンパスの修正値との関係は、この発明における各
修正値、つまり、上記の従来のＡ係数・Ｂ係数・Ｃ係数
・Ｄ係数・Ｅ係数に対応する各修正値を、〔Ａ〕・
〔Ｂ〕・〔Ｃ〕・〔Ｄ〕・〔Ｅ〕として表すと、次式の
ようになる。
〔Ａ〕Ａ 〔Ｂ〕sin-1（Xbias/H） 〔Ｃ〕−sin-1（Ybias/H） 〔Ｄ〕tan-1（Yscale）−45゜ 〔Ｅ〕sin-1（Sphase）/2 なお、上記の各式において、Ａの値は従来のＡ係数と
同様の誤差値であり、また、他の式の右項の値は、第３
図のステップ124・126と第４図のステップ146に示した
各演算式にもとづく値である。
同様の誤差値であり、また、他の式の右項の値は、第３
図のステップ124・126と第４図のステップ146に示した
各演算式にもとづく値である。
簡単な手順で現場での磁気コンパス修正方法を開発し
た。この修正技術は、コンパスを、低速で、少なくとも
360゜回転させることと、パラメータ計算用のディジタ
ルコンピュータを用意することのみでよい。
た。この修正技術は、コンパスを、低速で、少なくとも
360゜回転させることと、パラメータ計算用のディジタ
ルコンピュータを用意することのみでよい。
本発明によるプロセッサ60にプログラムされたプロセ
ス100は、第２図〜第４図に示すフローチャートの各ス
テップを有している。そして、これらの図における符号
において、頭部に付した記号＾は、一般の数式における
平均記号を示したものであり、それぞれ当該符号の対象
における複数回分を平均した値を指していることは言う
までもない。
ス100は、第２図〜第４図に示すフローチャートの各ス
テップを有している。そして、これらの図における符号
において、頭部に付した記号＾は、一般の数式における
平均記号を示したものであり、それぞれ当該符号の対象
における複数回分を平均した値を指していることは言う
までもない。
第２図において、ステップ102ではデータ点のインデ
ックスＩと、その他のパラメータが初期化され、ステッ
プ104ではサンプラにより各コイル出力Xcoil・Ycoilの
各サンプル値Hx・Hyが読み取られる。
ックスＩと、その他のパラメータが初期化され、ステッ
プ104ではサンプラにより各コイル出力Xcoil・Ycoilの
各サンプル値Hx・Hyが読み取られる。
読み取られた信号は、そのtan-1値によりコンパス方
位φを得るように処理され、このコンパス方位φがステ
ップ106で記憶され、次に、修正がステップ108で始まる
ことを示す指示、つまり、命令を出す。
位φを得るように処理され、このコンパス方位φがステ
ップ106で記憶され、次に、修正がステップ108で始まる
ことを示す指示、つまり、命令を出す。
ステップ110でサンプル値Hx・Hyが読み取られ、ステ
ップ112で平均化した角度評価値としてｘ・ｙを得
る。ステップ114で最大／最小ルーチンに与えて、ｘ
・ｙの各最大値xmax・ymaxと各最小値xmin・
yminを得る。その後、ステップ116で評価値ｘ・ｙ
のtan-1値から新しいコンパス方位の角度φを計算す
る。
ップ112で平均化した角度評価値としてｘ・ｙを得
る。ステップ114で最大／最小ルーチンに与えて、ｘ
・ｙの各最大値xmax・ymaxと各最小値xmin・
yminを得る。その後、ステップ116で評価値ｘ・ｙ
のtan-1値から新しいコンパス方位の角度φを計算す
る。
プロセス100は第３図のステップに続いており、角度
φと基準方位の角度φＲとの相対的な大きさが、最初は
１゜をとる増分値ごとに決定される。もし、この角度が
角度φＲと増分値の和よりも小さいときは、角度φＲと
測定した方位角度との差がステップ120で370゜と比較さ
れる。もし、370゜よりも大きいと、最大サンプルイン
デックス番号の値ＫがインデックスＩの値として設定さ
れ、インデックスＩが修正データがステップ122で完了
したことを示すゼロにリセットされる。
φと基準方位の角度φＲとの相対的な大きさが、最初は
１゜をとる増分値ごとに決定される。もし、この角度が
角度φＲと増分値の和よりも小さいときは、角度φＲと
測定した方位角度との差がステップ120で370゜と比較さ
れる。もし、370゜よりも大きいと、最大サンプルイン
デックス番号の値ＫがインデックスＩの値として設定さ
れ、インデックスＩが修正データがステップ122で完了
したことを示すゼロにリセットされる。
その後、Xbias係数とYbias係数とがステップ124で決
定されるとともに、Yscale係数がステップ126で決定さ
れる。
定されるとともに、Yscale係数がステップ126で決定さ
れる。
ステップ118で、もし、角度が角度φＲと増分値の和
よりもよりも小さくない場合には、プロセスはステップ
128に移ってφＫを計算し、その値をステップ130で記憶
し、その後、インデックスＩをステップ132で１つ増加
させることにより、上記のステップ120から始まるプロ
セスに戻る。ステップ120で測定された角度差が370゜よ
り大きくないときは、プロセスはステップ110にジャン
プした後、上記のステップ手順を繰り返す。
よりもよりも小さくない場合には、プロセスはステップ
128に移ってφＫを計算し、その値をステップ130で記憶
し、その後、インデックスＩをステップ132で１つ増加
させることにより、上記のステップ120から始まるプロ
セスに戻る。ステップ120で測定された角度差が370゜よ
り大きくないときは、プロセスはステップ110にジャン
プした後、上記のステップ手順を繰り返す。
ステップ126でYscale係数を計算した後、プロセス100
は第４図のステップに移り、ステップ134で修正信号を
計算する。その後、ステップ136でインデックスＩを１
つ増加させる。ステップ138で正弦値を計算した後に、
計算した信号の合計をステップ140で得る。
は第４図のステップに移り、ステップ134で修正信号を
計算する。その後、ステップ136でインデックスＩを１
つ増加させる。ステップ138で正弦値を計算した後に、
計算した信号の合計をステップ140で得る。
ステップ142でインデックスＩは最大データ点のイン
デックスＫと比較され、もし、等しければ、プロセスは
ステップ144に進み、ここで、Sphaseパラメータが計算
される。
デックスＫと比較され、もし、等しければ、プロセスは
ステップ144に進み、ここで、Sphaseパラメータが計算
される。
その後、位相誤差をステップ146で計算した後、最終
的にCphase値をステップ148で計算する。その後に、初
期化と修正プログラムに戻る。
的にCphase値をステップ148で計算する。その後に、初
期化と修正プログラムに戻る。
したがって、コンパスは本発明の方法による正確な方
位角度の読取を与えることができるものである。
位角度の読取を与えることができるものである。
なお、ステップ138・140におけるαは、これらのステ
ップにおける各式から容易に理解し得るように、ｘコイ
ル52とｙコイル54との直交角度90゜に誤差があるとき、
この誤差角度に対応する位相角度を表しているものであ
る。
ップにおける各式から容易に理解し得るように、ｘコイ
ル52とｙコイル54との直交角度90゜に誤差があるとき、
この誤差角度に対応する位相角度を表しているものであ
る。
また、第１図の構成は、上記の修正プロセスをもつプ
ロセッサ60を、ｘコイル52・ｙコイル54をもつ磁界セン
サと組み合わせた磁気コンパスを構成していることは言
うまでもない。
ロセッサ60を、ｘコイル52・ｙコイル54をもつ磁界セン
サと組み合わせた磁気コンパスを構成していることは言
うまでもない。
さらに、Ａ係数によるオフセット誤差と、Ｂ係数とＣ
係数とによる単サイクル成分誤差と、Ｄ係数とＥ係数と
による２サイクル成分の誤差とは、少なくとも、これら
のうちの１つを、データを与えるための照合テーブルを
用いることにより、この照合テーブルと未補正コンパス
方位φとにもとづいて修正コンパス方位を計算するよう
に構成することもできる。
係数とによる単サイクル成分誤差と、Ｄ係数とＥ係数と
による２サイクル成分の誤差とは、少なくとも、これら
のうちの１つを、データを与えるための照合テーブルを
用いることにより、この照合テーブルと未補正コンパス
方位φとにもとづいて修正コンパス方位を計算するよう
に構成することもできる。
本発明にもとづいて当業者が行うことができる変形な
らびに構成の置き換えは、本発明の範囲に入るものであ
り、本発明は特許請求の範囲以外によって限定されるも
のではない。
らびに構成の置き換えは、本発明の範囲に入るものであ
り、本発明は特許請求の範囲以外によって限定されるも
のではない。
本願によれば、異常のように、磁界検出センサを、直
交関係をもって配置されたＸ磁界センサとＹ磁界センサ
とにしているため、修正コンパス方位を得るための各処
理、つまり、演算処理を単なる正弦（sin）と余弦（co
s）との三角関数とによって演算処理し得るので、演算
処理部分の構成を至極簡便な構成にすることができ、安
価な構成で提供し得るという特長がある。
交関係をもって配置されたＸ磁界センサとＹ磁界センサ
とにしているため、修正コンパス方位を得るための各処
理、つまり、演算処理を単なる正弦（sin）と余弦（co
s）との三角関数とによって演算処理し得るので、演算
処理部分の構成を至極簡便な構成にすることができ、安
価な構成で提供し得るという特長がある。
また、各磁界センサ、つまり、Ｘ磁界センサとＹ磁界
センサとによるＸセンサ出力とＹセンサ出力とにおける
不均整を、Ｘセンサ出力とＹセンサ出力との各尖頭振幅
の比に関連付けた演算によって均整化しているため、磁
界センサ自体やその出力の増幅回路における温度変化や
経年変化による不均整を自動的に均整化して、常に、正
確な修正コンパス方位を得ることができるようにした構
成のものを提供し得るなどの特長がある。
センサとによるＸセンサ出力とＹセンサ出力とにおける
不均整を、Ｘセンサ出力とＹセンサ出力との各尖頭振幅
の比に関連付けた演算によって均整化しているため、磁
界センサ自体やその出力の増幅回路における温度変化や
経年変化による不均整を自動的に均整化して、常に、正
確な修正コンパス方位を得ることができるようにした構
成のものを提供し得るなどの特長がある。
第１図は２個の検出コイルによる磁界センサをもつ磁気
コンパスと地磁気方向との配置構成概略図、第２図〜第
４図はコンパス方位修正処理のフローチャートである。 52……ｘコイル、54……ｙコイル 56……コンパスケース、60……プロセッサ 62・64……サンプラ、66……修正スイッチ
コンパスと地磁気方向との配置構成概略図、第２図〜第
４図はコンパス方位修正処理のフローチャートである。 52……ｘコイル、54……ｙコイル 56……コンパスケース、60……プロセッサ 62・64……サンプラ、66……修正スイッチ
Claims (7)
- 【請求項１】磁気コンパスから得られる方位の誤差を修
正して修正コンパス方位を得る磁気コンパス方位修正方
法であって、 a.直交関係をもって配置されたＸ磁界センサとＹ磁界セ
ンサとを含む複数の磁界センサを配置し、 b.前記複数の磁界センサを所定の磁界の中で回転するこ
とにより、前記Ｘ磁界センサからの「うねり曲線」値を
もつＸセンサ出力と、前記Ｙ磁界センサからの「うねり
曲線」値をもつＹセンサ出力とを得る処理と、 c.前記Ｘセンサ出力の「うねり曲線」値（以下、Ｘうね
り曲線値という）と、Ｙセンサ出力の「うねり曲線」値
（以下、Ｙうねり曲線値という）とにおける各尖頭振幅
をそれぞれ平均して、Ｘバイアス値とＹバイアス値とを
得る処理と、 d.永久磁石成分によるＢ係数誤差とＣ係数誤差を修正す
るために、前記Ｘうねり曲線値から前記Ｘバイアス値を
減算し、前記Ｙうねり曲線値から前記Ｙバイアス値を減
算して、それぞれ、第１のＸ成分修正値と第１のＹ成分
修正値とを得る処理と、 e.誘導磁界成分によるＤ係数誤差を修正するために、前
記第１のＸ成分修正値と前記第１のＹ成分修正値とのい
ずれか一方に、前記各尖頭振幅の比の比例値でなる前記
Ｄ係数誤差の修正値を適用して、前記第１のＸ成分修正
値と前記第１のＹ成分修正値とを均整化することによ
り、第２のＸ成分修正値と第２のＹ成分修正値とを得る
処理と、 f.誘導磁界成分によるＥ係数誤差を修正するために、前
記第２のＸ成分修正値と前記第２のＹ成分修正値のうち
の少なくとも一方に、前記Ｘうねり曲線値と前記Ｙうね
り曲線値との間の位相差の関数値でなる前記Ｅ係数誤差
の修正値を適用して、前記第２のＸ成分修正値と前記第
２のＹ成分修正値との間の位相差を修正することによ
り、第３のＸ成分修正値と第３のＹ成分修正値を得る処
理と、 g.前記第３のＸ成分修正値と第３のＹ成分修正値にもと
づいて部分的な修正方位を求めた後に、位置ずれによる
Ａ係数誤差を修正して前記修正コンパス方位を得る処理
と を具備することを特徴とする磁気コンパス方位修正方
法。 - 【請求項２】垂直磁界成分に対する修正を行う処理を有
する特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】垂直磁界成分を無くするために、前記Ｘ磁
界センサと前記Ｙ磁界センサとを水平面内に方向づけて
配置し、または、前記Ｘセンサ信号と前記Ｙセンサ信号
とから、それぞれ、前記垂直磁界成分を除去する処理を
含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項４】コンパス方位を得るための磁界センサ部分
を配置するとともに、前記コンパス方位を修正して修正
コンパス方位を得るための演算処理部分を設けた磁気コ
ンパス装置であって、 前記磁気センサ部分が、 a.直交関係をもって配置されたＸ磁界センサとＹ磁界セ
ンサとを含む複数の磁界センサを具備し、 前記演算処理部分が、 b.前記複数の磁界センサを所定の磁界の中で回転して得
られる前記Ｘ磁界センサからの「うねり曲線」値をもつ
Ｘセンサ出力と、前記Ｙ磁界センサからの「うねり曲
線」値をもつ信号とにもとづいて、前記Ｘセンサ出力の
「うねり曲線」値（以下、Ｘうねり曲線値という）と、
前記Ｙセンサ出力の「うねり曲線」値（以下、Ｙうねり
曲線値という）とにおける各尖頭振幅をそれぞれ平均し
て、Ｘイアス値とＹバイアス値とを得る演算と、 d.永久磁石成分によるＢ係数誤差とＣ係数誤差を修正す
るために、前記Ｘうねり曲線値から前記Ｘバイアス値を
減算し、前記Ｙうねり曲線値から前記Ｙバイアス値を減
算して、それぞれ、第１のＸ成分修正値と第１のＹ成分
修正値とを得る演算と、 e.誘導磁界成分によるＤ係数誤差を修正するために、前
記第１のＸ成分修正値と前記第１のＹ成分修正値とのい
ずれか一方に、前記各尖頭振幅の比の比例値でなる前記
Ｄ係数誤差の修正値を適用して、前記第１のＸ成分修正
値と前記第１のＹ成分修正値とを均整化することによ
り、第２のＸ成分修正値と第２のＹ成分修正値とを得る
演算と、 f.誘導磁界成分によるＥ係数誤差を修正するために、前
記第２のＸ成分修正値と前記第２のＹ成分修正値のうち
の少なくとも一方に、前記Ｘうねり曲線値と前記Ｙうね
り曲線値との間の位相差の関数値でなる前記Ｅ係数誤差
の修正値を適用して、前記第２のＸ成分修正値と前記第
２のＹ成分修正値との間の位相差を修正することによ
り、第３のＸ成分修正値と第３のＹ成分修正値を得る演
算と、 g.前記第３のＸ成分修正値と第３のＹ成分修正値にもと
づいて部分的な修正方位を求めた後に、位置ずれによる
Ａ係数誤差を修正することにより前記修正コンパス方位
を求める演算と を行う演算部分を具備することを特徴とする磁気コンパ
ス装置。 - 【請求項５】前記磁界センサ部分が、前記Ｘセンサ出力
と、前記Ｙセンサ出力とを各サンプリングして、サンプ
リングＸセンサ出力とサンプリングＹセンサ出力とを出
力するとともに、前記演算処理部分が、前記Ｘセンサ出
力に代えて前記サンプリングＸセンサ出力を用い、ま
た、前記Ｙセンサ出力に代えて前記サンプリングＹセン
サ出力を用いて、各前記演算を行う特許請求の範囲第４
項記載の磁気コンパス装置。 - 【請求項６】垂直磁界成分に対する修正手段を設けた特
許請求の範囲第４項または第５項記載の磁気コンパス装
置。 - 【請求項７】垂直磁界成分を検出するための垂直磁界セ
ンサを設けるとともに、前記垂直磁界センサの出力にも
とづいて、前記Ｘセンサ出力と前記Ｙセンサ出力とに含
まれる各垂直磁界成分を除去する特許請求の範囲第４項
または第５項記載の磁気コンパス装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US807523 | 1985-12-11 | ||
| US06/807,523 US4698912A (en) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | Magnetic compass calibration |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62140015A JPS62140015A (ja) | 1987-06-23 |
| JP2549283B2 true JP2549283B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=25196576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61295691A Expired - Fee Related JP2549283B2 (ja) | 1985-12-11 | 1986-12-11 | 磁気コンパス方位修正方法ならびに磁気コンパス装置 |
Country Status (5)
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|---|---|
| US (1) | US4698912A (ja) |
| EP (1) | EP0225493B1 (ja) |
| JP (1) | JP2549283B2 (ja) |
| CA (1) | CA1270635A (ja) |
| DE (1) | DE3686138T2 (ja) |
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