JP3419419B2

JP3419419B2 - 方位検出装置及び方位検出方法

Info

Publication number: JP3419419B2
Application number: JP00888194A
Authority: JP
Inventors: 泰弘越本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 2003-06-23
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JPH07218266A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や地中掘削機な
どの移動体方位を検出する方位検出方法及びその実施に
直接使用する方位検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶対方位を検出する方法として
は、古来よりコンパスもしくは羅針盤として知られる永
久磁石を、自由支持して当該磁石が地磁気を検出指向し
て方位を示すことを利用する磁気方位検出方式が一般的
であった。

【０００３】当該方式は、静止軌道人工衛星からの電波
を受信し、その方位角から位置を割り出すＧＰＳ（＝Ｇ
ｒｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，
衛星を利用した位置探査システム）に比べ、安価であ
り、高層ビルの谷間等の衛星電波が届かない場所や乱反
射によって誤差を生じる場所でも安定して利用できる特
徴がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、自動車など
で地磁気を検出しようとすると、自動車などを構成する
鉄部材の残留磁気が発生していることから、正確な磁場
方位の検出が困難になる場合があった。そこで、実際に
は、車体内で残留磁場の少ない場所を選ぶなどの工夫を
して永久磁石を用いた方位計を設置する必要があった。

【０００５】この点を解決するため、車体などの残留磁
化がある状態で残留磁化による磁場状態を予めメモリー
等に記憶させておき、実際に検出される合成磁場から地
磁気を計算により算出することにより、設置場所を選ば
ない工夫もなされている。

【０００６】しかし、その場合でも、たとえば強い磁場
を発生している踏切や鉄塔近傍や鉄橋下などを通過する
ことなどにより、残留磁化状態が時々変化することか
ら、常々設置場所を校正したりメモリー等に記憶されて
いる残留磁化状況を校正する必要があった。ここにおい
て、本発明は、従来の技術的課題に鑑み、メンテナンス
フリー且つコンパクトな方位検出装置及び方位検出方法
を提供せんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記技術的課題の解決
は、本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手段及び手
法を採用することにより達成される。すなわち、本発明
装置の第１の特徴は、移動体外周部に設置して移動体を
周回する観測領域を設定する複数の磁場センサーと、当
該磁場センサー群からの出力を入力し、トモグラフィ処
理を行って移動体の残留磁場及び地磁気を演算分離して
信号出力するとともに前記磁場センサー群の動作を制御
する演算制御装置と、当該演算制御装置からの信号出力
を表示する表示部とからなる方位検出装置である。

【０００８】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における移動体が、自動車又は地中掘削
機である方位検出装置である。

【０００９】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴における磁場センサーが、モー
ターにより回転されて磁場を検出するコイルである方位
検出装置である。

【００１０】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第３の特徴におけるコイルは、設置したスリップリ
ングを介して信号を出力してなる方位検出装置である。

【００１１】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第３の特徴におけるコイルが、モーターの駆動軸に
取付けた回転トランスを介して信号を出力してなる方位
検出装置である。

【００１２】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第３，第４又は第５の特徴におけるモーターが、そ
の駆動軸に回転角モニターを設置してなる方位検出装置
である。

【００１３】本発明装置の第７の特徴は、前記本発明装
置の第３、第４又は第５の特徴におけるモーターが、ブ
ラシレスモーターであって、ブラシレスモーターにコイ
ルの回転角検出自在に駆動用回転角センサーを取付けて
なる方位検出装置である。

【００１４】本発明装置の第８の特徴は、前記本発明装
置の第５の特徴におけるトランスが、その一部に切り欠
きを設けてなる方位検出装置である。

【００１５】本発明装置の第９の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴における磁場センサーが、直交
するホール素子の組合せである方位検出装置である。

【００１６】本発明装置の第１０の特徴は、前記本発明
装置の第１又は第２の特徴における演算制御装置が、同
期検波器か、水晶発振器を備えてなる方位検出装置であ
る。

【００１７】本発明方法の第１の特徴は、移動体外周辺
から磁場検出信号群を出力して、当該磁場検出信号の出
力群をトモグラフィ処理演算して、前記移動体の残留磁
場像と地磁気を演算分離し、分離された地磁気を表示す
ることを特徴とする方位検出方法である。

【００１８】本発明方法の第２の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴におけるトモグラフィ処理演算が、アナ
ログ的に処理するか、数十ＭＨｚのクロック周波数を用
いて数十ｋＨｚ以下の磁場検出信号出力を直接サンプリ
ング処理してなる方位検出方法である。

【００１９】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴におけるトモグラフィ処理演算が、磁場
検出信号の出力群をフーリエ変換し、バックプロジェク
ションと同時に、地磁気をバイアスとみなして分離して
なる方位検出方法である。

【００２０】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第２の特徴におけるフーリエ変換が、測定点数を行
及び列次元とするマトリックス変換であり、かつバック
プロジェクションは、座標変換である方位検出方法であ
る。

【００２１】

【作用】本発明は、上記の新規な手段及び手法を採用す
るので、車体の残留磁化による影響を差し引く処理で地
磁気方位を検出するから、たとえば、踏切など強い磁場
を発生している場所を通過することなどによって車体等
の帯磁状態が変化しても全く関係なしに正確な地磁気方
位が測定できる。

【００２２】

【実施例】

（装置例）本発明の装置例を図面につき説明する。図１
は本装置例に用いる磁場センサーの一例を示す拡大斜視
図、図２は本装置例の方位検出装置の全体のシステム構
成を説明するブロック・ダイアグラム、図３は本装置実
施例の車体への実装例を示す斜視図である。

【００２３】図中、αは方位検出装置、Ａは磁場センサ
ー、Ｂは演算制御装置、１はコイル、１ａはホール板、
２は磁心、３はモーター、４は回転トランス、５はクロ
ックパルスを供給する水晶発振器、６はＡＤ変換器、７
はＲＯＭ、８はモーター３を駆動するモータードライバ
ー、９はＣＰＵ、１０はディスプレィ、１１は車体、１
２は磁場センサーＡの支持棒である。

【００２４】磁場センサーＡ自体は、周知の自動車用無
線アンテナの如く非磁性の支持棒１２により車体１１よ
りはなして設置することにより、車体１１の残留磁場の
影響を低減している。

【００２５】磁場センサーＡには、ベクトル的な磁場の
方位と強度の検出能力が要求される。これを実現するた
めには、ホール素子を直交して用いてその出力の合成か
ら磁場ベクトルを検出する方法を採用しても良いが、素
子のばらつきを温度安定性を含めて調整することが困難
である。

【００２６】そこで、本装置例においては、磁場センサ
ーＡには、方形外周にコイル１を捲着した鉛直面中央に
鎖交断面積１ｂを形成自在に円筒形磁心２を直交貫着し
たホール板１ａを磁心２ともども高速に回転させる回転
コイル方式を採用した。回転コイル方式では、出力は磁
場方向に対してホール板１ａの鎖交断面積１ｂが最大と
なったときにホール電圧が出力最大となる正弦波である
ことから、その出力と位相から磁場ベクトルを検出でき
る。

【００２７】回転するコイル１からの出力は、図示しな
いスリップリングを用いても勿論良いが、図１に示す如
く、回転トランス４を用いれば、ブラシの損耗などを気
にせずに長期的に使用することが可能である。

【００２８】位相の基準となる回転角は、ホール板１ａ
を回転せしめる小型モーター３の回転軸に回転角モニタ
ーを設けても良いし、モーター３にブラシレスモーター
を使用して、その駆動用回転角センサーの出力を用いて
も良い。また、回転トランス４の一部に図示しない切欠
を設けておいて、トランス結合が特定の回転角で急峻に
変化するようにしても勿論良い。

【００２９】（方法例）本装置例は、上記のような具体
的実施態様を呈するが、本装置例に適用する本発明の方
法例を図面を参照しながら説明する。まず、車体１１の
外部に車体を周回するように取り付けた複数の磁場セン
サーＡを用い、個々の磁場センサーＡの磁場検出信号た
る出力ｇ（ｘ，ｙ）を演算制御装置Ｂに送り込む。

【００３０】ＣＰＵ９で構成される演算制御装置Ｂで
は、磁場センサーＡの出力ｇを基にトモグラフィ処理を
行うことにより、磁場センサーＡ群で構成される平面内
（すなわち車体１１内）の残留磁化像ｆ（ｘ，ｙ）と全
体にバイアス的に存在する地磁気を分離する。

【００３１】具体的には、磁場センサーＡ出力ｇ（ｘ，
ｙ）をフーリエ変換し、Ｒａｎｄｏｎの法則に従ってバ
ックプロジェクションを行うとともに、地磁気によるバ
イアスを分離すれば良い。すなわち、検出データ出力ｇ
（ｘ，θ）に対し、フィルターｈ（ｘ）による畳み込み
変換を行い、

【数１】として求めることになる。

【００３２】実際には、フーリエ変換は測定点数を行及
び列次元とするマトリックス変換、バックプロジェクシ
ョンは実際には座標変換であり、周知のようにトモグラ
フィ解像度を高めるために磁場センサーＡの数を増やす
と、幾何級数的に演算回数が増大するが、本方法例にお
いては、残留磁化状態を克明に解析する必要がなく、車
体１１を周回する観測領域をつくれば良いことから最低
で３〜４のセンサー数で済み、演算時間も極めて短い。
なお、実際のマトリックス変換及び座標変換の演算内容
は、下記の通りである。

【数２】

【００３３】このようにして求められた車体１１の残留
磁化からのそれぞれの磁場センサーＡへの影響を差し引
けば本来的な地磁気が計算でき、これをディスプレィ１
０で表示する。

【００３４】本方法例では、演算制御装置Ｂに組み込ま
れたＡＤ変換器６によってアナログのセンサー出力をデ
ジタル化し、それぞれの振幅と位相を検出した後、トモ
グラフィー処理演算を同じＣＰＵ９にて行う。

【００３５】この処理は、図示しない同期検波器を用い
てアナログ的に処理することも可能であるが、通常、演
算制御装置Ｂに用いるＣＰＵ９は付帯した水晶発振器５
により数十ＭＨｚのクロック周波数を持つから、繰り返
し周波数が数ｋＨｚ以下のセンサー出力ｇを直接サンプ
リングするデジタル処理の方が、簡単で回路規模も小さ
くすることが出来る。

【００３６】この逐次処理のルーチンは、やはり演算制
御装置Ｂに組み込んだＲＯＭ７に記憶させてあり、間欠
的な使用でも自動的に処理が行われるから一切の調整が
要らない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、センサ
ー部分が分離しており、演算制御装置が非常にコンパク
トに構成できるから設置場所を選ばない。

【００３８】また、本発明により得られる方位は、移動
体の出発位置を予め与えておけば、走行距離積分地と合
わせて使用することにより、ビルなど衛星電波の届かな
い地域でも正確な位置・方位が決定でき、その精度は走
行距離積分の範囲であるから、極めて正確である。

【００３９】このように、従来は不可能であった正確な
方位検出がメンテナンスフリー且つコンパクトに実現で
きるから、自動車のナビゲーション、地中掘削機による
地下とう道の掘削などの精度を大幅に向上できる等、優
れた有用性，経済性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置例に用いる磁場センサーの例を示
す拡大斜視図である。

【図２】本発明の装置例における全体のシステム構成を
説明するブロック・ダイアグラムである。

【図３】本発明の装置例の自動車への実装例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

α…方位検出装置Ａ…磁場センサーＢ…演算制御装置１…コイル１ａ…ホール板１ｂ…鎖交断面積２…磁心３…モーター４…回転トランス５…水晶発振器６…ＡＤ変換器７…ＲＯＭ８…モータードライバー９…ＣＰＵ１０…ディスプレィ１１…車体１２…支持棒

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体外周部に設置して移動体を周回する
観測領域を設定する複数の磁場センサーと、当該磁場センサー群からの出力を入力し、トモグラフィ
処理を行って移動体の残留磁場及び地磁気を演算分離し
て信号出力するとともに前記磁場センサー群の動作を制
御する演算制御装置と、当該演算制御装置からの信号出力を表示する表示部と、からなることを特徴とする方位検出装置。
【請求項２】移動体は、自動車や地中掘削機である請求
項１記載の方位検出装置。
【請求項３】磁場センサーは、モーターにより回転され
て磁場を検出するコイルであることを特徴とする請求項
１又は２記載の方位検出装置。
【請求項４】コイルは、設置したスリップリングを介し
て信号を出力することを特徴とする請求項３記載の方位
検出装置。
【請求項５】コイルは、モーターの駆動軸に取付けた回
転トランスを介して信号を出力することを特徴とする請
求項３記載の方位検出装置。
【請求項６】モーターは、その駆動軸に回転角モニター
を設置することを特徴とする請求項３，４又は５記載の
方位検出装置。
【請求項７】モーターは、ブラシレスモーターであっ
て、ブラシレスモーターにコイルの回転角検出自在に駆
動用回転角センサーを取付けることを特徴とする請求項
３，４又は５記載の方位検出装置。
【請求項８】トランスは、その一部に切り欠きを設ける
ことを特徴とする請求項５記載の方位検出装置。
【請求項９】磁場センサーは、直交するホール素子の組
合せであることを特徴とする請求項１又は２記載の方位
検出装置。
【請求項１０】演算制御装置は、同期検波器か、水晶発
振器を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の方
位検出装置。
【請求項１１】移動体外周辺から磁場検出信号群を出力
して、当該磁場検出信号の出力群をトモグラフィ処理演算し
て、前記移動体の残留磁場像と地磁気を演算分離し、分離された地磁気を表示することを特徴とする方位検出
方法。
【請求項１２】トモグラフィ処理演算は、アナログ的に
処理するか、数十ＭＨｚのクロック周波数を用いて数十
ｋＨｚ以下の磁場検出信号出力を直接サンプリング処理
する請求項１１記載の方位検出方法。
【請求項１３】トモグラフィ処理演算は、磁場検出信号
の出力群をフーリエ変換し、バックプロジェクションと
同時に、地磁気をバイアスとみなして分離する一連の演
算処理を行うことを特徴とする請求項１１記載の方位検
出方法。
【請求項１４】フーリエ変換は、測定点数を行及び列次
元とするマトリックス変換であり、かつバックプロジェ
クションは、座標変換であることを特徴とする請求項１
３記載の方位検出方法。