JP5509995B2

JP5509995B2 - 可搬型携帯端末及び方位推定プログラム

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Publication number: JP5509995B2
Application number: JP2010080153A
Authority: JP
Inventors: 健介沢田; 信一郎森
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011214833A

Description

本件は、可搬型携帯端末及び方位推定プログラムに関する。

近年、車両や歩行者などの移動体の位置情報を測定するシステムへの需要が高まっている。移動体の測位には、ＧＰＳ（Global Positioning System）に代表される衛星測位技術が一般的に利用される。また、屋内など衛星測位技術を使用できない場所では、加速度センサや地磁気センサ、あるいはジャイロセンサなどの各種センサを使用した自律航法技術が、補完的に利用されている。

ところで、歩行者が保持する小型装置（携帯端末など）の動きや移動軌跡を各種のセンサを使用して追跡する自律航法技術では、小型装置の方位検知には、一般的に、地磁気センサが用いられる。しかるに、地磁気センサが検出する地磁気は、大型の強磁性体によって擾乱したり、人工的な磁界の影響を受けやすく、また、地磁気センサ周辺の金属が帯磁することによる検出精度の低下が生じるおそれがあった。

これに対し、最近では、地磁気センサの出力の信頼性を判定する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−２６４０２８号公報

上記特許文献１では、地磁気センサが検出した地磁気の伏角が異常であった場合に、信頼性が低いとの判定を行う。しかしながら、最近では、伏角には異常がないが、方位を正確に算出・推定できないような場合や、伏角には異常があっても、方位を正確に算出・推定できる場合も実験的に確認されているが、上記特許文献１では、このような場合に適応することは難しい。

そこで本件は上記の課題に鑑みてなされたものであり、端末本体の適切な方位推定を行うことが可能な可搬型携帯端末及び方位推定プログラムを提供することを目的とする。

本明細書に記載の可搬型携帯端末は、端末本体と、前記端末本体に設けられ、地磁気を検出する地磁気検出部と、前記端末本体に設けられ、当該端末本体の角速度を検出する角速度検出部と、前記端末本体に設けられ、当該端末本体の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報取得部が取得した位置情報に対応する、前記地磁気の水平分力の大きさの標準値を取得する標準値取得部と、前記地磁気検出部において検出された前記地磁気の水平分力の大きさが、前記標準値取得部により取得された標準値から所定範囲内にあるか否かを判定する判定部と、前記地磁気検出部の検出結果から算出される方位と、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位の一方を選択し、前記端末本体の推定方位として出力する出力部と、を備え、前記出力部は、前記判定部による判定の結果、前記検出された水平分力の大きさが、前記所定範囲内にあると判定された場合に、前記地磁気検出部の検出結果から算出される方位を選択し、前記検出された水平分力の大きさが前記所定範囲内にないと判定された場合、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位を選択する可搬型携帯端末である。

本明細書に記載の方位推定プログラムは、地磁気を検出する地磁気検出部と、角速度を検出する角速度検出部と、位置情報を取得する位置情報取得部と、を備える可搬型携帯端末における方位推定プログラムであって、コンピュータを、前記位置情報取得部が取得した位置情報に対応する、前記地磁気の水平分力の大きさの標準値を取得する標準値取得部、前記地磁気検出部において検出された前記地磁気の水平分力の大きさが、前記標準値取得部により取得された標準値から所定範囲内にあるか否かを判定する判定部、及び前記地磁気検出部の検出結果から算出される方位と、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位の一方を選択し、端末本体の推定方位として出力する出力部、として機能させ、前記出力部は、前記判定部による判定の結果、前記検出された水平分力の大きさが、前記所定範囲内にあると判定された場合に、前記地磁気検出部の検出結果から算出される方位を選択し、前記検出された水平分力の大きさが前記所定範囲内にないと判定された場合、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位を選択する方位推定プログラムである。

本明細書に記載の可搬型携帯端末及び方位推定プログラムは、端末本体の適切な方位推定を行うことができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る可搬型携帯端末の構成を概略的に示す図である。図２（ａ）は、ＧＰＳ測位部の出力を示す図であり、図２（ｂ）は、地磁気センサの出力を示す図であり、図２（ｃ）は、加速度センサの出力を示す図であり、図２（ｄ）は、角速度センサの出力を示す図である。図１の制御部のシステム構成図である。図１の方位推定部を機能ブロックで示す図である。水平分力を説明するための図である。水平分力期待値推定部の機能ブロック図である。水平分力期待値推定部の処理を示すフローチャートである。水平分力の期待値を示す図である。図９（ａ）は、３次元マトリクス状の期待値のデータベースであり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の一部を示す図である。水平分力算出部の処理を示すフローチャートである。選択部５０の処理を示すフローチャートである。図１２（ａ）は、第１方位算出部の処理を示すフローチャートであり、図１２（ｂ）は、第２方位算出部の処理を示すフローチャートである。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、第１方位算出部の処理を説明するための図である。第２の実施形態における図４に対応する図である。第３方位算出部の処理を示すフローチャートである。図１５の変形例を示すフローチャートである。角速度センサ信頼度算出部の処理を示すフローチャートである。選択部の処理を示すフローチャートである。図１８の変形例を示すフローチャートである。

≪第１の実施形態≫
以下、第１の実施形態に係る可搬型携帯端末及び方位推定プログラムについて、図１〜図１３に基づいて詳細に説明する。図１は、本第１の実施形態に係る可搬型携帯端末１００のブロック図である。可搬型携帯端末１００は、例えば、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯型の端末である。可搬型携帯端末１００は、図１に示すように、携帯端末本体としての端末本体６０と、当該端末本体６０内に設けられた、位置情報取得部としてのＧＰＳ測位部１２と、地磁気検出部としての地磁気センサ１４と、加速度センサ１６と、角速度検出部としての角速度センサ１８と、制御部２０と、表示部３０と、入力部３２と、を有する。なお、可搬型携帯端末１００は、通話機能や、メール、インターネットなどの通信機能、撮影機能などの各種機能を備える場合もあるが、図１等では、これらの機能を実現するための構成についての図示は省略している。

ＧＰＳ測位部１２は、上空に存在するＧＰＳ衛星から、端末本体６０、すなわち可搬型携帯端末１００の絶対位置を演算するための信号を受信する。このＧＰＳ測位部１２は、制御部２０に向けて、図２（ａ）に示す位置情報（Pos）を出力する。この位置情報（Pos）は、Pos_Lat（緯度）、Pos_Lon（経度）及びPos_Height（高度）を含んでいる。

地磁気センサ１４は、３軸座標系上での地磁気（地磁気ベクトル）の検出が可能なセンサである。この地磁気センサ１４は、制御部２０に向けて、図２（ｂ）に示す磁束密度に応じた電圧の情報（ベクトル（Mag））を出力する。この情報（Mag）は、Mag_X（Ｘ成分）、Mag_Y（Ｙ成分）及びMag_Z（Ｚ成分）を含んでいる。なお、本実施形態では、Ｙ軸が基準軸とされ、Ｙ軸の向いている方位が、端末の方位となる。

加速度センサ１６は、３軸方向それぞれについての加速度を検出することが可能なセンサである。この加速度センサ１６は、制御部２０に向けて、図２（ｃ）に示す加速度の大きさに応じた電圧の情報（ベクトル（Acc））を出力する。この情報（Acc）は、Acc_X（Ｘ成分）、Acc_Y（Ｙ成分）及びAcc_Z（Ｚ成分）を含んでいる。

角速度センサ１８は、３軸回りの加速度を検出することが可能なセンサである。この角速度センサ１８は、制御部２０に向けて、図２（ｄ）に示す角速度に応じた電圧の情報（Gyro）を出力する。この情報（Gyro）は、Gyro_X（Ｘ軸回りの成分）、Gyro_Y（Ｙ軸回りの成分）及びGyro_Z（Ｚ軸回りの成分）を含んでいる。

図１に戻り、制御部２０は、ＧＰＳ測位部１２、地磁気センサ１４、加速度センサ１６、角速度センサ１８において検出された各情報を用いて、端末本体６０、すなわち可搬型携帯端末１００（及び当該可搬型携帯端末１００を保持するユーザ）の移動軌跡を算出する。また、制御部２０は、生成した移動軌跡の情報を表示部３０に表示したり、入力部３２からの指示を受け付けて、当該指示に応じた処理を行ったりする。なお、制御部２０の具体的な構成等については、後述する。

表示部３０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどであり、各種情報を表示する機能を有している。入力部３２は、キーボードやタッチパネルなどを含み、ユーザからの指示を受け付けて、当該指示情報を、制御部２０に対して出力する。

図３には、制御部２０のハードウェア構成が示されている。この図２に示すように、制御部２０は、ＣＰＵ９０、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９４、記憶部（ここではＨＤＤ（Hard Disk Drive））９６、入出力部９７等を備えており、制御部２０の構成各部は、バス９８に接続されている。制御部２０では、ＲＯＭ９２あるいはＨＤＤ９６に格納されているプログラムをＣＰＵ９０が実行することにより、図４の各部の機能が実現される。また、入出力部９７には、図１の各センサ、表示部３０、及び入力部３２等が接続されている。

図４は、制御部２０を機能ブロックにて示した図である。この図４に示すように、制御部２０は、方位推定部２２と、移動軌跡算出部２４と、表示制御部２６とを有する。方位推定部２２は、ＧＰＳ測位部１２、地磁気センサ１４、加速度センサ１６、角速度センサ１８において検出された各情報を用いて、方位を推定するものである。移動軌跡算出部２４は、方位推定部２２にて推定された方位を用いて可搬型携帯端末１００（及び当該可搬型携帯端末１００を保持するユーザ）の移動軌跡を算出する。表示制御部２６は、移動軌跡算出部２４で算出された移動軌跡を、表示部３０に表示する。

以下、方位推定部２２について、詳細に説明する。

方位推定部２２は、図４に示すように、標準値取得部としての水平分力期待値推定部４０と、水平分力算出部４２と、地磁気センサ信頼度算出部４８と、判定部及び出力部としての選択部５０と、第１方位算出部４４と、第２方位算出部４６と、を有する。ここで、地磁気の水平分力について図５に基づいて説明する。水平分力は、図５に示すように、地磁気（全磁力）を水平面上に投射した成分を意味し、磁北成分や西成分を含んでいる。この水平分力と地磁気との間の角は、伏角と呼ばれている。

図６は、水平分力期待値推定部４０の機能ブロック図である。この図６に示すように、水平分力期待値推定部４０は、座標−アドレス変換部５２と、水平分力期待値記憶部５４と、を有する。座標−アドレス変換部５２は、ＧＰＳ測位部１２から入力された情報（Pos）を、データベース検索用のアドレスに変換する。水平分力期待値記憶部５４は、水平分力期待値のデータベースを記憶しており、アドレスに応じた期待値を出力する。

ここで、水平分力期待値推定部４０の処理について、図７のフローチャートに沿って説明する。図７のフローチャートでは、まず、ステップＳ１０において、座標−アドレス変換部５２が、ＧＰＳ測位部１２から位置情報Posが入力されるまで待機する。位置情報Posが入力されると、ステップＳ１２において、座標−アドレス変換部５２が、Pos_Lat(−９０〜＋９０［ｄｅｇ］)を四捨五入して整数にする。次いで、ステップＳ１４では、座標−アドレス変換部５２が、Pos_Latを四捨五入して得られた整数に、＋９０して、これを緯度アドレスとして水平分力期待値記憶部５４に出力する。なお、ステップＳ１４の処理において、座標−アドレス変換部５２が＋９０しているのは、全緯度アドレスを正の整数とするためである。すなわち、緯度アドレスとしては、０〜１８０のいずれかの整数が出力されることになる。

次いで、ステップＳ１６では、座標−アドレス変換部５２が、Pos_Lon（−１８０〜＋１８０［ｄｅｇ］）を四捨五入して整数にする。次いで、ステップＳ１８では、座標−アドレス変換部５２が、Pos_Lonを四捨五入して得られた整数に、＋１８０して、これを経度アドレスとして水平分力期待値記憶部５４に出力する。なお、ステップＳ１８の処理において、座標−アドレス変換部５２が＋１８０しているのは、全経度アドレスを正の整数とするためである。すなわち、経度アドレスとしては、０〜３６０のいずれかの整数が出力されることになる。

次いで、ステップＳ２０では、座標−アドレス変換部５２が、Pos_Height（−１０００〜＋１００００［ｄｅｇ］）を四捨五入して整数にする。次いで、ステップＳ２２では、座標−アドレス変換部５２が、Pos_Heightを四捨五入して得られた整数に、＋１０００して、これを高度アドレスとして水平分力期待値記憶部５４に出力する。なお、ステップＳ２０において、座標−アドレス変換部５２が、＋１０００しているのは、全高度アドレスを正の整数とするためである。すなわち、高度アドレスとしては、０〜１１０００のいずれかの整数が出力されることになる。

次いで、ステップＳ２４では、水平分力期待値記憶部５４が、アドレスに応じた水平分力の期待値Mag_Hor_Exを出力する。ここで、水平分力の期待値は、図８に示すように、予め測定されている（理科年表等に掲載されている）ものである。したがって、水平分力期待値記憶部５４に記憶されているデータベースとしては、この図８の情報を、図９（ａ）に示すような３次元マトリクス（メッシュ）とすることができる。具体的には、図９（ａ）の３次元マトリクスは、図９（ｂ）に示すような、緯度アドレスと経度アドレスの２次元マトリクスを高さアドレスごとに作成し、各２次元マトリクスを高さアドレス順に積層したものである。したがって、水平分力期待値記憶部５４は、座標−アドレス変換部５２から入力された、緯度アドレス、経度アドレス、高度アドレスに基づいて、３次元マトリクスから水平分力の期待値Mag_Hor_Exを読み出して取得し、これを、地磁気センサ信頼度算出部４８に出力する。なお、緯度、経度アドレスについては、例えば１（°）刻み、高度については、例えば２００（ｍ）刻みとすることができる。

なお、上記の例では、水平分力期待値記憶部５４は、３次元マトリクスを用いることとしたが、これに限られるものではない。例えば、高さに応じた水平分力の変動が微小であるような場合には、水平分力期待値記憶部５４は、緯度アドレスと経度アドレスにより規定される２次元マトリクス（図９（ｂ））から、水平分力の期待値を取得しても良い。このようにすることで、データベースのデータ量を小さくすることができるため、水平分力の期待値を迅速に出力することができる。

図４に戻り、水平分力算出部４２は、地磁気センサ１４からの情報（Mag）及び加速度センサ１６からの情報（Acc）を用いて、水平分力（Mag_Hor）を算出し、地磁気センサ信頼度算出部４８に出力する。図１０は、水平分力算出部４２の処理を示すフローチャートである。この図１０に示すように、水平分力算出部４２は、ステップＳ３０において、情報（Mag）及び情報（Acc）が、地磁気センサ１４及び加速度センサ１６から入力されたか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、水平分力算出部４２は、ステップＳ３２に移行して、水平分力（Mag_Hor）を算出する。ここで、水平分力算出部４２は、水平分力Mag_Horを、次式（１）に基づいて算出する。
Mag_Hor＝||Mag||・sinΘ …（１）

ここで、||Mag||は、ベクトルMagの大きさ（ノルム）を意味する。すなわち、||Mag||は、次式（２）で表すことができる
||Mag||＝（Mag_X²＋Mag_Y²＋Mag_Z²）^1/2 …（２）

また、角Θは、図５に示す、地磁気ベクトルと鉛直方向とが成す角であり、次式（３）により表すことができる。
Θ＝ｃｏｓ^-1＜Acc,Mag＞／||Acc||||Mag|| …（３）

ここで、||Acc||は、ベクトルAccの大きさ（ノルム）を意味する。また、＜Acc,Mag＞は、ベクトルAccとベクトルMagの内積を意味している。すなわち、||Acc||，＜Acc,Mag＞は、次式（４）、（５）にて表すことができる。
||Acc||＝（Acc_X²＋Acc_Y²＋Acc_Z²）^1/2 …（４）
＜Acc,Mag＞＝Acc_X・Mag_X＋Acc_Y・Mag_Y＋Acc_Z・Mag_Z …（５）

以上のようにして求められる水平分力Mag_Horは、水平分力算出部４２から地磁気センサ信頼度算出部４８に送信される。

図４に戻り、地磁気センサ信頼度算出部４８は、水平分力期待値推定部４０から入力される期待値Mag_Hor_Exと、水平分力算出部４２から入力される実測値Mag_Horから地磁気センサの信頼度Mag_Hor_Relを算出して出力する。具体的には、地磁気センサ信頼度算出部４８は、地磁気センサの信頼度Mag_Hor_Relを、次式（６）、（７）から算出する。
(i)Mag_Hor_Ex＞Mag_Horの場合
Mag_Hor_Rel＝（Mag_Hor_Ex−Mag_Hor）^-1 …（６）
(ii)Mag_Hor_Ex≦Mag_Horの場合
Mag_Hor_Rel＝Mag_Hor_Rel_Max …（７）

なお、Mag_Hor_Rel_Maxは、Mag_Hor_Relがとりうる最大値を意味するものとする。上式（６）、（７）によれば、期待値Mag_Hor_Exよりも実測値Mag_Horが小さく、かつ、両者の差が大きい場合ほど、信頼度Mag_Hor_Relの値は、小さくなる。

このようにして、信頼度Mag_Hor_Relが算出された後は、地磁気センサ信頼度算出部４８は、選択部５０に対して信頼度Mag_Hor_Relを出力する。

選択部５０は、図１１に示す処理を実行する。具体的には、選択部５０は、図１１のステップＳ４０において、信頼度Mag_Hor_Relが入力されたか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、ステップＳ４２に移行し、選択部５０は、信頼度Mag_Hor_Relが、あらかじめ定めた閾値Rel_THよりも大きいか否かを判断する。ここで、信頼度Mag_Hor_Relの値が小さければ小さいほど、信頼性が低く、信頼度Mag_Hor_Relの値が大きいほど信頼度が高いことを意味する。したがって、ステップＳ４２の判断が肯定される場合とは、地磁気センサ１４の信頼度が高いことを意味し、ステップＳ４２の判断が否定される場合とは、地磁気センサ１４の信頼度が低いことを意味する。ステップＳ４２の判断が肯定された場合には、ステップＳ４４に移行し、ステップＳ４２の判断が否定された場合には、ステップＳ４６に移行する。

ステップＳ４４に移行した場合には、選択部５０は、後述する第１方位算出部４４から入力された方位（Dir_Mag）を推定方位（Dir）として出力する。一方、ステップＳ４６に移行した場合には、選択部５０は、後述する第２方位算出部４６から入力された方位（Dir_Gyro）を推定方位（Dir）として出力する。

次に、第１方位算出部４４及び第２方位算出部４６による方位算出方法について説明する。図１２（ａ）は、第１方位算出部４４による方位算出処理を示すフローチャートであり、図１２（ｂ）は、第２方位算出部４６による方位算出処理を示すフローチャートである。

第１方位算出部４４では、図１２（ａ）のステップＳ５０において、地磁気センサ１４から情報（Mag）が入力され、加速度センサから情報（Acc）が入力されたか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、第１方位算出部４４は、ステップＳ５２に移行する。

ステップＳ５２では、第１方位算出部４４が、地磁気の水平成分Mag_Horの大きさ（ノルム）である||Mag_Hor||を、次式（８）に基づいて算出する。
||Mag_Hor||＝||Mag||sinΘ …（８）

なお、角Θは、前述したように、図５に示す地磁気ベクトルと鉛直方向とが成す角である。

次いで、図１２（ａ）のステップＳ５４では、第１方位算出部４４が、可搬型携帯端末１００の姿勢（φ（ピッチ），η（ロール））を算出する。ここで、ピッチφは、Ｘ軸回りの回転角を意味し、ロールηはＹ軸回りの回転角を意味する。また、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、ベクトルAcc（Acc_X，Acc_Y，Acc_Z）を表すと、ｔａｎ（＋η）、ｔａｎ（−φ）は、次式（９）、（１０）にて表すことができる。
ｔａｎ（＋η）＝Acc_X／Acc_Z …（９）
ｔａｎ（−φ）＝Acc_Y／Acc_Z …（１０）

したがって、ロールηと、ピッチφは、次式（１１）、（１２）から算出することができる。
η＝ｔａｎ^-1（Acc_X／Acc_Z） …（１１）
φ＝−ｔａｎ^-1（Acc_Y／Acc_Z） …（１２）

次いで、図１２（ａ）のステップＳ５６では、第１方位算出部４４が、端末の姿勢（θ（ヨー））を算出する。ここで、θ（ヨー）は、Ｚ軸回りの回転を意味し、このθが、端末のＹ軸（基準軸）が向いている方位となる。なお、θを求めるためには、各センサのＸＹ平面を、水平面と一致させる必要がある。すなわち、ηとφの傾きを補正する必要がある。この場合、当該ＸＹ平面と水平面を一致させた場合の地磁気の強さを（Mag_X'，Mag_Y'，Mag_Z'）とすると、次式（１３）、（１４）の関係が成り立つ。

このとき、磁北とMag_X'，Mag_Y'との関係は図１３（ｃ）のようになる。したがって、次式（１５），（１６）の関係が成り立つ。
||Mag_Hor||ｃｏｓ（θ−２７０）＝Mag_X' …（１５）
||Mag_Hor||ｓｉｎ（θ−２７０）＝Mag_Y' …（１６）

以上より、第１方位算出部４４は、上式（１３）、（１４）からMag_X'，Mag_Y'を求め、これを上式（１５），（１６）に代入して解くことで、θを求める。このようにして得られるθを、第１方位算出部４４は、端末の方位（Dir_Mag）として、選択部５０に出力する。なお、選択部５０が、出力する推定方位（Dir）としてDir_Magを選択した場合には、選択部５０からは、第１方位算出部４４で算出された角度θが移動軌跡算出部２４に出力されることになる。

次に、図１２（ｂ）のフローチャートに沿って、第２方位算出部４６の処理について説明する。図１２（ｂ）のステップＳ６０では、第２方位算出部４６が、情報Gyro及び情報Accが入力されたか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、第２方位算出部４６は、ステップＳ６２に移行する。ステップＳ６２では、第２方位算出部４６は、前述した第１方位算出部４４と同様の式を用いて（Magの成分をGyroの成分に置き換えて）θを求める。そして、第２方位算出部４６は、θを用いて、角速度センサ１８のＸＹ平面と水平面を一致させた場合の角速度（Gyro_X'，Gyro_Y'，Gyro_Z'）のうち、成分Gyro_Z'を求める。ここで、Gyro_Z'は、鉛直軸回りの角速度を意味する。

次いで、ステップＳ６４では、第２方位算出部４６が、Gyro_Z'を時間Ｔ０からＴ１まで積分して相対方位Δθを求める。具体的には、第２方位算出部４６は、次式（１７）により、Δθを求める。

次いで、ステップＳ６６では、第２方位算出部４６は、Δθを、端末の方位（Dir_Gyro）として、選択部５０に出力する。なお、選択部５０が、出力する推定方位（Dir）としてDir_Gyroを選択した場合には、選択部５０からは、第２方位算出部４６で算出された方位Δθが移動軌跡算出部２４に出力されることになる。

図４に戻り、移動軌跡算出部２４は、選択部５０から入力された推定方位Dirを用いて、端末本体６０、すなわち可搬型携帯端末１００の移動軌跡を算出する。ここでは、例えば、移動軌跡算出部２４は、ユーザが直線移動している間の距離Ｈを、加速度センサ１６から得られるユーザの歩数Ｃと予め定められているユーザの歩幅ｗとから算出（Ｈ＝Ｃ×ｗ）し、その距離Ｈと、推定方位Dirとを用いて移動軌跡を算出する。そして、表示制御部２６は、移動軌跡算出部２４にて算出された移動軌跡を表示部３０上に表示する。

以上、説明したように、本第１の実施形態によると、水平分力期待値推定部４０が、可搬型携帯端末１００の位置情報(Pos)に対応する、地磁気の水平分力の大きさの期待値（Mag_Hor_Ex）を取得し（ステップＳ２４）、選択部５０は、地磁気センサ１４において検出された地磁気の水平分力の大きさ（Mag_Hor）が、期待値から所定範囲内にあるか否かを判定し（ステップＳ４２）、その判定の結果、検出された水平分力の大きさが、所定範囲内にあると判定された場合に、地磁気センサ１４の検出結果を用いた推定方位（Dir_Mag）を出力する（ステップＳ４４）。このように、選択部５０は、地磁気センサ１４の水平分力の大きさに基づいて、信頼度が高いか否かを判断する。従って、大型の強磁性体による擾乱、人工的な磁界などの周辺環境による影響を受けても問題なく方位を推定できる程度に水平分力が大きい場合に、地磁気センサ１４の検出結果を用いた推定方位の出力を行うことかできる。これにより、高精度に方位推定を行うことが可能となる。

また、本第１の実施形態では、選択部５０は、地磁気センサ１４において検出された水平分力の大きさが、所定範囲内にない場合には、角速度センサ１８を用いて算出される方位（Dir_Gyro）を推定方位（Dir）とする（ステップＳ４６）。これにより、地磁気センサ１４の信頼度が低い場合に、推定方位（Dir）を、角速度センサ１８を用いて算出される方位で代替することができる。これにより、高精度な方位推定を連続的に行うことが可能となる。

なお、上記第１の実施形態では、選択部５０は、地磁気の水平分力が期待値よりも所定値以上小さい場合に、信頼度が低いと判断することとしたが、これに限られるものではない。すなわち、例えば、選択部５０は、地磁気の水平分力が期待値よりも所定値以上大きい場合にも、信頼度が低いと判断することとしても良い。期待値と比べて異常なほど大きい水平分力である場合には、装置が故障している可能性があるからである。この場合、期待値よりも小さい場合に用いる所定値と、期待値よりも大きい場合に用いる所定値は、異ならせてもよいし、同一であっても良い。

なお、上記第１の実施形態では、期待値を得るためのアドレスとして、ＧＰＳ測位部１２により測位された結果を用いることとしたが、これに限られるものではない。例えば、可搬型携帯端末１００が通信可能な、携帯電話の基地局（アクセスポイント）の位置に基づいて、可搬型携帯端末１００の凡その位置を取得し、その位置をアドレスとして、期待値を得ることとしても良い。なお、携帯電話の基地局に限らず、その他の位置情報計測装置により計測される可搬型携帯端末１００の位置情報に基づいて、期待値を得ることとしても良い。また、上記実施形態では、期待値のデータベースを、緯度、経度に基づいて細かく（１°ごと）作成した場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、地域ごと（関東や東海、東北、あるいは都道府県ごと）など、種々の範囲で、期待値を設定しておくこととしても良い。

≪第２の実施形態≫
以下、可搬型携帯端末の第２の実施形態について、図１４〜図１９に基づいて説明する。図１４には、第１の実施形態の図４に対応する図が示されている。この図１４に示すように、本第２の実施形態では、方位推定部２２の機能として、第３方位算出部４１と、角速度センサ信頼度算出部４７と、が追加されており、これらの追加に伴って、選択部５０などの処理が第１の実施形態から変更されている。以下においては、第１の実施形態と異なる点について詳細に説明し、第１の実施形態と同一又は同等な構成、処理についての説明は省略するものとする。

図１４の第３方位算出部４１は、ＧＰＳ測位部１２から入力される位置情報（Pos）から推定方位（Dir_GPS）を算出する。角速度センサ信頼度算出部４７は、角速度センサ１８から入力される情報（Gyro）から角速度センサの信頼度（Gyro_Rel）を算出する。ここで、第３方位算出部４１及び角速度センサ信頼度算出部４７の処理について、図１５，図１７のフローチャートに沿って説明する。

図１５は、第３方位算出部４１の処理を示すフローチャートである。第３方位算出部４１は、図１５のステップＳ１１０において、ＧＰＳ測位部１２で取得される位置情報Posを読み込む。次いで、ステップＳ１１２では、第３方位算出部４１が、Pos_0として、ステップＳ１１０で読み込んだPosを設定する（Pos_0＝Pos）。

次いで、ステップＳ１１４では、第３方位算出部４１が、再度、ＧＰＳ測位部１２にて取得されたPosを読み込む。次いで、ステップＳ１１６では、第３方位算出部４１が、Pos_1として、ステップＳ１１４で読み込んだPosを設定する（Pos_1＝Pos）。

次いで、ステップＳ１１８では、第３方位算出部４１が、Pos_1とPos_0とが一致しているか否かを判断する。ここでの判断が肯定された場合、すなわち、可搬型携帯端末１００がステップＳ１１０とステップＳ１１４との間に移動していない場合には、ステップＳ１１４に戻る。一方、ステップＳ１１８の判断が否定された場合、すなわち、可搬型携帯端末１００がステップＳ１１０とステップＳ１１４との間に移動していた場合には、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１２０では、第３方位算出部４１は、球面三角法を用いて、方位（Dir_GPS）を算出する。すなわち、ＧＰＳ測位部１２において取得される絶対位置の変化を、方位Dir_GPSとして算出する。その後は、ステップＳ１１０に戻る。

なお、上記においては、ステップＳ１２０の後にステップＳ１１０に戻る場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１６に示すように、ステップＳ１２０の後に、ステップＳ１２２に移行して、第３方位算出部４１が、Pos_1をPos_0に設定するのであれば、ステップＳ１２２の後に、ステップＳ１１４に戻るようにすれば良い。

次に、図１７に基づいて、角速度センサ信頼度算出部４７の処理について説明する。角速度センサ信頼度算出部４７は、図１７のステップＳ１３０において、タイマ（Ｔ）を０に設定する。

次いで、ステップＳ１３２では、角速度センサ信頼度算出部４７が、Ｔを１インクリメントする（Ｔ←Ｔ＋１）。次いで、ステップＳ１３４では、角速度センサ信頼度算出部４７が、角速度センサ１８において取得される情報（Gyro）を読み込む。次いで、ステップＳ１３６では、角速度センサ信頼度算出部４７が、Gyro[T]としてステップＳ１３４で読み込んだGyroを設定する。

次いで、ステップＳ１３８では、角速度センサ信頼度算出部４７が、ＴがＴendであるか否かを判断する。ここで、Ｔendとは、予め定められているタイマの計時終了時間を意味する。ここでの判断が否定された場合、すなわち、計時終了時間に至っていない場合には、ステップＳ１３２に戻る。ステップＳ１３２に戻った以降は、Ｔを１インクリメントしつつ、Gyroの読み込みを繰り返す。一方、ステップＳ１３８の判断が肯定された場合には、ステップＳ１４０に移行する。なお、ステップＳ１３８の判断が肯定された段階では、タイマが０からＴendに至るまでのGyroの時系列波形が取得されることになる。

ステップＳ１４０では、角速度センサ信頼度算出部４７が、Gyroの時系列波形にＨＰＦ（ハイパスフィルタ）をかける。すなわち、ＨＰＦをかけることで、周波数の高い歩行雑音程度の周波数成分（例えば１Ｈｚ以上）を取得する。

次いで、ステップＳ１４２では、角速度センサ信頼度算出部４７が、周波数の最大値Ｍを取得する。ここで、最大値Ｍが大きい場合、歩行雑音の影響が大きく、角速度センサ１８の信頼度は低いことを意味する。

次いで、ステップＳ１４４では、角速度センサ信頼度算出部４７が、角速度センサ１８の信頼度（Gyro_Rel）として、Ｍ^-1を設定する。このように、Ｍを−１乗することで、Ｍ^-1の値が大きいときに、信頼度（Gyro_Rel）が高く、Ｍ^-1の値が小さいときに、信頼度（Gyro_Rel）が低いことを意味するようになる。

次いで、ステップＳ１４６では、角速度センサ信頼度算出部４７が、信頼度Gyro_Relを選択部５０に対して出力する。その後は、ステップＳ１３０に戻り、角速度センサ信頼度算出部４７は、上述した処理を繰り返す。

次に、本第２の実施形態における選択部５０の処理について、図１８に基づいて説明する。選択部５０は、図１８のステップＳ１５０において、第１の実施形態と同様にして地磁気センサ信頼度算出部４８において算出される地磁気センサ１４の信頼度Mag_Hor_Relと、図１７で説明した角速度センサ１８の信頼度Gyro_Relと、を読み出す。

次いで、ステップＳ１５２では、選択部５０が、信頼度Mag_Hor_Relが閾値Ｍth以上であるか否かを判断する。ここでの判断が肯定された場合、すなわち、地磁気センサ１４の信頼度が高い場合には、ステップＳ１５４に移行して推定方位（Dir）として、第１方位算出部４４において算出された方位（Dir_Mag）を、移動軌跡算出部２４に対して出力する。なお、地磁気センサ１４の信頼度が高い場合に、選択部５０が第１方位算出部４４において算出された方位を出力する点については、第１の実施形態と同様である。

一方、ステップＳ１５２における判断が否定された場合、すなわち、地磁気センサ１４の信頼度が低い場合には、ステップＳ１５６に移行する。このステップＳ１５６では、選択部５０が、角速度センサ１８の信頼度Gyro_Relが、閾値Ｇth以上であるか否かを判断する。ここでの判断が否定された場合、すなわち、地磁気センサ１４と角速度センサ１８の信頼度が低い場合には、ステップＳ１５８に移行する。このステップＳ１５８では、選択部５０が、推定方位（Dir）として、第３方位算出部４１が算出した方位（Dir_GPS）を、移動軌跡算出部２４に対して出力する。

これに対し、ステップＳ１５６の判断が否定された場合には、ステップＳ１６０に移行し、選択部５０が、信頼度Mag_Rel、Gyro_Relを正規化する。すなわち、選択部５０は、信頼度Mag_Relと信頼度Gyro_Relとを比較できるような処理（換算処理）を施す。次いで、ステップＳ１６２では、選択部５０が、正規化後のMag_Relが、正規化後のGyro_Rel以上であるか否かを判断する。ここでの判断が肯定された場合には、選択部５０は、ステップＳ１５４に移行し、相対的に信頼性の高い第１方位算出部４４で算出された方位（Dir_Mag）を推定方位（Dir）として、移動軌跡算出部２４に対して出力する。一方、ステップＳ１６２の判断が否定された場合には、第２方位算出部４６により算出された方位（Dir_Gyro）を推定方位（Dir）として、移動軌跡算出部２４に対して出力する。

ステップＳ１５４，Ｓ１５８，Ｓ１６４を経た後は、選択部５０は、ステップＳ１５０に戻り、以降、上記と同様の処理を行う。

なお、本第２の実施形態では、移動軌跡算出部２４には、推定方位として、絶対方位（ステップＳ１５８，Ｓ１５４）と、相対方位（ステップＳ１６４）のいずれかが出力されることになる。したがって、選択部５０から推定方位を出力する際には、出力している推定方位が絶対位置であるか相対位置であるかを明確にするための情報を、移動軌跡算出部２４に対して出力することとしても良い。

以上、詳細に説明したように、本第２の実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果が得られる他、選択部５０が、地磁気センサ１４の信頼度と角速度センサ１８の信頼度の両方を判定し、いずれも信頼度が低い場合に、ＧＰＳ測位部１２の測位結果を用いて算出される方位（Dir_GPS）を、推定方位（Dir）として出力するので、地磁気センサ１４、角速度センサ１８、及びＧＰＳ測位部１２の三者を用いて、適切な方位推定を連続的に行うことが可能となる。

また、本第２の実施形態では、地磁気センサ１４の信頼度が低く、角速度センサ１８の信頼度が高い場合でも、一律に角速度センサ１８を用いた方位推定を行わず、両信頼度を正規化して比較した結果、正規化後の信頼度が高いほうのセンサを用いて算出される方位を推定方位とするので、この点からも、高精度な方位推定が実現可能である。

なお、上記第２の実施形態では、選択部５０の処理として、図１８のフローチャートに沿った処理を採用した場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１９のような処理を採用することとしても良い。図１９の処理は、ステップＳ１５２において判断が肯定された後（地磁気センサ１４の信頼度が高いと判定された後）に、ステップＳ１７０において、角速度センサ１８の信頼度が高いか否かの判定を行う。ステップＳ１７０の判断が否定された場合には、ステップＳ１５４に移行し、ステップＳ１７０の判断が肯定された場合には、ステップＳ１６０に移行する。このようにすることで、地磁気センサ１４と角速度センサ１８の信頼性がいずれも高い場合に、各センサ（正規化後）のうち信頼度が高いほうのセンサの計測結果を用いることとすることができる。これにより、より適切に、方位推定に用いるセンサの選択を行うことができる。

なお、上記各実施形態では、選択部５０にて選択されない側のセンサに対する電源供給をＯＦＦにする制御を行うこともできる。このように、推定方位の出力に用いられないセンサへの電源供給を行わないこととすることで、低消費電力化を図ることが可能となる。また、従来技術であれば、地磁気センサが検出した地磁気の伏角が異常であった場合に、信頼性が低いとの判定がなされる。従って、方位に関する変化を捉えたい場合には、地磁気センサ以外のセンサを稼動させる必要が出てくるであろう。しかし、上記各実施形態であれば、伏角が異常であっても水平分力が期待値の所定範囲内の値として検出できれば地磁気センサを利用できる。地磁気センサは、角速度センサと比較して消費電力が少ない。従って、上記各実施形態であれば、地磁気センサを利用できる機会を多くでき、可搬型携帯端末の低消費電力化に寄与できる。

なお、本実施形態における制御部２０の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、制御部２０が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。

プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）などの可搬型記録媒体の形態で販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。

プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１２ＧＰＳ測位部（位置情報取得部）
１４地磁気センサ（地磁気検出部）
１６角速度センサ（角速度検出部）
４０水平分力期待値推定部（標準値取得部）
５０選択部（判定部、出力部）
６０端末本体

Claims

端末本体と、
前記端末本体に設けられ、地磁気を検出する地磁気検出部と、
前記端末本体に設けられ、当該端末本体の角速度を検出する角速度検出部と、
前記端末本体に設けられ、当該端末本体の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部が取得した位置情報に対応する、前記地磁気の水平分力の大きさの標準値を取得する標準値取得部と、
前記地磁気検出部において検出された前記地磁気の水平分力の大きさが、前記標準値取得部により取得された標準値から所定範囲内にあるか否かを判定する判定部と、
前記地磁気検出部の検出結果から算出される方位と、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位の一方を選択し、前記端末本体の推定方位として出力する出力部と、を備え、
前記出力部は、前記判定部による判定の結果、前記検出された水平分力の大きさが、前記所定範囲内にあると判定された場合に、前記地磁気検出部の検出結果から算出される方位を選択し、前記検出された水平分力の大きさが前記所定範囲内にないと判定された場合、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位を選択することを特徴とする可搬型携帯端末。
前記判定部は、前記検出された水平分力の大きさが前記所定範囲内にないと判定した場合に、前記角速度検出部による検出結果の信頼度が所定値以上であるか否かを更に判定し、
前記出力部は、
前記判定部による判定の結果、前記信頼度が所定値よりも小さかった場合には、前記位置情報取得部の検出結果から算出される方位を、前記推定方位として出力し、
前記信頼度が所定値よりも大きかった場合には、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位を、前記推定方位として出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の可搬型携帯端末。
前記所定範囲は、前記地磁気の水平分力の大きさの標準値から一定値を差し引いた値以上の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の可搬型携帯端末。
地磁気を検出する地磁気検出部と、角速度を検出する角速度検出部と、位置情報を取得する位置情報取得部と、を備える可搬型携帯端末における方位推定プログラムであって、
コンピュータを、
前記位置情報取得部が取得した位置情報に対応する、前記地磁気の水平分力の大きさの標準値を取得する標準値取得部、
前記地磁気検出部において検出された前記地磁気の水平分力の大きさが、前記標準値取得部により取得された標準値から所定範囲内にあるか否かを判定する判定部、及び
前記地磁気検出部の検出結果から算出される方位と、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位の一方を選択し、端末本体の推定方位として出力する出力部、
として機能させ、
前記出力部は、前記判定部による判定の結果、前記検出された水平分力の大きさが、前記所定範囲内にあると判定された場合に、前記地磁気検出部の検出結果から算出される方位を選択し、前記検出された水平分力の大きさが前記所定範囲内にないと判定された場合、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位を選択することを特徴とする方位推定プログラム。
前記判定部は、前記検出された水平分力の大きさが前記所定範囲内にないと判定した場合に、前記角速度検出部による検出結果の信頼度が所定値以上であるか否かを更に判定し、
前記出力部は、
前記判定部による判定の結果、前記信頼度が所定値よりも小さかった場合には、前記位置情報取得部の検出結果から算出される方位を、前記推定方位として出力し、
前記信頼度が所定値よりも大きかった場合には、前記角速度検出部の検出結果から算出される方位を、前記推定方位として出力する、
ことを特徴とする請求項４に記載の方位推定プログラム。