JP4551661B2 - Electronic compass, recording medium, and compass program - Google Patents

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Description

本発明は、磁気センサを用いて方位を測定する電子方位計及びその記録媒体に関する。詳しくは、本発明は、任意の傾斜環境下において周辺機器の着磁の影響によって地磁気以外のオフセットが発生する場合のオフセット補正を可能とした電子方位計及びその電子方位計に用いる記録媒体に関する。   The present invention relates to an electronic azimuth meter that measures an azimuth using a magnetic sensor and a recording medium thereof. Specifically, the present invention relates to an electronic azimuth meter capable of correcting an offset when an offset other than geomagnetism occurs due to the influence of magnetization of a peripheral device under an arbitrary tilt environment and a recording medium used for the electronic azimuth meter.

電子方位計は、センサなどを用いて電気的に方位を表示できるという特徴を有する。一般的には、複数の磁気センサを配置して電子方位計を構成する。磁気センサは、センサと平行(あるいは垂直)な磁界に対して線形な出力を示す。よって、直交配置された複数の磁気センサの出力から得られたデータを演算することで、基準に決めた方向から方位角を算出することができる。この方位角から得られた方位は、アナログ、デジタルの電気信号として処理できるため、携帯電話、PDAといった携帯情報端末や腕時計、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向け、ゲーム機といった様々な電子機器への応用が期待されている。   The electronic azimuth meter has a feature that the azimuth can be electrically displayed using a sensor or the like. In general, an electronic azimuth meter is configured by arranging a plurality of magnetic sensors. A magnetic sensor exhibits a linear output for a magnetic field parallel (or perpendicular) to the sensor. Therefore, the azimuth angle can be calculated from the direction determined as the reference by calculating the data obtained from the outputs of the plurality of magnetic sensors arranged orthogonally. Since the azimuth obtained from this azimuth can be processed as an analog or digital electrical signal, a portable information terminal such as a mobile phone or PDA, a wristwatch, a car navigation device as a vehicle azimuth meter, an attitude detection of an aircraft, a visually impaired person Application to various electronic devices such as a game machine is expected.

特に近年、GPS等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながらにして判る。この端末に電子方位計を組み合わせることで、利用者が今どの方位を向いているのか、或いは歩行中であるならばどこに向かおうとしているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。そのようなサービスが進展していく中で、電子方位計に要求される課題としては、より質、精度の高いものが求められていくことは必然である。   In particular, in recent years, position information providing services for portable information terminals using GPS or the like have begun. According to this service, the user can understand the current position information while looking at the screen on the terminal. By combining this terminal with an electronic compass, it is possible to determine which direction the user is currently facing, or where he is going if he is walking. This information providing service regarding position information and electronic compass is expected to create new business for many industries in the future, and will also provide useful information to users. As such services progress, it is inevitable that the issues required for electronic compass will be higher quality and higher accuracy.

上記の質と精度の向上とは、より正確に方位を測定するということを示しているが、磁気センサの周辺機器の着磁の影響で、正確に方位を算出されないことがある。磁気センサが、地磁気に相当する出力のみを発生する場合には方位は計算上正確に求まる。しかし、磁気センサの周辺の部品や機械などが着磁していると、磁気センサの出力電圧にオフセットが加わり、地磁気量に相当する出力を得ることができなくなる。よって、その着磁量に相当する補正を行わないと、地磁気に相当する出力を得ることができなくなり、正しい方位を取得することが出来なくなる。   Although the above improvement in quality and accuracy indicates that the azimuth is measured more accurately, the azimuth may not be calculated accurately due to the influence of magnetization of peripheral devices of the magnetic sensor. When the magnetic sensor generates only an output corresponding to geomagnetism, the direction can be accurately calculated. However, if parts or machines around the magnetic sensor are magnetized, an offset is added to the output voltage of the magnetic sensor, and an output corresponding to the amount of geomagnetism cannot be obtained. Therefore, unless correction corresponding to the amount of magnetization is performed, an output corresponding to geomagnetism cannot be obtained, and a correct orientation cannot be obtained.

この様な問題を解決するための従来の着磁補正の方法としては、磁気センサを含む機器を1周回させ、その出力の最大値と最小値の平均を算出することでオフセットを得る方法が知られている。しかし、この方法では、機器を一回転させなければならないという煩雑さがあり、特に車両などに搭載した電子方位計で正確な方位を得たい場合では、一回転するのに必要な場所を見つけるのにも時間と労力がかかるという問題があった。更に着磁の状態は、周辺機器含めて測定をする環境によって変化し易く、この着磁量は経時的にも変化するため、一度行ったとしても着磁の状態が変わる度に車両を一周回させて新たに補正を行わなければならないという問題があった。   As a conventional magnetization correction method for solving such a problem, there is known a method of obtaining an offset by rotating a device including a magnetic sensor once and calculating an average of the maximum value and the minimum value of the output. It has been. However, this method has the complication of having to rotate the device once, especially when you want to get an accurate bearing with an electronic compass mounted on a vehicle, etc. However, there was a problem that it took time and labor. Furthermore, the magnetization state is likely to change depending on the measurement environment including peripheral devices, and this magnetization amount changes over time, so even if it is performed once, the vehicle goes around once every time the magnetization state changes. There is a problem that a new correction must be performed.

上記の問題点に対して、車両を一周回させるという煩わしい事をせずとも、地磁気センサの方位誤差の補正を行うことができる方法と装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
これは、周辺機器の着磁量に応じたオフセットを得て補正する方法であり、具体的には着磁後(着磁状態が変化した後)であっても、その後着磁状態が変化しない間にサンプリ
ングされた相異なる3組の2次元座標値が定める3点を用いて、その3点から所定の距離にあるオフセットとなる2次元座標値(3円の交点)を得て、このオフセットを使用して正しい方位を得ようとするものである。
A method and apparatus that can correct the azimuth error of the geomagnetic sensor without the trouble of turning the vehicle around the above-described problem has been disclosed (for example, see Patent Document 1). .
This is a method of obtaining and correcting an offset according to the magnetization amount of the peripheral device. Specifically, even after magnetization (after the magnetization state has changed), the magnetization state does not change thereafter. Using three points determined by three different sets of two-dimensional coordinate values sampled in between, a two-dimensional coordinate value (intersection of three circles) that is an offset at a predetermined distance from the three points is obtained, and this offset is obtained. To get the correct orientation.

この方法について、更に詳細に図を用いて説明を行う。図7は、電子方位計を含む機器を水平状態下で一周回させたときのx、y軸磁気センサの出力の関係を示したものである。本図面における水平状態下とは、x軸と水平面のなすピッチ角βgが0度、y軸と水平面のなすロール角αgが0度の状態を示し、一周回とは方位角0度から360度まで回転させることを示している。   This method will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 7 shows the relationship between the outputs of the x and y axis magnetic sensors when the device including the electronic compass is rotated once in a horizontal state. In the drawing, the horizontal state means a state in which the pitch angle βg formed by the x axis and the horizontal plane is 0 degrees, and the roll angle αg formed by the y axis and the horizontal plane is 0 degrees, and one turn means an azimuth angle of 0 to 360 degrees. It shows that it rotates.

この図7から、水平状態下でのxy出力グラフは円形状となっていることが判る。また、このときの円の半径は地磁気の水平成分に相当する出力を表しており、円の中心座標はx磁気センサ出力とy磁気センサ出力の原点に対するオフセットを示すこととなる。ここで、この出力円上の3点のxy2次元座標、例えば方位角θが40度、90度、310度でのxy出力が判ると、図中のθ=40degの円と、θ=90degの円と、θ=310degの円のそれぞれの3円の交点を利用することにより中心座標(オフセット)を求めることができる。この方法によれば、周辺機器の着磁量が経時的に変化した場合であっても、その都度、着磁に係るオフセットを取得できるため、特に水平状態下で利用されることの多い車両に設置した場合においては、正確な方位を得る手段となり得る。   It can be seen from FIG. 7 that the xy output graph under the horizontal state is circular. In addition, the radius of the circle at this time represents an output corresponding to the horizontal component of geomagnetism, and the center coordinates of the circle indicate the offset of the x magnetic sensor output and the y magnetic sensor output with respect to the origin. Here, when the xy two-dimensional coordinates of the three points on the output circle, for example, the xy output at the azimuth angles θ of 40 degrees, 90 degrees, and 310 degrees are known, the circle of θ = 40 deg and the angle of θ = 90 deg in FIG. The center coordinates (offset) can be obtained by using the intersection of each of the circle and the circle of θ = 310 deg. According to this method, even when the amount of magnetization of the peripheral device changes with time, an offset relating to magnetization can be acquired each time, so that the vehicle is often used particularly in a horizontal state. When installed, it can be a means for obtaining an accurate orientation.

特開平8−105745公報 (第6頁、図3)JP-A-8-105745 (Page 6, FIG. 3)

上述した機能を有する電子方位計を傾けた状態(傾斜環境下)で利用者が方位を得ようとした場合、つまり、携帯機器用の電子方位計の利用者は、様々な使用方法や、持ち方をすることが想定され、その際の電子方位計に内蔵された磁気センサが、水平面に対して傾斜した状態で使用する場合がある。
しかしながら、この様な環境下においては上記の手法では正確なオフセットを取得することができず、よって方位を正確に算出することができないという問題があった。
When a user tries to obtain an azimuth while the electronic azimuth meter having the above-described function is tilted (in an inclined environment), that is, a user of an electronic azimuth meter for a portable device has various usage methods and possession. The magnetic sensor built in the electronic azimuth meter at that time may be used in an inclined state with respect to the horizontal plane.
However, in such an environment, there is a problem in that the above method cannot acquire an accurate offset, and thus the azimuth cannot be calculated accurately.

上述した傾斜環境下では、正確なオフセットを取得することができない理由について更に詳細に図を用いて説明を行う。図8は、y軸と水平面のなすロール角αgを0度で一定とし、x軸と水平面のなすピッチ角βgを0度(図中では「水平での出力円」と示している。)、20度、40度、60度として、磁気センサを含む電子方位計を一周回させたときのx、y軸磁気センサの出力の関係を示したものである。   The reason why an accurate offset cannot be obtained under the above-described tilt environment will be described in more detail with reference to the drawings. In FIG. 8, the roll angle αg formed by the y-axis and the horizontal plane is constant at 0 degree, and the pitch angle βg formed by the x-axis and the horizontal plane is 0 degrees (in the figure, indicated as “horizontal output circle”). The relationship between the output of the x- and y-axis magnetic sensors when the electronic azimuth meter including the magnetic sensor is rotated once at 20 degrees, 40 degrees, and 60 degrees is shown.

この図から、ピッチ角βgが大きくなるに従って、出力グラフが円形状から楕円形状になってゆき、またその中心座標が順にシフトしていくことが判る。すなわち、本図から水平状態下でのオフセット(真のオフセット)はx軸で−30mV、y軸で−110mVであったが、傾斜角が大きくなるに従って、真のオフセットからズレを発生してしまうことのである。したがって、傾いた状態でこの楕円上の3点のxy出力座標を用いて中心座標を求めようとしても、出力グラフが楕円になってしまうことと、真のオフセットから中心座標が傾斜角に応じてシフトしてしまうという2つの現象があるため、正確なオフセットを取得することができないのである。この様に、正確なオフセットが得られなければ、傾斜環境下では周辺機器の着磁量に応じた正確なオフセットを取得できず、正確な方位を得ることは不可能であることは容易に理解できよう。   From this figure, it can be seen that as the pitch angle βg increases, the output graph changes from a circular shape to an elliptical shape, and its center coordinates shift in order. In other words, the offset under the horizontal condition (true offset) is −30 mV on the x-axis and −110 mV on the y-axis from this figure, but as the tilt angle increases, deviation from the true offset occurs. That's it. Therefore, even if an attempt is made to obtain the center coordinates using the xy output coordinates of the three points on the ellipse in a tilted state, the output graph becomes an ellipse, and the center coordinates correspond to the inclination angle from the true offset. Because there are two phenomena of shifting, an accurate offset cannot be obtained. In this way, it is easy to understand that if an accurate offset cannot be obtained, an accurate offset according to the amount of magnetization of the peripheral device cannot be obtained in an inclined environment, and an accurate orientation cannot be obtained. I can do it.

実際の携帯機器の利用形態においては、携帯機器をある程度傾けた状態で利用するケースが多いので、この様な携帯用電子機器では、その都度オフセットを取得することは、現
実的に不可能となる。よって、正確な方位を得るためには、水平状態下でオフセット取得のための煩わしいキャリブレーション操作を、傾斜環境下から水平に戻して再度行うことが必要となってしまう。
Since there are many cases where the mobile device is used with the mobile device tilted to some extent in actual mobile device usage forms, it is practically impossible to obtain an offset each time with such a portable electronic device. . Therefore, in order to obtain an accurate azimuth, it is necessary to perform the troublesome calibration operation for obtaining the offset under the horizontal state again after returning from the inclined environment to the horizontal.

そこで本発明の目的は、あらゆる傾斜環境下においてもオフセットを取得でき、着磁状態の変化によりオフセットが変化した場合においても、その都度一周回させたキャリブレーションを行うことなく、ユーザが意識せずとも自動でオフセットを取得して真の方位を得ることができる電子方位計及び記録媒体を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to obtain an offset even in any inclined environment, and even when the offset changes due to a change in the magnetized state, the user is not aware of it without performing a calibration that makes one round each time. It is an object of the present invention to provide an electronic azimuth meter and a recording medium that can automatically acquire an offset and obtain a true orientation.

上記課題を解決するために、本発明の電子方位計及びその電子方位計に用いる記録媒体は基本的には下記記載の形態を採用する。   In order to solve the above problems, the electronic azimuth meter of the present invention and the recording medium used for the electronic azimuth meter basically adopt the following forms.

本発明の電子方位計は、xyz軸方向の磁気ベクトルに相当する出力を取得する機能を有するxyz軸に配置された磁気センサと、x軸と水平面のなすピッチ角βgとy軸と水平面のなすロール角αgに相当する各傾斜角の出力を取得する機能を有する傾斜センサと、各傾斜角を用いて磁気ベクトルを水平のxyz3次元座標値に変換する水平変換処理機能を有する水平磁気ベクトル演算装置と、各傾斜角に応じたオフセットである傾斜オフセットを取得する機能を有する傾斜オフセット演算装置と、xyz3次元座標値と傾斜オフセットを用いて方位を演算する方位演算装置とを備え、周辺機器の着磁などの影響によって発生する方位センサのオフセットを取得して、真の方位を得ることができるようにしたことを特徴とする。   The electronic compass of the present invention includes a magnetic sensor arranged on the xyz axis having a function of acquiring an output corresponding to a magnetic vector in the xyz axis direction, a pitch angle βg formed between the x axis and the horizontal plane, a y axis and the horizontal plane. A tilt sensor having a function of acquiring an output of each tilt angle corresponding to the roll angle αg, and a horizontal magnetic vector arithmetic device having a horizontal conversion processing function for converting a magnetic vector into a horizontal xyz three-dimensional coordinate value using each tilt angle A tilt offset calculation device having a function of acquiring a tilt offset that is an offset corresponding to each tilt angle, and an azimuth calculation device that calculates an azimuth using the xyz three-dimensional coordinate value and the tilt offset. It is characterized in that the true orientation can be obtained by acquiring the offset of the orientation sensor generated by the influence of magnetism or the like.

また、本発明の電子方位計は、各傾斜角に対応させて傾斜オフセットを記憶する機能を有する傾斜オフセット記憶装置を更に有することを特徴とする。   The electronic azimuth meter of the present invention further includes a tilt offset storage device having a function of storing a tilt offset corresponding to each tilt angle.

さらに、本発明の電子方位計は、各傾斜角に対応させてxyz3次元座標値を記憶する機能を有するデータ記憶装置と、同じ傾斜角であり、かつxyz3次元座標値が相異なる3組のデータをデータ記憶装置から取得する機能を有するデータ取得装置とを更に備えたことを特徴とする。   Furthermore, the electronic compass of the present invention has three sets of data having the same tilt angle and different xyz three-dimensional coordinate values as the data storage device having a function of storing xyz three-dimensional coordinate values corresponding to each tilt angle. And a data acquisition device having a function of acquiring data from the data storage device.

またさらに、本発明の電子方位計は、xyz3次元座標値と傾斜オフセット記憶装置に記憶された傾斜オフセットを用いて、水平磁気ベクトル量を演算する機能を有するベクトル量演算装置を更に備えたことを特徴とする。   Furthermore, the electronic azimuth meter of the present invention further includes a vector quantity calculation device having a function of calculating a horizontal magnetic vector quantity using the xyz three-dimensional coordinate value and the tilt offset stored in the tilt offset storage device. Features.

またさらに、本発明の電子方位計は、方位演算装置で得られた方位を表示する機能を有する方位表示装置を更に備えたことを特徴とする。   Furthermore, the electronic azimuth meter of the present invention further includes an azimuth display device having a function of displaying the azimuth obtained by the azimuth calculation device.

本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、xyz軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を磁気センサから取得する磁気ベクトル取得手段と、x軸と水平面のなすピッチ角βgとy軸と水平面のなすロール角αgを傾斜センサから取得する傾斜角取得手段と、傾斜角を用いて磁気ベクトルを水平のxyz3次元座標値に変換する水平変換手段と、傾斜角に応じた少なくとも2組のxyz3次元座標値を用いて傾斜オフセットを演算取得する傾斜オフセット取得手段と、xyz3次元座標値と傾斜オフセットを用いて方位角を算出する方位算出手段とを備え、周辺機器の着磁などの影響によって発生する方位センサのオフセットを取得して、真の方位を得られるように機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。   The recording medium used for the electronic compass of the present invention includes a magnetic vector acquisition means for acquiring an output value corresponding to a magnetic vector in the xyz-axis direction from a magnetic sensor, a pitch angle βg formed by the x-axis and the horizontal plane, a y-axis and a horizontal plane. An inclination angle acquisition means for acquiring the roll angle αg formed from the inclination sensor, a horizontal conversion means for converting a magnetic vector into a horizontal xyz three-dimensional coordinate value using the inclination angle, and at least two sets of xyz three-dimensional coordinates corresponding to the inclination angle An azimuth generated by the influence of magnetization of a peripheral device, etc., comprising an inclination offset acquisition means for calculating and obtaining an inclination offset using a value, and an azimuth calculation means for calculating an azimuth angle using an xyz three-dimensional coordinate value and the inclination offset A program for acquiring a sensor offset and causing it to function so as to obtain a true orientation is recorded.

また、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、傾斜オフセット取得手段により、演算取得した傾斜オフセットを、傾斜角に対応させて傾斜オフセット記憶装置に記憶する機能
を更に有することを特徴とする。
The recording medium used in the electronic azimuth meter of the present invention further has a function of storing the tilt offset calculated and acquired by the tilt offset acquisition means in the tilt offset storage device in correspondence with the tilt angle.

またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、傾斜オフセット取得手段が、傾斜角が一定の間に、機器を方位角周りに1周回させたときのxyz3次元座標値の最大値と最小値の2点の平均により演算されるデータを取得する手段であることを特徴とする。   Still further, the recording medium used in the electronic azimuth meter of the present invention has the maximum and minimum xyz three-dimensional coordinate values when the tilt offset acquisition means rotates the device once around the azimuth while the tilt angle is constant. It is a means for acquiring data calculated by averaging two points of values.

またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、傾斜角及びxyz3次元座標値を逐次記憶するデータ記憶手段と、データ記憶手段で得られたxyz3次元座標値の中から相異なる3組のxyz3次元座標値を取得するデータ取得手段とを有し、傾斜オフセット取得手段が、相異なる3組のxyz3次元座標値を用いて傾斜オフセットを演算する手段であることを特徴とする。   Still further, the recording medium used for the electronic compass of the present invention includes three different sets of data storage means for sequentially storing the tilt angle and xyz three-dimensional coordinate values, and xyz three-dimensional coordinate values obtained by the data storage means. data acquisition means for acquiring xyz three-dimensional coordinate values, and the inclination offset acquisition means is means for calculating an inclination offset using three different sets of xyz three-dimensional coordinate values.

またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、データ取得手段で取得する3組のxyz3次元座標値が、傾斜角取得手段で得られた現在の傾斜角と同じ値であるが相異なる座標値であり、傾斜オフセット取得手段が、現在の傾斜角に応じた傾斜オフセットを取得する手段であることを特徴とする。   Still further, in the recording medium used for the electronic azimuth meter of the present invention, the three sets of xyz three-dimensional coordinate values acquired by the data acquisition means are the same as the current inclination angle obtained by the inclination angle acquisition means, but are different. It is a coordinate value, and the inclination offset acquisition means is a means for acquiring an inclination offset corresponding to the current inclination angle.

またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、xyz3次元座標値と傾斜オフセットを用いて、水平磁気ベクトルに相当する磁気ベクトル量を演算し、ここで得られた磁気ベクトル量と、過去に演算した磁気ベクトル量とを比較する磁気ベクトル量演算比較手段と、傾斜オフセットを再演算して二次傾斜オフセットを取得する傾斜オフセット再取得手段と、二次傾斜オフセットを記憶する傾斜オフセット記憶手段とを有することを特徴とする。   Furthermore, the recording medium used for the electronic compass of the present invention calculates the magnetic vector amount corresponding to the horizontal magnetic vector using the xyz three-dimensional coordinate value and the tilt offset, and the obtained magnetic vector amount and the past Magnetic vector amount calculation / comparison means for comparing the calculated magnetic vector quantity, inclination offset reacquisition means for recalculating the inclination offset to acquire the secondary inclination offset, and inclination offset storage means for storing the secondary inclination offset It is characterized by having.

またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、方位演算手段で得られた方位を表示する機能を有する方位表示手段を更に有することを特徴とする。   Furthermore, the recording medium used for the electronic azimuth meter of the present invention is further characterized by further comprising azimuth display means having a function of displaying the azimuth obtained by the azimuth calculation means.

本発明によれば、任意の傾斜環境下でその傾斜角に応じた傾斜オフセットを取得できる。更には、その傾斜環境下で着磁状態が変化した後でも、そのまま利用することで、ユーザが意識することなく、傾斜オフセットを自動的に取得することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to acquire a tilt offset corresponding to the tilt angle under an arbitrary tilt environment. Furthermore, even after the magnetized state changes in the tilt environment, the tilt offset can be automatically acquired without being noticed by the user by using it as it is.

具体的には、測定する傾斜角に応じたオフセットとなる傾斜オフセットを演算する。そして、磁気センサから得られる磁気ベクトルを傾斜角に応じて水平変換させると、その水平変換したxy出力座標は、傾斜角に応じた傾斜オフセットを中心にした円形状となることを利用している。   Specifically, a tilt offset that is an offset according to the tilt angle to be measured is calculated. Then, when the magnetic vector obtained from the magnetic sensor is horizontally converted in accordance with the inclination angle, the horizontally converted xy output coordinates use a circular shape centered on the inclination offset in accordance with the inclination angle. .

したがって、その円上の少なくとも2点の座標値が分かれば、中心座標を算出して中心座標である傾斜オフセットを取得することが出来る。更に、周辺機器の着磁状態が変化した場合でも、その後着磁状態と傾斜角が変化しない間に取得された3組のxyz3次元座標値を用いて、その3組のxyz3次元座標値から所定の距離にある座標値を求めることによっても、傾斜オフセットを取得することができ、その場合にはユーザーがその都度キャリブレーションのための操作を行うことなく、自動でキャリブレーションの取得を行うことが可能となる。   Therefore, if the coordinate values of at least two points on the circle are known, the center coordinate can be calculated to obtain the tilt offset that is the center coordinate. Further, even when the magnetization state of the peripheral device changes, using the three sets of xyz three-dimensional coordinate values acquired while the magnetization state and the tilt angle do not change thereafter, a predetermined value is obtained from the three sets of xyz three-dimensional coordinate values. The slope offset can also be obtained by obtaining the coordinate value at a distance of, and in this case, the calibration can be automatically obtained without the user performing the calibration operation each time. It becomes possible.

本発明の基本構成は、磁気センサと傾斜センサ、及び3種類の機能の異なる演算装置である水平磁気ベクトル演算装置と、傾斜オフセット演算装置と、方位演算装置とによって構成される。   The basic configuration of the present invention includes a magnetic sensor, a tilt sensor, and a horizontal magnetic vector calculation device that is a calculation device having three different functions, a tilt offset calculation device, and an azimuth calculation device.

そして、この構成により方位を取得するまでのステップは、まず、磁気ベクトル取得手段により、xyz軸方向の磁気ベクトルに相当する出力を磁気センサから取得する。次に傾斜角取得手段により、x軸と水平面のなすピッチ角βgとy軸と水平面のなすロール角αgに相当する各傾斜角の出力を傾斜センサから取得する。これらのセンサの出力を用いて、水平磁気ベクトル演算装置により、各傾斜角に応じた磁気ベクトルを水平変換する水平変換手段を行い、水平のxyz3次元座標値に変換する。そして、傾斜オフセット演算装置により、その傾斜角に応じたオフセットを演算して傾斜オフセットを取得する。最後に、方位演算装置により、得られた傾斜オフセットとxyz3次元座標値の値を用いて方位を演算する手段を採用する。   In the steps until obtaining the azimuth by this configuration, first, the magnetic vector obtaining means obtains an output corresponding to the magnetic vector in the xyz axis direction from the magnetic sensor. Next, the tilt angle acquisition means acquires from the tilt sensor the output of each tilt angle corresponding to the pitch angle βg formed by the x-axis and the horizontal plane and the roll angle αg formed by the y-axis and the horizontal plane. Using the output of these sensors, the horizontal magnetic vector arithmetic unit performs horizontal conversion means for horizontally converting the magnetic vector corresponding to each inclination angle, and converts it into horizontal xyz three-dimensional coordinate values. Then, an inclination according to the inclination angle is calculated by the inclination offset calculation device to acquire the inclination offset. Finally, a means for calculating the azimuth using the obtained inclination offset and the xyz three-dimensional coordinate value is employed by the azimuth calculation device.

上記の傾斜オフセットについて更に詳細に図9を用いて説明を行う。図9は、傾斜オフセットの概念を示した図であり、水平でのxy出力グラフ(図中「水平での出力円」と示す。)、及びx軸と水平面のなすピッチ角βgが40度のときの出力、更に水平変換処理を行った後のxyz3次元座標値に相当する出力(図中「水平変換後」と示す。)を示したものである。   The tilt offset will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing the concept of the tilt offset, where the horizontal xy output graph (shown as “horizontal output circle” in the figure), and the pitch angle βg formed by the x axis and the horizontal plane is 40 degrees. Output corresponding to the xyz three-dimensional coordinate value after further horizontal conversion processing (shown as “after horizontal conversion” in the figure).

この図から、先にも説明した通り、傾斜している状態でのxy出力値(図中のβ=40degの出力グラフ上に存在する出力値)は、楕円上にあり円上には存在しない。また、その中心座標も水平でのxy出力円の中心座標とはズレを生じていることが判る。一方、水平変換後のxy出力グラフにおいても、その中心座標は水平でのxy出力グラフの中心座標と異なっているが、水平変換処理後のxy出力グラフは円形状を示しており、その中心座標は傾斜オフセットを示していることが判る。   From this figure, as described above, the xy output value in the inclined state (the output value existing on the output graph of β = 40 deg in the figure) is on the ellipse and not on the circle. . It can also be seen that the center coordinates are also different from the horizontal center coordinates of the xy output circle. On the other hand, even in the xy output graph after horizontal conversion, the center coordinates thereof are different from the center coordinates of the horizontal xy output graph, but the xy output graph after horizontal conversion processing shows a circular shape, and the center coordinates thereof. It can be seen that indicates a tilt offset.

この傾斜オフセットは、傾斜角と真のオフセットの値によって決定されるものである。この楕円形状となっているxy出力を水平変換処理することにより、xyz3次元座標のxy出力グラフをほぼ円形状とすることができ、その中心座標である傾斜オフセットを利用することで、方位を算出することが可能となる。そして、その中心座標は、円周上の幾つかの点(例えば二点以上)が判ると算出されることから、水平変換処理後のxyz3次元座標値を取得することによって、傾斜オフセットを得ることが可能となる。   This tilt offset is determined by the tilt angle and the true offset value. By performing horizontal conversion processing on this elliptical xy output, the xy output graph of xyz three-dimensional coordinates can be made into a substantially circular shape, and the azimuth is calculated by using the tilt offset that is the center coordinate. It becomes possible to do. Since the center coordinates are calculated when several points (for example, two or more points) on the circumference are known, an inclination offset is obtained by acquiring the xyz three-dimensional coordinate values after the horizontal conversion process. Is possible.

上記の通り、傾斜オフセットは背景技術で説明した真のオフセットとは異なり、その傾斜状態に応じたオフセットを示している。すなわち、従来手法においては着磁状態が変動した場合、任意の傾斜環境下で真のオフセットを取得することができない。よって、傾斜環境下で利用しているときに、そのオフセットが変化した場合には、その都度水平でキャリブレーションを行うことが必要となる。   As described above, the tilt offset is different from the true offset described in the background art, and indicates an offset corresponding to the tilt state. That is, in the conventional method, when the magnetization state fluctuates, a true offset cannot be obtained under an arbitrary tilt environment. Therefore, when using in an inclined environment, if the offset changes, it is necessary to perform calibration horizontally each time.

一方、本発明においては、傾斜オフセットとxyz3次元座標値を用いて行う。すなわち、周辺機器の着磁状態が変化した後でも、その着磁状態においてサンプリングされた幾つかのxyz3次元座標値を得て傾斜オフセットを算出することができるため、水平でのキャリブレーション等の煩わしい手順を踏まなくとも、任意の傾斜環境下で正しい方位を測定することが可能となる。   On the other hand, in the present invention, the tilt offset and the xyz three-dimensional coordinate value are used. That is, even after the magnetization state of the peripheral device changes, it is possible to obtain several xyz three-dimensional coordinate values sampled in the magnetization state and calculate the tilt offset, which is troublesome for horizontal calibration and the like. Even if the procedure is not followed, it is possible to measure the correct orientation under any inclined environment.

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は本発明の電子方位計のブロック構成を示した図であり、図4は図1に示したブロック構成を用いて方位を得るまでの各ステップを説明するためのフローチャートである。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a block configuration of an electronic azimuth meter according to the present invention, and FIG. 4 is a flowchart for explaining each step until obtaining an azimuth using the block configuration shown in FIG.

図1に示す様に、電子方位計2は、磁気センサ部4、傾斜センサ部6、水平磁気ベクトル演算装置8、傾斜オフセット演算装置10、傾斜オフセット記憶装置12、方位算出装置14、方位表示装置16から構成される。磁気センサ部4は、x、y、z軸の磁気セン
サで構成され、各軸方向の出力を取り出して磁気ベクトルを得ることができるようにしてある。また、傾斜センサ6は、x、y軸に配置され、それぞれの出力からピッチ角、ロール角に相当する出力を得ることができるようにしてある。
As shown in FIG. 1, the electronic compass 2 includes a magnetic sensor unit 4, a tilt sensor unit 6, a horizontal magnetic vector calculation device 8, a tilt offset calculation device 10, a tilt offset storage device 12, a direction calculation device 14, and a direction display device. 16 is composed. The magnetic sensor unit 4 is composed of x, y, and z axis magnetic sensors, and can obtain magnetic vectors by taking out outputs in the respective axial directions. The tilt sensor 6 is arranged on the x and y axes so that outputs corresponding to the pitch angle and roll angle can be obtained from the respective outputs.

水平磁気ベクトル演算装置8は、磁気センサから得られた磁気ベクトルを水平のxyz3次元座標値に変換するための演算装置であり、上述の通り、傾斜環境下での楕円上に存在するxy出力を円上に存在するように変換するための装置である。傾斜オフセット演算装置10は、少なくとも2組のxyz三次元座標値から各傾斜角に応じた傾斜オフセットを演算する装置であり、その傾斜オフセットは、各傾斜角度と共に傾斜オフセット記憶装置12に記憶される。方位算出装置14は、傾斜オフセットとxyz3次元座標値を用いて方位を算出する装置であり、方位表示装置16は、その方位を表示するための装置である。   The horizontal magnetic vector calculation device 8 is a calculation device for converting a magnetic vector obtained from a magnetic sensor into a horizontal xyz three-dimensional coordinate value. As described above, an xy output existing on an ellipse in an inclined environment is output. It is a device for converting to exist on a circle. The tilt offset calculation device 10 is a device that calculates a tilt offset corresponding to each tilt angle from at least two sets of xyz three-dimensional coordinate values, and the tilt offset is stored in the tilt offset storage device 12 together with each tilt angle. . The azimuth calculation device 14 is a device that calculates the azimuth using the tilt offset and the xyz three-dimensional coordinate value, and the azimuth display device 16 is a device for displaying the azimuth.

次に、図4を用いてより具体的な本発明の電子方位計に用いる記録媒体についての説明を行う。
まず、最初に行う磁気ベクトル取得手段(S2)は、xyz軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を磁気センサから取得する手段である。ここで得られる磁気ベクトルは、オフセットに相当する出力と地磁気に相当する出力が合成されたものになる。次に行う傾斜角取得手段(S4)は、x軸と水平面のなすピッチ角βg及びy軸と水平面の成すロール角αgを、傾斜センサから取得する手段である。この傾斜センサに加速度センサを用いた場合、各軸方向の重力加速度の大きさに比例した出力を得ることができる。これらセンサの出力は、ノイズなどが含まれて誤差を含んでいることがあるため、複数個のデータを記憶しておき、これらデータを平均化するような処理を加えるとより、安定した出力を得ることができる。
Next, the recording medium used in the electronic azimuth meter of the present invention will be described more specifically with reference to FIG.
First, the magnetic vector acquisition means (S2) performed first is means for acquiring an output value corresponding to a magnetic vector in the xyz axis direction from the magnetic sensor. The magnetic vector obtained here is a combination of the output corresponding to the offset and the output corresponding to the geomagnetism. The inclination angle acquisition means (S4) to be performed next is means for acquiring the pitch angle βg formed by the x axis and the horizontal plane and the roll angle αg formed by the y axis and the horizontal plane from the inclination sensor. When an acceleration sensor is used as the tilt sensor, an output proportional to the magnitude of gravitational acceleration in each axial direction can be obtained. Since the output of these sensors includes noise and may contain errors, storing a plurality of data and adding a process that averages these data results in a more stable output. Obtainable.

水平変換手段(S6)は、傾斜角取得手段(S4)で得られたピッチ角βg、ロール角αgに応じて磁気ベクトルを水平のxyz3次元座標値に変換する手段である。この手段を具体的に数式を用いて説明を行う。磁気センサで得られる磁気ベクトルを(x、y、z)とし、水平変換後に得られるxyz3次元座標値を(x’、y’、z’)とする。
この磁気ベクトルをx軸とy軸の傾斜角分だけ回転させたベクトルの座標値がxyz3次元座標値であるとすると、その関係式は下記の数1で表すことができる。なお、数1におけるXrはX軸周りの回転行列を示しており、YrはY軸周りの回転行列を示している
The horizontal conversion means (S6) is a means for converting the magnetic vector into a horizontal xyz three-dimensional coordinate value according to the pitch angle βg and roll angle αg obtained by the inclination angle acquisition means (S4). This means will be described specifically using mathematical expressions. The magnetic vector obtained by the magnetic sensor is (x H , y H , z H ), and the xyz three-dimensional coordinate value obtained after the horizontal conversion is (x ′ h , y ′ h , z ′ h ).
Assuming that the coordinate value of the vector obtained by rotating the magnetic vector by the inclination angle of the x-axis and the y-axis is an xyz three-dimensional coordinate value, the relational expression can be expressed by the following equation (1). In Equation 1, Xr represents a rotation matrix around the X axis, and Yr represents a rotation matrix around the Y axis.

Figure 0004551661
Figure 0004551661

この数1に、磁気ベクトル取得手段(S2)と、傾斜角取得手段(S4)で得られた値を代入して、xyz3次元座標値(x’、y’、z’)を得ることができる。 By substituting the values obtained by the magnetic vector acquisition means (S2) and the tilt angle acquisition means (S4) into this equation 1, xyz three-dimensional coordinate values (x ′ h , y ′ h , z ′ h ) are obtained. be able to.

傾斜オフセット取得手段(S8)では、水平変換手段(S6)で算出したxyz3次元座標値の少なくとも2組のデータを用いて傾斜オフセットを演算し、傾斜オフセット記憶装置12に記憶する。ここでは、電子方位計を含む機器を傾斜角が同じ状態で方位角周りに一周回させたときについて説明する。この場合には2組のデータで傾斜オフセットを取得でき、傾斜角が同じ状態で方位角周りに一周回させたときの最大値x’h_maxと最小値x’h_minを取得し、その平均値である(x’h_max+x’h_min)/2をその傾斜角における傾斜オフセットx’h_offsとする。同様にy’h_offsを取得する。更に、演算されたx’h_offsとy’h_offsを傾斜オフセット記憶装置に記憶する。 In the inclination offset acquisition means (S8), the inclination offset is calculated using at least two sets of xyz three-dimensional coordinate values calculated by the horizontal conversion means (S6) and stored in the inclination offset storage device 12. Here, a description will be given of a case where a device including an electronic compass is rotated around an azimuth with the same tilt angle. In this case to retrieve the slope offset two sets of data to acquire the maximum value x 'H_max and the minimum value x' h_min when the inclination angle was one circuit around the azimuth angle in the same state, with the average value some (x 'h_max + x' h_min ) / 2 and tilting offset x 'h_offs at the inclination angle. Similarly, y′h_offs is acquired. Further, the calculated x ′ h_offs and y ′ h_offs are stored in the tilt offset storage device.

先にも示した通り、傾斜角によって、x’h_offsとy’h_offsは異なるため、傾斜角毎にテーブル形式でデータを保管するようにしておくと良い。また、一旦求めた傾斜角毎のx’h_offsとy’h_offsは、周辺機器の着磁状態によって変わるため、それに応じて書き換えができるようRAMなどを用いると良い。このように傾斜オフセット取得手段(S8)により、傾斜角取得手段(S4)で得られた傾斜角に基づき、傾斜オフセットを取得することができる。 As described above, since x ′ h_offs and y ′ h_offs differ depending on the inclination angle, it is preferable to store data in a table format for each inclination angle. Further, since x ′ h_offs and y ′ h_offs for each inclination angle obtained once vary depending on the magnetization state of the peripheral device, it is preferable to use a RAM or the like so that it can be rewritten accordingly. Thus, the inclination offset acquisition means (S8) can acquire the inclination offset based on the inclination angle obtained by the inclination angle acquisition means (S4).

方位算出手段(S10)は、水平変換手段(S6)で演算されたx’、y’、傾斜オフセット取得手段(S8)で得られたオフセットx’h_offsとy’h_offsを用いて方位を演算する手段を示している。具体的には下記の数2によって、方位角θを算出する。 The azimuth calculation means (S10) uses the x ′ h and y ′ h calculated by the horizontal conversion means (S6) and the offsets x ′ h_offs and y ′ h_offs obtained by the inclination offset acquisition means (S8). Means for calculating are shown. Specifically, the azimuth angle θ is calculated by the following formula 2.

Figure 0004551661
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上記で求めることができるθは、−90度から90度の範囲までの値なので、実際に使用する場合にはxh、yhの符号を基に条件分岐を行い、方位角θを演算することが好ましい。そして、最後に方位表示手段(S12)により、得られた結果を表示する。   Since θ that can be obtained above is a value in the range of −90 degrees to 90 degrees, in actual use, conditional branching can be performed based on the signs of xh and yh to calculate the azimuth angle θ. preferable. Finally, the obtained result is displayed by the direction display means (S12).

上記の方法においては、傾斜オフセット取得手段(S8)によって傾斜オフセットを取得して方位を算出するが、それを具体的に実測した結果について表1を用いて説明する。表1は、電子方位計を含む機器を一周回させたときのx’の最大値(x’h_max)、最小値(x’h_min)及びy’の最大値(y’h_max)、最小値(y’h_min)ならびにそれから計算されたx’h_offsとy’h_offsを示している。 In the above method, the inclination offset is acquired by the inclination offset acquisition means (S8) and the azimuth is calculated. The result of concrete measurement will be described with reference to Table 1. Table 1, 'the maximum value of h (x' x obtained while one circuit equipment including electronic azimuth meter H_max), minimum value (x 'h_min) and y' the maximum value of h (y 'H_max), minimum It represents the value (y 'h_min) and then calculates the x' h_offs and y 'h_offs.

Figure 0004551661
Figure 0004551661

磁気センサの真のオフセットであるx H_offs H_offs ZH_offsは、それぞれ−168mV、291mV、−120mVであった。この条件下において、x軸と水平面の成すピッチ角βgが、−20から40度に大きくなると、a項〜e項に示すように、傾斜オフセットx’h_offsが減少した。一方、y軸と水平面の成すロール角αgが大きくなると、f項〜h項に示すように、傾斜オフセットy’h_offsが減少した。また、αgとβgが同時に変わるとx’h_offs、y’h_offs共に変化し、i項で示すαg=−20、βg=20のときの傾斜オフセットx’h_offsは、c項で示すαg=0、βg=20のときのx’h_offsの値にほぼ等しく、y’h_offsは、h項で示すαg=−20、βg=0(h)のときのy’h_offsの値とほぼ同じであった。 X H _offs and y H _offs and ZH _Offs a true offset of the magnetic sensor, respectively -168mV, 291mV, was -120 mV. In this condition, the pitch angle βg formed by the x-axis and the horizontal plane becomes larger in -20 or et 40 °, as shown in section a ~ e section inclined offset x 'H_offs decreased. On the other hand, when the roll angle αg formed by the y-axis and the horizontal plane is increased, the inclination offset y ′ h_offs is decreased as shown in the terms f to h. Further, when αg and βg change at the same time, both x ′ h_offs and y ′ h_offs change, and the slope offset x ′ h_offs when αg = −20 and βg = 20 indicated by the term i is αg = 0 indicated by the term c, 'substantially equal to the value of h_offs, y' x when the βg = 20 h_offs is, .alpha.g = -20 indicated by h sections were almost the same as the value of y 'H_offs when the βg = 0 (h).

上記の様に、ある傾斜環境下において、機器を一周回させたときのx’の最大値(x’h_max)、最小値(x’h_min)である2組のxyz三次元座標値を用いることによって、xの傾斜オフセットであるx’h_offsを得ることができる。また、同様にy’h_offsについても同じ事が言える。 As described above, two sets of xyz three-dimensional coordinate values that are the maximum value (x ′ h — max ) and the minimum value (x ′ h — min ) of x ′ h when the device is rotated once in a certain inclined environment are used. As a result, x ′ h_offs which is a tilt offset of x can be obtained. Similarly, the same can be said for y'h_offs .

更に、αgとβgが共に傾斜している場合には、上記で説明した通り、αgとβgのどちらかが0度のデータを重ね併せたデータを取得する様にすれば良い。具体的には、例えばαg=m、βg=nのときは、x’h_offsの値としてαg=0、βg=nのx’h_offsを用い、y’h_offsの値として、αg=m、βg=0のときのy’h_offsを用いれば良い。 Further, when both αg and βg are inclined, as described above, it is only necessary to acquire data in which either αg or βg overlaps 0 ° data. Specifically, for example .alpha.g = m, when the βg = n, 'αg = 0 as the value of H_offs, x of .beta.g = n' x using H_offs, as the value of y 'h_offs, αg = m, βg = Y ′ h_offs at 0 may be used.

より正確な傾斜オフセットを得るためには、より多くのデータが記録されたデータテーブルがあることが望ましいが、あまり多すぎると所望のオフセットデータの取得に時間を要するため、現実的には数度程度の間隔のデータテーブルがあると良い。   In order to obtain a more accurate slope offset, it is desirable to have a data table in which more data is recorded. However, if it is too much, it takes time to obtain the desired offset data. There should be a data table with a certain interval.

以上の説明により、本発明の電子方位計および記録媒体によれば、任意の傾斜環境下でのオフセットに相当する傾斜オフセットを取得することが可能となる。傾斜オフセットは
、傾斜角に応じて変化するが、本実施例の様にデータテーブルを用いることによって、任意の傾斜環境下に対応することが可能となる。傾斜オフセットは、水平変換した後のxyz3次元座標値から演算することが可能であり、従来と同様の方法で一周回することによっても、傾斜オフセットを得ることができる。これにより、任意の傾斜環境下で、より正確に方位を演算することが可能となる。
As described above, according to the electronic azimuth meter and the recording medium of the present invention, it is possible to acquire a tilt offset corresponding to an offset under an arbitrary tilt environment. Although the tilt offset changes according to the tilt angle, it is possible to cope with an arbitrary tilt environment by using the data table as in the present embodiment. The tilt offset can be calculated from the xyz three-dimensional coordinate value after the horizontal conversion, and the tilt offset can be obtained by making a round in the same manner as in the conventional method. This makes it possible to calculate the azimuth more accurately under an arbitrary tilt environment.

本発明の他の実施例について説明を行う。図2は本発明の実施例2における電子方位計のブロック構成を示した図であり、図5は図2に示したブロック構成を用いて方位を得るまでの各ステップを説明するためのフローチャートである。   Another embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a block configuration of an electronic azimuth meter according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a flowchart for explaining each step until obtaining an azimuth using the block configuration shown in FIG. is there.

本実施例における電子方位計のブロック構成は、基本的に図1と同じであるが、データ記憶装置18とデータ取得装置20とが、水平磁気ベクトル演算装置8と傾斜オフセット演算装置10の間に加えられている点のみが、先の実施例とは異なる。このデータ記憶装置18は、水平磁気ベクトル演算装置で算出されたxyz3次元座標値を各傾斜角に対応させて記憶する機能を有する装置であり、データ取得装置20は、各傾斜角が同じであり、かつxyz3次元座標値が相異なる3組のデータを、データ記憶装置18から取得する機能を有する装置である。   The block configuration of the electronic azimuth meter in the present embodiment is basically the same as that in FIG. 1, but the data storage device 18 and the data acquisition device 20 are located between the horizontal magnetic vector calculation device 8 and the tilt offset calculation device 10. Only the points added are different from the previous embodiment. This data storage device 18 is a device having a function of storing the xyz three-dimensional coordinate values calculated by the horizontal magnetic vector calculation device in association with each inclination angle, and the data acquisition device 20 has the same inclination angle. In addition, the data storage device 18 has a function of acquiring three sets of data having different xyz three-dimensional coordinate values.

図5のフローチャートを用いて本発明の実施例2の説明を行う。本フローチャートに示す磁気ベクトル取得手段(S2)、傾斜角取得手段(S4)、水平変換手段(S6)、方位算出手段(S10)、方位表示手段(S12)は、先の実施例と同じであるので、ここでの説明は割愛する。
データ記憶手段(S14)は、上記の水平変換手段(S6)で得られたxyz三次元座標値を記憶する手段である。データ記憶装置18には、書き換え可能なRAMを用いると良く、時間の経過とともに逐次データが書き込まれるようにする。
Embodiment 2 of the present invention will be described using the flowchart of FIG. Magnetic vector obtaining means shown in the flowchart (S2), the inclination angle obtaining means (S4), the horizontal transformation means (S6), a square-position calculating means (S10), the azimuth display means (S12) is the same as in the previous Example Because there is, explanation here is omitted.
The data storage means (S14) is means for storing the xyz three-dimensional coordinate values obtained by the horizontal conversion means (S6). A rewritable RAM is preferably used for the data storage device 18 so that data is sequentially written over time.

このデータ記憶装置18であるRAMは、容量一杯にデータが入れば、時間の古いものから順に書き換えられていき、常に最新のデータがRAM内に残されている様にする。RAMのデータ容量が少なすぎると、最新のデータの数が少なくなり、オフセット演算に有効なデータが得られないことから、ある程度の容量を有することが望ましい。   The RAM which is the data storage device 18 is rewritten in order from the oldest when the data is full, so that the latest data is always left in the RAM. If the data capacity of the RAM is too small, the number of the latest data decreases, and data effective for offset calculation cannot be obtained. Therefore, it is desirable to have a certain capacity.

また、データ取得手段(S16)は、データ記憶手段(S14)で記憶されたデータの中から相異なる3組のxyz3次元座標値を取り出す手段を示している。取得されたデータは、傾斜オフセット取得手段(S8)で演算を行う。具体的には、下記の式(数3)によって、傾斜オフセットxh_offs、y’h_offsを得る。 The data acquisition means (S16) is means for extracting three different sets of xyz three-dimensional coordinate values from the data stored in the data storage means (S14). The acquired data is calculated by the inclination offset acquisition means (S8). More specifically, the equation (3) below, to obtain the inclination O Fuse' preparative x 'h_offs, y' the H_offs.

Figure 0004551661
Figure 0004551661

方位算出手段(S10)はさきの実施例と同様であり、最後に方位表示手段(S12)により、得られた結果を表示する。   The azimuth calculation means (S10) is the same as the previous embodiment, and finally the obtained result is displayed by the azimuth display means (S12).

この方法により得られた方位角について、実験データを用いて説明を行う。図10は、従来技術と本発明について、周辺機器の着磁などの影響によって、xyz各センサの真のオフセットが変化した場合、方位角にどのような影響を及ぼすか測定した結果である。グラフの横軸は設定した方位角を示しており、縦軸はその設定した方位角と演算した方位角との差である誤差角度を示したものである。   The azimuth angle obtained by this method will be described using experimental data. FIG. 10 shows the results of measuring the influence on the azimuth angle when the true offset of each xyz sensor is changed due to the influence of the magnetization of peripheral devices and the like in the prior art and the present invention. The horizontal axis of the graph shows the set azimuth angle, and the vertical axis shows the error angle that is the difference between the set azimuth angle and the calculated azimuth angle.

このグラフから、従来技術では着磁状態の変化によって、方位誤差が大きくなっているのが判るが、本発明では誤差が殆どなく正確に方位を測定できていることが判る。周辺機器の着磁状態の変化は、真のオフセットがxyz各軸について(−150,300,―150)であったのが、(―125,250、−165)と変化していることが、その後の測定により分かった。従来技術においても、着磁状態の変化の後の真のオフセットを用いて計算すると誤差は殆ど無くなるが、その都度キャリブレーションを行うことが必要となる。この結果は一例を示したものであるが、それぞれの軸のオフセットの変化が大きくなれば、より方位誤差も大きくなることは容易に理解できよう。   From this graph, it can be seen that in the prior art, the azimuth error is increased due to the change in the magnetized state, but in the present invention, it can be seen that there is almost no error and the azimuth can be measured accurately. The change in the magnetization state of the peripheral device is that the true offset is (−150, 300, −150) for each axis of xyz, but is changed to (−125, 250, −165). It was found by subsequent measurements. Even in the prior art, there is almost no error if the calculation is performed using the true offset after the change of the magnetized state, but it is necessary to perform calibration each time. This result is an example, but it can be easily understood that the azimuth error increases as the change in the offset of each axis increases.

上記の手順により、周辺機器の着磁状態が変化した場合でも、その後の着磁状態と傾斜角が変化しない間に取得された3組のxyz3次元座標値を用いることにより、正確な傾斜オフセットを取得することができる。したがって、本実施例の構成および手段を採用すれば、ユーザーがその都度キャリブレーションのための操作を行うことなく、自動でキャリブレーションの取得を行うことが可能となる。   Even if the magnetization state of the peripheral device is changed by the above procedure, an accurate inclination offset can be obtained by using three sets of xyz three-dimensional coordinate values acquired while the inclination state and the subsequent magnetization state are not changed. Can be acquired. Therefore, if the configuration and means of the present embodiment are employed, calibration can be automatically acquired without the user performing calibration operations each time.

また、上記のデータ取得手段(S16)で取得する3組のデータは、その時に測定した方位角θが離れているものを選択した方が好ましい。つまり、算出した方位角θの値を、再度データ記憶装置18にフィードバックすることで、より精度の良い傾斜オフセットを取得することが可能となる。具体的には、データ記憶装置18内のxyz3次元座標値と、αg,βgの各傾斜角と共に、そのデータから得られた方位角θを記憶させておく。そしてデータ取得手段(S16)により、xyz3次元座標値の組を選択する際に、各傾斜角が現在の傾斜角と同じであり、かつなるべく方位角θが離れているものを選択して傾斜オフセットを取得して正確な方位角θを得る手段を採用すれば良い。 In addition, it is preferable to select the three sets of data acquired by the data acquisition means (S16) that have different azimuth angles θ measured at that time. That is, it is possible to acquire a more accurate tilt offset by feeding back the calculated value of the azimuth angle θ to the data storage device 18 again. Specifically, the azimuth angle θ obtained from the data is stored together with the xyz three-dimensional coordinate value in the data storage device 18 and the inclination angles αg and βg. And by the data acquisition means (S16), when selecting a set of xyz3 dimensional coordinates, the inclined angle is the same as the current tilt angle, and select the one that far away as possible azimuth θ is the inclination A means for obtaining an accurate azimuth angle θ by acquiring an offset may be employed.

本発明の更に他の実施例について説明を行う。図3は本発明の実施例3における電子方位計のブロック構成を示した図であり、図6は図3に示したブロック構成を用いて方位を得るまでの各ステップを説明するためのフローチャートである。   Still another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing a block configuration of an electronic compass in Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart for explaining each step until obtaining an azimuth using the block configuration shown in FIG. is there.

本実施例における電子方位計のブロック構成は、基本的に図2と同じであるが、ベクトル量演算装置22が、水平磁気ベクトル演算装置8とデータ記憶装置18との間に加えられている点のみが異なる。このベクトル量演算装置22は、磁気ベクトルに相当する磁気ベクトル量を演算して、過去に記憶された磁気ベクトル量のデータと比較するための装置である。
先に説明をした実施例2では、常にデータの更新を行う必要があるが、この方法によれば常に必要なデータのみを記憶させ、そのデータを基に演算して傾斜オフセットを取得することが可能となる。
The block configuration of the electronic azimuth meter in this embodiment is basically the same as that in FIG. 2 except that a vector quantity calculation device 22 is added between the horizontal magnetic vector calculation device 8 and the data storage device 18. Only the difference. The vector calculation unit 22 then calculates the magnetic vector quantity corresponding to the magnetic vector is a device for comparing the data of the magnetic vector amount stored in the past.
In the second embodiment described above, it is necessary to always update data. However, according to this method, only necessary data is always stored, and calculation is performed based on the data to obtain a tilt offset. It becomes possible.

図6のフローチャートを用いて本発明の実施例3の説明を更に詳細に行う。まず、先の実施例と同様に、磁気ベクトル取得手段(S2)、傾斜角取得手段(S4)、水平変換手段(S6)で、傾斜角及びxyz3次元座標値を取得する。そして、傾斜オフセット取得手段(S8)により、その傾斜角に応じた傾斜オフセット値を傾斜オフセット記憶装置12に格納されたデータテーブルから読み込む。   The third embodiment of the present invention will be described in further detail using the flowchart of FIG. First, as in the previous embodiment, the magnetic vector acquisition means (S2), the inclination angle acquisition means (S4), and the horizontal conversion means (S6) acquire the inclination angle and xyz three-dimensional coordinate values. Then, the inclination offset acquisition unit (S8) reads the inclination offset value corresponding to the inclination angle from the data table stored in the inclination offset storage device 12.

次に、磁気ベクトル量演算手段(S18)で、得られたxyz3次元座標値のx’とy’、ならびに傾斜オフセットx’h_offsとy’h_offsを用いて磁気ベクトル量S’hの演算を行う。具体的には下記の数4によって演算を行う。 Next, the magnetic vector quantity calculating means (S18), resulting xyz3 dimensional coordinate values of the x 'h and y' h, and Starring magnetic vector quantity S'h with inclined offset x 'h_offs and y' h_offs Do the arithmetic. Specifically, the calculation is performed according to the following equation 4.

Figure 0004551661
Figure 0004551661

そして、上記で演算されたS と過去に記憶されているS の比較を行い、演算されたS が予め設定した許容値の範囲に入っているかを比較判断する。演算されたS が許容値の範囲内であれば、先に取得した傾斜オフセットを用いて方位算出手段(S10)と方位表示手段(S12)を行う。 Then, a comparison of h 'S are stored in the past and h' to the calculated S of the above, the calculated S 'h compares determines whether within the range of preset tolerances. Within the scope computed S 'h is the allowable value, performs an azimuth calculating means (S10) orientation display means (S12) using a gradient offset obtained previously.

逆に、過去に記憶されているS と演算されたS を比較して、演算されたS が許容値の範囲から外れている場合には、そのデータである傾斜角とxyz3次元座標値の記憶をデータ記憶手段(S14)で開始する。この傾斜オフセット算出に必要なデータが揃った時点で、データ取得手段(S16)よりデータを取り出し、傾斜オフセット再取得手段(S20)で傾斜オフセットの再演算を行い、二次傾斜オフセットを得る。再演算を行った場合には、その傾斜オフセット値を二次傾斜オフセット値に書き換える必要がある。この手順を行っているのが傾斜オフセット記憶手段(S22)であり、ブロック図を示す図3によれば、傾斜オフセット記憶装置12でデータが書き換えられる。 Conversely, by comparing the S 'h and the calculated S' h stored in the past, when the computed S 'h is out of the range of acceptable values, the inclination angle is that data Storage of xyz three-dimensional coordinate values is started by the data storage means (S14). When the data necessary for calculating the tilt offset is obtained, the data is extracted from the data acquisition unit (S16), and the tilt offset is re-calculated by the tilt offset re-acquisition unit (S20) to obtain the secondary tilt offset. When recalculation is performed, it is necessary to rewrite the slope offset value to a secondary slope offset value. This procedure is performed by the slope offset storage means (S22). According to FIG. 3 showing a block diagram, data is rewritten in the slope offset storage device 12.

上記の傾斜オフセット算出に必要なデータが揃う間は、過去に記憶をした傾斜オフセット値を用いて方位算出手段(S10)と、方位表示手段(S12)を行う。場合によっては、方位表示手段(S12)において、キャリブレーションが進行中である旨の情報を表示するようにしても構わない。また、その間に傾斜角が現在の傾斜角と変わってしまうこともあり得るが、その場合には、傾斜オフセットの再取得は取り止め、再度その傾斜角でのプロセスを行うことが望ましい。   While the data necessary for the above-described tilt offset calculation is available, the azimuth calculation means (S10) and the azimuth display means (S12) are performed using the tilt offset values stored in the past. In some cases, information indicating that the calibration is in progress may be displayed in the direction display means (S12). In addition, the inclination angle may change from the current inclination angle during that time. In this case, it is desirable to stop the re-acquisition of the inclination offset and perform the process at the inclination angle again.

以上の構成により、常にデータの更新を行う必要がなく、必要なデータのみを記憶させ、そのデータを基に演算して傾斜オフセットを取得するということが可能となる。そして、周辺機器の着磁状態が変化した場合、その後に着磁状態と傾斜角が変化しない間に取得された3組のxyz3次元座標値を用いて、傾斜オフセットを取得することができる。   With the above configuration, it is not always necessary to update data, it is possible to store only necessary data and obtain a tilt offset by calculation based on the data. And when the magnetization state of a peripheral device changes, inclination offset can be acquired using three sets of xyz three-dimensional coordinate values acquired while the magnetization state and inclination angle did not change after that.

以上に説明をした全ての実施例における本発明の電子方位計は、全ての機能を単個のICモジュールで補う構成を前提として説明を行ったが、特にそれに限定されるものではなく、表示装置、電源を備えて単体で動作する電子方位計であっても構わない。また、各種電子機器への組み込み用でも、磁気センサ4、傾斜センサ6、演算処理装置8、情報入力処理装置10の全てがひとつに集約されていることに限定されず、例えば演算処理装置8や、情報入力処理装置10の機能は、各種機器側のCPUやマイコンで行うようにしても構わない。   The electronic azimuth meter of the present invention in all the embodiments described above has been described on the assumption that all functions are supplemented by a single IC module. However, the present invention is not particularly limited thereto, and the display device An electronic azimuth meter having a power source and operating alone may be used. Further, even for incorporation into various electronic devices, the magnetic sensor 4, the tilt sensor 6, the arithmetic processing device 8, and the information input processing device 10 are not limited to one, but for example, the arithmetic processing device 8 or The functions of the information input processing device 10 may be performed by a CPU or a microcomputer on various devices.

また本発明の電子方位計では、各種機能毎に別々に演算装置、記憶装置を設けた例を示したが、必ずしも機能毎に複数の演算装置および記憶装置を設ける必要は無く、同じ演算装置、記憶装置であれば、ひとつの装置で複数の機能をこなす様に構成しても構わない。   Moreover, in the electronic azimuth meter of the present invention, an example in which a calculation device and a storage device are separately provided for each function is shown, but it is not always necessary to provide a plurality of calculation devices and storage devices for each function, and the same calculation device, As long as it is a storage device, a single device may be configured to perform a plurality of functions.

本発明の基本構成である実施例のブロック構成を示した図である。(実施例1)It is the figure which showed the block configuration of the Example which is the basic composition of this invention. Example 1 本発明の基本構成にデータ記憶装置とデータ取得装置を加えた実施例のブロック構成を示した図である。(実施例2)It is the figure which showed the block configuration of the Example which added the data storage device and the data acquisition apparatus to the basic composition of this invention. (Example 2) 本発明の基本構成にデータ記憶装置とデータ取得装置とベクトル量演算装置を加えた実施例のブロック構成を示した図である。(実施例3)It is the figure which showed the block configuration of the Example which added the data storage device, the data acquisition apparatus, and the vector quantity arithmetic unit to the basic composition of this invention. (Example 3) 本発明の基本構成である実施例のフローチャートを示した図である。(実施例1)It is the figure which showed the flowchart of the Example which is the basic composition of this invention. Example 1 本発明の実施例のフローチャートを示した図である。(実施例2)It is the figure which showed the flowchart of the Example of this invention. (Example 2) 本発明の実施例のフローチャートを示した図である。(実施例3)It is the figure which showed the flowchart of the Example of this invention. (Example 3) 水平状態下で方位角0度から360度まで変化したときのx、y軸磁気センサの出力の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the output of an x-axis and a y-axis magnetic sensor when an azimuth angle changes from 0 degree to 360 degree | times under a horizontal state. ロール角αが0度一定、ピッチ角βgを0度から60度まで20度づつ変化させたときのx、y軸磁気センサの出力の関係を示した図である。It is a figure showing the relation of the output of an x and y axis magnetic sensor when roll angle α is constant 0 degree and pitch angle βg is changed by 20 degrees from 0 degree to 60 degrees. 水平でのxy出力、ピッチ角βgが40度のxy出力、水平変換処理を行った後のxyz3次元座標値に相当する出力を示した図である。It is the figure which showed the output corresponding to the xyz three-dimensional coordinate value after performing horizontal xy output, xy output whose pitch angle (beta) g is 40 degree | times, and horizontal conversion processing. 傾斜角α=0、β=40のときの本発明の実施によって得られた方位角と従来の実施による方位角を算出した比較結果を示した図である。It is the figure which showed the comparison result which computed the azimuth angle obtained by implementation of this invention in case of inclination | tilt angle (alpha) = 0 and (beta) = 40, and the azimuth angle by conventional implementation.

符号の説明Explanation of symbols

2 電子方位計
4 磁気センサ部
6 傾斜センサ部
8 水平磁気ベクトル演算装置
10 傾斜オフセット演算装置
12 傾斜オフセット記憶装置
14 方位算出装置
16 方位表示装置
18 データ記憶装置
20 データ取得装置
22 ベクトル量演算装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Electronic azimuth meter 4 Magnetic sensor part 6 Inclination sensor part 8 Horizontal magnetic vector calculating apparatus 10 Inclination offset calculating apparatus 12 Inclination offset memory | storage apparatus 14 Direction calculating apparatus 16 Direction display apparatus 18 Data storage apparatus 20 Data acquisition apparatus 22 Vector quantity calculating apparatus

Claims (4)

xyz軸方向の磁気ベクトルに相当する出力を取得するxyz軸に配置された磁気センサと、
x軸と水平面のなすピッチ角βgとy軸と水平面のなすロール角αgに相当する傾斜角の出力を取得する傾斜センサと、
前記傾斜角を用いて磁気ベクトルを水平のxyz3次元座標値に変換する水平磁気ベクトル演算装置と、
前記磁気センサと前記傾斜センサの姿勢が異なったときの複数の傾斜角と、当該複数の傾斜角とともに前記水平のxyz3次元座標値とを、対応させて記憶するデータ記憶装置と、
前記複数の傾斜角の中から選択された、現在の機器の傾斜角と同じ傾斜角であって、前記水平のxyz3次元座標値が相異なる少なくとも3組のデータを、前記データ記憶装置から取得するデータ取得装置と、
前記データ取得装置で取得された前記少なくとも3組のデータを用いて傾斜オフセットを演算する傾斜オフセット演算装置と、
現在の水平のxyz3次元座標値と前記傾斜オフセットを用いて方位を演算する方位演算装置と、を備えることを特徴とする電子方位計。
a magnetic sensor disposed on the xyz axis for obtaining an output corresponding to a magnetic vector in the xyz axis direction;
an inclination sensor for obtaining an output of an inclination angle corresponding to a pitch angle βg formed by the x axis and the horizontal plane and a roll angle αg formed by the y axis and the horizontal plane;
A horizontal magnetic vector arithmetic device that converts a magnetic vector into a horizontal xyz three-dimensional coordinate value using the tilt angle ;
A data storage device for storing a plurality of inclination angles when the postures of the magnetic sensor and the inclination sensor are different, and the horizontal xyz three-dimensional coordinate values together with the inclination angles;
At least three sets of data selected from the plurality of inclination angles and having the same inclination angle as the current apparatus inclination angle and having different horizontal xyz three-dimensional coordinate values are acquired from the data storage device. A data acquisition device;
Using said at least three sets of data acquired by the data acquisition device, and the tilt offset calculating device for calculating a tilt offset,
And xyz3 dimensional coordinate values of the current horizontal, using the tilt offset, the electronic azimuth meter, characterized in that it comprises a bearing calculation unit for calculating an azimuth, a.
前記水平のxyz3次元座標値と、前記傾斜オフセット記憶装置に記憶された前記傾斜オフセットとを用いて磁気ベクトル量を演算し、ここで得られる前記磁気ベクトル量と、過去に演算した磁気ベクトル量とを比較するベクトル量演算装置を更に備え、
当該ベクトル量演算装置は、前記磁気ベクトル量が予め設定した許容値の範囲外であると判断したきには、前記データ記憶装置および前記傾斜オフセット演算装置を機能させて、前記傾斜オフセットの再取得を行い、
前記磁気ベクトル量が前記許容値の範囲内であると判断したときには、先に得た前記傾斜オフセットをそのまま用いて、前記方位演算装置で前記方位角を演算することを特徴とする請求項1に記載の電子方位計。
A magnetic vector amount is calculated using the horizontal xyz three-dimensional coordinate value and the tilt offset stored in the tilt offset storage device, and the magnetic vector amount obtained here, and a magnetic vector amount calculated in the past, Further comprising a vector quantity computing device for comparing
When determining that the magnetic vector quantity is outside the range of the preset allowable value, the vector quantity calculation device causes the data storage device and the tilt offset calculation device to function to reacquire the tilt offset. And
When the magnetic vector quantity is determined to be within the range of the allowable value, by using as the tilt offset previously obtained, to claim 1, characterized in that computing the azimuth by the azimuth calculation unit The electronic compass as described.
xyz軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を磁気センサから取得するステップと
x軸と水平面のなすピッチ角βgとy軸と水平面のなすロール角αgを傾斜センサから取得するステップと
前記傾斜角を用いて、前記xyz軸方向の磁気ベクトルを水平のxyz3次元座標値に
変換するステップと
前記磁気センサと前記傾斜センサの姿勢が異なったときの複数の傾斜角と、当該複数の傾斜角とともに前記水平のxyz3次元座標値とを対応させて記憶するステップと、
前記複数の傾斜角の中から選択された、現在の機器の傾斜角と同じ傾斜角であって、前記水平のxyz3次元座標値が相異なる、少なくとも3組のデータを選択して取得するステップと、
前記少なくとも3組のデータを用いて、傾斜オフセットを演算するステップと
現在の水平のxyz3次元座標値と前記傾斜オフセットを用いて方位角を算出するプログラムを記録するステップと、を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
obtaining an output value corresponding to a magnetic vector in the xyz-axis direction from the magnetic sensor;
obtaining a pitch angle βg formed by the x-axis and the horizontal plane and a roll angle αg formed by the y-axis and the horizontal plane from the tilt sensor;
Using the tilt angle, the magnetic vector in the xyz axis direction is converted into a horizontal xyz three-dimensional coordinate value.
Converting , and
Storing a plurality of inclination angles when the postures of the magnetic sensor and the inclination sensor are different from each other and the horizontal xyz three-dimensional coordinate values together with the inclination angles;
Selecting and acquiring at least three sets of data that are selected from the plurality of inclination angles and that have the same inclination angle as that of the current device and have different horizontal xyz three-dimensional coordinate values; ,
Calculating a tilt offset using the at least three sets of data ;
Using the tilt offset and xyz3 dimensional coordinate values of the current horizontal, computer-readable recording medium storing a program for executing the steps of: recording a program for calculating the azimuth angle.
xyz軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を磁気センサから取得するステップと、obtaining an output value corresponding to a magnetic vector in the xyz-axis direction from the magnetic sensor;
x軸と水平面のなすピッチ角βgとy軸と水平面のなすロール角αgを傾斜センサから取得するステップと、obtaining a pitch angle βg formed by the x-axis and the horizontal plane and a roll angle αg formed by the y-axis and the horizontal plane from the tilt sensor;
前記傾斜角を用いて、前記xyz軸方向の磁気ベクトルを水平のxyz3次元座標値に変換するステップと、Converting the magnetic vector in the xyz-axis direction into a horizontal xyz three-dimensional coordinate value using the tilt angle;
前記磁気センサと前記傾斜センサの姿勢が異なったときの複数の傾斜角と、当該複数の傾斜角とともに前記水平のxyz3次元座標値とを対応させて記憶するステップと、Storing a plurality of inclination angles when the postures of the magnetic sensor and the inclination sensor are different from each other and the horizontal xyz three-dimensional coordinate values together with the inclination angles;
前記複数の傾斜角の中から選択された、現在の機器の傾斜角と同じ傾斜角であって、前記水平のxyz3次元座標値が相異なる、少なくとも3組のデータを選択して取得するステップと、Selecting and acquiring at least three sets of data that are selected from the plurality of inclination angles and that have the same inclination angle as that of the current device and have different horizontal xyz three-dimensional coordinate values; ,
前記少なくとも3組のデータを用いて、傾斜オフセットを演算するステップと、Calculating a tilt offset using the at least three sets of data;
現在の水平のxyz3次元座標値と前記傾斜オフセットを用いて、方位角を算出するステップと、をコンピュータに実行させるための方位演算プログラム。An azimuth calculation program for causing a computer to execute an azimuth calculation step using a current horizontal xyz three-dimensional coordinate value and the tilt offset.
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