JP2622637B2 - 移動体方位測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地磁気を利用した移動
体方位測定方法及び装置に係り、具体的には移動体固有
の磁化によって生ずる方位検出誤差を補正するように構
成された移動体方位測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地磁気を利用した従来の移動体方位測定
装置では磁気センサの設置位置における磁界に対して移
動体の前後及び左右の２成分について移動体の向いてい
る方向を検出している。一般に自動車等の移動体は、何
らか磁化されており、磁気センサ付近に存在する磁界は
地磁気だけではなく、地磁気と移動体の有する磁気成分
との合成ベクトルとして存在している。このため移動体
の有する固有の磁気成分（移動体の固有磁界）について
補正を行なわない限り方位検出に誤差を生ずることとな
る。

【０００３】このような誤差を補正するように構成され
た従来の方位測定装置を第１７図に示す。同図において
直交する磁気検出コイル３１Ａ，３１Ｂからなる磁気検
出部３１を含む磁気センサ３０が図示してない移動体に
装備されている。この磁気センサ３０の周囲に互いに直
交するように補償巻線３２，３３が巻回されている。補
償巻線３２，３３に電流を流すことによって磁気検出部
３１に任意の磁界を発生させることができるようになっ
ている。

【０００４】磁気センサ３０の磁気検出コイル３１Ａ，
３１Ｂの検出出力は、増幅器３５，３４を介して演算回
路３６に入力される。演算回路３６では移動体旋回時に
増幅器３４，３５を介して得られる磁気センサ３０の複
数組の信号から移動体固有の磁化により、検出される地
磁気に与える影響を補償するための少なくとも二つの信
号３７，３８を算出し、変換回路３９に出力する。変換
回路３９では入力された信号３７，３８をそれぞれ電流
信号４０，４１に変換し、磁気センサ３０の補償巻線３
２，３３にそれぞれ出力する。この結果補償巻線３２，
３３には磁気検出コイル３１Ａ，３１Ｂにより得られる
検出出力のうち移動体固有の磁化に相当する磁界成分を
打ち消すための磁界が補償巻線３２，３３により発生す
る。この結果磁気センサ３０の磁気検出コイル３１Ａ，
３１Ｂより移動体固有の磁化が補正された地磁気の検出
出力が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方位測
定装置では地磁気を検出する磁気センサを構成する二つ
の磁気検出コイルを正確に直交させることが必須であ
り、更にこれらの磁気検出コイルとは別に移動体固有の
磁化を補正するためのキャンセルコイル等を設置する必
要があるため装置の構造が複雑になり、製造コストが上
昇するという問題があった。なお、特公昭６１−３８８
０２号公報、特開平１−２１４７１０号公報に記載され
ているように、複数のコイルを直交させ、各コイルによ
り検出された方位角から真の方位角を検出することもで
きるが、このような構成では複数のコイルを直交させな
ければならず、取付けに精度が要求され、しかもコイル
の指向性が考慮されていないので、正確な検出値が得ら
れない。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、任意の角度で交差する複数個の磁気検出手
段により検出された地磁気の水平成分に基づいて正確な
方位を計測することができる移動体方位測定方法及び装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の移動体方位測定
方法は、移動体に固定されて地磁気の水平成分を検出す
る主磁気検出手段の向きによって決定される指向性と移
動体に固定されて主磁気検出手段に任意の角度で交差し
て地磁気の水平成分を検出する従磁気検出手段の向きに
よって決定される指向性をそれぞれ地磁気と移動体の固
有磁界との合成ベクトルに基づいて補正し、指向性の補
正された主磁気検出手段と従磁気検出手段の検出値とし
て移動体の旋回に伴う検出値をそれぞれ求め、各検出値
から各磁気検出手段に関する移動体の固有磁界を算出
し、各算出値により各磁気検出手段の検出値から移動体
の固有磁界を除去する補正を行い、補正された主磁気検
出手段の検出値から二つの方位角を選定し、選定された
二つの方位角のうち一方を補正された従磁気検出手段の
検出値に従って真の方位角に決定することを特徴とす
る。

【０００８】また本発明の移動体方位測定装置は、移動
体に固定されて地磁気の水平成分を検出する主磁気検出
手段と、移動体に固定されて主磁気検出手段に任意の角
度で交差して地磁気の水平成分を検出する従磁気検出手
段と、主磁気検出手段の向きによって決定される指向性
と従磁気検出手段の向きによって決定される指向性をそ
れぞれ地磁気と移動体の固有磁界との合成ベクトルに基
づいて補正する指向性補正手段と、指向性補正手段によ
り補正された主磁気検出手段と従磁気検出手段の検出値
のうち移動体の旋回に伴う検出値をそれぞれ取り込み、
各検出値から各磁気検出手段に関する移動体の固有磁界
を算出し、各算出値により各磁気検出手段の検出値から
移動体の固有磁界を除去する補正を行う固有磁界補正手
段と、固有磁界補正手段により補正された主磁気検出手
段の検出値から二つの方位角を選定し、選定された二つ
の方位角のうち一方を固有磁界補正手段により補正され
た従磁気検出手段の検出値に従って真の方位角に決定す
る判定手段とを有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】前記した手段によれば、主磁気検出手段の向き
によって決定される指向性と従磁気検出手段の向きによ
って決定される指向性がそれぞれ地磁気と移動体の固有
磁界との合成ベクトルに基づいて補正された後、指向性
の補正された主磁気検出手段と従磁気検出手段の検出値
として移動体の旋回に伴う検出値がそれぞれ求められ、
各検出値から各磁気検出手段に関する移動体の固有磁界
が算出される。そして、各算出値により各磁気検出手段
の検出値から移動体の固有磁界を除去する補正が行なわ
れ、補正された主磁気検出手段の検出値から二つの方位
角が選定される。この後、選定された二つの方位角のう
ち一方が、補正された従磁気検出手段の検出値に従って
真の方位角として決定される。

【００１０】また上記構成の移動体方位測定装置におい
ては、判定手段より、主磁気検出手段の検出値から求め
られた二つの方位角のうち従磁気検出手段の検出値から
求められた二つの方位角のうちのいずれかに近い値を示
す方位角が真の方位角と決定される。

【００１１】また、判定手段により、固有磁界補正手段
により補正された主磁気検出手段の検出値の極性と固有
磁界補正手段により補正された従磁気検出手段の検出値
の極性に従って真の方位角が決定される。従って、本発
明では磁気センサを構成する二つの磁気検出コイルのな
す角は任意でよく、また新たに移動体の固有磁界を補正
するためのキャンセルコイル等を設置することなく正確
な方位計測を行なうことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。まず本発明に係る移動体方位測定装置の測定原理
を図２乃至図５を参照して説明する。図２は地磁気を検
出する磁気センサの設置位置における磁界の状態を示す
ベクトル図である。同図において２００は移動体の進行
方向を示すベクトル、３００は東西方向を表わすＸ軸、
４００は南北方向を表わすＹ軸、β1は地磁気を表わす
地磁気ベクトル、γ1は移動体磁化による移動体磁化ベ
クトル、Ｌ1はベクトルβ1とベクトルγ1を合成した合
成ベクトル、Ｐは移動体が旋回したときに生じる上記合
成ベクトルＬ１の軌跡である。このとき移動体を旋回さ
せると、合成ベクトルＬ１は軌跡Ｐを描き、地磁気ベク
トルβ1は一定であるから、軌跡Ｐは円となる。図２に
おいて移動体の進行方向を示すベクトル２００をＸ軸か
ら角度θだけ回転した方向とすると、合成ベクトルＬ1
の大きさは

【００１３】

【数１】

【００１４】で与えられる。ここでαは移動体の進行方
向と移動体の固有磁界ベクトルγ１とのなす角である。
また図２においてφは地磁気ベクトルと移動体磁化ベク
トルの合成ベクトルＬ1がＸ軸となす角であり、

【００１５】

【数２】

【００１６】で与えられる。

【００１７】次に図３において磁気センサの指向特性曲
線Ｑを半径γ2の円で仮定すると

【００１８】

【数３】

【００１９】で与えられる。また図３から合成ベクトル
Ｌ1がＸ軸となす角は

【００２０】

【数４】 Ｙ＝ｔａｎφ・Ｘ （４） で表わされるから、磁気センサの指向特性曲線Ｑと合成
ベクトルＬ1との交点までの長さＬ2は、式（３），
（４）より

【００２１】

【数５】

【００２２】となる。更に式（２）と式（５）から長さ
Ｌ2は以下のように表わされる。

【００２３】

【数６】

【００２４】そこで、この場合には移動体の進行方向の
移動体磁化ベクトルγ1と地磁気ベクトルβ1との合成ベ
クトルＬ1と磁気センサの指向性を示すベクトルＬ2との
積Ｌの変化が移動体の進行方向と直角に取り付けた磁気
検出コイルの出力信号の相対変化を表わすことになる。
従って式（１），（２），（６）から移動体の進行方向
と直角に取り付けた磁気検出コイルの出力値Ｌは以下の
式で求められる。

【００２５】

【数７】 Ｌ＝２γ2（γ1ｃｏｓα＋β1ｓｉｎθ） （７） ここでθ＝９０度のとき、すなわち移動体が北を向いた
場合に磁気センサを構成する移動体の進行方向と直角に
取り付けた磁気検出コイルの出力が最大Ｌｍａｘにな
り、式（７）から

【００２６】

【数８】 Ｌｍａｘ＝２γ2（γ1ｃｏｓα＋β1） （８） となる。θ＝２７０度のとき、すなわち移動体が南を向
いた場合、上記磁気検出コイルの出力が最小Ｌｍｉｎに
なり、式（７）から

【００２７】

【数９】 Ｌｍｉｎ＝２γ2（γ1ｃｏｓα−β1） （９） となる。式（８）と式（９）を辺々、加算して

【００２８】

【数１０】 ２γ2γ1ｃｏｓα＝（Ｌｍａｘ＋Ｌｍｉｎ）／２ （１０） が得られる。また式（８）と式（９）を辺々、減算して

【００２９】

【数１１】 ２γ2β1＝（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）／２ （１１） が得られる。上式（７），（１０），（１１）よりＬは

【００３０】

【数１２】 Ｌ＝（Ｌｍａｘ＋Ｌｍｉｎ）／２＋（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）ｓｉｎθ／２ （１２） となる。式（１２）から移動体のＸ軸（東）を基準にし
て測定した移動体の方位角θは

【００３１】

【数１３】

【００３２】で求められる。

【００３３】一方図４に示す磁気センサの出力特性から
明らかなように式（１２）から求められる磁気センサ
(正確には磁気検出コイル)の検出出力Ｌの角度θ（方位
角）に対する出力の方向特性（指向特性）がＹ軸対象で
あることからセンサ出力Ｌに対して方位角としてθ11，
θ12の二つが求まることになる。これらの方位角θ11，
θ12のうちいずれが真値であるかを判定するためには任
意の角度で交叉する二つの磁気検出コイルを組み合せる
ことにより、唯一の方位角を決定することが可能であ
る。

【００３４】具体的には、方位角θに対するセンサ出力
特性を示す図５から明らかなように移動体の進行方向と
直角に取り付けられた磁気検出コイルと、この磁気検出
コイルに、例えば角度２２．５度をなすように移動体に
取り付けた磁気検出コイルの出力Ｌｘの最大値，最小値
から式（１３）を用いて方位角θ21及びθ22を推定し、
以前に移動体の進行方向と直角に移動体に取り付けた磁
気センサの磁気検出コイルの出力Ｌの最大値，最小値か
ら求めた方位角θ11，θ12のうちで、方位角θ21または
θ2に最も近い角度（図５ではθ11）を真値とすること
により唯一つの方位角を決定することができる。すなわ
ち、磁気検出コイル１１、１２の指向性を補正するため
に、まず、磁気検出コイル１１、１２の向きによって決
定される指向性と、地磁気と移動体の固有磁界との合成
ベクトルをそれぞれ原点を共通にしたＸＹ座標上に描い
て指向性と合成ベクトルＬ１との交点を求め、この交点
と原点とを結ぶ線ベクトルＬ２と合成ベクトルＬ１との
乗算により、指向性の補正されたベクトル量の絶対値を
算出する。この後、算出したベクトル量のうち、例え
ば、磁気検出コイル１１に関するベクトル量の絶対値
を、Ｙ軸を線対称軸としてＹ軸の正方向（北側）に最大
値をとる理想の指向性（図５の特性）上に投影して両者
の一致点から２つの方位角θ11，θ12を選定する。次
に、磁気検出コイル１２により検出された方位角θ21、
θ22から２つの方位角θ11，θ12のうち一方を真の方位
角として決定する。

【００３５】次に本発明に係る移動体方位測定装置の一
実施例の構成を図１に示す。同図において、本発明によ
る移動体方位測定装置は、地磁気の水平成分を検出する
磁気センサ１０を有している。磁気センサ１０は任意の
角度ψで交叉する一対の磁気検出コイル１１，１２及び
これらの磁気検出コイル１１，１２を励振するドライブ
コイル１３とから構成されている。ドライブコイル１３
には周波数ｆの交流信号を生成する発振器１４の発振出
力が供給されるようになっている。

【００３６】また磁気センサ１０の一対の磁気検出コイ
ル１２，１１の検出出力は、増幅器１５，１６を介して
それぞれ位相検波器１８，１９にそれぞれ入力される。
位相検波器１８，１９にはそれぞれ発振器１４の発振出
力を逓倍し、周波数２ｆの周波数の交流信号に変換する
逓倍器１７の出力信号が入力されるようになっており、
この逓倍器１７の出力信号に基づいて位相検波器１８，
１９ではそれぞれ増幅器１５，１６より入力される磁気
センサ１０の検出出力が位相検波され、その出力信号は
制御回路２０に入力されるようになっている。制御回路
２０は磁気センサ１０の補正演算処理を行なう演算回路
２１と、演算回路２１により求められた複数の方位角か
ら真の方位角を決定する方位判定回路２２とから構成さ
れている。この制御回路２０は具体的には入出力インタ
ーフェース，ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリを含むマイクロ
コンピュータ等により構成されている。また３０はリセ
ットスイッチであり、リセットスイッチ３０がオン状態
になった場合には後述するように磁気センサ１０の検出
出力の補正演算の一部の処理が実行されるようになって
いる。

【００３７】次に制御回路２０により実行される処理内
容を図６及び図７のフローチャートに基づいて説明す
る。これらの図においてプログラムが起動されると、制
御回路２０内の各種レジスタ類が初期化され、次いでリ
セットスイッチ３０が操作されたか否かが判定される
（ステップ１００，１０１）。

【００３８】ステップ１０１でリセットスイッチがいま
だ操作されていないと判定された場合にはステップ１１
７に処理が移行し、磁気センサ１０の磁気検出コイル１
１，１２の検出出力Ａｘ，Ｂｘの読み込みが行なわれ
る。次にステップ１１８乃至ステップ１３１において磁
気センサ１０の磁気検出コイル１１，１２の検出データ
Ａｘ，Ｂｘに基づいて移動体の方位角の算出、更に方位
角の真値の判定等が行なわれるが、現時点では磁気検出
コイル１１，１２の検出データＡｘ，Ｂｘの最大値及び
最小値がそれぞれ定まらない状態にあるので、結果的に
方位角θが決定されないまま、これらの一連の処理が終
了し、ステップ１０１に処理が戻る。

【００３９】次いでステップ１０１でリセットスイッチ
３０が操作されたと判定された場合には磁気センサ１０
の磁気検出コイル１１，１２の検出データＡｘ，Ｂｘの
読み込みが行なわれ、更に磁気検出コイル１１，１２の
初期値がＡｘ＝Ａ0,Ｂｘ＝Ｂ0に、検出データＡｘの最
大値Ｍ9，最小値Ｓ9がそれぞれＭ9＝−１２８，Ｓ9＝１
２８に、また検出データＢｘの最大値Ｍ10、最小値Ｓ10
がそれぞれＭ10＝−１２８，Ｓ10＝１２８にそれぞれ初
期設定される（ステップ１０２，１０３）。

【００４０】ステップ１０３で各種の初期設定が行なわ
れた後に更に磁気センサ１０の磁気検出コイル１０，１
１の検出データＡｘ，Ｂｘの読み込みが続行され、次い
で検出データＡｘ，ＢｘがＡｘ≠Ａ0でかつＢｘ≠Ｂ0で
あるか否かの判定が行なわれる（ステップ１０４，１０
５）。ステップ１０５で検出データＡｘ，ＢｘがＡｘ＝
Ａ0でかつＢｘ＝Ｂ0である場合、すなわち移動体が移動
していないと判定された場合にはステップ１０４に戻
り、更に検出データＡｘ，Ｂｘの読み込みが行なわれ
る。

【００４１】他方ステップ１０５で検出データＡｘ，Ｂ
ｘがＡｘ≠Ａ0でかつＢｘ≠Ｂ0であると判定された場
合、すなわち移動体が移動を開始したと判定された場合
にはステップ１０６に移行し、検出データＡｘ，Ｂｘの
読み込みが続行される。更にステップ１０７乃至ステッ
プ１１４では連続的に取り込まれた検出データＡｘ，Ｂ
ｘとステップ１０３で初期設定された検出データＡｘ，
Ｂｘの最大値、最小値であるＭ9，Ｓ9並びにＭ10，Ｓ10
との大小比較がなされ、Ａｘ≧Ｍ9である場合にはＭ9＝
Ａｘとし、またＡｘ≦Ｓ9であればＳ9＝Ａｘに、更にＢ
ｘ≧Ｍ10である場合にはＭ10＝Ｂx、Ｂｘ≦Ｓ10である
場合にはＳ10＝Ｂｘとし、ステップ１１５に移行する。

【００４２】ステップ１１５ではＡｘ＝Ａ0でかつＢｘ
＝Ｂ0であるか否か、すなわち移動体が一周、旋回して
元の位置に戻ったか否かが判定される。移動体が一周、
旋回していないと判定された場合にはステップ１０６に
戻り、既述したステップ１０６乃至ステップ１１５の処
理を繰り返す。

【００４３】ステップ１１５で移動体が一周、旋回した
と判定された場合には移動体固有の磁化はＢ9，Ｂ10が
算出される（ステップ１１６）。ここでＢ9は移動体に
対して移動体の進行方向に直角に取り付けられた磁気検
出コイル１１の検出データＡｘに基づいて算出された移
動体固有の磁化であり、またＢ10は検出コイル１１に対
して任意の角度、例えば２２．５°の角度をなすように
移動体に取り付けられた磁気検出コイル１２の検出デー
タＢｘに基づいて算出された移動体固有の磁化であり、
それぞれ次式により算出される。

【００４４】

【数１４】 Ｂ9＝(Ｍ9＋Ｓ9)／２ （１４）

【００４５】

【数１５】 Ｂ10＝(Ｍ10＋Ｓ10)／２ （１５） 次に処理はステップ１０１に戻り、リセットスイッチ３
０がオフ状態にある場合にはステップ１１７に移行し、
磁気検出コイル１１，１２の検出データＡｘ，Ｂｘの読
み込みが行なわれる。

【００４６】更に次式（１６），（１７）より検出デー
タＡｘ，Ｂｘに基づいて方位角θ1，θ2が算出される
（ステップ１１８）。

【００４７】

【数１６】

【００４８】

【数１７】

【００４９】検出データＡｘ，Ｂｘより求められる方位
角θ1，θ2は上式（１６），（１７）により求められる
が、既述したように磁気検出コイルの出力の方位角θに
対する出力の方向特性がＹ軸対象であることから検出デ
ータＡｘ，Ｂｘについてそれぞれ二つの方位角が求まる
こととなる。ここで検出データＡｘについて得られる方
位角データをＴ1，Ｔ2とし、検出データＢｘより求めら
れる方位角データをＨ1，Ｈ2とすると各方位角データは
下式(１８)、(１９)、(２０)、(２１)より求められる。

【００５０】

【数１８】 Ｔ1＝θ1 （１８）

【００５１】

【数１９】 Ｔ2＝１８０°−θ1 （１９）

【００５２】

【数２０】 Ｈ1＝θ2−ＢＳ （２０）

【００５３】

【数２１】 Ｈ2＝１８０°−θ2−ＢＳ （２１） ここでＢＳは検出コイル１１と検出コイル１２とのなす
交叉角。次にステップ１１８で求められた方位角θ1，
θ2の正負の判定がなされ、方位角θ1が負である場合に
は方位角データＴ1，Ｔ2は次式（２２），（２３）によ
り求められる（ステップ１２０，１２１）。

【００５４】

【数２２】 Ｔ1＝３６０°＋θ1 （２２）

【００５５】

【数２３】 Ｔ2＝１８０°−θ1 （２３） また方位角θ2が負である場合には方位角データＨ1，Ｈ
2は次式（２４），（２５）により求められる（ステッ
プ１２２，１２３）。

【００５６】

【数２４】 Ｈ1＝３６０°＋θ2−ＢＳ （２４）

【００５７】

【数２５】 Ｈ2＝１８０°−θ2−ＢＳ （２５） 次にステップ１２４乃至ステップ１３１では方位角デー
タＴ1，Ｔ2のうちいずれが真値であるかを判定するため
の処理が行なわれる。すなわち方位角データＴ1と方位
角データＨ1，Ｈ2との差の絶対値が所定角度Δθ以下で
あるか否かが判定され、所定角度Δθ以下である場合に
は方位角の真値θはθ＝Ｔ1であるとして処理される
（ステップ１２４，１２５，１２６，１２７）。

【００５８】また方位角データＴ1と方位角データＨ1，
Ｈ2との差の絶対値が所定角度Δθ以下でない場合には
方位角データＴ2と方位角データＨ1，Ｈ2との差の絶対
値がΔθ以下であるか否かが判定され、所定角度Δθ以
下である場合には方位角の真値θはθ＝Ｔ2であるとし
て処理され、処理はステップ１０１に戻る（ステップ１
２８，１２９，１３０，１３１）。ここで所定角度Δθ
は、例えば１°に設定されるが、磁気検出コイル１１，
１２のなす角ψ以下であれば任意の値でよい。

【００５９】以上に説明したように本発明に係る移動体
方位測定装置では移動体の移動方向と直角に取り付けら
れた磁気センサの磁気検出コイル１１から得られる検出
データＡｘに基づいて得られた方位角データＴ1，Ｔ2の
いずれのデータを真値とするかについて任意の角度で交
叉する他の磁気検出コイル１２から求めた値に近い方の
方位角データを真値とすることから、二つの磁気検出コ
イル（本実施例では１１，１２）の交叉角は、例えば本
実施例ではほぼ２２．５°ぐらいであればよく、従来の
磁気センサのように正確に磁気検出コイルを直角に設置
しなければ方位角決定の誤差が増大するという不具合な
どが生じないという効果が得られる。

【００６０】尚、データ処理については、理解しやすく
するために、図６、７のフローチャートにより説明した
が、通常行なわれているデータ処理（データ・スムーズ
ィング、平均化、ワイルドデータの除去等の統計的処
理）が含まれているのは言うまでもないことである。ま
た本実施例で使用されている磁気センサは磁気検出コイ
ルを用いたものであるが、磁気検出コイル以外の半導体
磁気検出素子等を用いても実施できることは言うまでも
ない。

【００６１】次に本発明に係る移動体方位測定装置の他
の実施例の構成を図８に示す。同図において、本発明に
よる移動体測定装置は、地磁気の水平成分を検出する磁
気センサ１０を有している。磁気センサ１０は、図９に
示すようにリング状コア２５にその中心で交叉するよう
に任意の角度（本実施例では例えば、２２.５°）をも
って巻回された２個の磁気検出コイル１１，１２と、こ
の任意の角度で交叉する２個の磁気検出コイル１１，１
２の対称軸Ｍ方向に磁気検出コイル１１，１２の検出出
力が飽和するのを防止するための磁界を発生するように
巻回された飽和防止コイル２３とを有している。リング
状コア２５には更に図１０に示すように、リング状コア
２５全周にわたつて均一に励振巻線１６が巻回されてい
る。励振巻線１６には周波数ｆの交流信号を生成する発
振器１４の発振出力が供給されるようになっている。

【００６２】また磁気センサ１０の磁気検出コイル１
１，１２の検出出力は、それぞれ位相検波器１８，１９
にそれぞれ入力される。位相検波器１８，１９にはそれ
ぞれ発振器１４の発振出力を逓倍し、周波数２ｆの交流
信号に変換する逓倍器１７の出力信号が入力されるよう
になっている。この逓倍器１７の出力信号に基づいて位
相検波器１８，１９ではそれぞれ入力される磁気センサ
１０の磁気検出コイル１１，１２の検出出力が位相検波
され、その出力信号は制御回路２０に入力される。

【００６３】制御回路２０は、位相検波器１８，１９を
介して入力される磁気センサ１０の検出出力について補
正演算処理を行なう増幅／演算回路２１と、増幅／演算
回路２１により求められた二組の方位角から真の方位角
を決定する方位判定回路２２とから構成されている。こ
の制御回路２０は具体的には入出力インターフェース，
ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリを含むマイクロコンピュータ
等により構成されている。また３０はリセットスイッチ
であり、リセットスイッチ３０がオン状態になった場合
には後述するように磁気センサ１０の検出出力の補正演
算の一部の処理が実行されるようになっている。

【００６４】上記構成において磁気センサ１０の磁気検
出コイル１１に対して図９における矢印Ａの方向に地磁
気が入射する状態を角度０°として地磁気に対して磁気
センサ１０が図９において左回りに回転したときの磁気
検出コイル１１，１２に対応する位相検波器１８，１９
の出力信号は図１１に示すように変化する。図１１にお
いて矢印で示したＢ9，Ｂ10は各磁気検出コイル１１，
１２に印加された移動体固有の磁化であり、位相検波器
１７の出力信号の最大値Ｍ9と最小値Ｓ9から次式により
求められる。

【００６５】

【数２６】 Ｂ9＝（Ｍ9＋Ｓ9）／２ （２６） 位相検波器１８の出力信号についても同様に

【００６６】

【数２７】 Ｂ10＝（Ｍ10＋Ｓ10）／２ （２７） によりそれぞれ求めることができる。

【００６７】上式（２６），（２７）に基づいて位相検
波器１８，１９の出力データが後述する制御回路２０に
より実行されるプログラムにより補正演算処理した結
果、図１１に示す位相検波器１８，１９の出力特性は図
１２に示すように変更される。すなわち、位相検波器１
８の出力信号は、磁気センサ１０の０〜１８０°の回転
角（方位角）で正であるとすると、１８０°すなわち、
図９において点線矢印Ｂの方向に地磁気が入射する角度
位置以降の角度では、地磁気の磁気検出コイル１１への
入射の方向が逆転するので、位相検波器１８の出力信号
の極性は負となり、しかも地磁気と磁気検出コイル１１
とのなす角度が９０°のとき最大レベルとなる。

【００６８】磁気検出コイル１２は、磁気検出コイル１
１に対して２２．５°ずれているので、位相検波器１９
の出力特性も位相検波器１８の出力特性から方位角とし
て２２．５°ずれた出力変化を示す。

【００６９】

【表１】

【００７０】表１は図１２のξ１（磁気検出コイル１１
に対応して設けられた位相検波器１８の出力信号を式
（２６）により移動体磁化を補正したデータ）と、ξ１
からξ２（磁気検出コイル１２に対応して設けられた位
相検波器１９の出力を式（２７）により移動体磁化を補
正したデータ）を差し引いた値の正負を示したものであ
る。表１から(ξ１−ξ２)の値は、０〜１０１．２５°
と２８１．２５°〜３６０°の周囲では正、それ以外の
１０１．２５°〜２８１．２５°の範囲では負になるこ
とが明らかである。

【００７１】また磁気検出コイル１１に対応して設けら
れた位相検波器１８の検波出力Ｌ１と方位角θとの関係
は図１１から

【００７２】

【数２８】 Ｌ１＝（Ｍ9＋Ｓ9）／２＋（Ｍ9−Ｓ9）ｓｉｎθ／２ （２８） で与えられる。式（２８）から方位角θは

【００７３】

【数２９】

【００７４】で求めることができる。図４に示したよう
に地磁気について基準となる検出軸成分を検出する磁気
検出コイル１１の検出出力Ｌの方位角に対する出力の方
向特性がＹ軸対称であることから一つの検出出力Ｌにつ
いて方位角がθ１１，θ１２の二つが求まることにな
る。これを解決するために表１に基づいた極性判定によ
りただ一つの真の方位角を決定することができる。

【００７５】具体的に方位角θの真値θtを２２．５°
以下の角度分解能で求める時にはξ１＞０でかつξ１＞
ξ２のとき

【００７６】

【数３０】 θt＝θ （３０） ξ１＞０でかつξ１＜ξ２のとき

【００７７】

【数３１】 θt＝１８０°−θ （３１） ξ１＜０でかつξ１＞ξ２のとき

【００７８】

【数３２】 θt＝３６０°＋θ （３２） ξ１＜０でかつξ１＜ξ２のとき

【００７９】

【数３３】 θt＝１８０°−θ （３３） で求めることができる。

【００８０】次に制御回路２０により実行される処理内
容を図１３乃至図１５のフローチャートに基づいて説明
する。これらの図においてプログラムが起動されると、
制御回路２０内の各種レジスタ類が初期化され、次いで
リセットスイッチ３０が操作されたか否かが判定される
（ステップ２００，２０１）。

【００８１】ステップ２０１でリセットスイッチ２３が
未だ操作されていないと判定された場合にはステップ２
２１に処理が移行し、磁気センサ１０の磁気検出コイル
１１，１２の検出出力Ａｘ，Ｂｘの読み込みが行なわれ
る。次にステップ２２２乃至ステップ２３０において磁
気センサ１０の磁気検出コイル１１，１２の検出データ
Ａｘ，Ｂｘに基づいて移動体の方位角の算出、更に方位
角の真値の判定等が行なわれるが、現時点では磁気検出
コイル１１，１２の検出データＡｘ，Ｂｘの最大値及び
最小値がそれぞれ定まらない状態にあるので、結果的に
方位角θが決定されないまま、これらの一連の処理が終
了し、ステップ２０１に処理が戻る。

【００８２】次いでステップ２０１でリセットスイッチ
３０が操作されたと判定された場合には磁気センサ１０
の磁気検出コイル１１，１２の検出データＡｘ，Ｂｘの
読み込みが行なわれ、更に磁気検出コイル１１，１２の
初期値がＡｘ＝Ａ０，Ｂｘ＝Ｂ０に、検出データＡｘの
最大値Ｍ9，最小値Ｓ9がそれぞれＭ9＝−１２８，Ｓ9＝
１２８に、また検出データＢｘの最大値Ｍ10，最小値Ｓ
10がそれぞれＭ10＝−１２８，Ｓ10＝１２８にそれぞれ
初期設定される（ステップ２０２，２０３）。

【００８３】ステップ２０３で各種の初期設定が行なわ
れた後に更に磁気センサ１０の磁気検出コイル１０，１
１の検出データＡｘ，Ｂｘの読み込みが続行され、次い
で検出データＡｘ，ＢｘがＡｘ≠Ａ0でかつＢｘ≠Ｂ0で
あるか否かの判定が行なわれる（ステップ２０４，２０
５）。ステップ２０５で検出データＡｘ，ＢｘがＡｘ＝
Ａ0でかつＢｘ＝Ｂ0である場合、すなわち移動体が移動
していないと判定された場合にはステップ２０４に戻
り、更に検出データＡｘ，Ｂｘの読み込みが行なわれ
る。

【００８４】他方ステップ２０５で検出データＡｘ，Ｂ
ｘがＡｘ≠Ａ0でかつＢｘ≠Ｂ0であると判定された場
合、すなわち移動体が移動を開始したと判定された場合
にはステップ２０６に移行し、検出データＡｘ，Ｂｘの
読み込みが続行される。更にステップ２０７乃至ステッ
プ２１４では連続的に取り込まれた検出データＡｘ，Ｂ
ｘとステップ２０３で初期設定された検出データＡｘ，
Ｂｘの最大値，最小値であるＭ9，Ｓ9並びにＭ10，Ｓ10
との大小比較がなされ、Ａｘ≧Ｍ9である場合にはＭ9＝
Ａｘとし、またＡｘ≦Ｍ9であればＳ9＝Ａｘに、更にＢ
ｘ≧Ｍ１０である場合にはＭ10＝Ｂｘ，Ｂｘ≦Ｓ10であ
る場合にはＳ10＝Ｂｘとし、ステップ２１５に移行す
る。

【００８５】ステップ２１５ではＡｘ＝Ａ0でかつＢｘ
＝Ｂ0であるか否か、すなわち移動体が一周、旋回して
元の位置に戻ったか否かが判定される。移動体が一周、
旋回していないと判定された場合にはステップ２０６に
戻り、既述したステップ２０６乃至ステップ２１５の処
理を繰り返す。

【００８６】ステップ２１５で移動体が一周、旋回した
と判定された場合には移動体固有の磁化Ｂ9，Ｂ10が算
出される（ステップ２１６）。ここでＢ9は移動体に対
して移動体の進行方向に直角に取り付けられた磁気検出
コイル１１の検出データＡｘに基づいて算出された移動
体固有の磁化であり、またＢ10は検出コイル１１に対し
て任意の角度、例えば２２.５°の角度をなすように移
動体に取り付けられた磁気検出コイル１２の検出データ
Ｂｘに基づいて算出された移動体固有の磁化であり、そ
れぞれ次式により算出される。

【００８７】

【数３４】 Ｂ9＝（Ｍ9＋Ｓ9）／２ （３４）

【００８８】

【数３５】 Ｂ10＝（Ｍ10＋Ｓ10）／２ （３５） 次いで、Ｍ9・Ｓ9＞０であるか否かが判定される（ステ
ップ２１７）。すなわち移動体固有の磁化があまりにも
強く、増幅器の入力レベル範囲を大幅に超えた場合には
増幅器の出力が飽和してしまうことになる(図１６)。こ
のような状態を回避するために移動体が旋回し、磁気検
出コイル１１の検出出力のうち最大値Ｍ9と最小値Ｓ9を
検出したのちにその積Ｍ9・Ｓ9が正のときにはＭ9／Ｓ9
の比から推定した適切な電流を飽和防止コイル２３に流
すことにより正確に方位計測を行なうものである。更に
ステップ２１８では ｜Ｂ9｜＞１２８／２ であるか否か、すなわち増幅器の出力が飽和状態である
か否かが判定される。ステップ２１８で増幅器が飽和状
態にあると判定された場合にはステップ２１９で所定の
電流を飽和防止コイル１３に流し、もう１回、移動体に
旋回の指示が与えられ、ステップ２０２に処理が移行す
る（ステップ２２０）。ステップ２１８，２１９におい
て無磁場の時、飽和防止コイル１３に流す補正電流を例
えば１２８ｍＡ流したときに磁気検出コイル１１の検出
データＡｘが０〜１２８に変化し、また−１２８ｍＡ流
したときには検出データＡｘが０〜−１２８に変化する
ように飽和防止コイル２３の巻線数や増幅器の利得等を
調整しておく。そこで仮に移動体が旋回したのちに移動
体の固有磁化Ｂ9が任意のスレッシュホールドレベル、
例えば１２８／２を超えたら補正コイル２３にＢ9／１
２８ｍＡの電流を流せばよいことになる。また検出デー
タＡｘが負の場合でも同様に行なうことができる。

【００８９】他方ステップ２１７，２１８で“Ｎｏ”と
判定された場合にはステップ２０１に戻る。ステップ１
０１でリセットスイッチ２３がオフ状態であると判定さ
れた場合には磁気検出コイル１１，１２の検出データＡ
ｘ，Ｂｘの読み込みが行なわれ、次いで次式により磁気
検出コイル１１の検出データＡｘに基づいて方位角θが
算出される（ステップ２２１，２２２）。

【００９０】

【数３６】

【００９１】次にステップ２２３では検出データＡｘ，
Ｂｘについて移動体の固有磁化Ｂ9，Ｂ１０の影響が除
去された補正データξ１，ξ２を式（１２），（１３）
により算出する。

【００９２】

【数３７】 ξ１＝Ａｘ−Ｂ9 （３７）

【００９３】

【数３８】 ξ２＝Ｂｘ−Ｂ10 （３８） 次にステップ２２４乃至ステップ２３０においてξ１の
符号及びξ１とξ２の大小関係に応じて方位角の真値θ
tが決定され、処理はステップ２０１に戻る。

【００９４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、主磁気検出手段と従磁気検出手段の指向性をそれぞ
れ地磁気と移動体の固有磁界との合成ベクトルに基づい
て補正した後、指向性の補正された主磁気検出手段と従
磁気検出手段の検出値として移動体の旋回に伴う検出値
をそれぞれ求め、各検出値から各磁気検出手段に関する
移動体の固有磁界を算出し、各算出値により各磁気検出
手段の検出値から移動体の固有磁界を除去する補正を行
ない、補正された主磁気検出手段の検出値から二つの方
位角を選定し、この後、選定された二つの方位角のうち
一方を、補正された従磁気検出手段の検出値に従って真
の方位角として決定するようにしたので、複数の磁気検
出手段を直交させることなく、正確な方位を計測するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る移動体方位測定装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。

【図２】地磁気ベクトルと移動体磁化ベクトルとを合成
した合成ベクトルの軌跡を示す説明図である

【図３】地磁気ベクトルと移動体磁化ベクトルとを合成
した合成ベクトルの軌跡Ｐと磁気センサの指向特性曲線
Ｑとの関係を示す説明図である。

【図４】磁気センサの出力特性を方位角θとの関係で示
す特性図である。

【図５】二つの磁気検出コイルの出力特性を方位角θと
の関係で示す特性図である。

【図６】第１図に示す制御回路により実行される処理内
容を示すフローチャートである。

【図７】図１に示す制御回路により実行される処理内容
を示すフローチャートである。

【図８】本発明に係る移動体方位測定装置の他の実施例
の構成を示すブロック図である。

【図９】図８における磁気センサの平面図である。

【図１０】図８における磁気センサの励振巻線の巻線状
態を示す説明図である。

【図１１】図８における各位相検波器の出力特性を示す
特性図である。

【図１２】図８における各位相検波器の出力特性につい
て移動体の固有磁化を補正した出力特性を示す特性図で
ある。

【図１３】図８における制御回路により実行される処理
内容を示すフローチャートである。

【図１４】図８における制御回路により実行される処理
内容を示すフローチャートである。

【図１５】図８における制御回路により実行される処理
内容を示すフローチャートである。

【図１６】図８における磁気センサの検出出力が移動体
固有の磁化の影響を受けた状態を示す説明図である。

【図１７】従来の移動体方位測定装置の一例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１０ 磁気センサ １１，１２ 磁気検出コイル １３ ドライブコイル １４ 発振器 １５，１６ 増幅器 １７ 逓倍器 １８，１９ 位相検波器 ２０ 制御回路 ２１ 演算回路 ２２ 方位判定回路 ２３ 飽和防止コイル ３０ リセットスイッチ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体に固定されて地磁気の水平成分を
   検出する主磁気検出手段の向きによって決定される指向
   性と移動体に固定されて主磁気検出手段に任意の角度で
   交差して地磁気の水平成分を検出する従磁気検出手段の
   向きによって決定される指向性をそれぞれ地磁気と移動
   体の固有磁界との合成ベクトルに基づいて補正し、指向
   性の補正された主磁気検出手段と従磁気検出手段の検出
   値として移動体の旋回に伴う検出値をそれぞれ求め、各
   検出値から各磁気検出手段に関する移動体の固有磁界を
   算出し、各算出値により各磁気検出手段の検出値から移
   動体の固有磁界を除去する補正を行い、補正された主磁
   気検出手段の検出値から二つの方位角を選定し、選定さ
   れた二つの方位角のうち一方を補正された従磁気検出手
   段の検出値に従って真の方位角に決定することを特徴と
   する移動体方位測定方法。
2. 【請求項２】 移動体に固定されて地磁気の水平成分を
   検出する主磁気検出手段と、 移動体に固定されて主磁気検出手段に任意の角度で交差
   して地磁気の水平成分を検出する従磁気検出手段 と、主磁気検出手段の向きによって決定される指向性と従磁
   気検出手段の向きによって決定される指向性をそれぞれ
   地磁気と移動体の固有磁界との合成ベクトルに基づいて
   補正する指向性補正手段と、 指向性補正手段により補正された主磁気検出手段と従磁
   気検出手段の検出値のうち移動体の旋回に伴う検出値を
   それぞれ取り込み、各検出値から各磁気検出手段に関す
   る移動体の固有磁界を算出し、各算出値により各磁気検
   出手段の検出値から移動体の固有磁界を除去する補正を
   行う固有磁界補正手段と、 固有磁界補正手段により補正された主磁気検出手段の検
   出値から二つの方位角を選定し、選定された二つの方位
   角のうち一方を固有磁界補正手段により補正された従磁
   気検出手段の検出値に従って 真の方位角に決定する判定
   手段とを有することを特徴とする移動体方位測定装置。
3. 【請求項３】 前記判定手段は、主磁気検出手段の検出
   値から求められた二つの方位角のうち従磁気検出手段の
   検出値から求められた二つの方位角のう ちのいずれかに
   近い値を示す方位角を真の方位角と決定してなることを
   特徴とする請求項２に記載の移動体方位測定装置。
4. 【請求項４】 前記判定手段は、固有磁界補正手段によ
   り補正された主磁気検出手段の検出値の極性と固有磁界
   補正手段により補正された従磁気検出手段の検出値の極
   性に従って真の方位角を決定してなることを特徴とする
   請求項２に記載の移動体方位測定装置。
5. 【請求項５】 前記主磁気検出手段は、地磁気の水平成
   分を検出する主磁気検出コイルで構成され、前記従磁気
   検出手段は、主磁気検出コイルと任意の角度で交叉して
   地磁気の水平成分を検出する従磁気検出コイルで構成さ
   れており、前記各磁気検出コイル対して、各磁気検出コ
   イルの出力を飽和レベル以下に抑制する飽和防止コイル
   が巻回されていることを特徴とする請求項２に記載の移
   動体方位測定装置。