JP5168629B2 - 方位角計測装置及び方位角計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサを用いた方位角計測装置及び方位角計測方法に関し、より詳細には、地磁気方位の計測時にオフセットが変動した場合、その変動を検知し、使用者にオフセット信頼性の低下を通知することのできる方位角計測装置及び方位角計測方法に関する。

近年、携帯電話でのナビゲーション用途として、地磁気を検知して方位角を得る方位角計測装置が用いられている。このような方位角計測装置では、地磁気以外の環境磁界に起因する信号出力や、無信号入力時における信号処理回路の出力等を、オフセットとして差し引かないと、誤った方位を示してしまうことはよく知られている。

オフセットを求める方法としては、方位角計測装置を水平に一周してその最大・最小の点をもとめ、その中点をオフセットの基準点として求める方法（例えば、特許文献１参照）や、方位角計測装置を直交する任意の３点に向けて取得した地磁気情報から方位計を一回転させたときの出力軌跡の方程式からオフセットを計算する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。

しかしながら、この方法では、方位角計測装置のユーザーに特別な作業を強いることになる。さらに、オフセットが変化した場合などに、オフセットを再度計算するべきかどうかの判断をユーザーに委ねているため、方位角表示の信頼性が低下するという問題がある。

また、磁気センサを任意の方向に向けて取得したデータが２軸センサの場合は円周上を、３軸センサの場合は球面上を分布することを利用して、取得した出力データ群からの距離のばらつきが最小となるような２次元または３次元空間上の基準点の座標を、統計的、解析的に求め、その点をオフセットの基準点と推定する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。

しかし、この方法では、方位角演算装置において、オフセットを求めた後に、何らかの原因でオフセットが変化する場合に対応できず、方位情報の信頼度は低くなるという問題がある。オフセットが変化する場合とは、例えば、方位角演算装置の内部の温度が変化することで、内部磁気部品の発する磁界成分や、センサの電気的オフセットが変化する場合や、内部磁気部品が、強い外部磁界の影響を受けて着磁される場合が挙げられる。

また、方位角計測装置が携帯電話であった場合は、携帯電話のディスプレイ部を開閉する際などに形状がかわり、内部磁気部品と磁気センサの位置関係が変化してしまう場合にもオフセットが変化する。このようにオフセットが変化しているにもかかわらず、その事実が認識されずに、以前に求められたオフセットを用いて方位角計算を行った場合、正しくないオフセットを基準に方位情報を算出することになるため、方位情報の信頼度は低くなるという問題がある。

このような問題に対して、出願人は、地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出手段と、２軸の検出方向が所定の平面上にあるよう保ちながら地磁気検出手段の向きが変化した時の２軸の出力データ、または地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の３軸の出力データを複数回取得するデータ取得手段と、所定の測定のパラメータに基づいて、２軸または３軸の出力データを選択し、選択された２軸の出力データを成分とする２次元座標上、または選択された３軸の出力データを成分とする３次元座標上に基準点を定め、選択された２軸または３軸の出力データ群から基準点までの距離のバラツキが最小になるように、基準点の座標を統計的手法によって推定する基準点推定手段と、基準点推定手段によって推定された複数の基準点を基に地磁気検出手段の出力データに対するオフセット情報を算出するオフセット情報算出手段と、出力データ及び前記オフセット情報から方位角を算出する方位角算出手段と、２軸もしくは、３軸の出力データ群及び複数の基準点の少なくとも一方に基づき、所定のオフセット情報の信頼性情報を算出するための算出パラメータに従って、オフセット情報の信頼性情報を算出する信頼性情報算出手段とを備える方位角計測装置を提案している（例えば、特許文献４参照）。

また、方位角計測装置内外の磁気環境が変化したことを検出する検出部を更に備え、検出部が磁気環境の変化を検出した場合は、オフセット算出の判定閾値を緩めるという技術を提案している（例えば、特許文献４参照）。

このような技術により、方位角計測装置は方位角計測装置内外の磁気環境が変化した場合に、同変化が起こる直前の高精度のオフセットを求めるための判定値を緩め、より速くオフセットを求められる判定値にすることで、オフセットの変化に素早く対応できる。

また、連続して取得している磁気センサ出力値や、方位角演算装置の設定条件から、周囲環境条件の変化を検知することでオフセットが変化した可能性を類推する方法が用いられている（例えば、特許文献４参照）。

特公昭６２−３０３６４号公報（特許第１４２２９４２号） 特開２０００−１３１０６８号公報 国際公開２００４−００３４７６号パンフレット 国際公開２００５−００３６８３号パンフレット

しかし、特許文献４に開示された技術は、オフセットが変化している、または変化しつつあることを直接検知するものではない。すなわち、オフセットが変化した可能性があると推定できるような大きな環境条件の変化がおこる、強い外乱磁界の変化がおこるなどの比較的大きな環境変化を判断の起因とする必要があった。

従って、上述したような比較的大きな環境変化を伴わないが内部オフセットが変化した場合は、その事象を検知できないという課題があった。例えば、システムが把握できない様な内部磁性部品や磁界発生源の位置や強度の変化に対応できないという課題があった。

さらに、方位角計測装置が動作していない状態で強い外乱磁界が印可された場合は、内部磁性部品が着磁され、内部オフセットが変化しているにも関わらず、その事象はシステム制御側で認識できなかった。従って、これらの場合においてはオフセット算出の判定しきい値やデータ取得条件は緩和されず、オフセットの更新に時間がかかり、その間は正しい方位角が表示できなくなるという課題があった。

一方、システム制御側ではオフセットの信頼性は高いと誤認識をしてしまい、方位角計測装置の使用者に誤解を与えてしまうという課題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、オフセットの変動を検知し、使用者にオフセット信頼性の低下を通知することで使用者が方位信頼性を誤認識することを防ぐとともに、迅速に新規オフセットを求めることで早期に方位角計測信頼性を回復するができる方位角計測装置及び方位角計測方法を提供することにある。

本発明は、地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出手段と、前記２軸の検出方向が所定の平面上にあるように保ちながら前記地磁気検出手段の向きが変化した時の前記地磁気検出手段からの２軸の出力データ、または前記地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の前記地磁気検出手段からの３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得するデータ取得手段と、前記出力データを選択的に蓄積する第一のデータ蓄積手段と、前記第一のデータ蓄積手段に蓄積された第一のデータ群から該データ群の基準点を推定する第一の基準点推定手段と、前記第一の基準点の信頼性に関する情報を算出する第一の信頼性情報計算手段と、該第一の基準点推定手段が推定する基準点の情報を記憶する基準点記憶手段と、該基準点記憶手段により記憶された基準点情報と、前記出力データとから地磁気方位を演算する方位角算出手段とを備えた方位角計測装置において、前記出力データを選択的に蓄積する第二のデータ蓄積手段と、前記第二のデータ蓄積手段に蓄積された第二のデータ群から該データ群の基準点を推定する第二の基準点推定手段と、前記基準点記憶手段が記憶している基準点の情報と、前記第二のデータ群の基準点情報とから前記第一のデータ群の基準点が変動した可能性を判断し、該当第一のデータ群の基準点が変動した可能性に関する情報を外部に出力する第二の信頼性情報計算手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第二の信頼性情報計算手段が、前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断した場合に、前記第一のデータ蓄積手段が、蓄積している第一のデータ群を破棄することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第二の信頼性情報計算手段が、前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断した場合に、前記第一の基準点推定手段が、第一の基準点算出のためのパラメータを変更することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第二の信頼性情報計算手段が、前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断した場合に、前記第一のデータ蓄積手段が、蓄積している第一のデータ群を破棄するともに、前記第一の基準点推定手段が、第一の基準点算出のためのパラメータを変更することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記基準点記憶手段は、前記第二の基準点推定手段が算出した基準点情報を基準点として更新して記憶することを特徴とする。

本発明は、地磁気検出手段を用いて、地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出ステップと、前記２軸の検出方向が所定の平面上にあるように保ちながら前記地磁気検出手段の向きが変化した時の前記地磁気検出手段からの２軸の出力データ、または前記地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の前記地磁気検出手段からの３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得するデータ取得ステップと、前記データを選択的に蓄積する第一のデータ蓄積ステップと、前記第一のデータ蓄積ステップで蓄積された第一のデータ群から該データ群の基準点を推定する第一の基準点推定ステップと、前記第一の基準点の信頼性に関する情報を算出する第一の信頼性情報計算ステップと、該第一の基準点推定ステップで推定された基準点の情報を記憶する基準点記憶ステップと、該基準点記憶ステップにより記憶された基準点情報と、前記出力データとから地磁気方位を演算する方位角算出ステップとを有する方位角計測方法において、前記出力データを選択的に蓄積する第二のデータ蓄積ステップと、前記第二のデータ蓄積ステップで蓄積された第二のデータ群から該データ群の基準点を推定する第二の基準点推定ステップと、前記基準点記ステップで記憶された基準点の情報と、前記第二のデータ群の基準点情報とから前記第一のデータ群の基準点が変動した可能性を判断し、該当第一のデータ群の基準点が変動した可能性に関する情報を外部に出力する第二の信頼性情報計算ステップとを有することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第二の信頼性情報計算ステップにて前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断された場合に、さらに
前記第一のデータ蓄積ステップにて蓄積された第一のデータ群を破棄するステップを有すること特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第二の信頼性情報計算ステップにて前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断された場合に、さらに、前記第一の基準点を算出するためのパラメータを変更するステップを有することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第二の信頼性情報計算ステップにて前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断された場合に、さらに、前記第一のデータ蓄積ステップにて蓄積された第一のデータ群を破棄するステップと、前記第一の基準点を算出するためのパラメータを変更するステップとを有することを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項６乃至９のいずれかに記載の発明において、前記基準点記憶ステップは、前記第二の基準点推定ステップで算出された基準点情報を基準点として更新して記憶することを特徴とする。

本発明によれば、オフセットの変動を検知し、使用者にオフセット信頼性の低下を通知することで使用者が方位信頼性を誤認識することを防ぐとともに、迅速に新規オフセットを求めることで早期に方位角計測信頼性を回復することができる方位角計測装置及び方位角計測方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る方位角計測装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。以下、３軸の地磁気を検出する方位角計測装置を例に説明する。なお、水平面上の地磁気成分を２軸の磁気センサで検知する２軸の方位角計測装置も本発明に含まれるものとする。

図中符号１１は、３軸方向の地磁気を検出することができる３軸磁気センサ（地磁気検出手段）である。この３軸磁気センサ１１は、磁気センサ駆動電源部１２からマルチプレクサ部１３を経由して駆動される。磁気センサ１１により検出された地磁気の信号は、マルチプレクサ部１３を介して増幅部１４に入力される。マルチプレクサ部１３は、Ｘ、Ｙ，Ｚの３軸磁気センサ１１を時分割で駆動する。チョッパ回路は、マルチプレクサ部１３の出力信号が増幅部１４に渡るように電源及び信号のパスを制御し、３軸磁気センサ１１のオフセットを低減させる構成となっている。

増幅部１４にて十分な電圧振幅まで増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部１５にてデジタル信号に変換された後にデータ取得部１６にてデータを取得される。取得されたデータは、所定の条件により判別され、選択的に第一のデータ蓄積部１７に蓄積される。第一のオフセット補正計算部（第一の基準点推定手段）１８は、第一のデータ蓄積部１７に蓄積されたデータよりなるデータ群から内部磁気オフセットを推定演算する。第一のデータ蓄積部１７がデータを採用して蓄積するための条件、また、第一のオフセット補正計算部１８がオフセットを推定演算するときの条件は、閾値パラメータ設定部１９が設定する。

ここで、閾値パラメータは、例えば、上述した特許文献４にて開示されているような基準点を計算する磁気データ群を構成するデータの個数、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）、連続する磁気データの最小変化量、基準点のバラツキを算出するための基準点の個数や基準点のバラツキ範囲、磁気センサ増幅器の増幅率などを元に定められる。
第一のオフセット補正計算部１８は、閾値パラメータ設定部１９が設定した推定演算条件に従い、算出されたオフセットを採用するか否かを判断し、採用したオフセットをオフセット情報選択記憶部（基準点記憶手段）２１へ送出する。また、第一のオフセット補正計算部１８がオフセット演算に成功し、算出されたオフセットを採用した事象やオフセット演算結果は、第一の信頼性情報計算部２０へと送付される。

第一の信頼性情報計算部２０は、前記オフセット補正計算部１８から送付された情報や、閾値パラメータ設定部１９が設定した設定値をもとにオフセットの信頼性情報を算出して第一のオフセット信頼性情報として出力する。ここで、信頼性情報として用いられる指標としては、データ測定条件やオフセット算出条件から適当なものを選ぶのが好ましい。例えば、上述した特許文献４にて開示されているような基準点を計算する磁気データ群を構成するデータの個数、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）、連続する磁気データの最小変化量、磁気データ測定時間間隔、基準点のバラツキを算出するための基準点の個数や基準点のバラツキ範囲、磁気センサ増幅器の増幅率などが挙げられる。上述した例に限らずどのようなものでも本願発明は適用されうる。

オフセット情報選択記憶部２１にて採用されたオフセットは、記憶されるとともに方位角計算部２２に送付され、この方位角計算部２２は、データ取得部１６により取得された地磁気データをオフセット情報選択記憶部２１のオフセット情報にて補正して方位角を計算する。

一方、データ取得部１６にて取得された地磁気データは、第二のデータ蓄積部２３にても受領され、第二のオフセット補正計算部（第二の基準点推定手段）２４にてオフセットを推定演算される。このとき、第二のデータ蓄積部２３がデータを採用して蓄積するための条件、また、第二のオフセット補正計算部２４がオフセットを推定演算するときの条件は、閾値パラメータ設定部１９が設定する。

この閾値パラメータ設定部１９が設定する条件は、第一のデータ蓄積部１７及び第一のオフセット補正計算部１８に設定された条件よりも緩く設定し、第二のオフセット補正計算部２４にてオフセットを迅速に演算できるようにすることが好ましい。

第一のオフセット補正計算部１８に設定された条件よりも緩く設定するとは、例えば、１）基準点を計算する磁気データ群を構成するデータの個数を少なくする、２）磁気データの空間分布の範囲（立体角など）の許容値を狭くする、３）連続する磁気データの最小変化量を小さくする、４）基準点のバラツキを算出するための基準点の個数を少なくする、というようにして設定することを意味する。

算出されたオフセットを採用するか否かを判断し、第二のオフセット補正計算部２４がオフセット演算に成功し、また、算出されたオフセットを採用した事象やオフセット演算結果は、第二の信頼性情報計算部２５へと送付される。

第二の信頼性情報計算部２５は、第二のオフセット補正計算部２４がオフセットを採用した場合は、オフセット情報選択記憶部２１に保持されているオフセットの情報と、第二のオフセット補正計算部２４から送付されるオフセットの情報を比較し、オフセットが変動した可能性を判断し、変動の可能性があると判断した場合は、変動した可能性に関する情報（以下、第二の信頼性情報、または、オフセット変動可能性情報とも言う）を外部に出力する。

変動した可能性した可能性の判断指標は、例えば、第二のオフセット補正計算部２４が算出したオフセットと、第一のオフセット補正計算部１８が算出したオフセットの差異を所定の閾値と比較した結果を用いることができる。第二のオフセット補正計算部２４が算出したオフセットと、第一のオフセット補正計算部１８が算出したオフセットの差異が所定の閾値以下であった場合は、オフセットが変動した可能性は「低」とする。

前記オフセットの差異が所定の閾値以上であった場合は、オフセットが変動した可能性は「中」とする。

さらに、第二のオフセット補正計算部２４が続けて所定回数以上オフセットを採用し、その各回で求めたオフセットデータ間の差異が少なく、一方、前記オフセットの差異が所定の閾値以上である場合など、オフセットの変動の可能性は「高」と判断できる。

もちろん、オフセットが変動した可能性を、高低の2段階で評価したり、4段階以上の多値判断や、数値判断をすることも可である。

そして、オフセットが変動した可能性が、「高」「中」「低」のいずれであるかを示す情報を、オフセットが変動した可能性に関する情報として用いることができる。

また、オフセット変動可能性情報の外部出力は、例えば、方位角計測装置を組み込んだ携帯機器のスピーカーからの警告音、イルミネーションの点滅、携帯機器に画像やテキストの表示画面（液晶ディスプレイなど）があれば、その画面上でのテキストや画像表示などによって行われる。これにより、使用者にオフセット信頼性の低下を通知することで使用者が機器が表示する方位情報の信頼性を誤認識することを防ぐことができる。

第二のオフセット補正計算部２４にて新たにオフセットが求まり、それが採用されるとともに、第二のデータ蓄積部２３のデータを破棄することは、新たなデータを取得し始めることでオフセット変動可能性をより確からしく求めることができるために、好ましい運用である。

この場合、オフセット情報選択記憶部に記憶されているオフセットと、第二のオフセット補正計算部２４にて算出され採用されたオフセットが、所定値以上異なっていた場合に、第二のデータ蓄積部２３のデータ群を破棄させてもよい。

そして、オフセット変動の可能性が高いと判断された場合は、第一のデータ蓄積部に蓄積されたデータ群を破棄する。これにより、互いにオフセットが異なるデータが第一のデータ蓄積部に蓄積されたデータ群に混在する事を無くし、間違ったオフセットを算出する可能性をなくすことで正しいオフセットを迅速に求める事ができる。

さらに他の実施形態としては、オフセットの変動の可能性が高いと判断された場合は、閾値パラメータ設定部１９から設定する第一のデータ蓄積部１７がデータを採用し蓄積するための条件や第一のオフセット補正計算部１８がオフセットを推定演算するときの条件を緩和させてもよい。

すなわち、推定演算条件であるオフセットを計算する磁気データ群を構成するデータの個数や、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）などを少なく設定し、オフセットを推定演算する。

互いにオフセットが異なるデータが第一のデータ蓄積部に蓄積されたデータ群に混在していても、直近の限られた数のデータからオフセットを推定演算し、またその結果を採用することで、異なるオフセットデータが悪影響を与えることを排除することができる。

さらに他の実施形態としては、オフセットの変動の可能性が高いと判断された場合は、第一のデータ蓄積部１７のデータ群を破棄させるだけではなく、閾値パラメータ設定部１９から設定する第一のデータ蓄積部１７がデータを採用し蓄積するための条件や第一のオフセット補正計算部１８がオフセットを推定演算するときの条件を緩和させてもよい。

また、オフセットの変動の可能性が高いと判断された場合は、第二の信頼性情報計算部２５は、オフセット情報選択記憶部２１へオフセットの情報を送付し、このオフセット情報選択記憶部２１は、その第二のオフセット補正計算部２４にて算出されたオフセットを新たなオフセット値として更新して記憶する。そして、方位角計算部２２は、この新たなオフセットを用いて方位角を演算する。この新規オフセットを用いることで早期に方位角計測信頼性を回復することができる。

他の実施形態としては、第二の信頼性情報計算部２５が、オフセット情報選択記憶部２１に保持されているオフセットの情報と第二のオフセット補正計算部２４にて計算されたオフセットに関する情報とを比較し、オフセットの変動は大きくはないが、環境磁界の大きさの変動があったと判断した場合においても、第一のデータ蓄積部１７のデータ群を破棄させる。これにより、互いに環境磁界の大きさが異なるデータが第一のデータ蓄積部に蓄積されたデータ群に混在する事を無くし、間違ったオフセットを算出する可能性をなくすことで正しいオフセットを迅速に求める事ができる。

他の実施形態としては、第二の信頼性情報計算部２５が、オフセット情報選択記憶部２１に保持されているオフセットの情報と第二のオフセット補正計算部２４にて計算されたオフセットに関する情報とを比較し、オフセットの変動は大きくはないが、環境磁界の大きさの変動があったと判断した場合においても、閾値パラメータ設定部１９から設定する第一のデータ蓄積部１７がデータを採用し蓄積するための条件、また第一のオフセット補正計算部１８がオフセットを推定演算するときの条件を変更する。

この変更には、推定演算条件である、オフセットを計算する磁気データ群を構成するデータの個数や、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）などの条件の緩和の他に、新たに推定された環境磁界の大きさに適した推定演算条件を設定することも含まれる。

これにより互いに環境磁界の大きさが異なるデータが第一のデータ蓄積部に蓄積されたデータ群に混在していても、直近の限られた数のデータからオフセットを推定演算し、またその結果を採用することで、異なる環境磁界の地磁気データがオフセット推定に悪影響を与えることを排除することができる。

また、推定演算条件を推定された環境磁界の大きさに適したものに設定するということは、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）や許容地磁気ベクトルサイズなどの推定条件を環境磁界に応じて適宜選択することであり、間違ったオフセットが演算され、採用される可能性がすくなくなり、よりオフセット情報の信頼性が高くなる。

さらに他の実施形態としては、第二の信頼性情報計算部２５が、オフセット情報選択記憶部２１に保持されているオフセットの情報と第二のオフセット補正計算部２４にて計算されたオフセットに関する情報とを比較し、オフセットの変動は大きくはないが、環境磁界の大きさの変動があった、と判断した場合においても、第一のデータ蓄積部１７のデータ群を破棄させるとともに、閾値パラメータ設定部１９から設定する第一のデータ蓄積部１７がデータを採用し蓄積するための条件、また第一のオフセット補正計算部１８がオフセットを推定演算するときの条件を変更する。この変更には、条件の緩和、または、新たに推定された環境磁界の大きさに適した推定演算するときの条件を設定することも含まれる。

図２は、本発明に係る方位角計測方法の一実施形態を説明するためのフローチャートを示す図である。まず、初期設定（ステップＳ１）のあとに方位角測定が開始され、磁気データが取得される（ステップＳ２）。

まず、方位角演算のフローにおいては、磁気センサからのデータについて、判定閾値をもとに蓄積か破棄かを判定し、蓄積すべきであると判断したデータを蓄積する（ステップＳ３１）。蓄積された地磁気データ群から、オフセット推定計算を行い（ステップＳ３２）、所定のオフセット採用の閾値に基づき、オフセットの採用の可否を判定する（ステップＳ３３）。

次に、データ蓄積の判定閾値、オフセット推定のパラメータ及びオフセット採用（ステップＳ３２）の判定閾値などを更新し（ステップＳ３５）、判定値が厳化、据え置き、もしくは緩和される。オーバーフローしているなど地磁気データの状態によっては、蓄積された地磁気データ群を破棄する（ステップＳ３６）。採用されたオフセットに基づき地磁気データを補正して方位角計算を行う（ステップＳ３７）。測定終了でなければ、再度地磁気データの蓄積判定に戻る（ステップＳ３８）。

一方、オフセット変動推定のフローにおいては、磁気センサからのデータについて、判定閾値をもとに蓄積か破棄かを判定し、蓄積すべきであると判断したデータを蓄積する（ステップＳ４１）。蓄積された地磁気データ群から、オフセット推定計算を行い（ステップＳ４２）、所定のオフセット採用の閾値に基づき、オフセットの採用の可否を判定する。方位角演算のフローにて求められているオフセットと変動推定のフローで採用されたオフセットを比較し、オフセット変動の可能性を判定する（ステップＳ４３）。

方位角計算のフローにて求められているオフセットと採用されたオフセットが所定の閾値以上に乖離していた場合、方位角計算のフローのオフセットが変動した可能性があるとする。

ここで、オフセットが所定の閾値以上に乖離していた場合とは、例えば、方位角計算のフローにて求められているオフセットとオフセット変動推定のフローで採用されたオフセットが、標準地磁気ベクトルサイズの４分の１以上ずれた場合等である。このほか、オフセット変動推定用のフローにて所定回数以上連続して求められたオフセットにおいて、各オフセット間の差異が少なく、かつ方位角計算のフローにて求められているオフセットと比較して、その差異が所定の閾値以上、例えば標準地磁気ベクトルサイズの３分の１以上ずれていた場合も、オフセットが所定の閾値以上に乖離している場合に含まれる。

この場合、方位角計算のフローのオフセットが変動した可能性があるとして、オフセット変動の警告を出すとともに（ステップＳ４４）、オフセット変動推定のために蓄積された地磁気データ群を破棄する（ステップＳ４５）。次に、オフセット変動可能性判定パラメータの更新を行い（ステップＳ４６）、第一の蓄積地磁気データに変更する（ステップＳ４７）。

オフセット変動の可能性が高いと判断された場合は、方位角計算のフローにて蓄積された地磁気データ群は、オフセット変動前のデータとオフセット変動後のデータが混在している可能性が高い。このため、オフセットを間違って演算してしまう可能性あり、迅速にオフセットを更新できにくい。従って、方位角計算のフローにて蓄積された地磁気データ群を破棄したり、直近に得られたいくつかのデータのみからオフセット推定演算を行うようにすることにより、データ群の中の異なるオフセットでのデータを排除して計算することができる。その結果、間違ったオフセットを算出する可能性がなくなり、また前記判定閾値や、オフセット変動推定用にオフセットを推定するときの条件を緩和することで正しいオフセットを迅速に求める事ができるので、好ましい運用である。

また、他の実施形態としては、オフセット変動推定フローにおいて、蓄積された地磁気
データ群を破棄するのではなく、オフセット変動推定用にデータを蓄積するか、破棄するかの判定閾値や、オフセット変動推定用にオフセットを推定するときの条件を緩和させてもよい。

また、他の実施形態としては、オフセット変動推定フローにおいて、蓄積された地磁気データ群を破棄するだけでなく、オフセット変動推定用にデータを蓄積するか、破棄するかの判定閾値や、オフセット変動推定用にオフセットを推定するときの条件を緩和させてもよい。

また、他の実施形態としては、オフセット変動が大きくないが、環境磁界の大きさの変動があったと判断した場合に、方位角推定のフローにて蓄積された地磁気データ群を破棄してもよい。異なる環境磁界の磁気データ群が混在している可能性のある磁気データ群を破棄し、新たなデータを取得し始めることで、誤ってオフセットを求めることが少なくなり、好ましい運用である。

または、オフセット変動が大きくないが、環境磁界の大きさの変動があったと判断した場合に、方位角計算のフローにて蓄積されたデータ群のうち、直近に得られたいくつかのデータのみからオフセット推定演算を行うようにしてもよい。また、データを蓄積するか、破棄するかの判定閾値や、オフセットを推定するときの条件を変更させてもよい。

この変更には、推定演算条件であるオフセットを計算する磁気データ群を構成するデータの個数や、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）などの条件の緩和の他に、新たに推定された環境磁界の大きさに適した推定演算条件を設定することも含まれる。ここで、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）などの条件の緩和とは、例えば、推定演算条件である基準点を計算する磁気データ群を構成するデータの個数や、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）などを少なく設定し、オフセットを推定演算する方法が挙げられる。

これにより互いに環境磁界の大きさが異なるデータが方位角計算のフローにて蓄積されたデータ群に混在していても、直近の限られた数のデータからオフセットを推定演算し、またその結果を採用することで、異なる環境磁界の地磁気データがオフセット推定に悪影響を与えることを排除することができる。

また、推定演算条件を推定された環境磁界の大きさに適したものに設定するということは、磁気データの空間分布の範囲（立体角など）や許容地磁気ベクトルサイズなどの推定条件を環境磁界に応じて適宜選択することであり、間違ったオフセットが演算され、採用される可能性がすくなくなり、よりオフセット情報の信頼性が高くなる。

以上説明したように、方位角計算のためのオフセット推定の機構とは別に、迅速にオフセットを求める機構を設け、方位角計算に用いているオフセットの値と、他のオフセット推定機構にて迅速にもとまったオフセットを比較し、両者が所定の範囲で一致していればオフセット変動がないと判断し、両者が所定の範囲で一致していなければオフセット変動の可能性があったと判断して警告を発する。使用者は、オフセットの信頼性が損なわれている可能性を認識し、間違った方位を選択する危険性が少なくなる。また、警告がある場合には、ユーザーがオフセット演算のために明示的に方位角計測装置を動かすにより、迅速にオフセットを更新演算し、正しいオフセットを得ることが可能となる。

また、オフセットの変動の可能性が高いと判断された場合は、方位角計算のためのオフセット演算に用いる蓄積されたデータ群を破棄したり、データ群の中の直近に得られたデータのみからオフセットを推定演算することで、間違ったオフセットが演算されて更新されることを防ぎ、明示的な補正用動作に限らず、非明示的な動作にても迅速にかつ確実に正しいオフセットを得ることが可能となる。

また、オフセットの変動の可能性が高いと判断された場合は、データを採用し蓄積するための条件、またオフセットを推定演算するときの条件を変更することで、間違ったオフセットが演算されて更新されることを防ぎ、明示的な補正用動作に限らず、非明示的な動作にても迅速にかつ確実に正しいオフセットを得ることが可能となる。

さらに、オフセットの値として、オフセット変動推定用の機構にて求まったオフセット値を暫定的に方位角計算のためのオフセットとして採用することで、ユーザーにとっては、オフセットの変動の可能性が高いと判断された後、新たに正しいオフセットが推定演算されるまでの期間においても、オフセット変動の影響がより少ないオフセット値を用いて方位角計算を続けることができる。

さらに、オフセット変動推定用の機構にて求まった地磁気サイズの値を新たな指標として採用することで、オフセットが変動していないが、環境地磁気サイズが変化してしまった場合においても、異なる地磁気サイズのデータが混在している可能性のある方位角計算用のデータ群を破棄したり、データ群の中の直近に得られたデータのみからオフセットを推定演算することで、間違ったオフセットを演算する可能性をより排除できる。

さらに、オフセットが変動していないが、環境地磁気サイズが変化してしまった場合において、データを採用し蓄積するための条件、またオフセットを推定演算するときの条件を変更することで、間違ったオフセットを演算する可能性を排除し、正しいオフセット値を迅速に求め、更新することができる。

さらに、変動した地磁気サイズにあったオフセット演算等のパラメータを、方位角計算用のオフセット推定機構にて採用することで、環境磁界に最適なパラメータでオフセット推定演算を行うことができ、オフセット演算速度の向上や推定精度の向上につながる。

本発明に係る方位角計測装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。 本発明に係る方位角計測方法の一実施形態を説明するためのフローチャートを示す図である。

符号の説明

１１ ３軸磁気センサ（地磁気検出手段）
１２ 磁気センサ駆動電源部
１３ マルチプレクサ部
１４ 増幅部
１５ Ａ／Ｄ変換部
１６ データ取得部
１７ 第一のデータ蓄積部
１８ 第一のオフセット補正計算部（第一の基準点推定手段）
１９ 閾値パラメータ設定部
２０ 第一の信頼性情報計算部
２１ オフセット情報選択記憶部（基準点記憶手段）
２２ 方位角計算部
２３ 第二のデータ蓄積部
２４ 第二のオフセット補正計算部（第二の基準点推定手段）
２５ 第二の信頼性情報計算部

Claims (10)

1. 地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出手段と、
   前記２軸の検出方向が所定の平面上にあるように保ちながら前記地磁気検出手段の向きが変化した時の前記地磁気検出手段からの２軸の出力データ、または前記地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の前記地磁気検出手段からの３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得するデータ取得手段と、
   前記出力データを選択的に蓄積する第一のデータ蓄積手段と、
   前記第一のデータ蓄積手段に蓄積された第一のデータ群から該データ群の基準点を推定する第一の基準点推定手段と、
   前記第一の基準点の信頼性に関する情報を算出する第一の信頼性情報計算手段と、
   該第一の基準点推定手段が推定する基準点の情報を記憶する基準点記憶手段と、
   該基準点記憶手段により記憶された基準点情報と、前記出力データとから地磁気方位を演算する方位角算出手段とを備えた方位角計測装置において、
   前記出力データを選択的に蓄積する第二のデータ蓄積手段と、
   前記第二のデータ蓄積手段に蓄積された第二のデータ群から該データ群の基準点を推定する第二の基準点推定手段と、
   前記基準点記憶手段が記憶している基準点の情報と、前記第二のデータ群の基準点情報とから前記第一のデータ群の基準点が変動した可能性を判断し、該当第一のデータ群の基準点が変動した可能性に関する情報を外部に出力する第二の信頼性情報計算手段と
   を備えた方位角計測装置。
2. 前記第二の信頼性情報計算手段が、前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断した場合に、前記第一のデータ蓄積手段が、蓄積している第一のデータ群を破棄することを特徴とする請求項１に記載の方位角計測装置。
3. 前記第二の信頼性情報計算手段が、前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断した場合に、前記第一の基準点推定手段が、第一の基準点算出のためのパラメータを変更することを特徴とする請求項１に記載の方位角計測装置。
4. 前記第二の信頼性情報計算手段が、前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断した場合に、前記第一のデータ蓄積手段が、蓄積している第一のデータ群を破棄するともに、前記第一の基準点推定手段が、第一の基準点算出のためのパラメータを変更することを特徴とする請求項１に記載の方位角計測装置。
5. 前記基準点記憶手段は、前記第二の基準点推定手段が算出した基準点情報を基準点として更新して記憶することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方位角計測装置。
6. 地磁気検出手段を用いて、地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出ステップと、
   前記２軸の検出方向が所定の平面上にあるように保ちながら前記地磁気検出手段の向きが変化した時の前記地磁気検出手段からの２軸の出力データ、または前記地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の前記地磁気検出手段からの３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得するデータ取得ステップと、
   前記データを選択的に蓄積する第一のデータ蓄積ステップと、
   前記第一のデータ蓄積ステップで蓄積された第一のデータ群から該データ群の基準点を推定する第一の基準点推定ステップと、
   前記第一の基準点の信頼性に関する情報を算出する第一の信頼性情報計算ステップと、
   該第一の基準点推定ステップで推定された基準点の情報を記憶する基準点記憶ステップと、
   該基準点記憶ステップにより記憶された基準点情報と、前記出力データとから地磁気方位を演算する方位角算出ステップとを有する方位角計測方法において、
   前記出力データを選択的に蓄積する第二のデータ蓄積ステップと、
   前記第二のデータ蓄積ステップで蓄積された第二のデータ群から該データ群の基準点を推定する第二の基準点推定ステップと、
   前記基準点記ステップで記憶された基準点の情報と、前記第二のデータ群の基準点情報とから前記第一のデータ群の基準点が変動した可能性を判断し、該当第一のデータ群の基準点が変動した可能性に関する情報を外部に出力する第二の信頼性情報計算ステップと
   を有する方位角計測方法。
7. 前記第二の信頼性情報計算ステップにて前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断された場合に、さらに
   前記第一のデータ蓄積ステップにて蓄積された第一のデータ群を破棄するステップを有すること特徴とする請求項６に記載の方位角計測方法。
8. 前記第二の信頼性情報計算ステップにて前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断された場合に、さらに、
   前記第一の基準点を算出するためのパラメータを変更するステップを有することを特徴とする請求項６に記載の方位角計測方法。
9. 前記第二の信頼性情報計算ステップにて前記第一のデータ群の基準点が変動したと判断された場合に、さらに、
   前記第一のデータ蓄積ステップにて蓄積された第一のデータ群を破棄するステップと、
   前記第一の基準点を算出するためのパラメータを変更するステップと
   を有することを特徴とする請求項６に記載の方位角計測方法。
10. 前記基準点記憶ステップは、前記第二の基準点推定ステップで算出された基準点情報を基準点として更新して記憶することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の方位角計測方法。

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