JP6019585B2 - Terminal device - Google Patents

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Description

本発明は、端末装置に関する。 The present invention relates to an end terminal device.

近年、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)端末、PND(Portable Navigation Device)等の携帯機器や、自動車等の移動体に搭載され、地磁気を検出する3次元磁気センサが開発されている。一般に、3次元磁気センサは、磁界のベクトルを互いに直交する3方向の成分に分解してスカラー量として検知するための3つの磁気センサモジュールを備え、3つの磁気センサモジュールが各々出力するスカラー量を3つの成分とする3次元のベクトルデータを出力する。   In recent years, a three-dimensional magnetic sensor that is mounted on a mobile device such as a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant) terminal, a PND (Portable Navigation Device), or a mobile body such as an automobile and detects geomagnetism has been developed. In general, a three-dimensional magnetic sensor includes three magnetic sensor modules for decomposing magnetic field vectors into three orthogonal components and detecting them as scalar quantities. The three magnetic sensor modules each output a scalar quantity. Outputs three-dimensional vector data as three components.

3次元磁気センサが搭載される携帯電話等の端末装置は、着磁性を有する各種金属や、電気回路等、磁界を発生させる部品が備えられることが多い。この場合、3次元磁気センサが出力するベクトルデータは、地磁気を表すベクトルの他に、端末装置に搭載された部品が発する磁界等を表すベクトルも含む値となる。従って、地磁気の向きを正確に得るためには、3次元磁気センサが出力するベクトルデータから、端末装置の部品が発する内部磁界を表すベクトルを取り除く補正処理が必要となる。このように、検出対象である地磁気の正確な値を得るために、補正処理において、3次元磁気センサから出力されるデータから取り除かれる成分をオフセットと呼ぶ。   A terminal device such as a mobile phone on which a three-dimensional magnetic sensor is mounted is often provided with various components having magnetic properties, such as various metals having magnetism, and an electric circuit. In this case, the vector data output from the three-dimensional magnetic sensor is a value including a vector representing a magnetic field generated by a component mounted on the terminal device in addition to a vector representing geomagnetism. Therefore, in order to accurately obtain the direction of geomagnetism, a correction process for removing the vector representing the internal magnetic field generated by the components of the terminal device from the vector data output from the three-dimensional magnetic sensor is required. Thus, in order to obtain an accurate value of the geomagnetism that is the detection target, a component that is removed from the data output from the three-dimensional magnetic sensor in the correction process is referred to as an offset.

内部磁界は、端末装置の部品が発する磁界であり、端末装置に対して一定の方向を向き、一定の大きさを有する。内部磁界は、端末装置に搭載された3次元磁気センサから見た場合には、端末装置をどのような姿勢に変化させた場合であっても、一定の方向と一定の大きさを有するベクトルとして表される。
一方、地磁気は、磁極北に向かう水平成分と伏角方向の鉛直成分とを有する磁界であり、地面に対して一定の方向と一定の大きさとを有する一様な磁界である。従って、地面に対して端末装置の姿勢を変化させる場合には、端末装置から見た地磁気の方向も変化することになる。すなわち、端末装置に搭載された3次元磁気センサから見た場合、地磁気は、端末装置の姿勢の変化に伴い向きを変化させる一定の大きさのベクトルとして表される。
3次元磁気センサを上下左右方向に回転させて3次元的に大きく姿勢変化させつつ複数の磁気データを取得した場合、3次元磁気センサが順次出力する複数のベクトルデータの示す複数の座標は、内部磁界を表すベクトルの示す座標を中心点とし、地磁気を表すベクトルの大きさを半径とする球面近傍に分布する。
The internal magnetic field is a magnetic field generated by a component of the terminal device, and is directed in a certain direction with respect to the terminal device and has a certain magnitude. When viewed from the three-dimensional magnetic sensor mounted on the terminal device, the internal magnetic field is a vector having a certain direction and a certain magnitude, regardless of the posture of the terminal device. expressed.
On the other hand, the geomagnetism is a magnetic field having a horizontal component toward the north of the magnetic pole and a vertical component in the dip direction, and is a uniform magnetic field having a certain direction and a certain magnitude with respect to the ground. Therefore, when changing the attitude of the terminal device with respect to the ground, the direction of geomagnetism viewed from the terminal device also changes. That is, when viewed from a three-dimensional magnetic sensor mounted on the terminal device, the geomagnetism is expressed as a vector having a certain magnitude that changes its direction with a change in the attitude of the terminal device.
When a plurality of magnetic data is acquired while rotating the three-dimensional magnetic sensor in the vertical and horizontal directions to greatly change the posture three-dimensionally, a plurality of coordinates indicated by a plurality of vector data sequentially output by the three-dimensional magnetic sensor are Distributed around a spherical surface with the coordinates of the vector representing the magnetic field as the center point and the magnitude of the vector representing the geomagnetism as the radius.

特許文献1には、このような地磁気及び内部磁界の性質を利用することで、3次元磁気センサの姿勢を変化させつつ取得した複数の磁気データに基づいて、内部磁界を表す一定の向き及び大きさを有するベクトルを算出し、この内部磁界を表すベクトルをオフセットとして出力データから取り除く補正処理を行うことで、正確な地磁気の向きを算出する方法が開示されている。   In Patent Document 1, by utilizing such properties of the geomagnetism and the internal magnetic field, based on a plurality of magnetic data acquired while changing the attitude of the three-dimensional magnetic sensor, a certain direction and magnitude representing the internal magnetic field are disclosed. There is disclosed a method for calculating an accurate geomagnetic direction by calculating a vector having a thickness and performing a correction process for removing the vector representing the internal magnetic field from the output data as an offset.

ところで、3次元磁気センサが搭載された端末装置の部品が、軟磁性材料を有する場合、3次元磁気センサから順次出力されるベクトルデータの示す複数の座標は、軟磁性材料が磁化される結果として発する磁界の影響により、球面近傍には分布せず、楕円面近傍に分布する。すなわち、軟磁性材料が発する磁界の影響が無ければ、球面近傍に分布するはずの複数の座標は、軟磁性材料が発する磁界の影響により、楕円面の主軸方向に伸縮するように移動する結果、球面と同一の中心点を有する楕円面近傍に分布することになる。このように、軟磁性材料が磁化される結果として発する磁界の影響により、3次元磁気センサから順次出力されるベクトルデータの示す複数の座標が楕円面近傍に分布する現象は、ソフトアイアン効果と呼ばれている。
ソフトアイアン効果が生じている場合、楕円面近傍に存在する座標に基づいて、地磁気の正確な向きを算出することはできない。地磁気の正確な向きを算出するためには、楕円面上の座標を、球面上の座標へと移動させる座標変換、すなわち、楕円面の中心点を起点として楕円面の主軸方向に伸縮するように移動させる座標変換を行う必要がある。このような、楕円面上の座標を球面上の座標へ変換する処理を、楕円補正と呼ぶ。楕円補正を行うことで算出される座標変換後の座標から、球面の中心点の示す座標を減算することにより、地磁気の向きを算出することができる。
By the way, when the component of the terminal device on which the three-dimensional magnetic sensor is mounted has a soft magnetic material, a plurality of coordinates indicated by vector data sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor are obtained as a result of the soft magnetic material being magnetized. Due to the influence of the generated magnetic field, it is not distributed near the spherical surface but distributed near the elliptical surface. That is, if there is no influence of the magnetic field generated by the soft magnetic material, the plurality of coordinates that should be distributed in the vicinity of the spherical surface move so as to expand and contract in the principal axis direction of the ellipsoid due to the influence of the magnetic field generated by the soft magnetic material. It is distributed in the vicinity of an ellipsoid having the same center point as the spherical surface. In this way, a phenomenon in which a plurality of coordinates indicated by vector data sequentially output from a three-dimensional magnetic sensor due to the influence of a magnetic field generated as a result of magnetizing a soft magnetic material is distributed near the ellipsoid is called a soft iron effect. It is.
When the soft iron effect is generated, it is not possible to calculate the correct direction of geomagnetism based on the coordinates existing in the vicinity of the ellipsoid. In order to calculate the correct orientation of the geomagnetism, coordinate transformation to move the coordinates on the ellipsoid to coordinates on the sphere, that is, to expand and contract in the principal axis direction of the ellipsoid starting from the center point of the ellipsoid It is necessary to perform coordinate transformation to move. Such a process of converting the coordinates on the ellipsoid into coordinates on the sphere is called ellipse correction. The direction of geomagnetism can be calculated by subtracting the coordinate indicated by the center point of the spherical surface from the coordinate after coordinate conversion calculated by performing ellipse correction.

非特許文献1及び非特許文献2には、ソフトアイアン効果が生じている場合に、3次元磁気センサから出力されるベクトルデータの示す楕円面上の座標を、球面上の座標に座標変換を行うための、座標変換行列を算出する方法が開示されている。   In Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, when the soft iron effect occurs, the coordinates on the ellipsoid indicated by the vector data output from the three-dimensional magnetic sensor are converted into coordinates on the sphere. Therefore, a method for calculating a coordinate transformation matrix is disclosed.

特開2007−240270号公報JP 2007-240270 A

J. F. Vasconcelos, G. Elkaim, C. Silvestre, P. Oliveira, and B. Cardeira, “A Geometric Approach to Strapdown Magnetometer Calibration in Sensor Frame”, in IFAC Workshop on Navigation, Guidance and Control of Underwater Vehicles, Killaloe, Ireland, April 2008JF Vasconcelos, G. Elkaim, C. Silvestre, P. Oliveira, and B. Cardeira, “A Geometric Approach to Strapdown Magnetometer Calibration in Sensor Frame”, in IFAC Workshop on Navigation, Guidance and Control of Underwater Vehicles, Killaloe, Ireland, April 2008 C. C. Foster and G. H. Elkaim, “Extension of a Two-Step Calibration Methodology to Include Nonorthogonal Sensor Axes”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 44, No. 3, July 2008C. C. Foster and G. H. Elkaim, “Extension of a Two-Step Calibration Methodology to Include Nonorthogonal Sensor Axes”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 44, No. 3, July 2008

しかし、正確なオフセットの値を算出するための演算は計算量が多い。また、楕円補正を行うための座標変換行列を算出するための演算も計算量が多い。従って、端末装置がこれらの演算を行う場合、当該端末装置は、大容量のメモリと高性能のCPUとを備えることが必要となる。また、端末装置がこれらの演算を行う場合、多くの電力が消費されるため、当該端末装置が、バッテリーで給電される携帯機器の場合、当該端末装置の長時間使用が困難になるという課題が存在した。   However, the calculation for calculating an accurate offset value has a large amount of calculation. In addition, the calculation for calculating the coordinate transformation matrix for performing ellipse correction is also computationally intensive. Therefore, when the terminal device performs these calculations, the terminal device needs to include a large-capacity memory and a high-performance CPU. Further, when the terminal device performs these calculations, a large amount of power is consumed. Therefore, when the terminal device is a portable device powered by a battery, there is a problem that it is difficult to use the terminal device for a long time. Were present.

本発明は、上述した事情を鑑み、地磁気の向きを算出する際の端末装置における処理負荷を小さく抑えつつ、正確な地磁気の向きを算出することを解決課題とする。   In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to calculate an accurate geomagnetism direction while suppressing a processing load on a terminal device when calculating the geomagnetism direction.

上述した課題を解決するため、本発明に係る端末装置は、サーバ装置と通信を行う端末装置であって、3方向の磁気成分をそれぞれ検出し、検出値を3軸の座標系において表現されるベクトルデータである磁気データとして順次出力する3次元磁気センサと、前記3次元磁気センサから順次出力される前記磁気データを蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記磁気データが第1規定数蓄積されたときに、前記第1規定数の前記磁気データを前記サーバ装置に送信し、前記サーバ装置が前記第1規定数の前記磁気データに基づいて算出した、前記磁気データを較正するためのベクトルであるオフセットを受信する端末側送受信部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a terminal device according to the present invention is a terminal device that communicates with a server device, detects magnetic components in three directions, and expresses detected values in a three-axis coordinate system. A three-dimensional magnetic sensor that sequentially outputs as magnetic data that is vector data, a storage unit that stores the magnetic data sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor, and a first prescribed number of the magnetic data is stored in the storage unit A vector for calibrating the magnetic data, which is calculated based on the first prescribed number of the magnetic data, the first prescribed number of the magnetic data being transmitted to the server device. And a terminal-side transmitting / receiving unit that receives an offset .

この発明に係る端末装置は、サーバ装置が算出したオフセットを用いて地磁気の向きを算出することが可能であるため、端末装置における処理負荷を小さく抑えることが可能となる。従って、大容量のメモリや高性能のCPU等を備えない簡易な端末装置であっても、正確な地磁気の向きを算出することが可能となる。  Since the terminal device according to the present invention can calculate the direction of geomagnetism using the offset calculated by the server device, the processing load on the terminal device can be kept small. Therefore, even a simple terminal device that does not include a large-capacity memory or a high-performance CPU can calculate an accurate geomagnetic direction.

また、上述した端末装置、前記蓄積部に前記磁気データが、前記第1規定数よりも少ない第2規定数蓄積されたときに、前記座標系において前記第2規定数の前記磁気データの各々が示す座標により定められる球面の中心点である近似中心点の座標を算出する近似中心点算出部、を備え、前記オフセットの示す座標と前記近似中心点の座標との距離が所定の閾値よりも大きい場合、前記近似中心点の座標を示すベクトルによって前記オフセットを更新する、ことを特徴とする、ことが好ましい。 In the terminal device described above , each of the second specified number of magnetic data in the coordinate system is stored in the storage unit when the second specified number less than the first specified number is stored in the storage unit. An approximate center point calculation unit that calculates the coordinates of the approximate center point that is the center point of the spherical surface determined by the coordinates indicated by In the case of being larger , it is preferable that the offset is updated with a vector indicating the coordinates of the approximate center point .

端末装置の部品の着磁状況が変化した場合、内部磁界の向き及び大きさが変化することがある。この場合、補正処理に用いるオフセットを、変化後の内部磁界の向き及び大きさを表すように更新しなければ、正確な地磁気の向きを算出することはできない。オフセットが、内部磁界が変化する前に3次元磁気センサから出力された磁気データに基づいて算出された場合、オフセットの示す座標と内部磁界の示す座標とが乖離するからである。  When the magnetization state of the components of the terminal device changes, the direction and magnitude of the internal magnetic field may change. In this case, the accurate geomagnetic direction cannot be calculated unless the offset used for the correction process is updated so as to represent the direction and magnitude of the internal magnetic field after the change. This is because when the offset is calculated based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor before the internal magnetic field changes, the coordinate indicated by the offset and the coordinate indicated by the internal magnetic field are different.
内部磁界が変化した後に3次元磁気センサから出力された磁気データに基づいて算出される近似中心点の座標は、内部磁界の向き及び大きさを表す。そして、サーバ装置が、内部磁界が変化する前に3次元磁気センサから出力された磁気データに基づいてオフセットを算出した場合、内部磁界が変化した後に3次元磁気センサから出力された磁気データに基づいて算出される近似中心点の座標と、オフセットの示す座標とは、乖離する。従って、オフセットの示す座標と、近似中心点の座標との距離が所定の閾値以下であるか否かを判定することで、内部磁界の変化の有無を判定することができる。  The coordinates of the approximate center point calculated based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor after the internal magnetic field changes represent the direction and magnitude of the internal magnetic field. When the server device calculates the offset based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor before the internal magnetic field changes, the server device is based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor after the internal magnetic field changes. The coordinates of the approximate center point calculated in this way and the coordinates indicated by the offset are different. Therefore, by determining whether or not the distance between the coordinates indicated by the offset and the coordinates of the approximate center point is equal to or less than a predetermined threshold, it is possible to determine whether or not the internal magnetic field has changed.
この態様に係る端末装置は、第2規定数の磁気データが蓄積部に蓄積されたときに、当該第2規定数の磁気データに基づいて近似中心点を算出する。そして、オフセットの示す座標と近似中心点の座標との距離が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。さらに、内部磁界が変化したと判定された場合には、変化後の内部磁界を表す近似中心点によりオフセットを更新する。すなわち、この態様に係る端末装置は、オフセットの示す座標と内部磁界の示す座標とが乖離した状態の継続を防止することができ、常に正確な地磁気の向きを算出することができる。  The terminal device according to this aspect calculates the approximate center point based on the second specified number of magnetic data when the second specified number of magnetic data is stored in the storage unit. Then, it is determined whether or not the distance between the coordinates indicated by the offset and the coordinates of the approximate center point is greater than a predetermined threshold. Furthermore, when it is determined that the internal magnetic field has changed, the offset is updated with the approximate center point representing the internal magnetic field after the change. That is, the terminal device according to this aspect can prevent the continuation of the state where the coordinates indicated by the offset deviate from the coordinates indicated by the internal magnetic field, and can always calculate an accurate geomagnetic direction.

また、上述した端末装置は、前記蓄積部に前記磁気データが、前記第1規定数よりも少ない第2規定数蓄積されたときに、前記座標系において前記第2規定数の前記磁気データの各々が示す座標により定められる球面の中心点である近似中心点の座標を算出する近似中心点算出部、を備え、前記蓄積部は、前記オフセットの示す座標と前記近似中心点の座標との距離が所定の閾値よりも大きい場合、前記第1規定数の前記磁気データの蓄積を開始する、ことを特徴とすることが好ましい。 In the terminal device described above , each of the second specified number of magnetic data in the coordinate system is stored in the storage unit when the second specified number less than the first specified number is stored in the storage unit. An approximate center point calculation unit that calculates coordinates of an approximate center point that is a center point of a spherical surface defined by the coordinates indicated by It is preferable that accumulation of the first prescribed number of the magnetic data is started when larger than a predetermined threshold value .

端末装置の部品の着磁状況が変化した場合、内部磁界の向き及び大きさが変化することがある。この場合、補正処理に用いるオフセットを、変化後の内部磁界の向き及び大きさを表すように更新しなければ、正確な地磁気の向きを算出することはできない。オフセットが、内部磁界が変化する前に3次元磁気センサから出力された磁気データに基づいて算出された場合、オフセットの示す座標と内部磁界の示す座標とが乖離するからである。  When the magnetization state of the components of the terminal device changes, the direction and magnitude of the internal magnetic field may change. In this case, the accurate geomagnetic direction cannot be calculated unless the offset used for the correction process is updated so as to represent the direction and magnitude of the internal magnetic field after the change. This is because when the offset is calculated based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor before the internal magnetic field changes, the coordinate indicated by the offset and the coordinate indicated by the internal magnetic field are different.
内部磁界が変化した後に3次元磁気センサから出力された磁気データに基づいて算出される近似中心点の座標は、内部磁界の向き及び大きさを表す。そして、サーバ装置が、内部磁界が変化する前に3次元磁気センサから出力された磁気データに基づいてオフセットを算出した場合、内部磁界が変化した後に3次元磁気センサから出力された磁気データに基づいて算出される近似中心点の座標と、オフセットの示す座標とは、乖離する。従って、オフセットの示す座標と、近似中心点の座標との距離が所定の閾値以下であるか否かを判定することで、内部磁界の変化の有無を判定することができる。  The coordinates of the approximate center point calculated based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor after the internal magnetic field changes represent the direction and magnitude of the internal magnetic field. When the server device calculates the offset based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor before the internal magnetic field changes, the server device is based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor after the internal magnetic field changes. The coordinates of the approximate center point calculated in this way and the coordinates indicated by the offset are different. Therefore, by determining whether or not the distance between the coordinates indicated by the offset and the coordinates of the approximate center point is equal to or less than a predetermined threshold, it is possible to determine whether or not the internal magnetic field has changed.
この態様に係る端末装置は、第2規定数の磁気データが蓄積部に蓄積されたときに、当該第2規定数の磁気データに基づいて近似中心点を算出する。そして、オフセットの示す座標と近似中心点の座標との距離が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。そして、距離が所定の閾値よりも大きい場合、内部磁界が変化した後に第1規定数の磁気データの蓄積を開始し、内部磁界が変化した後のオフセットをサーバ装置から取得できる。すなわち、この態様に係る端末装置は、オフセットの示す座標と内部磁界の示す座標とが乖離した状態の継続を防止することができ、常に正確な地磁気の向きを算出することができる。  The terminal device according to this aspect calculates the approximate center point based on the second specified number of magnetic data when the second specified number of magnetic data is stored in the storage unit. Then, it is determined whether or not the distance between the coordinates indicated by the offset and the coordinates of the approximate center point is greater than a predetermined threshold. When the distance is larger than the predetermined threshold, accumulation of the first specified number of magnetic data is started after the internal magnetic field is changed, and the offset after the change of the internal magnetic field can be acquired from the server device. That is, the terminal device according to this aspect can prevent the continuation of the state where the coordinates indicated by the offset deviate from the coordinates indicated by the internal magnetic field, and can always calculate an accurate geomagnetic direction.

また、上述した端末装置において、上述した端末装置と通信を行う前記サーバ装置は、前記端末装置から前記第1規定数の前記磁気データが供給されたとき、前記座標系において前記第1規定数の前記磁気データの各々が示す座標を近傍に有するように定められた最適楕円面の中心点の座標と、前記最適楕円面上の座標を前記最適楕円面の中心点を中心とする球面上の座標へと座標変換する最適楕円面補正行列とを算出する楕円面補正部と、前記最適楕円面の中心点を応答中心点として採用するとともに、前記最適楕円面補正行列を応答補正行列として採用し、前記応答中心点と前記応答補正行列とからなる応答情報を生成するデータ制御部と、前記応答情報を前記端末装置に送信するサーバ側送受信部と、を備え、前記端末側送受信部は、前記サーバ側送受信部が送信した前記応答情報を受信する、ことを特徴とすることが好ましい。 In the terminal device described above, the server device that communicates with the terminal device described above may receive the first specified number of magnetic data in the coordinate system when the first specified number of magnetic data is supplied from the terminal device. The coordinates of the center point of the optimum ellipsoidal surface determined so as to have the coordinates indicated by each of the magnetic data, and the coordinates on the sphere centered on the center point of the optimum ellipsoidal surface as the coordinates on the optimum ellipsoidal surface An elliptical surface correction unit that calculates an optimal elliptical surface correction matrix for coordinate transformation to, and adopting the central point of the optimal elliptical surface as a response center point, adopting the optimal elliptical surface correction matrix as a response correction matrix, A data control unit that generates response information including the response center point and the response correction matrix; and a server-side transmission / reception unit that transmits the response information to the terminal device. Serial server side transceiver receives the response information transmitted, it is preferably characterized by.

ソフトアイアン効果が生じている場合、複数の磁気データの示す座標は、楕円面近傍に分布するため、地磁気の向きを算出するためには、楕円面近傍に分布する座標を、当該楕円面と同一の中心点を有する球面近傍に分布する座標へと変換する座標変換(つまり、楕円補正)を行う必要がある。このような座標変換を行うための行列を算出するためには、複数の磁気データを近傍に有し、複数の磁気データの分布形状を正確に表現する楕円面の形状を特定することが必要となる。しかしこのような楕円面の形状を特定する演算は、計算量が多い。  When the soft iron effect has occurred, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data are distributed in the vicinity of the ellipsoid. Therefore, in order to calculate the direction of the geomagnetism, the coordinates distributed in the vicinity of the ellipse are the same as the ellipse. It is necessary to perform coordinate transformation (that is, ellipse correction) for transformation into coordinates distributed in the vicinity of a spherical surface having the center point. In order to calculate a matrix for performing such coordinate transformation, it is necessary to specify the shape of an ellipsoid having a plurality of magnetic data in the vicinity and accurately expressing the distribution shape of the plurality of magnetic data. Become. However, such an operation for specifying the shape of the ellipsoid has a large amount of calculation.
この態様によれば、複数の磁気データの分布形状を正確に表現する最適楕円面の形状を特定し、最適楕円面の中心点である最適中心点と、最適楕円面上の座標から最適中心点を中心とする球面上の座標への座標変換を表す最適楕円面補正行列とを、サーバ装置において算出する。そして、最適中心点の座標及び最適楕円面補正行列を、端末装置に送信する。従って、端末装置が、大容量のメモリや高性能のCPU等を備えない簡易な機器である場合であっても、当該端末装置が検出した磁気データに基づいて、正確な地磁気の向きを算出することが可能となる。  According to this aspect, the optimal ellipsoid shape that accurately represents the distribution shape of a plurality of magnetic data is specified, and the optimal central point that is the central point of the optimal ellipsoid and the coordinates on the optimal ellipsoid are determined. The server apparatus calculates an optimal ellipsoidal correction matrix that represents coordinate transformation to coordinates on a spherical surface centered at. Then, the coordinates of the optimum center point and the optimum ellipsoid correction matrix are transmitted to the terminal device. Therefore, even when the terminal device is a simple device that does not include a large-capacity memory or a high-performance CPU, the accurate geomagnetic direction is calculated based on the magnetic data detected by the terminal device. It becomes possible.

また、上述した端末装置において、上述した端末装置と通信を行う前記サーバ装置は、前記座標系において前記第1規定数の前記磁気データの各々が示す座標を近傍に有するように定められた球面の中心点の座標を算出する中心点算出部と、前記第1規定数の前記磁気データを表面近傍に有するように定められた立体の形状と球面の形状との相違の程度を示す歪評価値を算出し、前記歪評価値が歪許容値以下であるか否かを判定する歪判定部と、を更に備え、前記データ制御部は、前記歪判定部における判定結果が肯定である場合、前記中心点算出部が算出した中心点を応答中心点として採用するとともに、単位行列を応答補正行列として採用し、前記歪判定部における判定結果が否定である場合、前記最適楕円面の中心点を応答中心点として採用するとともに、前記最適楕円面補正行列を応答補正行列として採用することを特徴とすることが好ましい。 Further, in the terminal device described above, the server device that communicates with the terminal device described above has a spherical surface determined so as to have the coordinates indicated by each of the first specified number of magnetic data in the coordinate system in the vicinity. A center point calculation unit that calculates the coordinates of the center point, and a distortion evaluation value that indicates a degree of difference between the shape of the solid and the shape of the spherical surface that are determined to have the first specified number of the magnetic data in the vicinity of the surface. A distortion determination unit that calculates and determines whether or not the distortion evaluation value is equal to or less than a distortion allowable value, and when the determination result in the distortion determination unit is affirmative, the data control unit When the center point calculated by the point calculation unit is adopted as the response center point, the unit matrix is adopted as the response correction matrix, and the determination result in the distortion determination unit is negative, the center point of the optimal elliptical surface is set as the response center As a point While adopting, it is preferably characterized in that employing the optimum ellipsoidal correction matrix as a response correction matrix.

この態様によれば、複数の磁気データの示す座標の分布形状を球面と看做すことができるか否かを判定する歪判定部を有する。従って、ソフトアイアン効果が生じている場合、すなわち、複数の磁気データの示す座標が球面とは異なる形状の楕円面近傍に分布する場合と、ソフトアイアン効果が生じていない場合、すなわち、複数の磁気データの示す座標が球面近傍に分布する場合とを、区別することができる。そして、ソフトアイアン効果が生じていない場合、サーバ装置は、最適中心点の座標と最適楕円面補正行列とを算出することなく、応答情報を生成することが可能であるため、サーバ装置の処理負荷を軽減させることが可能となる。  According to this aspect, the distortion determination unit that determines whether or not the distribution shape of the coordinates indicated by the plurality of magnetic data can be regarded as a spherical surface is provided. Therefore, when the soft iron effect occurs, that is, when the coordinates indicated by a plurality of magnetic data are distributed in the vicinity of an ellipsoid having a shape different from the spherical surface, and when the soft iron effect does not occur, that is, a plurality of magnetic data It can be distinguished from the case where the coordinates indicated by the data are distributed near the spherical surface. If the soft iron effect does not occur, the server device can generate response information without calculating the coordinates of the optimum center point and the optimum ellipsoidal correction matrix, so that the processing load of the server device Can be reduced.

本発明の第1実施形態に係る地磁気測定システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the geomagnetic measurement system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 3次元磁気センサが測定する磁界を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the magnetic field which a three-dimensional magnetic sensor measures. 地磁気と内部磁界とについて説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a geomagnetism and an internal magnetic field. 地磁気と内部磁界とについて説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a geomagnetism and an internal magnetic field. 着磁磁界について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a magnetizing magnetic field. 着磁磁界について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a magnetizing magnetic field. ソフトアイアン効果について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the soft iron effect. 楕円面補正行列について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining an ellipse surface correction matrix. 第1実施形態に係る地磁気測定システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the geomagnetic measurement system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る地磁気測定システムの機能を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the function of the geomagnetic measurement system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る地磁気測定システムのオフセットの採用について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining adoption of the offset of the geomagnetism measuring system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る端末装置の動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing operation | movement of the terminal device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る端末装置の動作の詳細を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the detail of operation | movement of the terminal device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る端末装置の動作の詳細を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the detail of operation | movement of the terminal device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るサーバ装置の動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing operation | movement of the server apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る楕円面初期補正値生成部の機能を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the function of the ellipsoid initial correction value production | generation part which concerns on 1st Embodiment. 第1楕円面、第2楕円面、及び第3楕円面について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the 1st ellipsoid, the 2nd ellipsoid, and the 3rd ellipsoid. 初期楕円面補正行列について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining an initial ellipsoid correction matrix. 第2の条件について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the 2nd condition. 楕円補正において回転が発生する場合について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the case where rotation generate | occur | produces in ellipse correction. 本発明の第2実施形態に係る地磁気測定システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the geomagnetism measuring system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態に係るサーバ装置の機能を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the function of the server apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 地磁気、内部磁界、着磁磁界、及び、外部磁界について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a geomagnetism, an internal magnetic field, a magnetizing magnetic field, and an external magnetic field. 外部磁界について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining an external magnetic field. 外部磁界について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining an external magnetic field. 第2実施形態に係るサーバ装置の動作を表すフローチャートある。It is a flowchart showing operation | movement of the server apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 中心点算出処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a center point calculation process. 磁気データ分布判定処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a magnetic data distribution determination process. 磁気データ分布判定処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a magnetic data distribution determination process. 歪判定処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a distortion determination process. 歪判定処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a distortion determination process. 歪判定処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a distortion determination process. 変形例10に係る地磁気測定システムのオフセットの採用について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining adoption of the offset of the geomagnetic measurement system which concerns on the modification 10. FIG. 変形例10に係る端末装置の動作の詳細を表すフローチャートである。14 is a flowchart showing details of an operation of a terminal device according to Modification 10; 変形例10に係る端末装置の動作の詳細を表すフローチャートである。14 is a flowchart showing details of an operation of a terminal device according to Modification 10;

<A.第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係る地磁気測定システムについて説明する。図1は、第1実施形態に係る地磁気測定システムSYSの構成を示すブロック図である。
図1に示すように、第1実施形態に係る地磁気測定システムSYSは、複数の端末装置1と、サーバ装置SVとを備える。複数の端末装置1の各々は、ネットワークNWを介して、サーバ装置SVと接続される。各端末装置1は、磁界を検出し、磁気データを出力する3次元磁気センサを備える(図9(A)参照)。地磁気測定システムSYSは、端末装置1に備えられた3次元磁気センサからの出力に基づいて、当該端末装置1から見た地磁気の向きを算出する。
以下では、地磁気測定システムSYSによる地磁気の向きの算出方法についての説明を行う前提として、まず、各端末装置1が備える3次元磁気センサが検出する磁界の概要について説明する。
<A. First Embodiment>
Hereinafter, the geomagnetic measurement system according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a geomagnetism measurement system SYS according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the geomagnetism measurement system SYS according to the first embodiment includes a plurality of terminal devices 1 and a server device SV. Each of the plurality of terminal devices 1 is connected to the server device SV via the network NW. Each terminal device 1 includes a three-dimensional magnetic sensor that detects a magnetic field and outputs magnetic data (see FIG. 9A). The geomagnetism measurement system SYS calculates the direction of geomagnetism viewed from the terminal device 1 based on the output from the three-dimensional magnetic sensor provided in the terminal device 1.
In the following, first, an outline of a magnetic field detected by a three-dimensional magnetic sensor provided in each terminal device 1 will be described as a premise for explaining a method of calculating the direction of geomagnetism by the geomagnetism measurement system SYS.

[1. 3次元磁気センサが検出する磁界の概要]
本実施形態では、3次元磁気センサが検出する磁界として、測定対象である地磁気の他に、3次元磁気センサが搭載される機器に備えられる部品が発する磁界の存在を想定する。具体的には、部品が発する磁界として、内部磁界、及び着磁磁界の存在を想定する。
以下、図2乃至図6を用いて、本実施形態において想定するこれら3種類の磁界の概要、及び、これらの磁界を3次元磁気センサが検出した場合に3次元磁気センサから出力されるベクトルデータについて説明する。
[1. Outline of magnetic field detected by 3D magnetic sensor]
In the present embodiment, as the magnetic field detected by the three-dimensional magnetic sensor, it is assumed that there is a magnetic field generated by a component provided in a device on which the three-dimensional magnetic sensor is mounted, in addition to the geomagnetism that is the measurement target. Specifically, the presence of an internal magnetic field and a magnetizing magnetic field is assumed as the magnetic field generated by the component.
Hereinafter, the outline of these three types of magnetic fields assumed in the present embodiment and vector data output from the three-dimensional magnetic sensor when the three-dimensional magnetic sensor detects these magnetic fields will be described with reference to FIGS. Will be described.

図2は、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSの測定対象である地磁気Bg、3次元磁気センサの搭載された端末装置1が備える部品2が発する内部磁界Bi、及び、部品2が発する着磁磁界Bmについて説明する図である。   FIG. 2 shows a geomagnetism Bg that is a measurement target of the geomagnetism measurement system SYS according to the present embodiment, an internal magnetic field Bi generated by the component 2 included in the terminal device 1 on which the three-dimensional magnetic sensor is mounted, and a magnetization generated by the component 2. It is a figure explaining magnetic field Bm.

地磁気Bgは、磁極北に向かう一様な向き及び大きさを有する磁界である。地磁気Bgの向き及び大きさは、厳密には地域によって異なるが、例えば、異なる都市に移動する等の大きな移動をしない場合には、一様な向き及び大きさを有する。
内部磁界Biは、端末装置1に備えられた部品2の発する磁界のうち、端末装置1から見て一定の向き及び一定の大きさを有する磁界である。すなわち、端末装置1の姿勢がどのように変化しても、内部磁界Biは、3次元磁気センサ60によって、一定の向き及び大きさを有する磁界として検知される。
着磁磁界Bmは、端末装置1に備えられた部品2の発する磁界のうち、端末装置1の姿勢の変化等に伴って、向き及び大きさを変化させる磁界である。図2に示すように、部品2は、軟磁性材料21を備える。軟磁性材料21は、端末装置1の外部の物体から発せられる磁界(すなわち、地磁気Bg)の影響により磁化される。詳細は後述するが、軟磁性材料21が地磁気Bgにより磁化される結果発する磁界は、端末装置1の姿勢の変化に伴い、向き及び大きさを変化させる。また、軟磁性材料21が地磁気Bgにより磁化される結果発する磁界は、端末装置1の姿勢の他に、軟磁性材料21の材質、大きさ、形状等に依存して、向き及び大きさが定められる。着磁磁界Bmは、このような、軟磁性材料21が地磁気Bgにより磁化される結果として、軟磁性材料21が発する磁界である。すなわち、着磁磁界Bmは、端末装置1から見た地磁気Bgの向きや、軟磁性材料21の材質、大きさ、形状等に依存して、向き及び大きさを変化させる磁界である。
The geomagnetism Bg is a magnetic field having a uniform direction and magnitude toward the magnetic pole north. Strictly speaking, the direction and size of the geomagnetism Bg varies depending on the region, but has a uniform direction and size, for example, when a large movement such as moving to a different city is not performed.
The internal magnetic field Bi is a magnetic field having a certain direction and a certain magnitude as viewed from the terminal device 1 among the magnetic fields generated by the components 2 provided in the terminal device 1. That is, no matter how the attitude of the terminal device 1 changes, the internal magnetic field Bi is detected by the three-dimensional magnetic sensor 60 as a magnetic field having a fixed direction and magnitude.
The magnetizing magnetic field Bm is a magnetic field that changes its direction and magnitude in accordance with a change in the attitude of the terminal device 1 among the magnetic fields generated by the components 2 provided in the terminal device 1. As shown in FIG. 2, the component 2 includes a soft magnetic material 21. The soft magnetic material 21 is magnetized by the influence of a magnetic field (that is, geomagnetism Bg) emitted from an object outside the terminal device 1. As will be described in detail later, the magnetic field generated as a result of the soft magnetic material 21 being magnetized by the geomagnetism Bg changes its orientation and magnitude as the posture of the terminal device 1 changes. Further, the magnetic field generated as a result of the soft magnetic material 21 being magnetized by the geomagnetism Bg is determined in direction and size depending on the material, size, shape, etc. of the soft magnetic material 21 in addition to the attitude of the terminal device 1. It is done. The magnetizing magnetic field Bm is a magnetic field generated by the soft magnetic material 21 as a result of the soft magnetic material 21 being magnetized by the geomagnetism Bg. That is, the magnetizing magnetic field Bm is a magnetic field that changes the direction and magnitude depending on the direction of the geomagnetism Bg viewed from the terminal device 1 and the material, size, shape, and the like of the soft magnetic material 21.

説明の便宜上、図2に示すような地上座標系Σ及びセンサ座標系Σを導入する。図2に記載された各ベクトルの左上に付された添字Gは、当該ベクトルが地上座標系Σにおいて表現されたベクトルであることを意味する。
地上座標系Σは、地上に固定された座標系であり、地上の任意の一点を原点とし、互いに直交する3つの方向、例えば、東、北、及び鉛直上向きを、それぞれx軸、y軸、及びz軸とする座標系である。
センサ座標系Σは3次元磁気センサ60に固定された座標系であり、3次元磁気センサ60の有する3つの各々のセンサモジュールの出力する値を、それぞれ、x軸(第1軸)、y軸(第2軸)、z軸(第3軸)上にプロットするように設けられた座標系である。すなわち、3次元磁気センサ60が出力する磁気データは、センサ座標系Σのベクトルデータとして表現される。なお、図2に示す姿勢μは、地上座標系Σにおけるセンサ座標系Σの各軸の向き(すなわち、地上座標系Σにおける、3次元磁気センサ60の向き)を表す。
以下において、姿勢μを変化させた場合、地上座標系Σ及びセンサ座標系Σの各々において、内部磁界Bi及び着磁磁界Bmの向きがどのように変化するかについて説明する。
For convenience of explanation, a ground coordinate system Σ G and a sensor coordinate system Σ S as shown in FIG. 2 are introduced. Subscript G attached to the upper left of each vector described in Figure 2, it means that the vector is a vector expressed in ground coordinate system sigma G.
The ground coordinate system Σ G is a coordinate system fixed on the ground. The origin is an arbitrary point on the ground, and three directions orthogonal to each other, for example, east, north, and vertical upward are respectively represented by the x axis and the y axis. , And the z-axis coordinate system.
The sensor coordinate system Σ S is a coordinate system fixed to the three-dimensional magnetic sensor 60, and the values output from the three sensor modules of the three-dimensional magnetic sensor 60 are respectively expressed as x-axis (first axis) and y-axis. This is a coordinate system provided to plot on the axis (second axis) and the z-axis (third axis). That is, the magnetic data output from the 3D magnetic sensor 60 is expressed as vector data of the sensor coordinate system sigma S. Incidentally, the posture μ shown in Figure 2, represents the direction of each axis of the sensor coordinate system sigma S in ground coordinate system sigma G (i.e., in the ground coordinate system sigma G, the three-dimensional magnetic sensor 60 orientation).
In the following, the case of changing the posture mu, in each of the ground coordinate system sigma G and the sensor coordinate system sigma S, or explained the direction of the internal magnetic field Bi and magnetizing field Bm how changes.

まず、図3及び図4を参照しながら、地上座標系Σ及びセンサ座標系Σにおいて、内部磁界Bi及び地磁気Bgがどのように表されるかについて説明する。なお、図3及び図4においては、簡単のために、端末装置1は軟磁性材料21を備えず、着磁磁界Bmが存在しない場合を想定する。
図3は、内部磁界Bi及び地磁気Bgの向き及び大きさを、地上座標系Σにおいて表した図である。端末装置1の姿勢μが、姿勢μから姿勢μに変化した場合、内部磁界Biは、大きさは一定であるが、向きは姿勢μの変化に伴い変化する。一方、地磁気Bgの向き及び大きさは一定である。
First, how the internal magnetic field Bi and the geomagnetism Bg are represented in the ground coordinate system Σ G and the sensor coordinate system Σ S will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 and 4, for the sake of simplicity, it is assumed that the terminal device 1 does not include the soft magnetic material 21 and the magnetizing magnetic field Bm does not exist.
3, the direction and magnitude of the internal magnetic field Bi and geomagnetism Bg, a view showing the ground coordinate system sigma G. Attitude mu terminal device 1, when changing from the posture mu 1 the posture mu 2, the internal magnetic field G Bi, but is the size constant, the orientation is changed along with the change in the attitude mu. On the other hand, it is constant direction and magnitude of the geomagnetism G Bg.

図4は、内部磁界Bi及び地磁気Bgの向き及び大きさを、センサ座標系Σにおいて表現した図である。具体的には、図4は、端末装置1の姿勢μをμ〜μと変化させつつ磁界を測定した場合に、3次元磁気センサ60が出力するN(第1規定数)個の磁気データq〜qの示す座標を、センサ座標系Σにおいてプロットした図である(Nは精度よくオフセットを導出するために必要な磁気データの規定測定回数を表す9以上の自然数)。ここで、図4に記載された各ベクトルの左上に付された添字Sは、当該ベクトルがセンサ座標系Σにおいて表されたベクトルであることを意味する。 4, the direction and magnitude of the internal magnetic field Bi and geomagnetism Bg, a diagram expressing the sensor coordinate system sigma S. Specifically, FIG. 4 shows N (first specified number) magnetisms output from the three-dimensional magnetic sensor 60 when the magnetic field is measured while changing the attitude μ of the terminal device 1 from μ 1 to μ N. the coordinates indicated by the data q 1 to q N, is a plot in the sensor coordinate system sigma S (N is 9 or more natural number representing a prescribed number of measurements of the magnetic data required to derive accurately offset). Here, the subscript S attached to the upper left of each vector described in Figure 4, it means that the vector is a vector expressed in the sensor coordinate system sigma S.

センサ座標系Σにおいて、内部磁界Biは、一定の向き及び一定の大きさを持つベクトルBi(センサ座標系Σの原点から中心点cOGへと向かうベクトル)として表現される。一方、地磁気Bgは、大きさは一定であるが、向きは3次元磁気センサ60の姿勢μに伴い変化する。つまり、地磁気Bgは、端末装置1の姿勢μに依存した向きの、一定の大きさのベクトルBg(μ)として表現される。従って、ベクトルBg(μ)の起点を中心点cOGに配置して姿勢μを変化させた場合、ベクトルBg(μ)の終点は、中心点cOGを中心とし、地磁気Bgの大きさを半径とする、球面S上の座標を示す。 In the sensor coordinate system Σ S , the internal magnetic field Bi is expressed as a vector S Bi having a constant direction and a constant magnitude (a vector going from the origin of the sensor coordinate system Σ S to the center point c OG ). On the other hand, the magnitude of the geomagnetism Bg is constant, but the direction changes with the attitude μ of the three-dimensional magnetic sensor 60. That is, the geomagnetism Bg is expressed as a vector S Bg (μ) having a certain size and having an orientation depending on the attitude μ of the terminal device 1. Therefore, when the starting point of the vector S Bg (μ) is arranged at the center point c OG and the posture μ is changed, the end point of the vector S Bg (μ) is centered on the center point c OG and the magnitude of the geomagnetism Bg. the a radius, indicating the coordinates on the sphere S G.

センサ座標系Σにおいて、複数の磁気データq〜qの示す座標の各々は、内部磁界Bi及び地磁気Bgの和を表すため、複数の磁気データq〜qの示す座標は、球面S上に分布する。なお、3次元磁気センサ60の測定値は、測定誤差を有するため、複数の磁気データq〜qの示す座標は、厳密には、球面Sの近傍に確率的に分布する。
従って、磁気データqの示す座標から内部磁界Biを引き算することにより、センサ座標系Σにおける地磁気Bgの向き及び大きさを算出することが可能となる。このように、検出対象である地磁気Bgの正確な向きを得るために、磁気データqの示す座標から、3次元磁気センサ60の出力する内部磁界Biを表す球面Sの中心点cOGの示す座標を減算する処理を、補正処理と呼ぶ。
また、補正処理において磁気データqから取り除かれるベクトルをオフセットcOFFと呼ぶ。すなわち、オフセットcOFFは、内部磁界を表すベクトルBiであり、センサ座標系Σにおいて、原点から球面Sの中心点cOGを示すベクトルとして表される。
In the sensor coordinate system sigma S, each of the coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is to represent the sum of the internal magnetic field S Bi and geomagnetism S Bg, coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is distributed on a spherical surface S G. The measurement values of the three-dimensional magnetic sensor 60, since it has a measurement error, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, strictly speaking, it is stochastically distributed in the vicinity of the sphere S G.
Therefore, by subtracting the internal magnetic field S Bi from the coordinates indicated by the magnetic data q i, it is possible to calculate the direction and magnitude of the geomagnetism S Bg in the sensor coordinate system sigma S. As described above, in order to obtain the correct orientation of the geomagnetism Bg that is the detection target, the center point c OG of the spherical surface S G that represents the internal magnetic field Bi output from the three-dimensional magnetic sensor 60 is determined from the coordinates indicated by the magnetic data q i . The process of subtracting the indicated coordinates is called a correction process.
A vector removed from the magnetic data q i in the correction process is referred to as an offset c OFF . That is, the offset c OFF is a vector S Bi representing the internal magnetic field, in the sensor coordinate system sigma S, expressed as a vector indicating the center point c OG of the spherical S G from the origin.

端末装置1が軟磁性材料21を備える場合、地磁気Bgの影響を受けて軟磁性材料21が磁化される結果、軟磁性材料21は着磁磁界Bmを発する。端末装置1の姿勢μを変化させた場合、着磁磁界Bmの向き及び大きさが、地上座標系Σ及びセンサ座標系Σの各々においてどのように変化するかについて、図5及び図6を参照しながら説明する。 When the terminal device 1 includes the soft magnetic material 21, the soft magnetic material 21 is magnetized under the influence of the geomagnetism Bg. As a result, the soft magnetic material 21 generates a magnetized magnetic field Bm. FIG. 5 and FIG. 6 show how the orientation and magnitude of the magnetizing magnetic field Bm change in each of the ground coordinate system Σ G and the sensor coordinate system Σ S when the attitude μ of the terminal device 1 is changed. Will be described with reference to FIG.

図5は、地上座標系Σにおける、着磁磁界Bmの向き及び大きさ例示した図である。図5は、端末装置1が、センサ座標系Σのx軸に平行な長辺211a及び211bと、センサ座標系Σのy軸に平行な短辺212a及び212bとを有する直方体の軟磁性材料21を備え、軟磁性材料21が、センサ座標系Σのx軸上に位置するように配置されている場合を例示している。 5, in the ground coordinate system sigma G, it is illustrated FIGS direction and magnitude of the magnetizing magnetic field Bm. 5, the terminal apparatus 1, rectangular soft having parallel long sides 211a and 211b in the x-axis of the sensor coordinate system sigma S, the short sides parallel 212a and 212b in the y-axis of the sensor coordinate system sigma S It comprises a material 21, the soft magnetic material 21 exemplifies a case which is arranged so as to be positioned on the x-axis of the sensor coordinate system sigma S.

前述の通り、着磁磁界Bmは、軟磁性材料21が地磁気Bgにより磁化された結果として生じる磁界であり、端末装置1の姿勢μ及び軟磁性材料21の材質、大きさ、形状等に依存して、向き及び大きさを変化させる磁界である。端末装置1の姿勢μが姿勢μから姿勢μに変化した場合、着磁磁界Bmの向き及び大きさは、Bm(μ)からBm(μ)へと変化する。例えば、端末装置1の姿勢μが姿勢μの場合、軟磁性材料21は、軟磁性材料21の短辺212aから他方の短辺212bへと向かう着磁磁界Bm(μ)を発生させ、端末装置1の姿勢μが姿勢μの場合、軟磁性材料21は、軟磁性材料21の長辺211aから他方の長辺211bへと向かう着磁磁界Bm(μ)を発生させる。
3次元磁気センサ60が検出する着磁磁界Bm(μ)の向き及び大きさは、姿勢μと、センサ座標系Σにおける軟磁性材料21の位置Pmとに依存する。例えば、図5の場合、3次元磁気センサ60は(センサ座標系Σにおいて)、着磁磁界Bm(μ)を、地磁気Bg(μ)と同じ方向を向いた磁界として検出する。また、3次元磁気センサ60は(センサ座標系Σにおいて)、着磁磁界Bm(μ)を、地磁気Bg(μ)とは逆の方向を向いた磁界として検出する。
なお、軟磁性材料21は、地磁気Bgの他に、部品2が発するセンサ座標系Σから見て一定の向き及び大きさの磁界によっても磁化される。センサ座標系Σから見て一定の向き及び大きさの磁界により磁化される結果として軟磁性材料21が発する磁界は、端末装置1の姿勢μが変化した場合であっても一定の方向及び大きさを有する。このような、軟磁性材料21が磁化された結果発する磁界のうち、姿勢μが変化しても一定の向き及び大きさを有する磁界は、前述した内部磁界Biに包含されるものとする。
As described above, the magnetization magnetic field Bm is a magnetic field generated as a result of the soft magnetic material 21 being magnetized by the geomagnetism Bg, and depends on the orientation μ of the terminal device 1 and the material, size, shape, etc. of the soft magnetic material 21. The magnetic field changes its direction and size. If the attitude mu terminal apparatus 1 is changed from the attitude mu 1 the posture mu 2, the direction and magnitude of the magnetizing magnetic field G Bm is changed from G Bm (mu 1) to G Bm (μ 2). For example, if the attitude mu of the terminal device 1 is attitude mu 1, the soft magnetic material 21 generates a magnetizing field G Bm (mu 1) directed from the short side 212a of the soft magnetic material 21 to the other short side 212b If the attitude mu terminal apparatus 1 posture mu 2, the soft magnetic material 21, the other to generate a magnetizing field G Bm towards the long sides 211b (μ 2) from the long sides 211a of the soft magnetic material 21.
Direction and magnitude of the three-dimensional magnetic sensor 60 detects magnetizing field G Bm (mu) is dependent and attitude mu, and the position S Pm of the soft magnetic material 21 in the sensor coordinate system sigma S. For example, in the case of FIG. 5, the three-dimensional magnetic sensor 60 detects a magnetic field oriented in the same direction as (in the sensor coordinate system sigma S), magnetizing field G Bm a (mu 1), geomagnetism G Bg (mu 1) . Further, the three-dimensional magnetic sensor 60 (in the sensor coordinate system sigma S), the magnetizing field G Bm (mu 2), the geomagnetic G Bg (mu 2) is detected as a magnetic field oriented in the direction opposite.
Incidentally, the soft magnetic material 21, in addition to the geomagnetic Bg, is magnetized by the magnetic field of a constant direction and magnitude as viewed from the sensor coordinate system sigma S to component 2 emitted. Magnetic field the soft magnetic material 21 is emitted as a result when viewed from the sensor coordinate system sigma S is magnetized by the magnetic field of a constant direction and magnitude, constant direction and magnitude even when the posture μ terminal apparatus 1 is changed Have Among the magnetic fields generated as a result of the soft magnetic material 21 being magnetized, a magnetic field having a fixed direction and magnitude even when the posture μ changes is included in the internal magnetic field Bi described above.

図6は、端末装置1が姿勢μとなるときに測定される磁気データqと、姿勢μとなるときに測定される磁気データqとを、センサ座標系Σにおいてプロットした図である。
磁気データqは、中心点cOGの示す座標を起点とし、地磁気Bg(μ)と同じ向きを有する着磁磁界Bm(μ)と、地磁気Bg(μ)とを加算したベクトル(μ)により示される座標である。よって、磁気データqは球面Sの外側に存在する。一方、磁気データqは、中心点cOGの示す座標を起点とし、地磁気Bg(μ)と逆向きの着磁磁界Bm(μ)と、地磁気Bg(μ)とを加算したベクトル(μ)により示される座標である。よって、磁気データqは球面Sの内側に存在する。
すなわち、磁気データq及びqは、球面Sを、ベクトルBg(μ)方向に引き延ばし、且つ、ベクトルBg(μ)方向に縮めることで得られる楕円面V上に分布する。
このように、3次元磁気センサが、軟磁性材料を備える機器に組み込まれている場合、軟磁性材料が地磁気等の機器の外部からの磁界により磁化される結果として生じる着磁磁界の影響により、3次元磁気センサの測定する複数の磁気データの示す座標が球面近傍に分布せず、楕円面近傍に分布する。このような、軟磁性材料が磁化された結果生じる磁界の影響により、複数の磁気データの示す座標が楕円面近傍に分布する現象は、ソフトアイアン効果と呼ばれている。
Figure 6 is a diagram terminal device 1 and the magnetic data q 1 to be measured when the posture mu 1, a magnetic data q 2 to be measured when the posture mu 2, plotted in the sensor coordinate system sigma S It is.
Magnetic data q 1 is a starting point coordinates indicating the center point c OG, a geomagnetic S Bg (μ 1) and magnetizing field S Bm having the same orientation (mu 1), geomagnetism S Bg (μ 1) and the sum The coordinates indicated by the vector S B E1 ). Accordingly, the magnetic data q 1 is present outside the sphere S G. On the other hand, the magnetic data q 2 is the starting point coordinates indicating the center point c OG, a geomagnetic S Bg 2) opposite to the magnetizing field S Bm 2), and a geomagnetism S Bg 2) This is the coordinate indicated by the added vector S B E2 ). Accordingly, the magnetic data q 2 is present inside the sphere S G.
That is, the magnetic data q 1 and q 2 are spherical S G, stretched to the vector S Bg 1) direction and distributed on an ellipsoid V E obtained by shortening the vector S Bg 2) Direction To do.
In this way, when the three-dimensional magnetic sensor is incorporated in a device including a soft magnetic material, due to the influence of the magnetization magnetic field generated as a result of the soft magnetic material being magnetized by a magnetic field from the outside of the device such as the geomagnetism, The coordinates indicated by the plurality of magnetic data measured by the three-dimensional magnetic sensor are not distributed near the spherical surface but distributed near the elliptical surface. Such a phenomenon in which coordinates indicated by a plurality of magnetic data are distributed in the vicinity of an ellipsoid due to the influence of a magnetic field generated as a result of magnetizing a soft magnetic material is called a soft iron effect.

ソフトアイアン効果が生じる場合に、3次元磁気センサ60が出力する複数の磁気データq〜qの示す座標について、図7を参照しつつ説明する。
図7は、3次元磁気センサ60の姿勢μをμ〜μ(Nは精度よくオフセットを導出するために必要な磁気データの規定測定回数を表す9以上の自然数)と変化させつつ磁界を測定した場合に、3次元磁気センサ60が出力するN個の磁気データq〜qの示す座標を、センサ座標系Σにおいてプロットした図である。図7は、ソフトアイアン効果により、複数の磁気データq〜qの示す座標が、中心点cOGを中心とする楕円面V上に分布する場合を想定している。なお、図7では、3次元磁気センサ60の測定誤差を考慮していないが、測定誤差を考慮する場合、複数の磁気データq〜qの示す座標は、楕円面V上には分布せず、楕円面Vの近傍に確率的に分布する。つまり、楕円面Vは、複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化するようにして定められる楕円面である。
The coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N output from the three-dimensional magnetic sensor 60 when the soft iron effect occurs will be described with reference to FIG.
FIG. 7 shows the magnetic field while changing the attitude μ of the three-dimensional magnetic sensor 60 to μ 1 to μ N (N is a natural number of 9 or more representing the specified number of measurement times of magnetic data necessary for accurately deriving the offset). as measured, the coordinates indicated by the N magnetic data q 1 to q N output from the 3D magnetic sensor 60 is a diagram plotting the sensor coordinate system sigma S. 7, the soft iron effect, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is, it is assumed that the distributed on an ellipsoid V E around the center point c OG. In FIG. 7, is not considered a measurement error of the 3D magnetic sensor 60, when considering the measurement error, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, distribution on ellipsoidal V E without the stochastically distributed in the vicinity of the ellipsoidal V E. In other words, the ellipsoidal V E is the ellipsoid defined so as to minimize the error between the coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N.

楕円面Vの主軸を、長い順番にLE1、LE2、及びLE3と称し、これら3つの主軸の長さをrE1、rE2、及びrE3とする(すなわち、rE1≧rE2≧rE3>0とする)。また、球面Sの半径をrとする。
このとき、中心点cOGから磁気データqの表す座標を示すベクトル(μ)は、地磁気を表すベクトルBg(μ)のうち、主軸LE1に平行な成分をrE1/r倍したベクトル、主軸LE2に平行な成分をrE2/r倍したベクトル、及び主軸LE3に平行な成分をrE3/r倍したベクトルの和を表すベクトルとなる。
従って、中心点cOGから磁気データqの表す座標を示すベクトル(μ)の向きと、地磁気を表すベクトルBg(μ)の向きとは異なる。また、ベクトル(μ)及びベクトル(μ)とのなす角(つまり、2つの磁気データq及びqの示す座標を、中心点cOGから見たときのなす角)と、地磁気を表すベクトルBg(μ)及びベクトルBg(μ)のなす角とは、異なる。このように、ソフトアイアン効果が生じている場合、磁気データqの座標から中心点cOGの座標を減算しても、地磁気Bg(μ)の向きを正確に求めることはできない。
The main axis of the ellipsoidal V E, a long sequence L E1, L E2, and referred to as L E3, the lengths of the three principal axis r E1, r E2, and the r E3 (i.e., r E1r E2 ≧ r E3 > 0). Further, the radius of the spherical surface S G is r G.
At this time, the vector S B Ei ) indicating the coordinates represented by the magnetic data q i from the center point c OG has a component parallel to the main axis L E1 in the vector S Bg (μ i ) representing the geomagnetism r E1. / r G multiplied by the vector, the vector representing the vector components parallel to the main axis L E2 was doubled r E2 / r G, and the vector sum of the component parallel to the main axis L E3 and r E3 / r G times.
Therefore, the direction of the vector S B Ei ) indicating the coordinates represented by the magnetic data q i from the center point c OG is different from the direction of the vector S Bg (μ i ) indicating the geomagnetism. Further, the angle formed by the vector S B Ei ) and the vector S B Ej ) (that is, the coordinates indicated by the two magnetic data q i and q j when viewed from the center point c OG). The angle formed by the vector S Bg (μ i ) and the vector S Bg (μ j ) representing the geomagnetism is different. As described above, when the soft iron effect is generated, the direction of the geomagnetism S Bg (μ i ) cannot be accurately obtained even if the coordinates of the center point c OG are subtracted from the coordinates of the magnetic data q i .

そこで、本実施形態では、図8に示すように、楕円面V上の座標を、半径1の球面S上の座標へと変換する楕円面補正行列Tを算出し、楕円面補正行列Tによって、磁気データqの示す座標を、変換後磁気データsにより表される球面S上の座標へと変換する。中心点cOGから変換後磁気データsの表す座標を示すベクトルBs(μ)は、地磁気を表すベクトルBg(μ)と同じ方向を向く。従って、変換後磁気データsの示す座標から、中心点cOGの示す座標を減算することにより、地磁気を表すベクトルBg(μ)の向きを求めることができる。
このように、地磁気Bgの向きを算出するために、楕円面近傍に分布する複数の磁気データの示す座標を、当該楕円面と同一の中心点を有する半径1の球面近傍に分布する複数の座標へと変換する処理を、楕円補正と呼ぶ。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, and calculates the coordinates on the ellipsoid V E, the ellipsoid correction matrix T E be converted to coordinates on a spherical surface S E of radius 1, ellipsoid correction matrix By T E , the coordinates indicated by the magnetic data q i are converted into coordinates on the spherical surface S E represented by the converted magnetic data s i . The vector S Bs (μ i ) indicating the coordinates represented by the converted magnetic data s i from the center point c OG is oriented in the same direction as the vector S Bg (μ i ) representing the geomagnetism. Therefore, the direction of the vector S Bg (μ i ) representing the geomagnetism can be obtained by subtracting the coordinates indicated by the center point c OG from the coordinates indicated by the converted magnetic data s i .
As described above, in order to calculate the direction of the geomagnetism Bg, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data distributed in the vicinity of the ellipsoid are converted into the plurality of coordinates distributed in the vicinity of the spherical surface of radius 1 having the same center point as the ellipse. The process of converting to is called ellipse correction.

楕円面補正行列Tが行う、楕円面V上の磁気データqの示す座標から、球面S上の変換後磁気データsの示す座標への座標変換(楕円補正)は、以下の式(1.a)に表される。
ここで、楕円面補正行列Tは、以下の式(1.b)に示される3行3列の対称行列である。また、式(1.c)に示される3次元の変数ベクトルqは、磁気データqの座標を表すための変数ベクトルであり、式(1.d)に示される3次元の変数ベクトルsは、変換後磁気データsの座標を表すための変数ベクトルであり、式(1.e)に示される3次元の変数ベクトルcは、中心点cOGの座標(すなわち、オフセットcOFF)を表すための変数ベクトルである。
なお、式(1.a)において、ベクトル(q−c)は、楕円面Vの中心点cOGをセンサ座標系Σの原点に平行移動させて得られる楕円面上の座標を示し、ベクトル(s−c)は、座標系Σの原点を中心とする半径1の球面上の座標を示す。

Figure 0006019585
Performed by the ellipsoid correction matrix T E, the coordinates indicated by the magnetic data q i on the ellipsoid V E, the coordinate transformation (ellipse correction) to the coordinates indicated by the converted magnetic data s i on the sphere S E is the following It is represented by the formula (1.a).
Here, ellipsoidal correction matrix T E is a symmetric matrix of 3 rows and three columns represented by the following formula (1.b). The three-dimensional variable vector q shown in the equation (1.c) is a variable vector for representing the coordinates of the magnetic data q i , and the three-dimensional variable vector s shown in the equation (1.d) is , A variable vector for representing the coordinates of the converted magnetic data s i , and the three-dimensional variable vector c shown in the equation (1.e) represents the coordinates of the center point c OG (ie, offset c OFF ). Is a variable vector for
In the equation (1.a), vector (q-c) represents a coordinate on an ellipsoid obtained by the center point c OG of ellipsoidal V E is translated to the origin of the sensor coordinate system sigma S, vector (s-c) show the coordinates on a sphere of radius 1 centered at the origin of the coordinate system sigma S.
Figure 0006019585

前述の通り、楕円面補正行列Tは、楕円面Vの中心点cOGを原点とする座標系において、楕円面V上の座標を、半径1の球面S上の座標へと変換するための行列である。つまり、楕円面補正行列Tは、互いに直交する3つの固有ベクトルの各々と、楕円面Vの3つの主軸の各々とが平行になり、3つの固有ベクトルに対応する3つの固有値の各々と、楕円面Vの3つの主軸の各々の長さの逆数とが等しくなるように定められる。
ここで、楕円面補正行列Tの有する3つの固有ベクトルをuT1、uT2、及びuT3とし、対応する固有値をλT1、λT2、及びλT3(但し、λT1≧λT2≧λT3>0)とする。このとき、固有ベクトルuT1は、主軸LE1と平行となり、固有ベクトルuT2は、主軸LE2と平行となり、固有ベクトルuT3は、主軸LE3と平行となるように定められる。また、固有値λT1は、主軸LE1の長さrE1の逆数に等しくなり、固有値λT2は、主軸LE2の長さrE2の逆数に等しくなり、固有値λT3は、主軸LE3の長さrE3の逆数に等しくなるように定められる。すなわち、楕円面補正行列Tは、任意のベクトルに対して、固有ベクトルuT1方向の成分を固有値λT1倍に伸縮し、固有ベクトルuT2方向の成分を固有値λT2倍に伸縮し、固有ベクトルuT3方向の成分を固有値λT3倍に伸縮する行列である。
なお、楕円面補正行列Tの有する3つの固有値をλT1、λT2、及びλT3は、いずれも正の値であり、楕円面補正行列Tは、正定値行列である。
As described above, the ellipsoidal correction matrix T E is converted in the coordinate system to the center point c OG of ellipsoidal V E as the origin, the coordinates on the ellipsoid V E, into coordinates on a spherical surface S E of radius 1 It is a matrix to do. In other words, the ellipsoidal correction matrix T E includes each of the three eigenvectors are orthogonal to each other, and each of the three principal axes of the ellipsoidal V E is parallel, and each of the three eigenvalues corresponding to the three eigenvectors, oval the length reciprocal of each of the three principal axes of the plane V E is determined to be equal.
Here, the three eigenvectors having the ellipsoidal correction matrix T E and u T1, u T2, and u T3, the corresponding eigenvalues lambda T1, lambda T2, and lambda T3 (where, λ T1 ≧ λ T2 ≧ λ T3 > 0). At this time, the eigenvector u T1 is determined to be parallel to the main axis L E1 , the eigenvector u T2 is set to be parallel to the main axis L E2 , and the eigenvector u T3 is set to be parallel to the main axis L E3 . The eigenvalue λ T1 is equal to the reciprocal of the length r E1 of the main axis L E1 , the eigenvalue λ T2 is equal to the reciprocal of the length r E2 of the main axis L E2 , and the eigenvalue λ T3 is equal to the length of the main axis L E3 . R is determined to be equal to the reciprocal of E3 . That is, the ellipsoid correction matrix T E expands or contracts the component in the eigenvector u T1 direction to the eigenvalue λ T1 times with respect to an arbitrary vector, expands and contracts the component in the eigenvector u T2 direction to the eigenvalue λ T2 times, and the eigenvector u T3 This is a matrix that expands and contracts the direction component to the eigenvalue λ T3 times.
Incidentally, the three eigenvalues having the ellipsoidal correction matrix T E lambda T1, lambda T2, and lambda T3 are both positive values, ellipsoidal correction matrix T E is a positive definite matrix.

ところで、図8に示すように、中心点cOGから変換後磁気データsにより表される座標を示すベクトルBs(μ)と、地磁気を表すベクトルBg(μ)との間には、ずれ角ψが生じる場合がある。この場合、変換後磁気データsから、ベクトルBg(μ)の正確な向きを算出することはできない。
しかし、ずれ角ψは、軟磁性材料21と3次元磁気センサ60との相互位置関係(すなわち、図5に示すベクトルPmの向き及び大きさ)に依存する値である。従って、ベクトルPmよりずれ角ψを特定することが可能であり、特定されたずれ角ψと、複数の変換後磁気データsとから、正確な地磁気Bgの向きを算出することが可能である。また、軟磁性材料21の配置を工夫することにより、ずれ角ψを小さく抑えることも可能である。
By the way, as shown in FIG. 8, between the vector S Bs (μ i ) indicating the coordinates represented by the converted magnetic data s i from the center point c OG and the vector S Bg (μ i ) indicating the geomagnetism. May cause a shift angle ψ. In this case, the correct direction of the vector S Bg (μ i ) cannot be calculated from the converted magnetic data s i .
However, the deviation angle [psi, a value that depends on the mutual positional relationship between the soft magnetic material 21 and the three-dimensional magnetic sensor 60 (i.e., the direction and magnitude of the vector S Pm shown in FIG. 5). Therefore, it is possible to identify the deviation angle ψ from the vector S Pm, can from a shift angle ψ identified, a magnetic data s i after multiple conversion, calculate the direction of the correct geomagnetism Bg is there. Further, by devising the arrangement of the soft magnetic material 21, the shift angle ψ can be suppressed to a small value.

以下において、楕円面Vの形状を求め、楕円面補正行列Tを算出することにより楕円補正を行い、正確な地磁気Bgの方向を算出する方法について述べる。 In the following, we determined the shape of the ellipsoid V E, performs elliptic correction by calculating the ellipsoid correction matrix T E, describes a method of calculating the direction of the correct geomagnetism Bg.

[2. 機器構成及びソフトウェア構成]
図9(A)は、本発明の第1実施形態に係る端末装置1の構成を示すブロック図である。
端末装置1は、各種の構成要素とバスを介して接続され装置全体を制御するCPU10、CPU10の作業領域として機能するRAM20、端末側磁気データ処理プログラム70等の各種プログラム及びデータを記憶したROM30、通信を実行する通信部40、画像を表示する表示部50、及び、磁気を検出して磁気データを出力する3次元磁気センサ60を備える。
[2. Device configuration and software configuration]
FIG. 9A is a block diagram showing a configuration of the terminal device 1 according to the first embodiment of the present invention.
The terminal device 1 is connected to various components via a bus and controls the entire device, a RAM 20 that functions as a work area of the CPU 10, a ROM 30 that stores various programs and data such as a terminal-side magnetic data processing program 70, and the like. A communication unit 40 that performs communication, a display unit 50 that displays an image, and a three-dimensional magnetic sensor 60 that detects magnetism and outputs magnetic data are provided.

3次元磁気センサ60は、X軸地磁気センサ61、Y軸地磁気センサ62、及びZ軸地磁気センサ63を備える。各センサは、MI素子(磁気インピーダンス素子)、MR素子(磁気抵抗効果素子)などを用いて構成することができる。地磁気センサI/F64は、各センサから出力信号をAD変換して磁気データqを出力する。この磁気データqは、X軸地磁気センサ61、Y軸地磁気センサ62、及びZ軸地磁気センサ63からの出力の各々を、センサ座標系Σのx軸、y軸及びz軸の3成分によって表す、センサ座標系Σ上のベクトルデータである。
RAM20は、CPU10の作業領域として用いられる。この作業領域には、3次元磁気センサ60が出力する磁気データを格納するための記憶領域(第1記憶領域Area1及び第2記憶領域Area2)と、各種管理情報を格納するための領域とを含む。
通信部40は、ネットワークNWを介してサーバ装置SVと通信するための通信インタフェースである。CPU10が端末側磁気データ処理プログラム70を実行することにより、端末装置1はサーバ装置SVとの通信を開始し、3次元磁気センサ60が出力する磁気データをサーバ装置SVに送信するとともに、サーバ装置SVから送信される応答情報を受信する。すなわち、CPU10が端末側磁気データ処理プログラム70を実行することで、端末装置1は、3次元磁気センサ60が出力する磁気データに基づいて地磁気Bgの向きを算出する地磁気測定システムSYSの一部として機能する。
表示部50は、地磁気測定システムSYSが算出した地磁気Bgの向きを、方位情報として矢印等により表示する。なお、端末側磁気データ処理プログラム70は、地図アプリケーション等との連携を想定するものであってもよく、表示部50は、地磁気の向きを示す方位情報である矢印等を地図上に表示してもよい。
The three-dimensional magnetic sensor 60 includes an X-axis geomagnetic sensor 61, a Y-axis geomagnetic sensor 62, and a Z-axis geomagnetic sensor 63. Each sensor can be configured using an MI element (magnetoimpedance element), an MR element (magnetoresistance effect element), or the like. The geomagnetic sensor I / F 64 AD-converts the output signal from each sensor and outputs magnetic data q. The magnetic data q are each output from the X-axis geomagnetic sensor 61, Y-axis geomagnetic sensor 62 and the Z-axis geomagnetic sensor 63, representing the x-axis of the sensor coordinate system sigma S, the three components of the y-axis and z-axis a vector data on the sensor coordinate system sigma S.
The RAM 20 is used as a work area for the CPU 10. This work area includes storage areas for storing magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor 60 (first storage area Area1 and second storage area Area2), and areas for storing various management information. .
The communication unit 40 is a communication interface for communicating with the server apparatus SV via the network NW. When the CPU 10 executes the terminal-side magnetic data processing program 70, the terminal device 1 starts communication with the server device SV, transmits the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor 60 to the server device SV, and the server device. Response information transmitted from the SV is received. That is, as the CPU 10 executes the terminal-side magnetic data processing program 70, the terminal device 1 is a part of the geomagnetism measurement system SYS that calculates the direction of the geomagnetism Bg based on the magnetic data output from the three-dimensional magnetic sensor 60. Function.
The display unit 50 displays the direction of the geomagnetism Bg calculated by the geomagnetism measurement system SYS as azimuth information using arrows or the like. The terminal-side magnetic data processing program 70 may be assumed to be linked with a map application or the like, and the display unit 50 displays an arrow or the like, which is direction information indicating the direction of geomagnetism, on the map. Also good.

図9(B)は、本発明の第1実施形態に係るサーバ装置SVの構成を示すブロック図である。サーバ装置SVは、各種の構成要素とバスを介して接続され装置全体を制御するCPU910、CPU910の作業領域として機能するRAM920、ブートプログラムなどを記憶したROM930、ネットワークNWを介して各端末装置1と通信するための通信部940、及び、サーバ側磁気データ処理プログラム960等の各種プログラム及びデータを記憶したハードディスク950、を備える。
RAM920は、CPU910の作業領域として用いられる。この作業領域には、端末装置1から送信された磁気データを格納するための第3記憶領域Area3と、各種管理情報を格納するための領域とを含む。なお、これらの作業領域は、ハードディスク950上に設けられるものであってもよい。
FIG. 9B is a block diagram showing a configuration of the server apparatus SV according to the first embodiment of the present invention. The server device SV is connected to various components via a bus, controls the entire device, a CPU 910, a RAM 920 that functions as a work area of the CPU 910, a ROM 930 that stores a boot program, etc., and each terminal device 1 via a network NW. A communication unit 940 for communication and a hard disk 950 storing various programs and data such as a server-side magnetic data processing program 960 are provided.
The RAM 920 is used as a work area for the CPU 910. This work area includes a third storage area Area3 for storing magnetic data transmitted from the terminal device 1, and an area for storing various management information. Note that these work areas may be provided on the hard disk 950.

図10は、地磁気測定システムSYSの機能を説明するための機能ブロック図である。具体的には、図10は、地磁気測定システムSYSの有する機能のうち、端末装置1のCPU10が端末側磁気データ処理プログラム70を実行することにより実現される機能と、サーバ装置SVのCPU910がサーバ側磁気データ処理プログラム960を実行することにより実現される機能とを表す。
なお、図10では、記載の便宜上、端末装置1のCPU10が端末側磁気データ処理プログラム70を実行することにより実現される機能に対して、符号「1」を付与し、サーバ装置SVのCPU910がサーバ側磁気データ処理プログラム960を実行することにより実現される機能に対して、符号「SV」を付与している。
FIG. 10 is a functional block diagram for explaining the functions of the geomagnetism measurement system SYS. Specifically, FIG. 10 illustrates a function realized by the CPU 10 of the terminal device 1 executing the terminal-side magnetic data processing program 70 among the functions of the geomagnetism measurement system SYS, and the CPU 910 of the server device SV as a server. It represents functions realized by executing the side magnetic data processing program 960.
In FIG. 10, for convenience of description, a symbol “1” is assigned to a function realized by the CPU 10 of the terminal device 1 executing the terminal-side magnetic data processing program 70, and the CPU 910 of the server device SV A code “SV” is given to a function realized by executing the server-side magnetic data processing program 960.

地磁気測定システムSYSのうち、端末装置1は、磁気データqを複数個蓄積する蓄積部110、サーバ装置SVとの通信を行う端末側送受信部120、3次元磁気センサ60から順次出力される磁気データqに基づいて地磁気Bgの向きを算出する地磁気算出部130、及び、蓄積部110に蓄積された複数の磁気データに基づいて近似中心点cSBの座標を算出する近似中心点算出部140、を備える。
また、地磁気測定システムSYSのうち、サーバ装置SVは、端末装置1との通信を行うサーバ側送受信部720、端末装置1との間で送受信される情報を管理するデータ制御部710、及び、端末装置1から送信された複数の磁気データに基づいて最適中心点cEOPの座標及び最適楕円面補正行列TOPを算出する楕円面補正部200、を備える。
ここで、最適中心点cEOPとは、端末装置1から送信された複数の磁気データの各々の示す座標との誤差を最小化するように定められる楕円面である最適楕円面VEOPの中心点である。また、最適楕円面補正行列TOPとは、最適楕円面VEOP上の座標を、最適中心点cEOPを中心とする球面SEOP上の座標へと変換するための、3行3列の対称行列である。
In the geomagnetism measurement system SYS, the terminal device 1 includes a storage unit 110 that stores a plurality of magnetic data q i , a terminal-side transmission / reception unit 120 that communicates with the server device SV, and a magnet that is sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor 60. A geomagnetism calculation unit 130 that calculates the orientation of the geomagnetism Bg based on the data q i , and an approximate center point calculation unit 140 that calculates the coordinates of the approximate center point c SB based on a plurality of magnetic data stored in the storage unit 110. .
Further, in the geomagnetism measurement system SYS, the server device SV includes a server-side transmission / reception unit 720 that performs communication with the terminal device 1, a data control unit 710 that manages information transmitted / received to / from the terminal device 1, and a terminal It comprises ellipsoid correction unit 200, which calculates the coordinates and optimum ellipsoidal correction matrix T OP of the optimum center point c EOP based on a plurality of magnetic data transmitted from the apparatus 1.
Here, the optimum center point c EOP is the center point of the optimum ellipse surface V EOP that is an ellipsoid surface determined so as to minimize an error from the coordinates indicated by each of the plurality of magnetic data transmitted from the terminal device 1. It is. The optimal ellipsoid correction matrix T OP is a 3 × 3 symmetry for converting coordinates on the optimal ellipsoid V EOP into coordinates on the spherical surface S EOP centered on the optimal center point c EOP. It is a matrix.

蓄積部110は、第1記憶部BU1と第2記憶部BU2とを備え、端末側送受信部120、地磁気算出部130、及び近似中心点算出部140に対して入力される情報と、これらが出力する情報とを管理する。
具体的には、蓄積部110は、3次元磁気センサ60から順次出力される磁気データqを第1記憶部BU1に格納する。そして、蓄積部110は、第1記憶部BU1にN個の磁気データq〜qが蓄積され、当該N個の磁気データq〜qを端末側送受信部120が取得したときに、第1記憶部BU1に格納されたデータを破棄する。前述したように、Nは、精度よくオフセットを導出するために必要な磁気データの規定測定回数を表す「9」以上の自然数である。
ここで、第1記憶部BU1は、RAM20の第1記憶領域Area1により形成され、第2記憶部BU2は、RAM20の第2記憶領域Area2により形成される。
なお、本実施形態において、蓄積部110は、第1記憶部BU1に蓄積されたN個の磁気データq〜qを出力した場合、当該N個の磁気データq〜qの全部を破棄するが、古い方から一定割合のデータのみを破棄してもよい。
本実施形態において、蓄積部110は、3次元磁気センサ60から順次出力される磁気データqの全てを第1記憶部BU1に格納するが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、蓄積部110は、3次元磁気センサ60から順次出力される磁気データqの示す座標と、蓄積部110に直前に格納された磁気データqi−1の示す座標との距離が所定値よりも大きい場合に限り、磁気データqを第1記憶部BU1に格納してもよい。また、蓄積部110は、3次元磁気センサ60から順次出力される磁気データqの示す座標と、蓄積部110に既に格納されている磁気データq〜qi−1の各々の示す座標との距離が所定値よりも大きい場合に限り、磁気データqを第1記憶部BU1に格納してもよい。
The storage unit 110 includes a first storage unit BU1 and a second storage unit BU2, and inputs information to the terminal-side transmission / reception unit 120, the geomagnetism calculation unit 130, and the approximate center point calculation unit 140, and outputs them. Information to manage.
Specifically, the storage unit 110 stores the magnetic data q i sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor 60 in the first storage unit BU1. Then, the storage unit 110, are N magnetic data q 1 to q N stored in the first storage unit BU1, when the N number of the magnetic data q 1 to q N terminal side receiving unit 120 has acquired, The data stored in the first storage unit BU1 is discarded. As described above, N is a natural number equal to or greater than “9” that represents the specified number of measurements of magnetic data necessary to accurately derive the offset.
Here, the first storage unit BU1 is formed by the first storage area Area1 of the RAM 20, and the second storage unit BU2 is formed by the second storage area Area2 of the RAM 20.
In the present embodiment, the storage unit 110, when outputting the N pieces of magnetic data q 1 to q N stored in the first storage unit BU1, all of the N pieces of magnetic data q 1 to q N Discard, but only a certain percentage of data from the oldest may be discarded.
In the present embodiment, the storage unit 110 stores all the magnetic data q i sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor 60 in the first storage unit BU1, but the present invention is not limited to such an aspect. Absent. For example, the storage unit 110, three-dimensional coordinate indicated by the magnetic data q i sequentially output from the magnetic sensor 60, the distance is a predetermined value between the coordinate indicated by the magnetic data q i-1 stored immediately before the storage unit 110 The magnetic data q i may be stored in the first storage unit BU1 only when it is larger than the first storage unit BU1. In addition, the storage unit 110 includes coordinates indicated by the magnetic data q i sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor 60, and coordinates indicated by each of the magnetic data q 1 to q i−1 already stored in the storage unit 110. The magnetic data q i may be stored in the first storage unit BU1 only when the distance is greater than a predetermined value.

また、蓄積部110は、3次元磁気センサ60から順次出力される磁気データqが、以下の式(2.a)を満たす場合、当該磁気データqを第2記憶部BU2に格納する。なお、以下においては、磁気データqのうち、第2記憶部BU2に格納されている磁気データを、「q」と表す場合がある。
ここで、磁気データqの示す座標は、以下の式(2.b)に示す3次元のベクトルで表される。また、M(第2規定数)を、0<M≦Nを満たす自然数とし、「k」を、1≦k<Mを満たす自然数とする。本実施形態において、Mは「4」である。また、以下の式(2.a)に現れる「qBn」は、3次元磁気センサ60が磁気データqを出力したときに、第2記憶部BU2に格納されている磁気データの各々が示す座標であり、以下の式(2.c)に示す3次元のベクトルで表される。なお、Δqは、0よりも大きな所定の値である。すなわち、以下の式(2.a)は、3次元磁気センサ60から出力された磁気データqの示す座標と、第2記憶部BU2に格納されているk個の磁気データqB1〜qBkの各々の示す座標とのそれぞれ距離の全てが、所定の値Δqよりも大きいという条件を表す。当該条件を、以下では「磁気データ距離条件」と称する。このように、蓄積部110は、磁気データqの示す座標が磁気データ距離条件を充足する場合に、当該磁気データqを第2記憶部BU2に格納する。
また、蓄積部110は、第2記憶部BU2にM個の磁気データqB1〜qBMが蓄積され、当該M個の磁気データqB1〜qBMを近似中心点算出部140が取得したときに、第2記憶部BU2に格納されたデータを破棄する。
なお、本実施形態では、蓄積部110は、「磁気データ距離条件」を充足する場合に、3次元磁気センサ60が出力する磁気データqを第2記憶部BU2に格納するが、当該条件を充足するか否かを判定すること無く、第2記憶部BU2に格納してもよい。

Figure 0006019585
Further, when the magnetic data q i sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor 60 satisfies the following formula (2.a), the storage unit 110 stores the magnetic data q i in the second storage unit BU2. In the following, the magnetic data stored in the second storage unit BU2 among the magnetic data q may be expressed as “q B ”.
Here, the coordinates indicated by the magnetic data q i are represented by a three-dimensional vector shown in the following equation (2.b). Further, M (second specified number) is a natural number that satisfies 0 <M ≦ N, and “k” is a natural number that satisfies 1 ≦ k <M. In the present embodiment, M is “4”. Further, “q Bn ” appearing in the following equation (2.a) indicates each of the magnetic data stored in the second storage unit BU2 when the three-dimensional magnetic sensor 60 outputs the magnetic data q i. It is a coordinate and is represented by a three-dimensional vector shown in the following equation (2.c). Δq is a predetermined value larger than 0. That is, the following equation (2.a) is obtained by the coordinates indicated by the magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60 and the k pieces of magnetic data q B1 to q Bk stored in the second storage unit BU2. Represents the condition that all the distances to the coordinates indicated by each are greater than a predetermined value Δq. This condition is hereinafter referred to as “magnetic data distance condition”. As described above, when the coordinates indicated by the magnetic data q i satisfy the magnetic data distance condition, the accumulation unit 110 stores the magnetic data q i in the second storage unit BU2.
The accumulating unit 110 accumulates M pieces of magnetic data q B1 to q BM in the second storage unit BU2, and the approximate center point calculating unit 140 acquires the M pieces of magnetic data q B1 to q BM. The data stored in the second storage unit BU2 is discarded.
In the present embodiment, the storage unit 110 stores the magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60 in the second storage unit BU2 when the “magnetic data distance condition” is satisfied. You may store in 2nd memory | storage part BU2 without determining whether it is satisfied.
Figure 0006019585

また、蓄積部110は、応答情報RESがサーバ装置SVから端末側送受信部120に供給されたときに、当該応答情報RESを格納する。本実施形態において、応答情報RESは、応答中心点cSAの座標、及び、応答補正行列Tを含む情報である。
さらに、蓄積部110は、後述する各種カウンタ及び各種フラグ等の管理情報を格納する。
Further, the storage unit 110 stores the response information RES when the response information RES is supplied from the server device SV to the terminal side transmission / reception unit 120. In the present embodiment, response information RES is the coordinates of the response center point c SA, and is information including a response correction matrix T A.
Furthermore, the storage unit 110 stores management information such as various counters and various flags described later.

端末側送受信部120は、蓄積部110の第1記憶部BU1にN個の磁気データq〜qが蓄積されたときに、これらN個の磁気データq〜qを取得し、サーバ装置SVに対して送信する。また、端末側送受信部120は、サーバ装置SVから供給される応答情報RESを受信して、蓄積部110に出力する。 When the N pieces of magnetic data q 1 to q N are stored in the first storage unit BU 1 of the storage unit 110, the terminal side transmission / reception unit 120 acquires the N pieces of magnetic data q 1 to q N , and the server Transmit to device SV. Further, the terminal side transmission / reception unit 120 receives the response information RES supplied from the server device SV and outputs the response information RES to the storage unit 110.

近似中心点算出部140は、蓄積部110の第2記憶部BU2にM個の磁気データqB1〜qBMが蓄積されたときに、当該M個の磁気データqB1〜qBMの各々が示す座標を表面上に有する球面(近似中心点算出用球面)Sの中心点である近似中心点cSBの座標を算出する。
近似中心点cSBの座標の算出は、公知の方法を適宜適用して算出すればよい。近似中心点cSBの座標を以下の式(3.b)に示す3次元のベクトルで表す。このとき、例えば、以下の式(3.a)に示す連立一次方程式の解として、近似中心点cSBの座標を算出することができる。なお、式(3.a)に現れる変数cSBwは、計算上用いられる変数である。

Figure 0006019585
Approximate center point calculating unit 140, when the M pieces of the magnetic data q B1 to q BM stored in the second storage unit BU2 accumulation unit 110, indicated by each of the M pieces of the magnetic data q B1 to q BM coordinates to calculate the coordinates of the center point is approximated center point c SB spherical (approximate center point calculating spherical) S B having on the surface a.
The coordinates of the approximate center point c SB may be calculated by appropriately applying a known method. The coordinates of the approximate center point c SB are represented by a three-dimensional vector shown in the following equation (3.b). At this time, for example, the coordinates of the approximate center point c SB can be calculated as a solution of the simultaneous linear equations shown in the following expression (3.a). Note that the variable c SBw appearing in the equation ( 3.a ) is a variable used for calculation.
Figure 0006019585

地磁気算出部130は、3次元磁気センサ60から出力される磁気データqの示す座標に対して、楕円面補正行列TとオフセットcOFFとを用いた楕円補正を施し、センサ座標系Σにおける地磁気Bgの向き(厳密には、ベクトルBs(μ)の向き)を算出する。 The geomagnetism calculation unit 130 performs ellipse correction using the ellipsoid correction matrix TE and the offset c OFF on the coordinates indicated by the magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60, and the sensor coordinate system Σ S The direction of the geomagnetism S Bg at (specifically, the direction of the vector S Bs (μ i )) is calculated.

地磁気算出部130は、オフセット採用部131と、地磁気ベクトル計算部132とを備える。
オフセット採用部131は、応答中心点cSAの座標を表すベクトルまたは近似中心点cSBの座標を表すベクトルのうちいずれか一方を、オフセットcOFFとして採用する。そして、オフセット採用部131は、応答中心点cSAの座標を表すベクトルをオフセットcOFFとして採用する場合、応答補正行列Tを楕円面補正行列Tとして採用する。一方、オフセット採用部131は、近似中心点cSBの座標を表すベクトルをオフセットcOFFとして採用する場合、3行3列の単位行列Iを楕円面補正行列Tとして採用する。
地磁気ベクトル計算部132は、式(1.a)に示すように、3次元磁気センサ60から出力される磁気データqに対して、楕円面補正行列T及びオフセットcOFFを用いた楕円補正を行い、地磁気Bgの向きを算出する。
なお、式(1.a)から明らかなように、オフセット採用部131が楕円面補正行列Tとして、単位行列Iを採用する場合、地磁気Bgの向きは、単に、磁気データqの示す座標から近似中心点cSBの座標を減算することで算出される。すなわち、この場合、地磁気ベクトル計算部132は、実質的には楕円補正を行わず、単なるベクトルの減算処理により地磁気Bgの向きを算出する。
The geomagnetism calculation unit 130 includes an offset adoption unit 131 and a geomagnetism vector calculation unit 132.
Offset employed 131 either one of the vector representing the coordinates of the vector or the approximate center point c SB representing the coordinates of the response center point c SA, adopted as the offset c OFF. Then, the offset adopted section 131, when employing a vector representing the coordinates of the response center point c SA as an offset c OFF, employing a response correction matrix T A as ellipsoid correction matrix T E. On the other hand, the offset adopted section 131, when employing a vector representing the coordinates of the approximate center point c SB as an offset c OFF, employing a unit matrix I of three rows and three columns as an ellipsoid correction matrix T E.
Geomagnetic vector calculation unit 132, as shown in Equation (1.a), the magnetic data q i output from a 3D magnetic sensor 60, an ellipse correction using the ellipsoid correction matrix T E and the offset c OFF It was carried out, to calculate the direction of the geomagnetic S Bg.
As is clear from equation (1.a), if the offset employed 131 employed as an ellipsoid correction matrix T E, the unit matrix I, the orientation of the geomagnetic S Bg is simply indicated by the magnetic data q i It is calculated by subtracting the coordinates of the approximate center point c SB from the coordinates. That is, in this case, the geomagnetic vector calculation section 132 is essentially without elliptical correction, to calculate the direction of the geomagnetism S Bg by subtraction just vectors.

サーバ側送受信部720は、端末装置1から送信されるN個の磁気データq〜qを受信して、これをデータ制御部710に格納する。また、サーバ側送受信部720は、データ制御部710が応答情報RESを生成したとき、当該応答情報RESを取得し、端末装置1に対して送信する。なお、応答情報RESが、ある端末装置1から受信したN個の磁気データq〜qに基づいて算出された場合、サーバ側送受信部720は、当該ある端末装置1に対して、当該応答情報RESを送信する。 Server-side transceiver unit 720 receives the N pieces of magnetic data q 1 to q N transmitted from the terminal apparatus 1, and stores it in the data control unit 710. Further, when the data control unit 710 generates the response information RES, the server-side transmission / reception unit 720 acquires the response information RES and transmits the response information RES to the terminal device 1. Incidentally, the response information RES is, when it is calculated based on a certain terminal device the N magnetic data q 1 to q N received from 1, the server-side transmitting and receiving unit 720, with respect to the certain terminal device 1, the response Information RES is transmitted.

データ制御部710は、サーバ側送受信部720及び楕円面補正部200に対して入力する情報と、これらが出力する情報とを管理するとともに、応答情報RESを生成する。
具体的には、データ制御部710は、サーバ側送受信部720が出力する複数の磁気データq〜qを保持する。
また、データ制御部710は、楕円面補正部200が最適中心点cEOPの示す座標及び最適楕円面補正行列TOPを算出したとき、最適中心点cEOPを応答中心点cSAとして採用するとともに、最適楕円面補正行列TOPを応答補正行列Tとして採用する。そして、データ制御部710は、応答中心点cSAの示す座標及び応答補正行列Tを要素とする応答情報RESを生成する。
The data control unit 710 manages information input to the server-side transmission / reception unit 720 and the ellipsoidal correction unit 200 and information output from these, and generates response information RES.
Specifically, the data control unit 710 holds a plurality of magnetic data q 1 to q N output from the server-side transmission / reception unit 720.
Further, the data control unit 710, when the ellipsoid correction unit 200 calculates the coordinates and optimum ellipsoidal correction matrix T OP indicated optimum center point c EOP, while adopting an optimum center point c EOP response center point c SA , adopting the optimal ellipsoid correction matrix T OP in response correction matrix T a. Then, the data control unit 710 generates response information RES to the coordinates and response correction matrix T A shows response center point c SA element.

楕円面補正部200は、楕円面初期補正値生成部300と、楕円面最適補正値生成部400とを備える。
楕円面初期補正値生成部300は、データ制御部710に格納される複数の磁気データq〜qに基づいて初期中心点cE0の座標及び初期楕円面補正行列Tを算出する。ここで、初期中心点cE0とは、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する初期楕円面VE0の中心点である。また、初期楕円面補正行列Tとは、初期楕円面VE0上の座標を、初期中心点cE0を中心とする球面SE0上の座標へと変換するための3行3列の対称行列である。なお、初期中心点cE0及び初期楕円面補正行列Tの具体的な算出方法については後述する。
The ellipsoidal correction unit 200 includes an ellipsoidal initial correction value generation unit 300 and an ellipsoidal optimal correction value generation unit 400.
The ellipsoid initial correction value generation unit 300 calculates the coordinates of the initial center point cE0 and the initial ellipsoid correction matrix T 0 based on the plurality of magnetic data q 1 to q N stored in the data control unit 710. Here, the initial center point c E0 is a center point of the initial ellipsoid V E0 having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity. The initial ellipsoid correction matrix T 0 is a 3-by-3 symmetric matrix for converting coordinates on the initial ellipsoid V E0 into coordinates on the sphere S E0 centered on the initial center point c E0. It is. It will be described later specific method for calculating the initial center point c E0 and initial ellipsoidal correction matrix T 0.

楕円面最適補正値生成部400は、楕円面初期補正値生成部300が算出する初期中心点cE0の座標及び初期楕円面補正行列Tに基づいて、複数の磁気データq〜qの各々が示す座標と楕円面との誤差を最小化する最適楕円面VEOPの中心点である最適中心点cEOPの座標と、最適楕円面VEOP上の座標から最適中心点cEOPを中心点に有する球面SEOP上の座標への座標変換を表す最適楕円面補正行列TOPとを算出する。
複数の磁気データq〜qの示す座標と最適楕円面VEOPとの誤差が最小化され「0」となる場合、楕円面Vと最適楕円面VEOPとは一致し、最適中心点cEOPと中心点cOG(すなわち、内部磁界Biの示す座標)とは一致する。なお、最適中心点cEOP及び最適楕円面補正行列TOPの算出方法の詳細については後述する。
[3. オフセットの更新]
Ellipsoidal optimum correction value generation unit 400, based on the coordinates and the initial ellipsoidal correction matrix T 0 of the initial center point c E0 to ellipsoidal initial correction value generation unit 300 calculates, for a plurality of magnetic data q 1 to q N the coordinates of the optimum center point c EOP an error between the coordinates and ellipsoidal each representing a center point of the ideal ellipsoid V EOP to minimize, the central point the optimum center point c EOP from the coordinates of the optimum ellipsoidal V EOP It calculates the optimum ellipsoidal correction matrix T OP representing the coordinate transformation to the coordinate on the sphere S EOP having to.
If the error between the plurality of magnetic data q 1 to q N coordinates and ideal ellipsoid V EOP indicated by is minimized "0", it matches the ellipsoid V E and the optimum ellipsoidal V EOP, the optimum center point The c EOP and the center point c OG (that is, the coordinates indicated by the internal magnetic field Bi) coincide with each other. It will be described later in detail of a method of calculating the optimum center point c EOP and optimum ellipsoidal correction matrix T OP.
[3. Update offset]

図11は、オフセット採用部131が採用するオフセットcOFFについて説明するための説明図である。具体的には、図11は、オフセット採用部131が採用するオフセットcOFFと、3次元磁気センサ60が出力する磁気データq、サーバ装置SVから供給される応答中心点cSA、及び、近似中心点算出部140が算出する近似中心点cSBとの関係を示している。
なお、この図においては、簡単のために、蓄積部110が複数の磁気データqB1〜qBMを蓄積するための条件である「磁気データ距離条件」を考慮しない。すなわち、この図において、蓄積部110は、3次元磁気センサ60がM個の磁気データq〜qを出力したときに、これらを磁気データqB1〜qBMとして蓄積することを前提とする。また、この図においては、簡単のために、端末装置1とサーバ装置SVとの間の通信時間、サーバ装置SVにおける応答中心点cSAの算出時間、等は考慮しない。すなわち、この図において、サーバ装置SVは、3次元磁気センサ60がN個の磁気データq〜qを出力したら、直ちに応答中心点cSAを算出し、これを端末装置1に供給するものと仮定する。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the offset c OFF employed by the offset adopting unit 131. Specifically, FIG. 11 shows an offset c OFF adopted by the offset adoption unit 131, magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60, a response center point c SA supplied from the server device SV, and an approximation. central point calculation unit 140 indicates the relationship between the approximation center point c SB to calculate.
In this figure, for the sake of simplicity, the “magnetic data distance condition” which is a condition for the storage unit 110 to store a plurality of magnetic data q B1 to q BM is not considered. That is, in this figure, the storage unit 110, when the three-dimensional magnetic sensor 60 has output the M magnetic data q 1 to q M, it is assumed that storing them as magnetic data q B1 to q BM . In this figure, for the sake of simplicity, the communication time between the terminal device 1 and the server device SV, the calculation time of the response center point c SA in the server device SV, and the like are not considered. I.e., in this figure, server SV, the three-dimensional magnetic sensor 60 After outputs N magnetic data q 1 to q N, calculate the response center point c SA immediately supplies it to the terminal device 1 Assume that

図11に示すように、オフセット採用部131は、CPU10が端末側磁気データ処理プログラム70を実行した後、サーバ装置SVが応答中心点cSAを供給されるまでの間において、近似中心点算出部140が算出する近似中心点cSBをオフセットcOFFとして採用する(図11(A))。なお、オフセット採用部131は、オフセットcOFFとして近似中心点cSBの座標を示すベクトルが採用されているときに、近似中心点算出部140が新たに近似中心点cSBを算出した場合、新たに算出された近似中心点cSBの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する(図11(B))。その後、オフセット採用部131は、サーバ装置SVから応答中心点cSAが供給された場合、応答中心点cSAの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する(図11(C))。オフセットcOFFとして応答中心点cSAの座標を示すベクトルが採用されている場合、オフセット採用部131は、近似中心点算出部140が新たに近似中心点cSBを算出しても、当該近似中心点cSBによってオフセットcOFFを更新することは無いが、サーバ装置SVから新たな応答中心点cSAが供給されたときには、当該新たに供給された応答中心点cSAの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する(図11(D))。 As shown in FIG. 11, the offset adopting unit 131 executes the approximate center point calculating unit after the CPU 10 executes the terminal side magnetic data processing program 70 and before the server device SV is supplied with the response center point c SA. The approximate center point c SB calculated by 140 is adopted as the offset c OFF (FIG. 11A). Note that when the approximate center point calculation unit 140 newly calculates the approximate center point c SB when the vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB is employed as the offset c OFF , the offset adopting unit 131 newly calculates the approximate center point c SB. The offset c OFF is updated with a vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB calculated in (1B). After that, when the response center point c SA is supplied from the server device SV, the offset adoption unit 131 updates the offset c OFF with a vector indicating the coordinates of the response center point c SA (FIG. 11C). When a vector indicating the coordinates of the response center point c SA is adopted as the offset c OFF , the offset adoption unit 131 does not calculate the approximate center point c SB even if the approximate center point calculation unit 140 newly calculates the approximate center point c SB. Although the offset c OFF is not updated by the point c SB , when a new response center point c SA is supplied from the server device SV, a vector indicating the coordinates of the newly supplied response center point c SA The offset c OFF is updated (FIG. 11D).

上述の通り、内部磁界Biは、通常、端末装置1の姿勢をどのように変化させても、当該端末装置1から見て(つまり、センサ座標系Σにおいて)一定の向き及び大きさを有する。しかし、端末装置1の内部状態が変化した場合(例えば、端末装置1に搭載された部品を流れる電流の大きさが変化した場合や、端末装置1に搭載された部品の着磁状況が変化した場合)、センサ座標系Σにおける内部磁界Biの向きや大きさが変化することがある。地磁気Bgの向きは、3次元磁気センサ60が出力する磁気データqの示す座標から、内部磁界を示すベクトルBiを表すオフセットcOFFを減算する補正処理を施すことで、算出される。従って、正確な地磁気Bgの向きを算出するためには、オフセットcOFFが内部磁界を示すベクトルBiを正確に表している必要がある。
そこで、本実施形態に係る端末装置1は、近似中心点算出部140において、内部磁界Biが変化したか否かを判定し、内部磁界Biが変化したと判定された場合には、オフセット採用部131において、オフセットcOFFを、変化後の内部磁界Biを表す値に更新する。
As described above, the internal magnetic field Bi is normally also how to change the attitude of the terminal device 1, as viewed from the terminal apparatus 1 (i.e., in the sensor coordinate system sigma S) having a constant direction and magnitude . However, when the internal state of the terminal device 1 changes (for example, when the magnitude of the current flowing through the component mounted on the terminal device 1 changes, or the magnetization status of the component mounted on the terminal device 1 changes). If), the direction and magnitude of the internal magnetic field Bi in the sensor coordinate system sigma S may change. The direction of the geomagnetism Bg is calculated by performing a correction process for subtracting the offset c OFF representing the vector S Bi indicating the internal magnetic field from the coordinates indicated by the magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60. Therefore, in order to calculate the correct direction of the geomagnetism Bg, the offset c OFF needs to accurately represent the vector S Bi indicating the internal magnetic field.
Therefore, the terminal device 1 according to the present embodiment determines whether or not the internal magnetic field Bi has changed in the approximate center point calculation unit 140, and if it is determined that the internal magnetic field Bi has changed, the offset adoption unit. In 131, the offset c OFF is updated to a value representing the changed internal magnetic field Bi.

上述したように、近似中心点cSBは、M個の磁気データqB1〜qBMに基づいて算出される。従って、内部磁界Biが変化した後に取得した磁気データqB1〜qBMを用いて算出された近似中心点cSBの座標は、変化後の内部磁界を表すベクトルBiの示す座標であると看做すことができる。また、内部磁界Biの向き及び大きさが大きく変化した場合、変化前の磁気データqに基づいて算出されたオフセットcOFFの示す座標と、変化後の磁気データqに基づいて算出された近似中心点cSBの示す座標との距離は、大きいものとなる。
そこで、本実施形態に係る近似中心点算出部140は、以下の式(4.a)に示すように、近似中心点算出部140が算出する近似中心点cSBの座標と、オフセット採用部131が採用しているオフセットcOFFの示す座標との距離が、所定の閾値ΔcOFFよりも大きい場合、内部磁界Biが変化したものと判定する。ここで、式(4.a)に現れるオフセットcOFFは、以下の式(4.b)に示す3次元のベクトルである。
一方、本実施形態に係る近似中心点算出部140は、当該近似中心点cSBの座標と、当該オフセットcOFFの示す座標との距離が、所定の閾値ΔcOFF以下である場合、内部磁界Biが変化しなかったものと判定する。
なお、以下では、近似中心点算出部140が算出する近似中心点cSBの座標と、オフセット採用部131が採用しているオフセットcOFFの示す座標との距離が所定の閾値ΔcOFF以下であるという条件を、「オフセット距離条件」と称する。すなわち、本実施形態では、近似中心点cSBとオフセットcOFFとが、オフセット距離条件を充足するか否かを判定することにより、内部磁界Biの変化の有無を判断する。
MはNに比べて小さい値であるため、応答中心点cSAを用いて内部磁界Biの変化を判定する場合と比較して、短時間で内部磁界Biの変化を把握することが可能となる。

Figure 0006019585
As described above, the approximate center point c SB is calculated based on the M pieces of magnetic data q B1 to q BM . Therefore, the coordinates of the approximate center point c SB calculated using the magnetic data q B1 to q BM acquired after the change of the internal magnetic field Bi are the coordinates indicated by the vector S Bi representing the changed internal magnetic field. Can be tricked. Further, when the direction and magnitude of the internal magnetic field Bi has changed significantly, and the coordinates indicated by the offset c OFF which is calculated based on the magnetic data q i before the change, which is calculated based on the magnetic data q i after the change The distance from the coordinates indicated by the approximate center point c SB is large.
Therefore, the approximate center point calculation unit 140 according to the present embodiment includes the coordinates of the approximate center point c SB calculated by the approximate center point calculation unit 140 and the offset adoption unit 131 as shown in the following equation (4.a). determines but the distance between the adopted by coordinates indicated by the offset c OFF and is greater than a predetermined threshold .DELTA.c OFF, as the internal magnetic field Bi is changed. Here, the offset c OFF appearing in the equation (4.a) is a three-dimensional vector represented by the following equation (4.b).
On the other hand, when the distance between the coordinates of the approximate center point c SB and the coordinates indicated by the offset c OFF is equal to or less than the predetermined threshold value Δc OFF , the approximate center point calculation unit 140 according to the present embodiment has the internal magnetic field Bi. Is determined not to have changed.
In the following description, the distance between the coordinates of the approximate center point c SB calculated by the approximate center point calculation unit 140 and the coordinates indicated by the offset c OFF adopted by the offset adoption unit 131 is equal to or less than a predetermined threshold Δc OFF. This condition is referred to as “offset distance condition”. That is, in the present embodiment, whether or not the internal magnetic field Bi is changed is determined by determining whether or not the approximate center point c SB and the offset c OFF satisfy the offset distance condition.
Since M is smaller than the N, it is possible as compared with the case of determining the change in internal magnetic field Bi using the response center point c SA, to grasp the change in internal magnetic field Bi in a short time .
Figure 0006019585

図11に示すように、内部磁界Biが変化したと判定された場合、オフセット採用部131は、近似中心点算出部140が算出した近似中心点cSBの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する(図11(E))。これにより、内部磁界Biが変化しても、変化後の内部磁界を表すベクトルBiの示す座標を正確に表す値に、オフセットcOFFを更新することができる。
なお、内部磁界Biが変化し、近似中心点cSBの座標を示すベクトルによりオフセットcOFFを更新した後は、オフセット採用部131は、図11(B)〜(D)と同様に動作する。すなわち、オフセット採用部131は、近似中心点算出部140が新たに近似中心点cSBを算出したとき、オフセットcOFFとして近似中心点cSBの座標を示すベクトルが採用されている場合に限り、新たに算出された近似中心点cSBの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する(図11(F))。また、オフセット採用部131は、
サーバ装置SVから応答中心点cSAが供給された場合、応答中心点cSAの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する(図11(G))。
以上のように、オフセット採用部131は、内部磁界Biの変化を正確且つ迅速に反映したオフセットcOFFを採用することができる。
[4. 地磁気測定システムの動作を表すフローチャート]
As shown in FIG. 11, when it is determined that the internal magnetic field Bi has changed, the offset adopting unit 131 sets the offset c OFF using a vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB calculated by the approximate center point calculating unit 140. Update (FIG. 11E). Thereby, even if the internal magnetic field Bi changes, the offset c OFF can be updated to a value that accurately represents the coordinates indicated by the vector S Bi representing the internal magnetic field after the change.
Note that after the internal magnetic field Bi changes and the offset c OFF is updated with a vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB , the offset adopting unit 131 operates in the same manner as in FIGS. That is, when the approximate center point calculation unit 140 newly calculates the approximate center point c SB , the offset adopting unit 131 only when a vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB is employed as the offset c OFF . The offset c OFF is updated with a vector indicating the newly calculated approximate center point c SB (FIG. 11F). The offset adoption unit 131
When the response center point c SA is supplied from the server device SV, the offset c OFF is updated with a vector indicating the coordinates of the response center point c SA (FIG. 11 (G)).
As described above, the offset adoption unit 131 can employ the offset c OFF that accurately and quickly reflects the change in the internal magnetic field Bi.
[4. Flow chart showing operation of geomagnetic measurement system]

以下では、図12〜図15を参照しつつ、地磁気測定システムSYSの動作について説明する。   Hereinafter, the operation of the geomagnetism measurement system SYS will be described with reference to FIGS.

図12は、端末装置1の動作を表すフローチャートである。当該フローチャートに示される処理は、CPU10が端末側磁気データ処理プログラム70を実行することにより開始される。   FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the terminal device 1. The processing shown in the flowchart is started when the CPU 10 executes the terminal side magnetic data processing program 70.

ステップS11において、CPU10は、初期化処理を実行する。具体的には、CPU10は、RAM20に格納されている磁気データqを破棄するとともに、各種フラグ及びカウンタを初期化する。フラグ及びカウンタの初期化として、CPU10は、第1記憶領域Area1に蓄積された磁気データqの個数を表すカウント値CtAを「0」に設定し、第2記憶領域Area2に蓄積された磁気データqの個数を表すカウント値CtBを「0」に設定し、サーバ装置SVから応答中心点cSAが供給されているか否かを示すフラグFgAを、応答中心点cSAが供給されていないことを表す値「0」に設定し、近似中心点cSBが算出されているか否かを示すフラグFgBを、近似中心点cSBが算出されていないことを表す値「0」に設定し、オフセット距離条件を充足するか否かを表すフラグFgOを、当該条件が充足されていることを表す「0」に設定し、オフセットcOFFの種類を示すフラグFgCを、端末装置1がオフセットcOFFとして近似中心点cSBの座標を示すベクトルを採用していること(または、端末装置1がオフセットcOFFとしていかなる値も採用していない状態であること)を示す値「0」に設定する。 In step S11, the CPU 10 executes an initialization process. Specifically, the CPU 10 discards the magnetic data q stored in the RAM 20 and initializes various flags and counters. As initialization of the flag and counter, the CPU 10 sets a count value CtA representing the number of magnetic data q i stored in the first storage area Area1 to “0”, and stores the magnetic data stored in the second storage area Area2. the count value CtB representing the number of q B is set to "0", the flag FgA indicating whether the response center point c SA from the server apparatus SV is supplied, the response center point c SA not supplied is set to a value "0" representing a flag FgB indicating whether approximation center point c SB is calculated and set to the value "0" indicating that the approximate center point c SB has not been calculated, the offset The terminal device 1 sets the flag FgO indicating whether or not the distance condition is satisfied to “0” indicating that the condition is satisfied, and sets the flag FgC indicating the type of the offset c OFF. That employs a vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB as an offset c OFF (or, that the terminal apparatus 1 is in the state not employing any value as an offset c OFF) to the value "0" indicating a Set.

次に、ステップS13において、CPU10は、磁気データ取得処理を実行する。具体的には、CPU10は、3次元磁気センサ60が出力する磁気データqを、RAM20に格納する。
このように、CPU10は、ステップS11の初期化処理と、ステップS13の磁気データ取得処理とを実行することにより、蓄積部110として機能する。
図13(A)は、磁気データ取得処理の詳細を例示したフローチャートである。ステップS131において、CPU10は、3次元磁気センサ60が出力する磁気データqを、RAM20に設けられる第1記憶領域Area1に格納する。次に、ステップS132において、CPU10は、カウント値CtAに「1」を加算(カウントアップ)する。そして、ステップS133において、CPU10は、当該磁気データqの示す座標が、磁気データ距離条件を充足するか否かを判定し、判定結果が肯定である場合には処理をステップS134に進める一方、判定結果が否定である場合には磁気データ取得処理を終了させたうえで、処理をステップS15に進める。ステップS134において、CPU10は、当該磁気データqを、磁気データqとして、第2記憶領域Area2に格納する。ステップS135において、CPU10は、カウント値CtBに「1」を加算したうえで、磁気データ取得処理を終了させたうえで、処理をステップS15に進める。
Next, in step S13, the CPU 10 executes magnetic data acquisition processing. Specifically, the CPU 10 stores the magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60 in the RAM 20.
As described above, the CPU 10 functions as the storage unit 110 by executing the initialization process in step S11 and the magnetic data acquisition process in step S13.
FIG. 13A is a flowchart illustrating details of the magnetic data acquisition process. In step S131, the CPU 10 stores the magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60 in the first storage area Area1 provided in the RAM 20. Next, in step S132, the CPU 10 adds “1” to the count value CtA (counts up). In step S133, the CPU 10 determines whether or not the coordinates indicated by the magnetic data q i satisfy the magnetic data distance condition. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S134. If the determination result is negative, the magnetic data acquisition process is terminated, and the process proceeds to step S15. In step S134, the CPU 10 stores the magnetic data q i as the magnetic data q B in the second storage area Area2. In step S135, the CPU 10 adds “1” to the count value CtB, ends the magnetic data acquisition process, and advances the process to step S15.

次に、ステップS15において、CPU10は、磁気データ送信処理を実行する。具体的には、CPU10は、RAM20の第1記憶領域Area1にN個の磁気データq〜qが蓄積されたときに、これらをサーバ装置SVに対して送信する。
図13(B)は、磁気データ送信処理の詳細を例示したフローチャートである。まず、ステップS151において、CPU10は、第1記憶領域Area1に格納された磁気データqの個数が、N個以上であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定である場合、CPU10は処理をステップS152に進める一方、判定結果が否定である場合、CPU10は磁気データ送信処理を終了させたうえで、処理をステップS17に進める。ステップS152において、CPU10は、第1記憶領域Area1に格納されたN個の磁気データq〜qを、サーバ装置SVに対して送信する。その後、ステップS153において、CPU10は、第1記憶領域Area1に格納されたN個の磁気データq〜qを破棄するとともに、カウント値CtAを「0」に設定(初期化)したうえで、磁気データ送信処理を終了させ、処理をステップS17に進める。
なお、この例では、CPU10は、ステップS153において、第1記憶領域Area1に格納されたN個の磁気データq1〜qNの全てを破棄するが、古い方から一定割合の磁気データのみを破棄してもよい。
Next, in step S15, the CPU 10 executes a magnetic data transmission process. Specifically, when the N pieces of magnetic data q 1 to q N are accumulated in the first storage area Area 1 of the RAM 20, the CPU 10 transmits them to the server device SV.
FIG. 13B is a flowchart illustrating details of the magnetic data transmission process. First, in step S151, the CPU 10 determines whether or not the number of magnetic data q i stored in the first storage area Area1 is N or more. If the determination result is affirmative, the CPU 10 advances the process to step S152. If the determination result is negative, the CPU 10 ends the magnetic data transmission process and then advances the process to step S17. In step S152, CPU 10 has the N pieces of magnetic data q 1 to q N stored in the first memory area Area1, and transmits to the server apparatus SV. Thereafter, in step S153, CPU 10 is in helping with discarding the N magnetic data q 1 to q N stored in the first memory area Area1, and sets the count value CtA to "0" (initialization), The magnetic data transmission process is terminated, and the process proceeds to step S17.
In this example, the CPU 10 discards all the N pieces of magnetic data q1 to qN stored in the first storage area Area1 in step S153, but discards only a certain percentage of magnetic data from the oldest one. Also good.

次に、ステップS17において、CPU10は、近似中心点算出処理を実行する。具体的には、CPU10は、RAM20の第2記憶領域Area2にM個の磁気データqB1〜qBMが蓄積されたときに、これらのデータに基づいて近似中心点cSBの座標を算出する。
すなわち、CPU10は、ステップS17の近似中心点算出処理を実行することにより、近似中心点算出部140として機能する。
図13(C)は、近似中心点算出処理の詳細を例示したフローチャートである。まず、ステップS171において、CPU10は、第2記憶領域Area2に格納された磁気データqの個数が、M個以上であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定である場合、CPU10は処理をステップS172に進める一方、判定結果が否定である場合、CPU10は近似中心点算出処理を終了させたうえで、処理をステップS19に進める。ステップS172において、CPU10は、第2記憶領域Area2に格納された磁気データqB1〜qBMの各々が示す座標と、上述した式(3.a)に示した連立一次方程式とを用いて、近似中心点cSBの座標を算出する。次に、ステップS173において、CPU10は、第2記憶領域Area2に格納されたM個の磁気データqB1〜qBMを破棄するとともに、カウント値CtBを「0」に設定(初期化)する。また、フラグFgBを「1」に設定する。ステップS174において、CPU10は、ステップS172において算出された近似中心点cSBの示す座標と、オフセットcOFFの示す座標とが、オフセット距離条件を充足するか否かを判定する。CPU10は、判定結果が否定である場合、処理をステップS175に進める一方、判定結果が肯定である場合、近似中心点算出処理を終了させ、処理をステップS19に進める。ステップS175において、CPU10は、フラグFgOを、オフセット距離条件が充足されないことを示す値である「1」に設定したうえで、近似中心点算出処理を終了させ、処理をステップS19に進める。
なお、ステップS173に示す処理は、ステップS174及びステップS175に示す処理の後に実施してもよい。
Next, in step S17, the CPU 10 executes approximate center point calculation processing. Specifically, when M pieces of magnetic data q B1 to q BM are accumulated in the second storage area Area2 of the RAM 20, the CPU 10 calculates the coordinates of the approximate center point c SB based on these data.
That is, the CPU 10 functions as the approximate center point calculation unit 140 by executing the approximate center point calculation process in step S17.
FIG. 13C is a flowchart illustrating the details of the approximate center point calculation process. First, in step S171, CPU 10, the number of magnetic data q B stored in the second memory area Area2 is, it is determined whether the M or more. If the determination result is affirmative, the CPU 10 advances the process to step S172. If the determination result is negative, the CPU 10 ends the approximate center point calculation process and then advances the process to step S19. In step S172, CPU 10 uses the coordinates indicated by the respective magnetic data q B1 to q BM stored in the second memory area Area2, the simultaneous linear equation shown in the above Expression (3.a), approximation The coordinates of the center point c SB are calculated. Next, in step S173, the CPU 10 discards the M pieces of magnetic data q B1 to q BM stored in the second storage area Area2, and sets (initializes) the count value CtB to “0”. Further, the flag FgB is set to “1”. In step S174, the CPU 10 determines whether or not the coordinates indicated by the approximate center point c SB calculated in step S172 and the coordinates indicated by the offset c OFF satisfy the offset distance condition. If the determination result is negative, the CPU 10 advances the process to step S175. If the determination result is positive, the CPU 10 ends the approximate center point calculation process and advances the process to step S19. In step S175, the CPU 10 sets the flag FgO to “1” which is a value indicating that the offset distance condition is not satisfied, ends the approximate center point calculation process, and advances the process to step S19.
In addition, you may implement the process shown to step S173 after the process shown to step S174 and step S175.

次に、ステップS19において、CPU10は、応答中心点受信判定処理を実行する。具体的には、CPU10は、サーバ装置SVから応答情報RESが供給されたときに、当該応答情報RESをRAM20に格納する。
このように、CPU10は、ステップS15の磁気データ送信処理と、ステップS19の応答中心点受信判定処理とを実行することにより、端末側送受信部120として機能する。
図13(D)は、応答中心点受信判定処理の詳細を例示したフローチャートである。
まず、ステップS191において、CPU10は、サーバ装置SVから応答情報RESが供給されたか否かを判定し、判定結果が肯定である場合は処理をステップS192に進める一方、判定結果が否定である場合は応答中心点受信判定処理を終了させ、処理をステップS21に進める。ステップS192において、応答情報RESに含まれる応答中心点cSAの座標と、オフセットcOFFの示す座標とが、以下の式(5.a)に示す条件(以下、「応答中心点妥当性条件」と称する場合がある)を充足するか否かを判定する。なお、応答中心点cSAの座標は、以下の式(5.b)で表される。CPU10は、判定結果が肯定である場合、処理をステップS193に進める一方、判定結果が否定である場合、応答中心点受信判定処理を終了させ、処理をステップS21に進める。
内部磁界Biが変化した場合、内部磁界Biが変化した後(または変化中)に第1記憶領域Area1に蓄積された磁気データq〜qに基づいて算出された応答中心点cSAの座標は、変化後の内部磁界を表すベクトルBiの示す座標から離れた座標である可能性が高い。また、端末装置1がサーバ装置SVに対して磁気データq〜qを送信した後、サーバ装置SVが応答中心点cSAを生成するまでの間に、内部磁界Biに変化が生じた場合、応答中心点cSAの示す座標は、変化後の内部磁界を表すベクトルBiの示す座標から離れた座標である可能性が高い。そこで、本実施形態では、応答中心点cSAが応答中心点妥当性条件を充足するか否かを判定することにより、変化後の内部磁界Biを正確に表さない応答中心点cSAを用いたオフセットcOFFの更新を防止する。
次に、ステップS193において、CPU10は、フラグFgAを「1」に設定する。ここで、フラグFgAが「1」であるとは、サーバ装置SVから応答中心点cSAが供給され、且つ、当該応答中心点cSAを用いてオフセットcOFFを更新することが妥当であることを表す。その後、CPU10は、応答中心点受信判定処理を終了させ、処理をステップS21に進める。
なお、本実施形態では、ステップS192において、応答中心点cSAが応答中心点妥当性条件を充足するか否かを判定するが、ステップS191における判定結果が肯定であれば、処理をステップS193に進めるものであってもよい。仮に、変化後の内部磁界Biを正確に表さない応答中心点cSAによりオフセットcOFFが更新されても、その後、オフセットcOFFは、近似中心点cSBにより、変化後の内部磁界Biを表した値に更新されるからである。

Figure 0006019585
Next, in step S19, the CPU 10 executes response center point reception determination processing. Specifically, when the response information RES is supplied from the server device SV, the CPU 10 stores the response information RES in the RAM 20.
Thus, the CPU 10 functions as the terminal-side transmitting / receiving unit 120 by executing the magnetic data transmission process in step S15 and the response center point reception determination process in step S19.
FIG. 13D is a flowchart illustrating details of the response center point reception determination process.
First, in step S191, the CPU 10 determines whether or not the response information RES is supplied from the server device SV. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S192, whereas if the determination result is negative. The response center point reception determination process is terminated, and the process proceeds to step S21. In step S192, the coordinates of the response center point c SA included in the response information RES and the coordinates indicated by the offset c OFF are the conditions shown in the following equation (5.a) (hereinafter, “response center point validity condition” It is determined whether or not the above is satisfied. The coordinate of the response center point c SA is represented by the following formula (5.b). If the determination result is affirmative, the CPU 10 advances the process to step S193. If the determination result is negative, the CPU 10 ends the response center point reception determination process and advances the process to step S21.
When the internal magnetic field Bi changes, the coordinates of the response center point c SA calculated based on the magnetic data q 1 to q N accumulated in the first storage area Area 1 after the internal magnetic field Bi changes (or changes) Is highly likely to be a coordinate separated from the coordinate indicated by the vector S Bi representing the internal magnetic field after the change. In addition, when the terminal device 1 transmits the magnetic data q 1 to q N to the server device SV and before the server device SV generates the response center point c SA , a change occurs in the internal magnetic field Bi. The coordinates indicated by the response center point c SA are likely to be separated from the coordinates indicated by the vector S Bi representing the internal magnetic field after the change. Therefore, in the present embodiment, the response center point c SA that does not accurately represent the internal magnetic field Bi after the change is used by determining whether or not the response center point c SA satisfies the response center point validity condition. This prevents the offset c OFF from being updated.
Next, in step S193, the CPU 10 sets the flag FgA to “1”. Here, the flag FgA being “1” means that the response center point c SA is supplied from the server device SV and it is appropriate to update the offset c OFF using the response center point c SA. Represents. Thereafter, the CPU 10 ends the response center point reception determination process, and advances the process to step S21.
In the present embodiment, in step S192, it is determined whether or not the response center point c SA satisfies the response center point validity condition. If the determination result in step S191 is affirmative, the process proceeds to step S193. It may be advanced. Even if the offset c OFF is updated by the response center point c SA that does not accurately represent the changed internal magnetic field Bi, the offset c OFF subsequently changes the internal magnetic field Bi by the approximate center point c SB. This is because the value is updated to the represented value.
Figure 0006019585

次に、ステップS21において、CPU10は、オフセット採用処理を実行する。具体的には、CPU10は、各種フラグの値が所定の条件を充足する場合、ステップS17の近似中心点算出処理において算出された近似中心点cSBの座標を示すベクトル、または、ステップS19の応答中心点受信判定処理においてサーバ装置SVから供給された応答情報RESに含まれる応答中心点cSAの座標を示すベクトルによりオフセットcOFFを更新する。そして、CPU10は、応答中心点cSAの座標を表すベクトルをオフセットcOFFとして採用する場合、応答補正行列Tを楕円面補正行列Tとして採用する一方、近似中心点cSBの座標を表すベクトルをオフセットcOFFとして採用する場合、3行3列の単位行列Iを楕円面補正行列Tとして採用する。一方、CPU10は、各種フラグの値が所定の条件を充足しない場合、オフセットcOFF及び楕円面補正行列Tを更新しない。なお、詳細は後述するが、各種フラグの値が所定の条件を充足する場合とは、フラグFgAの値が「1」である場合、フラグFgAの値が「0」であり且つフラグFgBの値が「1」であり且つフラグFgOの値が「1」である場合、または、フラグFgAの値が「0」であり且つフラグFgBの値が「1」であり且つフラグFgCの値が「0」である場合をいう(図14参照)。
このように、CPU10は、ステップS21のオフセット採用処理を実行することにより、オフセット採用部131として機能する。
Next, in step S21, the CPU 10 executes an offset adoption process. Specifically, when the values of the various flags satisfy a predetermined condition, the CPU 10 is a vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB calculated in the approximate center point calculation process in step S17, or the response in step S19. updating the offset value c OFF by a vector indicating the coordinates of a response center point c SA included in response information RES supplied from the server apparatus SV at the center point reception determination processing. Then, CPU 10, when employing a vector representing the coordinates of the response center point c SA as an offset c OFF, while employing the response correction matrix T A as ellipsoid correction matrix T E, representing the coordinates of the approximate center point c SB when employing the vector as an offset c OFF, employing a unit matrix I of three rows and three columns as an ellipsoid correction matrix T E. Meanwhile, CPU 10, when the value of the flags does not satisfy a predetermined condition does not update the offset c OFF and ellipsoidal correction matrix T E. Although details will be described later, when the values of various flags satisfy a predetermined condition, the value of the flag FgA is “0” and the value of the flag FgB is when the value of the flag FgA is “1”. Is “1” and the value of the flag FgO is “1”, or the value of the flag FgA is “0”, the value of the flag FgB is “1”, and the value of the flag FgC is “0”. ] (Refer to FIG. 14).
As described above, the CPU 10 functions as the offset adoption unit 131 by executing the offset adoption processing in step S21.

図14は、オフセット採用処理の詳細を例示したフローチャートである。
ステップS211において、CPU10は、フラグFgAが「1」を示すか否かを判定し、判定結果が肯定であれば処理をステップS212に進め、判定結果が否定であれば処理をステップS221に進める。ステップS212において、CPU10は、応答中心点受信判定処理(ステップS19)において受信した応答中心点cSAの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する。また、CPU10は、楕円面補正行列Tとして応答補正行列Tを採用する。ステップS213において、CPU10は、フラグFgBが「1」であるか否かを判定し、判定結果が肯定であれば処理をステップS214に進め、判定結果が否定であれば処理をステップS215に進める。ステップS214において、CPU10は、カウント値CtA及びCtBとフラグFgA及びFgBとを「0」に設定する。また、CPU10は、オフセットcOFFの種類を示すフラグFgCを、オフセットcOFFとして応答中心点cSAの座標を示すベクトルを採用していることを表す値「1」に設定する。そして、CPU10は、オフセット採用処理を終了させたうえで、処理をステップS23に進める。ステップS215において、CPU10は、カウント値CtA及びフラグFgAを「0」に設定し、フラグFgCを「1」に設定する。そして、CPU10は、オフセット採用処理を終了させたうえで、処理をステップS23に進める。
このように、CPU10は、サーバ装置SVから応答中心点cSAが供給され、且つ、当該応答中心点cSAを用いてオフセットcOFFを更新することが妥当である場合(フラグFgAの値が「1」である場合)には、応答中心点cSAの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する。
一方、ステップS221において、CPU10は、フラグFgBが「1」を示すか否かを判定し、判定結果が肯定であれば処理をステップS222に進め、判定結果が否定で有ればオフセット採用処理を終了させたうえで、処理をステップS23に進める。ステップS222において、CPU10は、フラグFgOが「1」であるか否かを判定し、判定結果が肯定であれば処理をステップS223に進め、判定結果が否定であれば処理をステップS225に進める。ステップS223において、CPU10は、近似中心点算出処理(ステップS17)において算出された近似中心点cSBの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する。また、CPU10は、楕円面補正行列Tとして単位行列Iを採用する。ステップS224において、CPU10は、フラグFgCを、オフセットcOFFとして近似中心点cSBの座標を示すベクトルを採用していることを表す値「0」に設定する。また、CPU10は、カウント値CtB、フラグFgB、及びFgOを「0」に設定する。そして、CPU10は、オフセット採用処理を終了させたうえで、処理をステップS23に進める。ステップS225において、CPU10は、フラグFgCが「1」であるか否かを判定し、判定結果が肯定であれば処理をステップS226に進め、判定結果が否定であれば処理をステップS227に進める。ステップS227において、CPU10は、近似中心点算出処理(ステップS17)において算出された近似中心点cSBの座標を示すベクトルにより、オフセットcOFFを更新する。また、CPU10は、楕円面補正行列Tとして単位行列Iを採用する。ステップS226及びS228において、CPU10は、カウント値CtBとフラグFgBとを「0」に設定し、オフセット採用処理を終了したうえで、処理をステップS23に進める。なお、本実施形態では、CPU10は、フラグFgOが「1」であるか否かを判定(ステップS222)した後に、フラグFgCが「1」であるか否かを判定(ステップS225)しているが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、フラグFgOが「1」である場合またはフラグFgCが「0」である場合に、近似中心点cSBに基づいてオフセットcOFFを更新するものであればよい。
このように、端末装置1が近似中心点cSBの座標を示すベクトルをオフセットcOFFとして採用している場合若しくは端末装置1がオフセットcOFFを採用していない場合(フラグFgCの値が「0」)、または、近似中心点cSBとオフセットcOFFとがオフセット距離条件を充足しない場合(フラグFgOの値が「1」)、CPU10は、ステップS17の近似中心点算出処理において算出された近似中心点cSBに基づいて、オフセットcOFFを更新する。
FIG. 14 is a flowchart illustrating details of the offset adoption processing.
In step S211, the CPU 10 determines whether or not the flag FgA indicates “1”. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S212, and if the determination result is negative, the process proceeds to step S221. In step S212, CPU 10 has a vector indicating the coordinates of the response center point c SA received in response center point reception determination processing (step S19), and updates the offset c OFF. Further, CPU 10 employs the response correction matrix T A as ellipsoid correction matrix T E. In step S213, the CPU 10 determines whether or not the flag FgB is “1”. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S214, and if the determination result is negative, the process proceeds to step S215. In step S214, the CPU 10 sets the count values CtA and CtB and the flags FgA and FgB to “0”. Also, CPU 10 sets the flag FgC indicating the type of offset c OFF, the value "1" indicating that employs a vector indicating the coordinates of the response center point c SA as an offset c OFF. And CPU10 advances a process to step S23, after complete | finishing an offset adoption process. In step S215, the CPU 10 sets the count value CtA and the flag FgA to “0”, and sets the flag FgC to “1”. And CPU10 advances a process to step S23, after complete | finishing an offset adoption process.
In this way, the CPU 10 is supplied with the response center point c SA from the server device SV and it is appropriate to update the offset c OFF using the response center point c SA (the value of the flag FgA is “ the case 1 "), the vector indicating the coordinates of the response center point c SA, updates the offset c OFF.
On the other hand, in step S221, the CPU 10 determines whether or not the flag FgB indicates “1”. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S222, and if the determination result is negative, the offset adoption process is performed. After the end, the process proceeds to step S23. In step S222, the CPU 10 determines whether or not the flag FgO is “1”. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S223, and if the determination result is negative, the process proceeds to step S225. In step S223, the CPU 10 updates the offset c OFF with a vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB calculated in the approximate center point calculation process (step S17). Further, CPU 10 employs the identity matrix I as ellipsoid correction matrix T E. In step S224, the CPU 10 sets the flag FgC to a value “0” indicating that the vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB is adopted as the offset c OFF . Further, the CPU 10 sets the count value CtB, the flags FgB, and FgO to “0”. And CPU10 advances a process to step S23, after complete | finishing an offset adoption process. In step S225, the CPU 10 determines whether or not the flag FgC is “1”. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S226, and if the determination result is negative, the process proceeds to step S227. In step S227, the CPU 10 updates the offset c OFF with a vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB calculated in the approximate center point calculation process (step S17). Further, CPU 10 employs the identity matrix I as ellipsoid correction matrix T E. In steps S226 and S228, the CPU 10 sets the count value CtB and the flag FgB to “0”, ends the offset adoption processing, and then advances the processing to step S23. In the present embodiment, the CPU 10 determines whether or not the flag FgC is “1” (step S225) after determining whether or not the flag FgO is “1” (step S222). However, the present invention is not limited to such an aspect. When the flag FgO is “1” or the flag FgC is “0”, the offset c OFF is set based on the approximate center point c SB. It only needs to be updated.
As described above, when the terminal device 1 adopts the vector indicating the coordinates of the approximate center point c SB as the offset c OFF or when the terminal device 1 does not adopt the offset c OFF (the value of the flag FgC is “0”). ”), Or when the approximate center point c SB and the offset c OFF do not satisfy the offset distance condition (the value of the flag FgO is“ 1 ”), the CPU 10 performs the approximation calculated in the approximate center point calculation process of step S17. Based on the center point c SB , the offset c OFF is updated.

次に、ステップS23において、CPU10は、地磁気計算処理を実行する。具体的には、CPU10は、楕円面補正行列T及びオフセットcOFFを用いた楕円補正を行い、地磁気Bgの向きを算出する。すなわち、CPU10は、3次元磁気センサ60から出力される磁気データqの示す座標から、オフセットcOFFの示す座標を減算して得られるベクトルを、楕円面補正行列Tにより、地磁気Bgの向きを算出する。
すなわち、CPU10は、ステップS23の地磁気計算処理を実行することにより、地磁気ベクトル計算部132として機能する。
Next, in step S23, the CPU 10 executes a geomagnetism calculation process. Specifically, CPU 10 performs the elliptic correction using the ellipsoid correction matrix T E and the offset c OFF, to calculate the direction of the geomagnetism S Bg. That, CPU 10, from the coordinates indicated by the magnetic data q i output from a 3D magnetic sensor 60, a vector obtained by subtracting the coordinates indicated by the offset c OFF, the ellipsoidal correction matrix T E, of geomagnetism S Bg Calculate the orientation.
That is, the CPU 10 functions as the geomagnetism vector calculation unit 132 by executing the geomagnetism calculation process in step S23.

ステップS25において、CPU10は、終了条件判定処理を実行する。具体的には、CPU10は、端末側磁気データ処理プログラム70を終了するための条件(終了条件)を充足するか否かの判定を実行する。終了条件は、端末装置1の仕様等に基づいて適宜定めればよい。例えば、端末装置1の電源がオフ状態になることを終了条件としてもよい。終了条件を充足する場合、CPU10は、図12に示すフローチャートに表される処理を終了する。一方、終了条件を充足しない場合、CPU10は、処理をステップS13に進める。   In step S25, the CPU 10 executes an end condition determination process. Specifically, the CPU 10 determines whether or not a condition (end condition) for ending the terminal-side magnetic data processing program 70 is satisfied. The termination condition may be appropriately determined based on the specifications of the terminal device 1 and the like. For example, the termination condition may be that the terminal device 1 is turned off. When the end condition is satisfied, the CPU 10 ends the process represented by the flowchart shown in FIG. On the other hand, when the end condition is not satisfied, the CPU 10 advances the process to step S13.

図15は、サーバ装置SVの動作を表すフローチャートである。当該フローチャートに示される処理は、CPU910がサーバ側磁気データ処理プログラム960を実行している状態で、端末装置1から複数の磁気データq〜qを受信したときに開始される。 FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the server apparatus SV. The process shown in the flowchart is started when the CPU 910 receives a plurality of magnetic data q 1 to q N from the terminal device 1 while the server-side magnetic data processing program 960 is being executed.

ステップS31において、CPU910は、磁気データ格納処理を実行する。具体的には、CPU910は、通信部940が受信したN個の磁気データq〜qを、第3記憶領域Area3に格納する。 In step S31, the CPU 910 executes magnetic data storage processing. Specifically, CPU 910 is of N magnetic data q 1 to q N by the communication unit 940 has received and stored in the third memory area Area3.

ステップS33において、CPU910は、初期楕円面生成処理を実行する。具体的には、CPU910は、ステップS31においてCPU910が第3記憶領域Area3に格納したN個の磁気データq〜q(以下、本節において「N個の磁気データq〜q」と称する)に基づいて、初期中心点cE0の座標と初期楕円面補正行列Tとを算出することができるか否かを判定する。判定結果が肯定の場合、CPU910は、初期中心点cE0の座標と初期楕円面補正行列Tとを算出したうえで、処理をステップS35に進める。
一方、判定結果が否定の場合、CPU910は、処理をステップS41に進める。
すなわち、CPU910は、ステップS33の初期楕円面生成処理を実行することにより、楕円面初期補正値生成部300として機能する。
In step S33, the CPU 910 executes initial ellipsoid generation processing. Specifically, the CPU 910 calls the N pieces of magnetic data q 1 to q N (hereinafter referred to as “N pieces of magnetic data q 1 to q N ” in this section) stored in the third storage area Area 3 by the CPU 910 in step S31. ) on the basis, it determines whether it is possible to calculate the coordinates and the initial ellipsoid correction matrix T 0 of the initial center point c E0. If the determination result is affirmative, CPU 910 is, after calculating the coordinate and the initial ellipsoid correction matrix T 0 of the initial center point c E0, the process proceeds to step S35.
On the other hand, if the determination result is negative, the CPU 910 advances the process to step S41.
That is, the CPU 910 functions as the ellipsoid initial correction value generation unit 300 by executing the initial ellipsoid generation process in step S33.

ステップS35において、CPU910は、最適楕円面生成処理を実行する。具体的には、CPU910は、ステップS33の初期楕円面生成処理において算出された初期中心点cE0と初期楕円面補正行列Tとに基づいて、最適中心点cEOPの座標と最適楕円面補正行列TOPとを算出する。
すなわち、CPU910は、ステップS35の最適楕円面生成処理を実行することにより、楕円面最適補正値生成部400として機能する。
In step S35, the CPU 910 executes an optimal ellipsoid generation process. Specifically, CPU 910, based on the initial ellipsoid generation processing initial center point c E0 and the initial ellipsoid correction matrix T 0 calculated in step S33, coordinates and ideal ellipsoid correction of the optimum center point c EOP A matrix TOP is calculated.
That is, the CPU 910 functions as the elliptical surface optimal correction value generation unit 400 by executing the optimal elliptical surface generation processing in step S35.

ステップS37において、CPU910は、応答情報生成処理を実行する。具体的には、CPU910は、ステップS35の最適楕円面生成処理において算出された、最適中心点cEOPの座標と最適楕円面補正行列TOPとに基づいて、応答中心点cSAの座標と応答補正行列Tとを要素とする応答情報RESを生成する。なお、CPU910は、応答情報RESを生成するにあたり、最適中心点cEOPを応答中心点cSAとして採用するとともに、最適楕円面補正行列TOPを応答補正行列Tとして採用する。 In step S37, the CPU 910 executes response information generation processing. Specifically, CPU 910 is calculated in the optimum elliptical surface generation processing in step S35, based on the coordinates of the optimum center point c EOP and the optimum ellipsoidal correction matrix T OP, coordinates and response of the response center point c SA It generates response information RES to the correction matrix T a and element. Incidentally, CPU 910 is in generating response information RES, while adopting an optimum center point c EOP response center point c SA, employing the optimum ellipsoidal correction matrix T OP in response correction matrix T A.

ステップS39において、CPU910は、応答情報送信処理を実行する。具体的には、CPU910は、ステップS37の応答情報生成処理において生成された応答情報RESを、端末装置1に送信する。
すなわち、CPU910は、ステップS31の磁気データ格納処理と、ステップS39の応答情報送信処理とを実行することにより、サーバ側送受信部720として機能する。
In step S39, the CPU 910 executes response information transmission processing. Specifically, the CPU 910 transmits the response information RES generated in the response information generation process in step S <b> 37 to the terminal device 1.
That is, the CPU 910 functions as the server-side transmission / reception unit 720 by executing the magnetic data storage process in step S31 and the response information transmission process in step S39.

ステップS41において、CPU910は、データ初期化処理を実行する。具体的には、CPU910は、N個の磁気データq〜qと、応答情報RES等のN個の磁気データq〜qに基づいて生成された情報とを破棄する。そして、CPU910は、当該フローチャートに示す処理を終了する。
すなわち、CPU910は、ステップS37の応答情報生成処理と、ステップS41のデータ初期化処理とを実行することにより、データ制御部710として機能する。
In step S41, the CPU 910 executes a data initialization process. Specifically, CPU 910 discards and N magnetic data q 1 to q N, and information generated based on the N magnetic data q 1 to q N such response information RES. Then, the CPU 910 ends the process shown in the flowchart.
That is, the CPU 910 functions as the data control unit 710 by executing the response information generation process in step S37 and the data initialization process in step S41.

以上のように、端末装置1およびサーバ装置SVは、端末装置1のCPU10が図12のフローチャートに示す処理を実行し、サーバ装置SVのCPU910が図15のフローチャートに示す処理を実行することで、地磁気測定システムSYSとして機能する。   As described above, in the terminal device 1 and the server device SV, the CPU 10 of the terminal device 1 executes the process shown in the flowchart of FIG. 12, and the CPU 910 of the server device SV executes the process shown in the flowchart of FIG. It functions as a geomagnetic measurement system SYS.

以下において、楕円面初期補正値生成部300、及び楕円面最適補正値生成部400の詳細について、述べる。   Details of the ellipsoid initial correction value generation unit 300 and the ellipsoid optimal correction value generation unit 400 will be described below.

[5. 初期楕円面の生成]
図16は、楕円面初期補正値生成部300の機能構成を示す機能ブロック図である。
楕円面初期補正値生成部300は、複数の磁気データq〜qに基づいて、まず複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzを生成したうえで、これら3つの楕円面に基づいて初期楕円面VE0を生成する。以下、本実施形態における初期楕円面VE0の生成方法について具体的に説明する。
[5. Generation of initial ellipsoid]
FIG. 16 is a functional block diagram illustrating a functional configuration of the ellipsoid initial correction value generation unit 300.
Based on the plurality of magnetic data q 1 to q N , the ellipsoid initial correction value generation unit 300 firstly includes a first ellipse V xx and a second ellipse having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N nearby. After generating the surface V yy and the third elliptical surface V zz , an initial elliptical surface V E0 is generated based on these three elliptical surfaces. Hereinafter, a method for generating the initial ellipsoid V E0 in the present embodiment will be specifically described.

楕円面初期補正値生成部300は、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzの各々の係数行列(Dxx、Dyy、Dzz)及び中心点(cxx、cyy、czz)の座標を算出する初期楕円面生成部310、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzの各々の係数行列及び中心点に基づいて初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0の座標を算出することが適切であるか否かを判断する初期楕円面判定部320、及び、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzの各々の係数行列及び中心点の座標に基づいて、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0の座標を算出する初期補正値生成部330を備える。 The ellipsoid initial correction value generation unit 300 includes a coefficient matrix (D xx , D yy , D zz ) and a center point of each of the first ellipse V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse V zz. c xx , c yy , c zz ) coordinates of the initial ellipsoid generation unit 310, the first ellipsoid V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse V zz coefficient matrix and center point Based on the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 to determine whether it is appropriate to calculate the initial ellipsoid determination unit 320, and the first ellipsoid V xx , second An initial correction value generation unit 330 that calculates the coordinates of the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 based on the coefficient matrix and the coordinates of the center point of each of the ellipsoid V yy and the third ellipse V zz. Is provided.

初期楕円面生成部310は、データ制御部710に蓄積された複数の磁気データq〜qに基づいて、第1楕円面Vxxの形状を表す第1楕円面係数行列Dxxと、第1楕円面Vxxの中心点cxxの座標とを算出する第1楕円面生成部311、複数の磁気データq〜qに基づいて、第2楕円面Vyyの形状を表す第2楕円面係数行列Dyyと、第2楕円面Vyyの中心点cyyの座標とを算出する第2楕円面生成部312、及び、複数の磁気データq〜qに基づいて、第3楕円面Vzzの形状を表す第3楕円面係数行列Dzzと、第3楕円面Vzzの中心点czzの座標とを算出する第3楕円面生成部313、を備える。
以下において、第1楕円面係数行列Dxx、第2楕円面係数行列Dyy、及び第3楕円面係数行列Dzzと、中心点cxxの座標、中心点cyyの座標、及び中心点czzの座標の算出方法について述べる。
Initial ellipsoid generating unit 310, based on a plurality of magnetic data q 1 to q N stored in the data control unit 710, a first ellipsoidal coefficient matrix D xx representing the shape of the first ellipsoid V xx, the first ellipsoid generating unit 311 calculates the coordinates of the center point c xx of 1 ellipsoidal V xx, based on a plurality of magnetic data q 1 to q N, second ellipse representing the shape of the second ellipsoid V yy Based on the second ellipsoid generating unit 312 that calculates the surface coefficient matrix D yy and the coordinates of the center point c yy of the second ellipsoid V Vy , and the third ellipse based on the plurality of magnetic data q 1 to q N and a third ellipsoid coefficient matrix D zz representing a shape of the surface V zz, third ellipsoid generating unit 313 for calculating the coordinates of the center point c zz third ellipsoid V zz, the.
In the following, a first ellipsoidal coefficient matrix D xx, a second elliptical surface coefficient matrix D yy, and a third elliptical surface coefficient matrix D zz, the center point c xx coordinates, the coordinates of the center point c yy, and the center point c A method for calculating the coordinates of zz will be described.

3次元磁気センサ60より出力される磁気データqの示す座標を表す変数を、式(1.c)で表す場合、磁気データqを表面上に有する楕円面の方程式(楕円面方程式)は、以下の式(6)で表される。なお、式(6)は楕円面を表すので、式(6)に現れる係数θxx、θyy、及びθzzはいずれも正の値となる。

Figure 0006019585
When the variable representing the coordinates indicated by the magnetic data q output from the three-dimensional magnetic sensor 60 is expressed by equation (1.c), the equation of the ellipsoid having the magnetic data q on the surface (elliptic surface equation) is (6) Note that since Equation (6) represents an ellipsoidal surface, the coefficients θ xx , θ yy , and θ zz that appear in Equation (6) are all positive values.
Figure 0006019585

式(6)に示される楕円面方程式は、以下の式(7)に変形される。

Figure 0006019585
The ellipsoidal equation shown in the equation (6) is transformed into the following equation (7).
Figure 0006019585

複数の磁気データq〜qの示す座標の全てが、式(6)に示された楕円面上に位置する場合、以下の式(8)が成立する。
但し、ベクトルθXXは、式(9)に示すように、式(7)の9つの係数を並べた9次元のベクトルである。また、行列Rxxは、式(10)に示すように、式(13)に示す9次元のベクトルQxxに対して、式(11)に示す複数の磁気データq〜qの示す座標の各々を代入して得られるN個のベクトルを転置したうえで各行に並べたN行9列の行列である。ベクトルWxxは、式(12)に示すように、複数の磁気データq〜qの示す座標のうち、x成分の2乗値にマイナスを掛けた値を各成分に有する、N次元のベクトルである。

Figure 0006019585
When all of the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are located on the ellipsoid represented by Expression (6), the following Expression (8) is established.
However, the vector θ XX is a nine-dimensional vector in which the nine coefficients of Expression (7) are arranged as shown in Expression (9). In addition, as shown in Expression (10), the matrix R xx is the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N shown in Expression (11) with respect to the nine-dimensional vector Q xx shown in Expression (13). Is a matrix of N rows and 9 columns arranged in each row after transposing N vectors obtained by substituting each of. The vector W xx is an N-dimensional vector having a value obtained by multiplying the square value of the x component by minus among the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N , as shown in the equation (12). Is a vector.
Figure 0006019585

式(8)は、ベクトルθXXの各要素を変数とする連立一次方程式である。従って、式(8)をベクトルθXXについて解くことで、式(7)の係数が決定され、複数の磁気データq〜qの示す座標を表面上に有する楕円面方程式を特定できる。
しかし、3次元磁気センサ60の測定誤差等を考慮すると、複数の磁気データq〜qの示す各々の座標の全てが、式(7)に示す楕円面上に正確に一致する位置に存在することはない。従って、式(8)は解を有さず、式(8)の解としてベクトルθXXを算出することはできない。そこで、本実施形態では、式(8)の解として尤もらしいベクトルθXXを、統計的手法を用いることにより算出する。
例えば、式(7)の右辺に現れる8つの項(xy、xz、y、yz、z、x、y、及びz)をそれぞれ独立変数と看做し、式(7)の左辺に現れるxを従属変数と看做したうえで、最小二乗法を用いて式(14)に示す正規方程式を導出し、その解として、ベクトルθXXを求める。この正規方程式の解として表されるベクトルθXXは、行列(Rxx xx)が正則なときに、式(15)で表すことができる。式(15)により算出されたベクトルθXXを係数として式(7)に適用することにより表される楕円面を、第1楕円面Vxxと呼ぶ。

Figure 0006019585
Equation (8) is a simultaneous linear equation with each element of the vector θ XX as a variable. Therefore, by solving the equation (8) with respect to the vector θ XX , the coefficient of the equation (7) is determined, and the ellipsoidal equation having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N on the surface can be specified.
However, considering a measurement error of the 3D magnetic sensor 60, all of each of the coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is present in a position that exactly matches the elliptic plane shown in Equation (7) Never do. Therefore, Equation (8) has no solution, and the vector θ XX cannot be calculated as the solution of Equation (8). Therefore, in the present embodiment, a plausible vector θ XX is calculated as a solution of Expression (8) by using a statistical method.
For example, eight terms (xy, xz, y 2 , yz, z 2 , x, y, and z) appearing on the right side of Equation (7) are regarded as independent variables and appear on the left side of Equation (7). the x 2 after having regarded as the dependent variable, by using the least square method to derive the normal equation shown in equation (14), as a solution, obtaining the vector theta XX. A vector θ XX expressed as a solution of this normal equation can be expressed by Expression (15) when the matrix (R xx T R xx ) is regular. An ellipsoid represented by applying the vector θ XX calculated by the equation (15) to the equation (7) as a coefficient is referred to as a first ellipsoid V xx .
Figure 0006019585

ここで、図17(A)に示すように、xy、xz、y、yz、z、x、y、及びzの各々を変数として表す8本の軸を有する8次元の空間πxxと、xの値を変数として表す第1評価軸ξとからなる、9次元の空間Ω上に、複数の磁気データq〜qの各々をプロットする。このとき、第1楕円面Vxxは、第1楕円面Vxxと、複数の磁気データq〜qが空間Ω上で示す座標との、第1評価軸ξ方向の誤差を最小化する立体(空間Ω上の8次元平面)として求められる。すなわち、第1楕円面Vxxは、複数の磁気データq〜qを、空間πxx上にプロットして得られる複数の8次元のベクトルqπxx1〜qπxxNの各要素を式(7)の右辺に代入して得られる値qxx1〜qxxNと、複数の磁気データq〜qの示す座標のうちx軸成分の2乗値x 〜x との誤差を最小化する立体として定められる。 Here, as shown in FIG. 17A, an eight-dimensional space π xx having eight axes representing each of xy, xz, y 2 , yz, z 2 , x, y, and z as variables, and , X 2 , and a first evaluation axis ξ 1 representing the value as a variable, each of a plurality of magnetic data q 1 to q N is plotted on a nine-dimensional space Ω. At this time, the first ellipsoid V xx minimizes the error in the first evaluation axis ξ 1 direction between the first ellipse V xx and the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N on the space Ω. It is calculated | required as a solid (8-dimensional plane on space Ω). That is, the first ellipsoidal V xx is a plurality of magnetic data q 1 to q N, the elements of a plurality of 8-dimensional vector q πxx1 ~q πxxN obtained by plotting the spatial [pi xx formula (7) minimize the error between the value q xx1 to q xxn obtained by substituting the right hand side, a square value x 1 2 ~x N 2 in the x-axis component of the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N of It is determined as a three-dimensional solid.

式(7)に示される第1楕円面Vxxの方程式は、式(17)に示す第1楕円面係数行列Dxxを用いて、式(16)に変形される。このとき、第1楕円面Vxxの中心点cxxの座標は、式(18)で表される。第1楕円面生成部311は、以上に示したように、第1楕円面係数行列Dxx及び第1楕円面Vxxの中心点cxxを算出し、これらを出力する。なお、式(16)が楕円面を表すための必要条件は、第1楕円面係数行列Dxxが正定値となることである。

Figure 0006019585
The equation of the first ellipsoidal surface Vxx shown in Equation (7) is transformed into Equation (16) using the first ellipsoidal coefficient matrix Dxx shown in Equation (17). At this time, the coordinates of the center point c xx of the first ellipsoid V xx are expressed by Expression (18). As described above, the first ellipsoid generating unit 311 calculates the first ellipsoid coefficient matrix D xx and the center point c xx of the first ellipsoid V xx and outputs them. Note that a necessary condition for the expression (16) to represent an ellipsoid is that the first ellipsoid coefficient matrix Dxx is a positive definite value.
Figure 0006019585

次に、式(6)に示される楕円面方程式を、以下の式(19)に変形する。

Figure 0006019585
Next, the ellipsoidal equation shown in the equation (6) is transformed into the following equation (19).
Figure 0006019585

式(19)に示される方程式は、ベクトルθYYの各要素を変数とする連立一次方程式である式(20)に変形される。式(8)と同様に、式(20)の解としてベクトルθYYを算出することはできないため、式(20)の解として尤もらしい値として、ベクトルθYYを算出する。具体的には、式(24)に示す正規方程式において、行列(Ryy yy)が正則なときには、ベクトルθYYは式(25)により算出される。式(25)により特定されたベクトルθYYを係数として式(19)に適用することにより表される楕円面を、第2楕円面Vyyと呼ぶ。なお、ベクトルθYYは、式(21)に示す9次元のベクトルであり、行列Ryyは、式(22)に示すN行9列の行列であり、ベクトルWyyは、式(23)に示すN次元のベクトルである。

Figure 0006019585
The equation shown in Equation (19) is transformed into Equation (20), which is a simultaneous linear equation with each element of the vector θ YY as a variable. Similar to equation (8), since vector θ YY cannot be calculated as the solution of equation (20), vector θ YY is calculated as a plausible value as the solution of equation (20). Specifically, in the normal equation shown in Expression (24), when the matrix (R yy T R yy ) is regular, the vector θ YY is calculated by Expression (25). An ellipsoid represented by applying the vector θ YY specified by the equation (25) to the equation (19) as a coefficient is referred to as a second ellipsoid V yy . The vector θ YY is a 9-dimensional vector shown in Expression (21), the matrix R yy is an N-row 9-column matrix shown in Expression (22), and the vector W yy is expressed in Expression (23). This is an N-dimensional vector.
Figure 0006019585

ここで、図17(B)に示すように、x、xy、xz、yz、z、x、y、及びzの各々を変数として表す8本の軸を有する8次元の空間πyyと、yの値を変数として表す第2評価軸ξとからなる、9次元の空間Ω上に、複数の磁気データq〜qの各々をプロットする。このとき、第2楕円面Vyyは、第2楕円面Vyyと、複数の磁気データq〜qが空間Ω上で示す座標との、第2評価軸ξ方向の誤差を最小化する立体(空間Ω上の8次元平面)として求められる。すなわち、第2楕円面Vyyは、複数の磁気データq〜qを、空間πyy上にプロットして得られる複数の8次元のベクトルqπyy1〜qπyyNの各要素を式(19)の右辺に代入して得られる値qyy1〜qyyNと、複数の磁気データq〜qの示す座標のうちy軸成分の2乗値y 〜y との誤差を最小化する立体として定められる。 Here, as shown in FIG. 17B, an eight-dimensional space π yy having eight axes representing each of x 2 , xy, xz, yz, z 2 , x, y, and z as variables, and , Y 2 and a second evaluation axis ξ 2 representing the values as variables, and plotting each of a plurality of magnetic data q 1 to q N on a nine-dimensional space Ω. At this time, the second ellipsoid V yy minimizes the error in the second evaluation axis ξ 2 direction between the second ellipse V yy and the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N on the space Ω. It is calculated | required as a solid (8-dimensional plane on space Ω). That is, the second ellipsoidal V yy, a plurality of magnetic data q 1 to q N, the elements of a plurality of 8-dimensional vector q πyy1 ~q πyyN obtained by plotting the spatial [pi yy formula (19) The error between the values q yy1 to q yyN obtained by substituting for the right side of y and the square values y 1 2 to y N 2 of the y-axis component among the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is minimized. It is determined as a three-dimensional solid.

式(19)に示される第2楕円面Vyyの方程式は、式(27)に示す第2楕円面係数行列Dyyを用いて、式(26)に変形される。このとき、第2楕円面Vyyの中心点cyyの座標は、式(28)で表される。第2楕円面生成部312は、以上に示したように、第2楕円面係数行列Dyy及び第2楕円面Vyyの中心点cyyを算出し、これらを出力する。なお、式(26)が楕円面を表すための必要条件は、第2楕円面係数行列Dyyが正定値となることである。

Figure 0006019585
The equation of the second ellipsoidal surface V yy shown in Equation (19) is transformed into Equation (26) using the second ellipsoidal coefficient matrix D yy shown in Equation (27). At this time, the coordinates of the center point c yy of the second ellipsoidal surface V yy are expressed by Expression (28). As described above, the second ellipsoid generating unit 312 calculates the second ellipsoid coefficient matrix D yy and the center point c yy of the second ellipsoid V yy and outputs them. Note that a necessary condition for the expression (26) to represent an ellipsoid is that the second ellipsoid coefficient matrix D yy is a positive definite value.
Figure 0006019585

次に、式(6)に示される楕円面方程式を、以下の式(29)に変形する。

Figure 0006019585
Next, the ellipsoidal equation shown in the equation (6) is transformed into the following equation (29).
Figure 0006019585

式(29)に示される方程式は、ベクトルθZZの各要素を変数とする連立一次方程式である式(30)に変形される。式(8)と同様に、式(29)の解としてベクトルθZZを算出することはできないため、式(29)の解として尤もらしい値として、ベクトルθZZを算出する。具体的には、式(34)に示す正規方程式において、行列(Rzz zz)が正則なときには、ベクトルθZZは式(35)により算出される。式(35)により特定されたベクトルθZZを係数として式(29)に適用することにより表される楕円面を、第3楕円面Vzzと呼ぶ。なお、ベクトルθZZは、式(31)に示す9次元のベクトルであり、行列Rzzは、式(32)に示すN行9列の行列であり、ベクトルWzzは、式(33)に示すN次元のベクトルである。

Figure 0006019585
The equation shown in Equation (29) is transformed into Equation (30), which is a simultaneous linear equation with each element of the vector θ ZZ as a variable. Similar to equation (8), since vector θ ZZ cannot be calculated as the solution of equation (29), vector θ ZZ is calculated as a plausible value as the solution of equation (29). Specifically, in the normal equation shown in Expression (34), when the matrix (R zz T R zz ) is regular, the vector θ ZZ is calculated by Expression (35). The ellipsoid represented by applying the identified vector theta ZZ by equation (35) into equation (29) as a factor, it referred to as a third ellipsoid V zz. The vector θ ZZ is a 9-dimensional vector shown in Expression (31), the matrix R zz is an N-row 9-column matrix shown in Expression (32), and the vector W zz is expressed in Expression (33). This is an N-dimensional vector.
Figure 0006019585

ここで、図17(C)に示すように、x、xy、xz、y、yz、x、y、及びzの各々を変数として表す8本の軸を有する8次元の空間πzzと、zの値を変数として表す第3評価軸ξとからなる、9次元の空間Ω上に、複数の磁気データq〜qの各々をプロットする。このとき、第3楕円面Vzzは、第3楕円面Vzzと、複数の磁気データq〜qが空間Ω上で示す座標との、第3評価軸ξ方向の誤差を最小化する立体(空間Ω上の8次元平面)として求められる。すなわち、第3楕円面Vzzは、複数の磁気データq〜qを、空間πzz上にプロットして得られる複数の8次元のベクトルqπzz1〜qπzzNの各要素を式(29)の右辺に代入して得られる値qzz1〜qzzNと、複数の磁気データq〜qの示す座標のうちz軸成分の2乗値z 〜z との誤差を最小化する立体として定められる。 Here, as shown in FIG. 17C, an eight-dimensional space π zz having eight axes representing each of x 2 , xy, xz, y 2 , yz, x, y, and z as variables, and , Z 2 , and a third evaluation axis ξ 3 that represents the value as a variable, each of a plurality of magnetic data q 1 to q N is plotted on a nine-dimensional space Ω. At this time, the third ellipsoid V zz minimizes the error in the third evaluation axis ξ 3 direction between the third ellipse V zz and the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N on the space Ω. It is calculated | required as a solid (8-dimensional plane on space Ω). That is, the third ellipsoid V zz is a plurality of magnetic data q 1 to q N, the elements of a plurality of 8-dimensional vector q πzz1 ~q πzzN obtained by plotting the spatial [pi zz formula (29) The error between the values q zz1 to q zzN obtained by substituting for the right side and the square values z 1 2 to z N 2 of the z-axis component among the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is minimized. It is determined as a three-dimensional solid.

式(29)に示される第3楕円面Vzzの方程式は、式(37)に示す第3楕円面係数行列Dzzを用いて、式(36)に変形される。このとき、第3楕円面Vzzの中心点czzの座標は、式(38)で表される。第3楕円面生成部313は、以上に示したように、第3楕円面係数行列Dzz及び第3楕円面Vzzの中心点czzを算出し、これらを出力する。なお、式(36)が楕円面を表すための必要条件は、第3楕円面係数行列Dzzが正定値となることである。

Figure 0006019585
The equation of the third ellipsoidal surface Vzz shown in Equation (29) is transformed into Equation (36) using the third ellipsoidal coefficient matrix Dzz shown in Equation (37). At this time, the coordinates of the center point c zz of the third ellipsoid V zz are expressed by Expression (38). Third ellipsoid generating unit 313, as shown above, to calculate a third ellipsoid coefficient matrix D zz and the center point c zz third ellipsoid V zz, and outputs these. Note that a necessary condition for the expression (36) to represent an ellipsoid is that the third ellipsoid coefficient matrix Dzz is a positive definite value.
Figure 0006019585

このように、初期楕円面生成部310は、第1楕円面係数行列Dxx、第2楕円面係数行列Dyy、第3楕円面係数行列Dzz、中心点cxxの座標、中心点cyyの座標、及び中心点czzの座標を算出する。 Thus, the initial ellipsoid generating unit 310, a first ellipsoidal coefficient matrix D xx, second ellipsoidal coefficient matrix D yy, third ellipsoid coefficient matrix D zz, the coordinates of the center point c xx, center point c yy And the coordinates of the center point czz are calculated.

初期楕円面判定部320は、図16に示すように、初期楕円面係数行列判定部321と、初期楕円面中心点判定部322とを備える。ここで、第1楕円面係数行列Dxx、第2楕円面係数行列Dyy、及び第3楕円面係数行列Dzzの全てが正定値であるという条件を第1の条件と称する。また、式(39)に示すように中心点cxxの座標と中心点cyyの座標との距離が第1閾値Δc以下であり、且つ、式(40)に示すように中心点cyyの座標と中心点czzの座標との距離が第1閾値Δc以下であり、且つ、式(41)に示すように中心点czzの座標と中心点cxxの座標との距離が第1閾値Δc以下であるという条件を第2の条件と称する。
このとき、初期楕円面係数行列判定部321は、第1楕円面係数行列Dxx、第2楕円面係数行列Dyy、及び第3楕円面係数行列Dzzが第1の条件を充足するか否かを判定する。また、初期楕円面中心点判定部322は、中心点cxxの座標、中心点cyyの座標、及び中心点czzの座標が第2の条件を充足するか否かを判定する。

Figure 0006019585
As shown in FIG. 16, the initial ellipsoid determining unit 320 includes an initial ellipsoid coefficient matrix determining unit 321 and an initial ellipsoid center point determining unit 322. Here, a condition that all of the first ellipsoidal coefficient matrix Dxx , the second ellipsoidal coefficient matrix Dyy , and the third ellipsoidal coefficient matrix Dzz are positive definite values is referred to as a first condition. Further, as shown in Expression (39), the distance between the coordinates of the center point c xx and the coordinates of the center point c yy is equal to or less than the first threshold value Δc, and as shown in Expression (40), the distance between the center point c yy The distance between the coordinates and the coordinates of the center point c zz is equal to or smaller than the first threshold value Δc, and the distance between the coordinates of the center point c zz and the coordinates of the center point c xx is the first threshold value as shown in Expression (41). The condition that it is Δc or less is referred to as a second condition.
At this time, the initial ellipsoidal coefficient matrix determination unit 321 determines whether the first ellipsoidal coefficient matrix Dxx , the second ellipsoidal coefficient matrix Dyy , and the third ellipsoidal coefficient matrix Dzz satisfy the first condition. Determine whether. The initial ellipsoidal central point determining unit 322 determines the coordinates of the center point c xx, coordinates of the center point c yy, and coordinates of the center point c zz is whether to satisfy the second condition.
Figure 0006019585

初期補正値生成部330は、初期楕円面係数行列判定部321における判定結果が肯定であり、且つ、初期楕円面中心点判定部322における判定結果が肯定である場合、初期楕円面生成部310の算出結果に基づいて、初期中心点cE0の座標及び初期楕円面補正行列Tを算出する。
ここで、初期楕円面補正行列Tとは、図18に示すように、初期中心点cE0を中心点とする初期楕円面VE0上の座標を、初期中心点cE0を中心点とする球面SE0上の座標へと変換する行列である。初期楕円面VE0は、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び、第3楕円面Vzzのうち、少なくとも1つの楕円面に基づいて定められる楕円面であり、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する楕円面である。
なお、初期補正値生成部330は、初期楕円面係数行列判定部321における判定結果が否定である場合、または、初期楕円面中心点判定部322における判定結果が否定である場合には、初期楕円面VE0を算出することができないと判断する。この場合、初期補正値生成部330は、初期中心点cE0の座標及び初期楕円面補正行列Tを算出しない。
When the determination result in the initial ellipsoid coefficient matrix determination unit 321 is affirmative and the determination result in the initial ellipsoid center point determination unit 322 is affirmative, the initial correction value generation unit 330 of the initial ellipse surface generation unit 310 based on the calculation result, it calculates the coordinates and initial ellipsoidal correction matrix T 0 of the initial center point c E0.
Here, the initial ellipsoidal correction matrix T 0, as shown in FIG. 18, the coordinates on the initial ellipsoid V E0 centered point the initial center point c E0, the center point of the initial center point c E0 This is a matrix for conversion to coordinates on the spherical surface S E0 . The initial ellipsoid V E0 is an ellipsoid determined based on at least one ellipsoid among the first ellipsoid V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse V zz. It is an ellipsoid having the coordinates indicated by the data q 1 to q N in the vicinity.
The initial correction value generation unit 330 determines the initial ellipse when the determination result by the initial ellipsoidal coefficient matrix determination unit 321 is negative or when the determination result by the initial ellipsoid center point determination unit 322 is negative. It is determined that the plane V E0 cannot be calculated. In this case, the initial correction value generation unit 330 does not calculate the coordinates and the initial ellipsoidal correction matrix T 0 of the initial center point c E0.

以下では、初期楕円面補正行列Tの具体的な算出方法を説明するにあたり、まず、楕円面Vの形状が既知であると仮定したときの、楕円面補正行列Tの算出方法について説明する(段落0039及び図8参照)。楕円面補正行列Tは、楕円面V上の座標を、楕円面Vの中心点cOGを中心とする半径1の球面S上の座標に変換する行列であり、楕円面Vの形状を表す楕円面係数行列Dと、楕円面Vの中心点cOGとに基づき算出される。 Hereinafter, in describing the specific method for calculating the initial ellipsoidal correction matrix T 0, first, when the shape of an ellipsoid V E is assumed to be known, the method for calculating the ellipsoidal correction matrix T E described (See paragraph 0039 and FIG. 8). Ellipsoid correction matrix T E is the coordinates on the ellipsoid V E, a matrix for converting the coordinates on the sphere S E of radius 1 centered on the center point c OG of ellipsoidal V E, ellipsoidal V E and ellipsoid coefficient matrix D representing the shape of, is calculated based on the center point c OG of the ellipsoidal V E.

式(6)に示した楕円面Vを表す楕円面方程式は、以下の式(43)に示す楕円面係数行列Dを用いて、以下の式(42)に変形できる。また、楕円面Vの中心点cOGの示す座標は、以下の式(44)により表される。

Figure 0006019585
Ellipsoidal equation representing the ellipsoidal V E shown in Formula (6), using the ellipsoid coefficient matrix D shown in the following equation (43) can be transformed into the following equation (42). The center point c coordinates indicated by OG ellipsoid V E is expressed by the following equation (44).
Figure 0006019585

ここで、Pを2以上の自然数とするとき、P行P列の正定値対称行列Gと、P行P列の正定値対称行列Hとの間に、式(45)の関係が成立する場合、行列Gを行列Hの平方根行列と呼ぶ。以下では、行列Hの平方根行列Gを、式(46)のように、行列の2分の1乗として表現する。

Figure 0006019585
Here, when P is a natural number of 2 or more, the relationship of Expression (45) is established between the positive definite symmetric matrix G of P rows and P columns and the positive definite symmetric matrix H of P rows and P columns. The matrix G is called a square root matrix of the matrix H. In the following, the square root matrix G of the matrix H is expressed as a half power of the matrix as shown in Expression (46).
Figure 0006019585

このとき、行列Hの平方根行列Gは、式(47)により求められる。但し、行列U及び行列Λは、式(48)に示すように、行列Hを対角化することで算出される行列である。具体的には、行列Λは、式(49)に示すように、行列HのP個の正の固有値λH1〜λHPを対角成分とするP行P列の行列であり、行列Uは、行列Hの固有値λH1〜λHPに対応する固有ベクトルを正規化したうえで各列に並べたP行P列の回転行列である。

Figure 0006019585
At this time, the square root matrix G of the matrix H is obtained by Expression (47). However, the matrix U and the matrix Λ are matrices calculated by diagonalizing the matrix H as shown in the equation (48). Specifically, the matrix Λ is a matrix of P rows and P columns having P positive eigenvalues λ H1 to λ HP of the matrix H as diagonal components, as shown in Expression (49). , A rotation matrix of P rows and P columns in which eigenvectors corresponding to the eigenvalues λ H1 to λ HP of the matrix H are normalized and arranged in each column.
Figure 0006019585

楕円面係数行列Dと、楕円面補正行列Tとの関係は、以上で定義した平方根行列を用いて、以下の式(50)で表される。なお、値r(D)は、以下の式(51)に示すように、複数の磁気データq〜qの示す座標を楕円面係数行列Dの平方根行列により変換した複数の座標と、中心点cOGとの距離の平均値を表す値である。

Figure 0006019585
And ellipsoid coefficient matrix D, the relationship between the ellipsoid correction matrix T E, using the square root matrix as defined above, is expressed by the following equation (50). Note that the value r (D) includes a plurality of coordinates obtained by converting the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N using the square root matrix of the ellipsoidal coefficient matrix D, and the center as shown in the following formula (51): It is a value representing the average value of the distance from the point c OG .
Figure 0006019585

楕円面係数行列Dの固有値λD1、λD2、及びλD3の各々は、楕円面Vの主軸の長さrE1、rE2、及びrE3の各々の2乗値の逆数に等しい。よって、楕円面補正行列Tの固有値λT1、λT2、及びλT3の各々は、楕円面Vの主軸の長さrE1、rE2、及びrE3の各々の逆数に等しくなる。従って、楕円面補正行列Tにより、楕円面V上の座標を、半径1の球面S上の座標へと変換することができる。 Each of the eigenvalues lambda D1, lambda D2, and lambda D3 ellipsoid coefficient matrix D, the length of the major axis of the ellipsoidal V E r E1, r E2, and equal to the inverse of the squared value of each of the r E3. Accordingly, each eigenvalue lambda T1, lambda T2, and lambda T3 ellipsoidal correction matrix T E, the length of the major axis of the ellipsoidal V E r E1, r E2, and equal to each of the inverse of r E3. Therefore, the ellipsoidal correction matrix T E, the coordinates on the ellipsoid V E, can be converted into coordinates on a spherical surface S E of radius 1.

次に、初期楕円面補正行列T、及び、初期中心点cE0の座標の算出方法について説明する。
初期楕円面補正行列Tは、第1楕円面係数行列Dxx、第2楕円面係数行列Dyy、及び第3楕円面係数行列Dzzのうち、少なくとも1つに基づいて算出される。また、初期中心点cE0の座標は、中心点cxx、中心点cyy、及び中心点czzのうち、少なくとも1つに基づいて算出される。
前述した第2の条件を満たす場合、中心点cxx、中心点cyy、及び中心点czzのうち、任意の2点間の距離は、第1閾値Δcよりも近い。従って、第1閾値Δcの値を十分に小さくした場合、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzは、いずれも複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有し、いずれの中心点も同一の座標と看做すことができるため、これら3つの楕円面は(厳密には異なる形状を有するものの)実質的に同一の楕円面と看做すことができる。この場合、初期楕円面VE0として、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzのいずれを採用してもよい。
本実施形態では、初期楕円面VE0として、第1楕円面Vxxを採用する。このとき、初期楕円面補正行列T及び、初期中心点cE0の座標は、以下に示す式(52)及び式(53)により表される。
初期補正値生成部330は、以上のように、初期楕円面補正行列Tと初期中心点cE0の座標とを算出する。

Figure 0006019585
Next, a method for calculating the coordinates of the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 will be described.
The initial ellipsoid correction matrix T 0 is calculated based on at least one of the first ellipsoid coefficient matrix D xx , the second ellipsoid coefficient matrix D yy , and the third ellipsoid coefficient matrix D zz . The coordinates of the initial center point c E0 is the center point c xx, center point c yy, and out of the center point c zz, are calculated based on at least one.
When the second condition described above is satisfied, the distance between any two of the center point c xx , the center point c yy , and the center point c zz is closer than the first threshold value Δc. Therefore, when the value of the first threshold Δc is sufficiently small, each of the first ellipsoid V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse V zz is a plurality of magnetic data q 1 to q N. These three ellipsoids are considered to be substantially the same ellipsoid (although strictly having different shapes) because the coordinates shown are in the vicinity and any center point can be regarded as the same coordinates. Can be tricked. In this case, the initial ellipsoid V E0, first ellipsoidal V xx, second ellipsoidal V yy, and all the may be adopted in the third ellipsoid V zz.
In the present embodiment, the first ellipsoid V xx is employed as the initial ellipsoid V E0 . At this time, the coordinates of the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 are expressed by the following equations (52) and (53).
As described above, the initial correction value generation unit 330 calculates the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the coordinates of the initial center point c E0 .
Figure 0006019585

なお、本実施形態では、初期楕円面VE0として、第1楕円面Vxxを採用するが、本発明はこのような形態に限定するものではない。例えば、初期楕円面VE0として、第2楕円面Vyyを採用してもよい。このとき、初期楕円面補正行列Tは式(54)により表され、初期中心点cE0には中心点cyyが採用される。また、初期楕円面VE0として第3楕円面Vzzを採用してもよい。この場合、初期楕円面補正行列Tは式(55)により表され、初期中心点cE0には中心点czzが採用される。

Figure 0006019585
In the present embodiment, the first ellipsoid V xx is adopted as the initial ellipsoid V E0 , but the present invention is not limited to such a form. For example, the second ellipsoidal surface V yy may be adopted as the initial ellipsoidal surface V E0 . At this time, the initial ellipsoid correction matrix T 0 is expressed by the equation (54), and the center point c yy is adopted as the initial center point c E0 . It is also possible to employ a third ellipsoid V zz as an initial ellipsoidal V E0. In this case, the initial ellipsoid correction matrix T 0 is expressed by the equation (55), and the center point c zz is adopted as the initial center point c E0 .
Figure 0006019585

また、初期楕円面補正行列Tは、以下に示す式(56)により算出してもよい。この場合、初期中心点cE0の座標を、以下に示す式(57)または式(58)により算出してもよい。

Figure 0006019585
The initial ellipsoid correction matrix T 0 may be calculated by the following equation (56). In this case, the coordinates of the initial center point cE0 may be calculated by the following formula (57) or formula (58).
Figure 0006019585

ところで、初期楕円面補正行列Tを算出する方法には、以下に示す方法(以下、「対比例」と称する)も存在する(「非特許文献2」参照)。
具体的には、まず、式(6)に示す楕円面方程式を、xの項、yの項、またはzの項の何れか1つの項で割り算をすることにより、楕円面方程式と等価な、以下の式(59)に示す連立一次方程式に変形する。次に、最小二乗法を用いて、式(59)から、以下の式(60)に示す正規方程式を算出する。行列(RR)が正則なときには、楕円面の形状を示すベクトルθは、式(60)に示す正規方程式の解として、以下の式(61)により算出される。式(61)により算出されるベクトルθと、式(43)、式(44)、及び(50)とを用いて、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を算出する。
なお、例えば、式(6)に示す楕円面方程式を、zの項により割り算することで、式(59)に示す連立一次方程式を算出する場合、ベクトルθは、以下の式(62)に示す9次元のベクトルであり、行列Rは、以下の式(63)に示す9次元のベクトルQに対して式(11)に示す複数の磁気データq〜qの示す座標を代入して得たベクトルを転置して各行に並べて生成される以下の式(64)に示すN行9列の行列であり、ベクトルWは、以下の式(65)に示す9次元のベクトルである。

Figure 0006019585
By the way, as a method for calculating the initial ellipsoid correction matrix T 0 , there is a method described below (hereinafter referred to as “comparative”) (see “Non-patent Document 2”).
Specifically, first, the ellipsoidal equation shown in the equation (6) is divided by any one of the terms x 2 , y 2 , or z 2 , and The equivalent linear equation shown in the following formula (59) is transformed. Next, the normal equation shown in the following formula (60) is calculated from the formula (59) using the least square method. When the matrix (R T R) is regular, the vector θ indicating the shape of the ellipsoid is calculated by the following equation (61) as a solution of the normal equation represented by the equation (60). The initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 are calculated using the vector θ calculated by the expression (61) and the expressions (43), (44), and (50).
Note that, for example, when the simultaneous linear equation shown in the equation (59) is calculated by dividing the elliptical equation shown in the equation (6) by the term of z 2 , the vector θ is expressed by the following equation (62): The matrix R is obtained by substituting the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N shown in the equation (11) into the 9-dimensional vector Q shown in the following equation (63). The obtained vector is transposed and arranged in each row to generate a matrix of N rows and 9 columns shown in the following formula (64), and the vector W is a 9-dimensional vector shown in the following formula (65).
Figure 0006019585

対比例は、楕円面方程式を、xの項、yの項、またはzの項の何れか1つの項で割り算をすることで生成される連立一次方程式により、楕円面の形状を決定するものである。つまり、対比例は、第1評価軸ξ、第2評価軸ξ、及び第3評価軸ξのうち、1つの評価軸のみを用いて、1つの楕円面を算出することと等しい。
この場合、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布形状が同一であっても、選択される評価軸が相違すれば、算出される楕円面の形状は異なる。しかし、対比例は、1つの楕円面のみを算出するため、仮に2つ以上の評価軸を用いて2つ以上の楕円面を算出したならば把握できるはずの複数の楕円面の形状の相違について、把握することができない。例えば、2つ以上の楕円面が算出されることを前提とする、第2の条件を用いた判定を行うことができない。
従って、図19に示す例のように、本実施形態に係る方法により、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzのうち、少なくとも2つの楕円面を算出していたならば、第2の条件についての判定結果が否定となるような場合であっても、対比例によれば初期楕円面補正行列Tが算出されることになる。
このように、対比例は、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状から楕円面の形状を特定することが困難な場合であっても、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布形状を正確に表さない不適切な初期楕円面VE0に基づいた初期楕円面補正行列Tを生成する。
In contrast, the shape of the ellipsoid is determined by a simultaneous linear equation generated by dividing the ellipsoidal equation by one of the terms x 2 , y 2 , or z 2. To do. That is, the proportionality is equivalent to calculating one ellipsoid using only one evaluation axis among the first evaluation axis ξ 1 , the second evaluation axis ξ 2 , and the third evaluation axis ξ 3 .
In this case, even if the distribution shape of the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is the same, if the selected evaluation axis is different, the calculated shape of the ellipsoid is different. However, since the contrast is calculated only for one ellipsoid, if two or more ellipsoids are calculated using two or more evaluation axes, the difference between the shapes of a plurality of ellipsoids that can be grasped is calculated. I ca n’t figure out. For example, the determination using the second condition on the assumption that two or more ellipsoidal surfaces are calculated cannot be performed.
Accordingly, as in the example illustrated in FIG. 19, at least two ellipsoids among the first ellipsoid V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse V zz are calculated by the method according to the present embodiment. If so, even if the determination result for the second condition is negative, the initial ellipsoid correction matrix T 0 is calculated according to the proportionality.
Thus, comparative example, even if it is difficult to identify the shape of the ellipsoid from the shape of the distribution of the coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, a plurality of magnetic data q 1 to q An initial ellipsoid correction matrix T 0 based on an inappropriate initial ellipse V E0 that does not accurately represent the distribution shape of the coordinates indicated by N is generated.

これに対して、楕円面初期補正値生成部300は、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を生成するにあたり、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzの3つの楕円面を生成する。第1楕円面Vxxは、空間Ω上の第1評価軸ξを基準として複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化する楕円面であり、第2楕円面Vyyは、空間Ω上の第2評価軸ξを基準として複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化する楕円面であり、第3楕円面Vzzは、空間Ω上の第3評価軸ξを基準として複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化する楕円面である。すなわち、楕円面初期補正値生成部300は、空間Ω上の3つの異なる評価軸を用いて、3つの異なる楕円面を生成する。
さらに、楕円面初期補正値生成部300は、第1の条件及び第2の条件を用いて、算出された3つの異なる楕円面が、互いに近い形状を有することを判定する。つまり、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状が楕円面の形状とは大きく異なる形状であり、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzのうち1つ以上が楕円面とは異なる形状となる場合、第1の条件は満たされない。また、図19に示す例のように、算出された3つの楕円面各々の中心点の相互間距離が離れている場合には、第2の条件は満たされない。
このように、楕円面初期補正値生成部300は、初期楕円面補正行列Tを生成する際に、3つの異なる楕円面を生成したうえで、第1の条件及び第2の条件が満たされているか否かを判定するため、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状から、楕円面の形状を特定することが困難な場合に、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状とは異なる不正確な初期楕円面VE0に基づいた、不適切な初期楕円面補正行列Tが生成されることを防止する。
On the other hand, the elliptical surface initial correction value generation unit 300 generates the first elliptical surface V xx , the second elliptical surface V yy , and the third elliptical surface in generating the initial elliptical surface correction matrix T 0 and the initial center point c E0 . Three ellipsoids of ellipsoid Vzz are generated. The first ellipsoid V xx is an ellipsoid that minimizes an error from the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N with reference to the first evaluation axis ξ 1 on the space Ω. yy is an ellipsoid that minimizes an error from the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N with respect to the second evaluation axis ξ 2 on the space Ω, and the third ellipsoid V zz is a space Ω. This is an ellipsoid that minimizes an error from the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N with reference to the third evaluation axis ξ 3 above. That is, the ellipsoid initial correction value generation unit 300 generates three different ellipsoids using three different evaluation axes on the space Ω.
Furthermore, the ellipsoid initial correction value generation unit 300 determines that the three calculated ellipsoids have shapes close to each other using the first condition and the second condition. That is, the shape of the distribution of coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is significantly different from the shape of the ellipsoid, and the first ellipse V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse When one or more of Vzz has a shape different from the ellipsoid, the first condition is not satisfied. Further, as in the example illustrated in FIG. 19, the second condition is not satisfied when the calculated distances between the center points of the three ellipsoidal surfaces are separated.
Thus, the ellipsoid initial correction value generation unit 300 generates three different ellipsoids when generating the initial ellipsoid correction matrix T 0 , and the first condition and the second condition are satisfied. to determine whether it has, from the shape of the distribution of the coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, in case where it is difficult to identify the shape of an ellipsoid, a plurality of magnetic data q 1 to q N The generation of an inappropriate initial ellipsoid correction matrix T 0 based on an inaccurate initial ellipsoid V E0 that is different from the shape of the coordinate distribution indicated by is prevented.

[6. 最適楕円面の生成]
初期楕円面補正行列Tは、式(66)に示すように、初期中心点cE0を起点として磁気データqの示す座標を終点とするベクトル(q−cEO)を、初期楕円面VE0の3つの主軸方向に伸縮させることで、初期中心点cE0を起点として変換後磁気データs0iの示す座標を終点とするベクトル(s0i−cEO)に変換する行列である。磁気データqの示す座標が、初期楕円面VE0上に存在する場合には、変換後磁気データs0iの示す座標は、初期中心点cE0を中心とする球面SE0上に位置する。
図18に示すように、初期楕円面VE0は、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有するように定められる楕円面であるが、複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化するように定められた楕円面ではない。従って、複数の磁気データq〜qの示す座標と、初期楕円面VE0との間の誤差が大きい場合、初期楕円面VE0の中心点である初期中心点cE0の示す座標と、地磁気Bgを表す球面Sの中心点cOGの示す座標との間の誤差も大きくなる。この場合、磁気データqの示す座標を初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0により楕円補正した変換後磁気データs0iと、初期中心点cE0とに基づいて、地磁気Bgの正確な向きを算出することはできない。

Figure 0006019585
[6. Generation of optimal ellipsoid]
As shown in the equation (66), the initial ellipsoid correction matrix T 0 is a vector (q i −c EO ) starting from the initial center point c E0 and having the coordinates indicated by the magnetic data q i as the end point. This is a matrix that is converted into a vector (s 0i −c EO ) with the coordinates indicated by the converted magnetic data s 0i as the starting point, with the initial center point c E0 as the starting point, by expanding and contracting in the three principal axis directions of V E0 . When the coordinates indicated by the magnetic data q i are present on the initial ellipsoid V E0 , the coordinates indicated by the converted magnetic data s 0i are located on the spherical surface S E0 centered on the initial center point c E0 .
As shown in FIG. 18, the initial ellipsoid V E0 is the ellipsoid defined coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N to have in the vicinity, of a plurality of magnetic data q 1 to q N It is not an ellipsoid determined so as to minimize the error from the coordinates shown. Accordingly, when the error between the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N and the initial ellipsoid V E0 is large, the coordinates indicated by the initial center point c E0 that is the center point of the initial ellipsoid V E0 ; error between the sphere S G center point c coordinates indicated by OG of representing the geomagnetism Bg increases. In this case, the converted magnetic data s 0i elliptically corrected by the magnetic data q i initial ellipsoidal correction matrix coordinates indicated by T 0 and the initial center point c E0, on the basis of the initial center point c E0, accurate geomagnetism Bg The correct direction cannot be calculated.
Figure 0006019585

そこで、本実施形態では、複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化する最適楕円面VEOPに基づいて定められる最適楕円面補正行列TOPと、最適楕円面VEOPの中心点である最適中心点cEOPとに基づいて、磁気データqの示す座標を楕円補正する。具体的には、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSは、楕円面補正行列Tとして最適楕円面補正行列TOPを採用するとともに、オフセットcOFFとして最適中心点cEOPの座標を示すベクトルを採用することで、式(1.a)を、以下の式(67)に変形する。そして、地磁気測定システムSYSは、式(67)に示す楕円補正を行うことで、地磁気Bgの向きを表すベクトル(s−cEOP)を算出する。以下、式(67)の右辺に現れるベクトル(q−cEOP)を第1磁気ベクトルと称し、式(67)の左辺に現れるベクトル(s−cEOP)を第2磁気ベクトルと称する。
最適楕円面VEOPは、複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化する楕円面であるため、楕円面Vと、最適楕円面VEOPとは、同一の図形と看做すことができる。よって、最適中心点cEOPの示す座標と中心点cOGの示す座標(オフセットcOFF)との誤差は、初期中心点cE0の示す座標と中心点cOGの示す座標との誤差に比べて小さく、最適中心点cEOPと中心点cOGとは、同一の座標を示すと看做すことができる。このような、最適楕円面補正行列TOPと、最適中心点cEOPとに基づいて、磁気データqの示す座標を楕円補正することにより、正確な地磁気Bgの向きを得ることができる。

Figure 0006019585
Therefore, in the present embodiment, the optimum ellipsoid correction matrix T OP defined based on the optimum ellipsoid VEOP that minimizes the error from the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N and the optimum ellipsoid VEOP The coordinates indicated by the magnetic data q i are elliptically corrected on the basis of the optimum center point c EOP that is the center point of. Specifically, the geomagnetic measurement system SYS according to the present embodiment, while adopting the optimum ellipsoidal correction matrix T OP as ellipsoid correction matrix T E, the vector indicating the coordinates of the optimum center point c EOP as an offset c OFF By adopting, equation (1.a) is transformed into the following equation (67) The geomagnetic measurement system SYS, by performing the elliptical correction shown in expression (67), calculates a vector (s i -c EOP) indicating the direction of the geomagnetism S Bg. Hereinafter, the vector (q i −c EOP ) appearing on the right side of Expression (67) is referred to as a first magnetic vector, and the vector (s i −c EOP ) appearing on the left side of Expression (67) is referred to as a second magnetic vector.
Optimal ellipsoid V EOP are the ellipsoid to minimize the error between the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, and ellipsoid V E, the optimum ellipsoidal V EOP, the same figure Can be seen. Therefore, the error between the coordinates indicated by the optimum center point c EOP and the coordinates indicated by the center point c OG (offset c OFF ) is larger than the error between the coordinates indicated by the initial center point c E0 and the coordinates indicated by the center point c OG. It can be considered that the optimal center point c EOP and the center point c OG are small and indicate the same coordinates. Such, the optimum ellipsoidal correction matrix T OP, based on the optimum center point c EOP, by ellipse correcting the coordinates indicated by the magnetic data q i, it is possible to obtain the orientation of the correct geomagnetism Bg.
Figure 0006019585

楕円面最適補正値生成部400は、以下の式(68)に示す楕円面最適化関数fEL(T,c)の値が最小化されるように、変数行列Tの各成分及び変数ベクトルcの各要素を逐次更新する非線形最適化演算を行い、楕円面最適化関数fEL(T,c)の値が最小化されたときの変数行列T及び変数ベクトルcを、最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPとして算出する。
ここで、楕円面最適化関数fEL(T,c)は、以下の式(69)に示す3行3列の対称行列である変数行列Tの各成分と、式(1.e)に示した変数ベクトルcの各要素とを変数とする関数であり、以下の式(70)として表すことができる。変数行列T及び変数ベクトルcの初期値には、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0の座標が適用される。

Figure 0006019585
The ellipsoidal optimal correction value generation unit 400 minimizes the value of the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) shown in the following equation (68) and the variable vector T and the variable vector c. A non-linear optimization operation that sequentially updates each element is performed, and the variable matrix T and the variable vector c when the value of the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) is minimized are expressed as the optimal ellipsoid correction matrix T. Calculated as OP and optimum center point c EOP .
Here, the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) is expressed by each component of the variable matrix T, which is a symmetric matrix of 3 rows and 3 columns shown in the following formula (69), and in the formula (1.e). A function having each element of the variable vector c as a variable and can be expressed as the following equation (70). The initial value of the variable matrix T and variable vector c, the coordinates of the initial ellipsoidal correction matrix T 0 and the initial center point c E0 is applied.
Figure 0006019585

楕円面最適化関数fEL(T,c)は、式(68)に示すように、変数ベクトルcの示す座標を起点として複数の磁気データq〜qの示す座標を表す複数の第1変数ベクトル(q−c)の各々を、変数行列Tにより変換することで得られる複数の第2変数ベクトルT(q−c)の長さの平均値が、「1」からどの程度の差異を有するかを表す関数である。
つまり、楕円面最適化関数fEL(T,c)は、複数の第2変数ベクトルT(q−c)を、変数ベクトルcの示す座標が起点となるように配置した場合、複数の第2変数ベクトルの各々が示す座標と、変数ベクトルcの示す座標を中心とする半径1の球面との誤差を表す。このとき、複数の第2変数ベクトルT(q−c)の示す複数の座標を表すデータを、複数の変換後データsX1〜sXNと呼ぶ。楕円面最適化関数fEL(T,c)の値を最小化することにより、複数の変換後データsX1〜sXNの示す座標と、変数ベクトルcの示す座標を中心とする半径1の球面との誤差を最小化することができる。楕円面最適化関数fEL(T,c)の値を最小化する複数の変換後データsX1〜sXNを、複数の変換後磁気データs〜sと称する。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、第2変数ベクトルT(q−c)を、変数ベクトルcの示す座標を起点として配置しているが、第2変数ベクトルT(q−c)を、センサ座標系Σの原点が起点となるように配置しても構わない。すなわち、式(68)は、第2変数ベクトルT(q−c)をセンサ座標系Σの原点が起点となるように配置した場合、第2変数ベクトルT(q−c)の示す座標と、センサ座標系Σの原点を中心とする半径1の球面との誤差を表す。また、この場合、複数の変換後磁気データs〜sは、原点を中心とする半径1の球面近傍に分布する。
As shown in Expression (68), the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) has a plurality of first values representing coordinates indicated by a plurality of magnetic data q 1 to q N starting from the coordinates indicated by the variable vector c. What is the average value of the lengths of the plurality of second variable vectors T (q i -c) obtained by converting each of the variable vectors (q i -c) by the variable matrix T from “1”? It is a function indicating whether or not there is a difference.
That is, the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) has a plurality of second variable vectors T (q i −c) arranged such that the coordinates indicated by the variable vector c are the starting points. It represents an error between the coordinates indicated by each of the two variable vectors and the spherical surface having a radius of 1 centered on the coordinates indicated by the variable vector c. At this time, data representing a plurality of coordinates indicated by a plurality of second variable vectors T (q i -c) is referred to as a plurality of post-conversion data s X1 to s XN . By minimizing the value of the ellipsoidal optimization function f EL (T, c), a spherical surface having a radius of 1 centered on the coordinates indicated by the plurality of converted data s X1 to s XN and the coordinates indicated by the variable vector c And the error can be minimized. The plurality of converted data s X1 to s XN that minimize the value of the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) are referred to as a plurality of converted magnetic data s 1 to s N.
In this embodiment, for convenience of explanation, the second variable vector T (q i −c) is arranged starting from the coordinates indicated by the variable vector c, but the second variable vector T (q i −c) is used. the origin of the sensor coordinate system sigma S is may be arranged such that the starting point. That is, equation (68), when the origin of the second variable vector T (q i -c) the sensor coordinate system sigma S is arranged so that a starting point, indicated by the second variable vector T (q i -c) representing the coordinates, the error between the sphere of radius 1 centered at the origin of the sensor coordinate system sigma S. In this case, the plurality of post-conversion magnetic data s 1 to s N are distributed in the vicinity of the spherical surface with the radius 1 centered on the origin.

楕円面最適化関数fEL(T,c)の示す値を最小化することにより最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPを算出する非線形最適化演算は、公知の方法を適宜適用すればよい。例えば、非線形最適化演算として、ニュートン法を適用してもよい。
ニュートン法、最急降下法等の、非線形最適化演算は、非線形関数の示す値を最適化(最小化または最大化)するように、非線形関数の変数の値を逐次更新する。そして、非線形最適化演算は、非線形関数の値及び変数の値が予め規定された停止規準を満たしたときに、変数の値の更新を停止し、このときの変数の値を最適解として採用する。
なお、非線形最適化演算の停止規準としては、公知の基準を適宜適用すればよい。例えば、アルミホの規準(Armijo’s rule)を適用してもよい。
A non-linear optimization calculation for calculating the optimal ellipsoid correction matrix TOP and the optimal center point cEOP by minimizing the value indicated by the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) can be performed by appropriately applying known methods. That's fine. For example, the Newton method may be applied as the nonlinear optimization calculation.
In nonlinear optimization operations such as Newton's method and steepest descent method, the values of the variables of the nonlinear function are sequentially updated so as to optimize (minimize or maximize) the value indicated by the nonlinear function. The nonlinear optimization calculation stops updating the variable value when the value of the nonlinear function and the value of the variable satisfy a predetermined stop criterion, and adopts the value of the variable at this time as an optimal solution. .
It should be noted that a known standard may be applied as appropriate as the non-linear optimization calculation stop criterion. For example, you may apply the Armijo's rule.

非線形最適化演算は、非線形関数の最適解、すなわち非線形関数を最小化(または最大化)する大局的最適解を算出するための演算である。しかし、非線形最適化演算に適用される初期値が大局的最適解とは大きく異なる値である場合、非線形最適化演算の算出する最適解が、大局的最適解とは異なる局所的最適解となることがある。大局的最適解と大きく異なる初期値を適用した場合、大局的最適解よりも初期値に近い局所的最適解が存在する可能性があり、非線形最適化演算による解の更新を繰り返すうちに、解が大局的最適解に更新される前に、局所的最適解に更新される可能性が高いからである。従って、非線形最適化演算により局所的最適解が算出されることを防止するためには、初期値として、大局的最適解にできるだけ近い値を採用する必要がある。
本実施形態は、初期楕円面VE0に基づいて、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を算出し、これらの値を非線形最適化演算の初期値として適用する。複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有するように定められた初期楕円面VE0は、複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化する楕円面Vと近い形状を有する。従って、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0の示す座標は、大局的最適解として算出されるべき値である楕円面補正行列T及び中心点cOGの示す座標に近い値である(図8及び図18参照)。このような初期値を用いた非線形最適化演算を行うことにより算出される最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPの示す座標は、局所的最適解ではなく、大局的最適解(厳密には、大局的最適解の近似値)となる。このように、本実施形態の非線形最適化演算は、大局的最適解に近い値の適切な初期値が設定されるため、局所的最適解に陥ることなく、大局的最適解を最適解として算出することができる。
The nonlinear optimization operation is an operation for calculating an optimum solution of a nonlinear function, that is, a global optimum solution that minimizes (or maximizes) the nonlinear function. However, if the initial value applied to the nonlinear optimization operation is a value that is significantly different from the global optimal solution, the optimal solution calculated by the nonlinear optimization operation is a local optimal solution that is different from the global optimal solution. Sometimes. If an initial value that is significantly different from the global optimal solution is applied, there may be a local optimal solution that is closer to the initial value than the global optimal solution. This is because there is a high possibility that is updated to the local optimal solution before being updated to the global optimal solution. Therefore, in order to prevent the local optimal solution from being calculated by the nonlinear optimization calculation, it is necessary to adopt a value as close as possible to the global optimal solution as the initial value.
In the present embodiment, an initial ellipsoid correction matrix T 0 and an initial center point c E0 are calculated based on the initial ellipsoid V E0 , and these values are applied as initial values for nonlinear optimization calculation. The initial ellipsoid V EO determined to have the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity is the ellipsoid V that minimizes the error from the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N. It has a shape close to E. Accordingly, the coordinates indicated by the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 are close to the coordinates indicated by the ellipsoid correction matrix T E and the center point c OG , which are values to be calculated as a global optimum solution. Yes (see FIGS. 8 and 18). The coordinates indicated by the optimal ellipsoid correction matrix TOP and the optimal center point cEOP calculated by performing the nonlinear optimization operation using such initial values are not the local optimal solution but the global optimal solution (strict (Approximate value of global optimum solution). As described above, in the nonlinear optimization calculation of the present embodiment, since an appropriate initial value close to the global optimal solution is set, the global optimal solution is calculated as the optimal solution without falling into the local optimal solution. can do.

ところで、本実施形態では、式(69)に示すように、非線形最適化演算において最適化の対象となる楕円面最適化関数fEL(T,c)の変数として実対称行列である変数行列Tを用いるが、変数行列Tの代わりに、対称行列に限定されない実行列一般を表す変数行列Tを変数として用いて非線形最適化演算を行う方法も存在する(「非特許文献1」参照)。
しかし、対称行列に限定されない変数行列Tは、任意のベクトルを変数行列Tの3つの固有ベクトル方向に各々伸縮させる座標変換に加え、任意のベクトルの向きを回転させる座標変換を表す場合がある。そのため、第1変数ベクトル(q−c)を変数行列Tにより変換することで得られるベクトルT(q−c)は、第2磁気ベクトルT(q−c)を任意角度回転させたベクトルとして算出される場合がある。すなわち、図20に示すように、変数行列Tを用いて算出される変換後磁気データROの示す座標は、変数行列Tを用いて算出される変換後磁気データsの示す座標を、球面SEOP上で任意角度回転させた座標として算出される。
この場合、変数行列Tを用いて算出される変換後磁気データROの示す座標に基づいて、地磁気Bgの向きを算出することは困難である。
By the way, in the present embodiment, as shown in the equation (69), a variable matrix T that is a real symmetric matrix as a variable of the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) to be optimized in the nonlinear optimization calculation. but using, instead of the variable matrix T, there is also a method of performing nonlinear optimization calculation using the variable matrix T R representing a real matrix generally not limited to symmetric matrix as a variable (see "non-Patent Document 1").
However, the variable matrix T R is not limited to symmetric matrices, in addition to the coordinate transformation for each stretch any vector three eigenvectors direction variable matrix T R, it may represent a coordinate transform that rotates the orientation of any vector . Therefore, the vector T R (q i -c) obtained by converting the first variable vector (q i -c) by the variable matrix T R rotates the second magnetic vector T (q i -c) by an arbitrary angle. May be calculated as a vector. That is, as shown in FIG. 20, the coordinates indicated by the converted magnetic data RO s i may be calculated by using a variable matrix T R, the coordinates indicated by the converted magnetic data s i may be calculated by using a variable matrix T , Calculated as coordinates rotated by an arbitrary angle on the spherical surface S EOP .
In this case, based on the coordinates indicated by the converted magnetic data RO s i may be calculated by using a variable matrix T R, it is difficult to calculate the direction of the geomagnetism Bg.

非特許文献1によれば、3次元磁気センサ60から見て方向が既知の参照磁界を用いることにより、変数行列Tが行う座標変換において生じた回転の角度を特定し、座標変換において回転が生じなかった場合の変換後磁気データsの示す座標を算出している。この方法は、端末装置1が、参照磁界を測定する機会を有することが必要となる。 According to Non-Patent Document 1, by direction as viewed from the three-dimensional magnetic sensor 60 using known reference magnetic field, to identify the angle of rotation generated in the coordinate transformation performed by the variable matrix T R, the rotation in the coordinate transformation The coordinates indicated by the converted magnetic data s i when not generated are calculated. This method requires the terminal device 1 to have an opportunity to measure the reference magnetic field.

これに対して、本実施形態では、変数行列Tを実対称行列に限定している。実対称行列は、互いに直交する3つの固有ベクトルと、3つの固有ベクトルに対応する3つの固有値とを有する。そして、実対称行列によりベクトルを変換する場合、変換後のベクトルは、変換前のベクトルを実対称行列の3つの固有ベクトル方向を向く3つのベクトルの和で表したとき、当該3つのベクトルの各々を、その方向を変えずに対応する固有値倍だけ伸縮させて得られる3つのベクトルの和として算出される。すなわち、実対称行列は、任意のベクトルを、当該実対称行列が有する各固有ベクトル方向に各々伸縮させる座標変換を行う行列である。
従って、実対称行列である変数行列Tを用いる非線形最適化演算は、最適楕円面補正行列TOPを、任意のベクトルを最適楕円面補正行列TOPの各固有ベクトル方向に各々伸縮させる座標変換を表す行列として算出するため、最適楕円面補正行列TOPは、回転を伴う座標変換は行わない。このような最適楕円面補正行列TOPにより、磁気データqの示す座標を、変換後磁気データsの示す座標へと変換することにより、地磁気Bgの正確な向きを得ることができる。
また、変数行列Tは3行3列の行列で9個の独立した成分を有し、楕円面最適化関数fEL(T,c)の変数は12個となるのに対して、本実施形態に係る変数行列Tは対称行列であるため6個の独立した成分を有し、楕円面最適化関数fEL(T,c)の変数は9個である。従って、本実施形態に係る非線形最適化演算は、変数行列Tを用いる非線形最適化演算に比べて変数の数が少なく、計算負荷が低減される。
On the other hand, in this embodiment, the variable matrix T is limited to a real symmetric matrix. The real symmetric matrix has three eigenvectors orthogonal to each other and three eigenvalues corresponding to the three eigenvectors. When a vector is converted using a real symmetric matrix, the converted vector is expressed as a sum of three vectors facing the three eigenvector directions of the real symmetric matrix. The sum of three vectors obtained by expanding and contracting by the corresponding eigenvalue multiple without changing the direction is calculated. That is, the real symmetric matrix is a matrix that performs coordinate transformation for expanding and contracting an arbitrary vector in each eigenvector direction of the real symmetric matrix.
Therefore, nonlinear optimization calculation using a variable matrix T is a real symmetric matrix, the optimum ellipsoidal correction matrix T OP, represents a coordinate conversion for each stretch any vector to each eigenvector direction of the optimum ellipsoidal correction matrix T OP Since the calculation is performed as a matrix, the optimal ellipsoid correction matrix TOP does not perform coordinate conversion with rotation. Such optimum ellipsoidal correction matrix T OP, the coordinates indicated by the magnetic data q i, by converting into a coordinate indicated by the converted magnetic data s i, it is possible to obtain an accurate orientation of the geomagnetic Bg.
Further, the variable matrix T R has nine independent components by a matrix of three rows and three columns, the variable ellipsoid optimization function f EL (T R, c) whereas the 12, the Since the variable matrix T according to the embodiment is a symmetric matrix, it has six independent components, and the ellipsoidal optimization function f EL (T, c) has nine variables. Therefore, the nonlinear optimization operation in accordance with this embodiment, fewer variables than the nonlinear optimization calculation using a variable matrix T R, the computation load is reduced.

楕円面最適補正値生成部400は、最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPを、データ制御部710に格納する。
なお、楕円面最適補正値生成部400は、算出した最適楕円面補正行列TOPが正定値行列であることを判定し、判定結果が肯定である場合のみ、最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPをデータ制御部710に格納し、判定結果が否定である場合には、これらの算出結果を破棄してもよい。最適楕円面補正行列TOPは、楕円面上の座標を、当該楕円面の主軸方向に伸縮させることにより、球面上の座標へと変換する行列であるため、最適楕円面補正行列TOPの有する3つの固有値は、いずれも正の値となる必要があるからである。
The ellipsoidal optimal correction value generation unit 400 stores the optimal ellipsoidal correction matrix TOP and the optimal center point cEOP in the data control unit 710.
The elliptical surface optimal correction value generation unit 400 determines that the calculated optimal elliptical surface correction matrix TOP is a positive definite matrix, and only when the determination result is affirmative, the optimal elliptical surface correction matrix TOP and the optimal elliptical surface correction matrix TOP The center point c EOP is stored in the data control unit 710, and when the determination result is negative, these calculation results may be discarded. Optimum ellipsoidal correction matrix T OP, the coordinates on the ellipsoid, by expanding and contracting in the main axis direction of the ellipsoid, since a matrix for transforming into coordinates on a sphere, with the optimum ellipsoidal correction matrix T OP This is because all three eigenvalues must be positive values.

ところで、楕円面最適補正値生成部400によって算出された最適中心点cEOPの座標及び最適楕円面補正行列TOPが、応答情報RESとして端末装置1に送信され、オフセット採用部131がこれらをオフセットcOFF及び楕円面補正行列Tとして採用する場合、地磁気ベクトル計算部132は、3次元磁気センサ60が順次出力する磁気データqの示す座標に対して、式(67)に基づいた楕円補正を行うことで、地磁気Bgの向きを算出する(図8参照)。具体的には、地磁気ベクトル計算部132は、最適中心点cEOPの座標を起点とし磁気データqの示す座標を終点とする第1磁気ベクトル(q−cEOP)を、最適楕円面補正行列TOPにより変換し、第2磁気ベクトル(s−cEOP)を算出する。このとき、第2磁気ベクトル(s−cEOP)は、ずれ角ψを考慮しなければ、地磁気Bgと同じ方向を向く。地磁気ベクトル計算部132は、必要な場合にはずれ角ψを考慮して(図8、及び段落0041参照)、第2磁気ベクトル(s−cEOP)から、地磁気Bgの向きを算出する。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、第2磁気ベクトル(s−cEOP)を、最適中心点cEOPの示す座標を起点として配置しているが(図8参照)、第2磁気ベクトル(s−cEOP)を、センサ座標系Σの原点を起点として配置しても構わない。この場合、球面SEOPは、センサ座標系Σの原点を中心とする半径1の球面を表し、変換後磁気データsは原点を中心とする半径1の球面近傍に分布する。
Incidentally, the coordinates and the optimum ellipsoidal correction matrix T OP of the optimum center point c EOP calculated by the ellipsoidal optimum correction value generation unit 400 is transmitted as response information RES to the terminal apparatus 1, offset these offsets employed 131 when employed as c OFF and ellipsoidal correction matrix T E, the geomagnetic vector calculating unit 132, to the coordinates indicated by the magnetic data q i of the three-dimensional magnetic sensor 60 is successively outputted, elliptical correction based on equation (67) Is performed to calculate the direction of the geomagnetism Bg (see FIG. 8). Specifically, the geomagnetic vector calculation unit 132 uses the coordinates of the optimum center point c EOP as the starting point and the first magnetic vector (q i −c EOP ) whose origin is the coordinate indicated by the magnetic data q i as the optimum ellipsoidal correction. converted by the matrix T OP, calculated second magnetic vector (s i -c EOP). At this time, the second magnetic vector (s i −c EOP ) faces the same direction as the geomagnetism Bg unless the shift angle ψ is taken into consideration. The geomagnetic vector calculation unit 132 calculates the direction of the geomagnetism Bg from the second magnetic vector (s i −c EOP ) in consideration of the shift angle ψ if necessary (see FIG. 8 and paragraph 0041).
In the present embodiment, for convenience of explanation, the second magnetic vector (s i −c EOP ) is arranged starting from the coordinates indicated by the optimum center point c EOP (see FIG. 8). the (s i -c EOP), may be disposed as a starting point the origin of the sensor coordinate system sigma S. In this case, the spherical surface S EOP represents a spherical surface with a radius 1 centered on the origin of the sensor coordinate system Σ S , and the converted magnetic data s i is distributed in the vicinity of the spherical surface with a radius 1 centered on the origin.

[7. 第1実施形態の結論]
以上で説明したように、第1実施形態に係る地磁気測定システムSYSは、複数の磁気データq〜qの示す座標が楕円面近傍に分布すると仮定して、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する楕円面を特定し、複数の磁気データq〜qの示す座標を当該楕円面と同一の中心点を有する球面近傍に座標変換する楕円補正を行った。
これにより、3次元磁気センサ60を搭載する機器が軟磁性材料を備え、ソフトアイアン効果が生じている場合に、複数の磁気データq〜qに基づいて、地磁気Bgの正確な方向を算出することができる。
[7. Conclusion of First Embodiment]
As described above, the geomagnetism measurement system SYS according to the first embodiment assumes that the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the ellipsoid, and the plurality of magnetic data q 1 to q. the coordinates indicated by the N identifies the ellipsoid having in the vicinity, and the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N performed elliptical correction for coordinate transformation into a spherical neighborhood having the same center point and the ellipsoid.
As a result, when the device on which the three-dimensional magnetic sensor 60 is mounted includes a soft magnetic material and the soft iron effect is generated, the accurate direction of the geomagnetism Bg is calculated based on the plurality of magnetic data q 1 to q N. can do.

また、第1実施形態に係る地磁気測定システムSYSは、楕円補正を行う場合に必要となる情報(最適中心点cEOPの座標及び最適楕円面補正行列TOP)を、サーバ装置SVで算出する。
上述の通り、M個の磁気データqB1〜qBMの示す座標を用いた4元一次連立方程式を解くことで近似中心点cSBを算出する近似中心点算出処理に比べて、Mよりも大きなN個の磁気データq〜qに基づいて、初期中心点cE0及び初期楕円面補正行列Tを算出する初期楕円面生成処理や、最適中心点cEOP及び最適楕円面補正行列TOPを算出する最適楕円面生成処理は、負荷の大きな処理である。
第1実施形態に係る地磁気測定システムSYSは、楕円補正等の地磁気Bgの向きを算出する処理のうち、処理負荷の大きな演算を、全てサーバ装置SVにおいて実施するため、端末装置1における処理負荷を小さく抑えることができる。すなわち、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSは、端末装置1の備えるCPUの処理能力に制約がある場合、または、端末装置1の備えるメモリの容量に制約がある場合であっても、正確且つ高速に地磁気Bgの向きを算出することができる。また、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSは、端末装置1における処理負荷を小さく抑え、消費電力量を小さく抑えるため、携帯電話機、PDA端末等のようなバッテリーで給電される携帯機器を端末装置1として適用したときに、端末装置1のバッテリー使用時間を短縮させること無く、地磁気Bgの向きを算出することができる。
In addition, the geomagnetism measurement system SYS according to the first embodiment calculates information (the coordinates of the optimum center point c EOP and the optimum ellipsoid correction matrix T OP ) necessary for performing the ellipse correction by the server SV.
As described above, it is larger than the approximate center point calculation process for calculating the approximate center point c SB by solving the quaternary linear simultaneous equations using the coordinates indicated by the M pieces of magnetic data q B1 to q BM. Based on the N pieces of magnetic data q 1 to q N , an initial ellipsoid generation process for calculating the initial center point c E0 and the initial ellipsoid correction matrix T 0 , the optimum center point c EOP and the optimum ellipsoid correction matrix T OP The optimal ellipsoid generation process for calculating is a process with a large load.
The geomagnetism measurement system SYS according to the first embodiment performs all processing with a large processing load in the server device SV among the processing for calculating the orientation of the geomagnetism Bg such as ellipse correction. It can be kept small. That is, the geomagnetism measurement system SYS according to the present embodiment is accurate and accurate even when the processing capability of the CPU provided in the terminal device 1 is limited or when the memory capacity of the terminal device 1 is limited. The direction of geomagnetism Bg can be calculated at high speed. In addition, the geomagnetism measurement system SYS according to the present embodiment uses a mobile device such as a mobile phone, a PDA terminal, or the like that is powered by a battery to reduce the processing load in the terminal device 1 and the power consumption. When applied as 1, the direction of the geomagnetism Bg can be calculated without reducing the battery usage time of the terminal device 1.

なお、3次元磁気センサ60を搭載する機器が軟磁性材料を備えず、ソフトアイアン効果が生じていない場合であっても、複数の磁気データq〜qの示す座標が楕円面の近傍に分布する場合がある。例えば、3次元磁気センサ60が備える、X軸地磁気センサ61、Y軸地磁気センサ62、及びZ軸地磁気センサ63の3つセンサの感度にバラつきがある場合、センサ座標系Σにおいて本来球面近傍に分布するはずの複数の磁気データq〜qの示す座標は、3つのセンサの感度に応じて当該球面をセンサ座標系Σの各軸方向に伸縮させた楕円面近傍に分布する。すなわち、センサ感度のバラつきがある場合、複数の磁気データq〜qの示す座標は、センサ座標系Σの3つの軸の向きと同じ方向を向く3つの主軸を有する楕円面近傍に分布する。
第1実施形態では、複数の磁気データq〜qの示す座標が楕円面近傍に分布しているものと看做して楕円補正を行う。この楕円補正に用いる楕円面の3つの主軸は、直交関係を保ちつつ任意の方向を向くことができるため、第1実施形態に係る楕円補正は、楕円面の主軸とセンサ座標系Σの3軸の方向が一致する場合についても、適用することが可能である。
従って、第1実施形態の楕円補正は、センサ感度のバラつきが原因で複数の磁気データq〜qの示す座標が楕円面近傍に分布する場合、つまり、楕円面の主軸とセンサ座標系Σの3軸の方向が一致する場合であっても、地磁気Bgの正確な向きを算出することができる。
Note that even if the device on which the three-dimensional magnetic sensor 60 is mounted does not include a soft magnetic material and the soft iron effect does not occur, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are in the vicinity of the ellipsoid. May be distributed. For example, it provided the three-dimensional magnetic sensor 60, if the sensitivity of the three sensors X-axis geomagnetic sensor 61, Y-axis geomagnetic sensor 62 and the Z-axis geomagnetic sensor 63, there is a variation, the original spherical near the sensor coordinate system sigma S coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N supposed distributed is distributed the spherical surface ellipsoidal neighborhood obtained by stretching in the direction of each axis in the sensor coordinate system sigma S in accordance with the sensitivity of the three sensors. That is, if there is a variation in sensor sensitivity, coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, distributed in the vicinity ellipsoid with three principal axes oriented in the same direction as the direction of the three axes of the sensor coordinate system sigma S To do.
In the first embodiment, ellipse correction is performed assuming that the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the ellipsoid. Three major axis of the ellipsoidal used in the elliptical correction, it is possible to face any direction while maintaining the orthogonal relation, elliptical correction according to the first embodiment, the third main shaft and the sensor coordinate system sigma S ellipsoidal The present invention can also be applied when the directions of the axes coincide.
Therefore, the ellipse correction according to the first embodiment is performed when the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the ellipsoid due to variations in sensor sensitivity, that is, the ellipse principal axis and the sensor coordinate system Σ. Even when the directions of the three axes of S coincide with each other, it is possible to calculate the correct direction of the geomagnetism Bg.

また、第1実施形態では、初期楕円面VE0の算出に当たり、空間Ω上の第1評価軸ξ、第2評価軸ξ、及び第3評価軸ξの3つの異なる評価軸を用いて、3つの異なる楕円面を生成したうえで、センサ座標系Σにおいてこれらの3つの異なる楕円面の各々の中心点の相互間の距離が全て第1閾値Δc以下であるか否かを判定した。そして判定結果が肯定となる場合に限り、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0の座標を算出した。
これにより、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状から、楕円面の形状を特定することが困難な場合に、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状とは異なる不正確な初期楕円面VE0に基づいた、不適切な初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0の座標が生成されることを防止することが可能となり、不正確な値がオフセットとして採用されることを防止することが可能となった。
In the first embodiment, three different evaluation axes, the first evaluation axis ξ 1 , the second evaluation axis ξ 2 , and the third evaluation axis ξ 3 on the space Ω, are used in calculating the initial ellipsoid V E0. Te, after generating three different ellipsoid, determining whether all the mutual distance of these three different ellipsoidal each of the center point of equal to or less than the first threshold value Δc in the sensor coordinate system sigma S did. Only when the determination result is affirmative, the coordinates of the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 were calculated.
Thus, the shape of the distribution of the coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, when it is difficult to identify the shape of the ellipsoid, the distribution of coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N It is possible to prevent generation of inappropriate initial ellipsoid correction matrix T 0 and initial center point c E0 coordinates based on an inaccurate initial ellipsoid V E0 different from the shape. It became possible to prevent the value from being adopted as an offset.

また、第1実施形態では、楕円面Vに近い形状を有する初期楕円面VE0に基づいて定められる初期楕円面補正行列Tの各成分及び初期中心点cE0の座標を初期値とする非線形最適化演算により、最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPの座標を算出した。
非線形最適化は、初期値に、大局的最適解に近い値を採用することで、局所的最適解が最適解として算出される可能性を低減させ、大局的最適解が最適解として算出される可能性を高める。従って、本実施形態に係る非線形最適化演算は、局所的最適解が最適解として算出される可能性を低減し、不適切な最適楕円面補正行列TOPを用いた楕円補正による不正確な地磁気Bgの向きが算出される可能性を低減した。
In the first embodiment, the respective components and the coordinate of the initial center point c E0 of the initial ellipsoidal correction matrix T 0 that is determined based on the initial ellipsoid V E0 having a shape similar to ellipsoid V E and the initial value The coordinates of the optimum ellipsoid correction matrix TOP and the optimum center point cEOP were calculated by nonlinear optimization calculation.
Nonlinear optimization uses a value close to the global optimal solution as the initial value to reduce the possibility that the local optimal solution is calculated as the optimal solution, and the global optimal solution is calculated as the optimal solution. Increase possibilities. Therefore, the nonlinear optimization operation according to this embodiment, incorrect geomagnetism due to a local optimum solution to reduce the likelihood calculated as an optimal solution, elliptical correction using inappropriate optimum ellipsoidal correction matrix T OP The possibility of calculating the direction of Bg was reduced.

また、第1実施形態では、実対称行列である変数行列Tを変数とする楕円面最適化関数fEL(T,c)を最小化することで、最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPを算出した。これにより、最適楕円面補正行列TOPは、任意のベクトルを、最適楕円面補正行列TOPの3つの固有ベクトル方向に伸縮させる座標変換を行う行列として算出されるため、回転を伴う座標変換は行わない。
すなわち、最適楕円面VEOP近傍に位置する磁気データqの示す座標を楕円補正することで算出される変換後磁気データsの示す座標は、最適中心点cEOPから見て、地磁気Bgと同じ方向を向く座標として求められるため、変換後磁気データsに基づいて、正確な地磁気Bgの向きを算出することができる。
In the first embodiment, the optimum ellipsoid correction matrix T OP and the optimum center point are minimized by minimizing the ellipsoid optimization function f EL (T, c) having the variable matrix T which is a real symmetric matrix as a variable. c EOP was calculated. Thus, the optimum ellipsoidal correction matrix T OP is an arbitrary vector, to be calculated as an optimal ellipsoid correction matrix T 3 single matrix to perform the coordinate transformation to be stretchable in the eigenvector direction of the OP, coordinate conversion involving rotation performed Absent.
That is, the coordinates indicated by the converted magnetic data s i calculated by elliptically correcting the coordinates indicated by the magnetic data q i located in the vicinity of the optimum ellipsoidal plane V EOP are the geomagnetism Bg as seen from the optimum center point c EOP. since it obtained as coordinates the same direction, based on the converted magnetic data s i, can calculate the direction of the correct geomagnetism Bg.

<B.第2実施形態>
以下、第2実施形態について説明する。
<B. Second Embodiment>
Hereinafter, a second embodiment will be described.

[8. 第2実施形態に係る地磁気測定装置の概要]
第1実施形態では、3次元磁気センサ60が測定する対象の磁界を、地磁気Bg、内部磁界Bi、及び着磁磁界Bmに限定し、複数の磁気データq〜qの示す座標が楕円面近傍に分布する場合を想定した。
しかし、端末装置1の外部に磁界を生じる物体が存在する場合、物体の発する外部磁界Bxの影響により、複数の磁気データq〜qの示す座標は、楕円面とは異なる形状に分布することがある。この場合には、複数の磁気データq〜qの示す座標が楕円面近傍に分布すると仮定して算出された楕円面の中心点の示す座標は、3次元磁気センサ60のオフセットを示す座標とは一致しない可能性が高く、楕円面の中心点の示す座標をオフセットとして補正を行っても正確な地磁気Bgの向きを求めることはできない。
また、端末装置1が軟磁性材料21を備えない場合、ソフトアイアン効果は生じないため、複数の磁気データq〜qの示す座標は、図4に示したように球面近傍に分布し、楕円面近傍には分布しない。この場合、楕円補正を行わなくても、正確な地磁気Bgの向きを求めることができる。
第2実施形態は、端末装置1の外部の物体の発する外部磁界Bxが存在する場合、及び、端末装置1が軟磁性材料21を備えず着磁磁界Bmが存在しない場合にも対応した地磁気測定システムを実現することを目的とする。
[8. Outline of Geomagnetic Measurement Device According to Second Embodiment]
In the first embodiment, the magnetic field to be measured by the three-dimensional magnetic sensor 60 is limited to the geomagnetism Bg, the internal magnetic field Bi, and the magnetizing magnetic field Bm, and the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are elliptical surfaces. A case of distribution in the vicinity was assumed.
However, if the object to produce a magnetic field to the outside of the terminal device 1 exists, due to the influence of an external magnetic field Bx generated by the object, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, distributed in different shapes and ellipsoidal Sometimes. In this case, the coordinates indicated by the center point of the ellipsoid calculated on the assumption that the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the ellipsoid are coordinates indicating the offset of the three-dimensional magnetic sensor 60. And the correct geomagnetism Bg direction cannot be obtained even if correction is performed using the coordinates indicated by the center point of the ellipsoid as an offset.
Further, since the soft iron effect does not occur when the terminal device 1 does not include the soft magnetic material 21, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed near the spherical surface as shown in FIG. It is not distributed near the ellipsoid. In this case, an accurate geomagnetic Bg direction can be obtained without performing ellipse correction.
In the second embodiment, the geomagnetic measurement corresponding to the case where the external magnetic field Bx emitted by the object outside the terminal device 1 exists and the case where the terminal device 1 does not include the soft magnetic material 21 and the magnetizing magnetic field Bm does not exist. The purpose is to realize the system.

図21は、第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaの構成を示すブロック図である。図21に示すように、第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、複数の端末装置1、複数の端末装置1a、及び、サーバ装置SVaを備える。複数の端末装置1の各々は、ネットワークNWを介してサーバ装置SVaと接続される。同様に、複数の端末装置1aの各々は、ネットワークNWを介してサーバ装置SVaと接続される。端末装置1aは、部品2の代わりに、軟磁性材料21を含まない部品2aを備える点を除き、端末装置1と同様の構成である(図23参照)。すなわち、端末装置1aは、端末装置1と異なり、着磁磁界Bmを発しない。また、端末装置1aは、端末装置1と同様、CPU10、端末側磁気データ処理プログラム70が格納されたROM30等を備える(図9(A)参照)。つまり、端末装置1aは、当該端末装置1aが備えるCPU10が端末側磁気データ処理プログラム70を実行することにより、地磁気測定システムSYSaの一部として機能する。サーバ装置SVaは、ハードディスク950に、サーバ側磁気データ処理プログラム960の代わりに、第2実施形態に係る第2サーバ側磁気データ処理プログラムが格納されている点を除き、図9(B)に示すサーバ装置SVと同様に構成される。   FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a geomagnetism measurement system SYSa according to the second embodiment. As shown in FIG. 21, the geomagnetism measurement system SYSa according to the second embodiment includes a plurality of terminal devices 1, a plurality of terminal devices 1a, and a server device SVa. Each of the plurality of terminal devices 1 is connected to the server device SVa via the network NW. Similarly, each of the plurality of terminal devices 1a is connected to the server device SVa via the network NW. The terminal device 1a has the same configuration as the terminal device 1 except that the component 2a not including the soft magnetic material 21 is provided instead of the component 2 (see FIG. 23). That is, unlike the terminal device 1, the terminal device 1a does not generate the magnetizing magnetic field Bm. Similarly to the terminal device 1, the terminal device 1 a includes a CPU 10 and a ROM 30 in which the terminal-side magnetic data processing program 70 is stored (see FIG. 9A). That is, the terminal device 1a functions as part of the geomagnetism measurement system SYSa when the CPU 10 included in the terminal device 1a executes the terminal-side magnetic data processing program 70. The server apparatus SVa is shown in FIG. 9B except that the second server-side magnetic data processing program according to the second embodiment is stored in the hard disk 950 instead of the server-side magnetic data processing program 960. The configuration is the same as that of the server device SV.

図22は、サーバ装置SVaのCPU910が第2サーバ側磁気データ処理プログラムを実行することで実現される機能を表す機能ブロック図である。なお、図22において、記載の便宜上、サーバ装置SVaのCPU910が第2サーバ側磁気データ処理プログラムを実行することにより実現される機能に対して、符号「SVa」を付与している。
図22に示すように、第2実施形態に係るサーバ装置SVaは、分布判定部620、中心点算出部640、楕円面球面変換部520、及び歪判定部540を備える点と、データ制御部710の代わりにデータ制御部710aを備える点とを除き、第1実施形態に係るサーバ装置SV(図10参照)と同様に構成される。
FIG. 22 is a functional block diagram illustrating functions realized by the CPU 910 of the server apparatus SVa executing the second server-side magnetic data processing program. In FIG. 22, for convenience of description, reference numeral “SVa” is given to a function realized by the CPU 910 of the server apparatus SVa executing the second server-side magnetic data processing program.
As illustrated in FIG. 22, the server device SVa according to the second embodiment includes a distribution determination unit 620, a center point calculation unit 640, an ellipsoid spherical surface conversion unit 520, and a distortion determination unit 540, and a data control unit 710. The server apparatus SV is configured in the same manner as the server apparatus SV (see FIG. 10) according to the first embodiment except that a data control unit 710a is provided instead of the server apparatus SV.

分布判定部620は、センサ座標系Σにおいて、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布が、3次元的な広がりを有しているか否かを判定する。
中心点算出部640は、センサ座標系Σにおいて、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する球面Sの中心点cの示す座標を算出する。図4において説明したように、3次元磁気センサ60が測定する磁界が、地磁気Bg及び内部磁界Biである場合、複数の磁気データq〜qの示す座標が、球面Sの近傍に分布するため、球面Sと球面Sとは一致すると看做すことができ、球面Sの中心点cの座標を示すベクトルを、オフセットcOFFとして採用することができる。第2実施形態に係るサーバ装置SVaは、中心点算出部640を備えることで、着磁磁界Bmが存在せず、複数の磁気データq〜qの示す座標が球面近傍に分布する場合に、簡易な方法により、3次元磁気センサ60のオフセットcOFFの候補となる座標を算出することが可能となる。
Distribution determining unit 620 determines the sensor coordinate system sigma S, the distribution of coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is whether it has a three-dimensional spread.
Central point calculation unit 640, the sensor coordinate system sigma S, calculates the coordinates indicated by the center point c S of the spherical S having coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity. As described in FIG. 4, a magnetic field three-dimensional magnetic sensor 60 is measured, when a geomagnetism Bg and internal magnetic field Bi, coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, distributed in the vicinity of the spherical S G to end, the sphere S and the sphere S G can be regarded to match, the vector indicating the coordinates of the center point c S of the spherical S, can be adopted as the offset c OFF. The server device SVa according to the second embodiment includes the center point calculation unit 640 so that the magnetization magnetic field Bm does not exist and the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the spherical surface. It becomes possible to calculate coordinates that are candidates for the offset c OFF of the three-dimensional magnetic sensor 60 by a simple method.

楕円面球面変換部520は、最適楕円面補正行列TOP、最適中心点cEOP、及び、複数の磁気データq〜qから、複数の変換後磁気データs〜sを生成する。具体的には、楕円面球面変換部520は、式(67)に示ように、最適中心点cEOPの座標を起点として磁気データqの示す座標を終点とする第1磁気ベクトル(q−cEOP)を、最適楕円面補正行列TOPにより変換し、最適中心点cEOPを起点として変換後磁気データsの示す座標を終点とする第2磁気ベクトル(s−cEOP)を算出することで、変換後磁気データsの示す座標を算出する。
歪判定部540は、センサ座標系Σにおいて、複数の入力座標(複数の磁気データq〜qの示す座標、または、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標)がある立体近傍に分布すると仮定して、当該立体の形状と球面の形状との相違の程度を評価することで、立体の形状を球面と看做すことができる否かを判定する。
外部磁界Bxが存在し、複数の磁気データq〜qの示す座標が球面または楕円面とは異なる歪んだ形状の立体近傍に分布する場合、3次元磁気センサ60のオフセットcOFFの候補となる値を算出することは、困難である。
第2実施形態に係るサーバ装置SVaは、歪判定部540を備えることで、外部磁界Bxの影響が大きく、オフセットcOFFの候補となる座標の算出が困難な場合に、不正確な値がオフセットcOFFとして採用されることを防止することができる。これにより、端末装置1及び端末装置1aが、不正確なオフセットを用いた補正処理により不正確な地磁気Bgの向きを算出することを防止することが可能となる。
Ellipsoid spherical conversion unit 520, the optimum ellipsoidal correction matrix T OP, the optimum center point c EOP, and, a plurality of the magnetic data q 1 to q N, generates a plurality of converted magnetic data s 1 ~s N. Specifically, as shown in Expression (67), the ellipsoid spherical surface conversion unit 520 starts with the coordinates of the optimum center point c EOP as the starting point and the first magnetic vector (q i with the coordinates indicated by the magnetic data q i as the ending point. the -c EOP), was transformed by the optimum ellipsoidal correction matrix T OP, a second magnetic vector with the end point coordinates indicating the converted magnetic data s i the optimum center point c EOP starting (s i -c EOP) By calculating, the coordinates indicated by the converted magnetic data s i are calculated.
Distortion determination section 540 in the sensor coordinate system sigma S, there are a plurality of input coordinate (coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N or coordinates indicated by the plurality of the converted magnetic data s 1 ~s N,) Assuming that the three-dimensional shape is distributed in the vicinity of the solid, the degree of difference between the shape of the solid and the shape of the spherical surface is evaluated to determine whether or not the shape of the solid can be regarded as a spherical surface.
When the external magnetic field Bx exists and the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of a distorted solid different from the spherical surface or the ellipsoidal surface, the offset c OFF candidate of the three-dimensional magnetic sensor 60 is It is difficult to calculate such a value.
The server apparatus SVa according to the second embodiment includes the distortion determination unit 540, so that the influence of the external magnetic field Bx is large, and it is difficult to calculate the coordinates that are candidates for the offset c OFF. c It can be prevented from being adopted as OFF . Thereby, it becomes possible to prevent the terminal device 1 and the terminal device 1a from calculating the incorrect direction of the geomagnetism Bg by the correction processing using the incorrect offset.

データ制御部710aは、サーバ側送受信部720、分布判定部620、中心点算出部640、楕円面補正部200、楕円面球面変換部520、及び、歪判定部540に入力される情報と、これらが出力する情報とを管理するとともに、所定の条件の下、応答情報RESを生成する。
具体的には、データ制御部710aは、サーバ側送受信部720が出力する複数の磁気データq〜qを保持する。また、データ制御部710aは、楕円面球面変換部520が算出する複数の変換後磁気データs〜sと、中心点算出部640が算出する球面Sの中心点cの座標と、楕円面補正部200が算出する最適中心点cEOPの座標及び最適楕円面補正行列TOPと、分布判定部620における判定結果を示す情報と、歪判定部540における判定結果を示す情報とを、保持する。
また、詳細は後述するが、データ制御部710aは、所定の条件の下、最適中心点cEOPまたは中心点cのうち一方を応答中心点cSAとして採用する。そして、データ制御部710aは、最適中心点cEOPを応答中心点cSAとして採用する場合、最適楕円面補正行列TOPを応答補正行列Tとして採用することで、応答情報RESを生成する。一方、データ制御部710aは、中心点cを応答中心点cSAとして採用する場合、3行3列の単位行列Iを応答補正行列Tとして採用することで、応答情報RESを生成する。
なお、データ制御部710aが中心点cを応答中心点cSAとして採用し、且つ、オフセット採用部131が応答中心点cSAの座標を示すベクトルをオフセットcOFFとして採用する場合、式(1.a)から明らかなように、地磁気ベクトル計算部132は、3次元磁気センサ60が順次出力する磁気データqの示す座標から、中心点cの座標を減算することにより、地磁気Bgの向きを算出する。すなわち、この場合、地磁気ベクトル計算部132は、楕円補正を行わず、単なるベクトルの減算処理として地磁気Bgの向きを算出することになる。
The data control unit 710a includes information input to the server-side transmission / reception unit 720, the distribution determination unit 620, the center point calculation unit 640, the ellipsoid correction unit 200, the ellipsoid spherical surface conversion unit 520, and the distortion determination unit 540, and these And the response information RES is generated under a predetermined condition.
Specifically, the data control unit 710a holds a plurality of magnetic data q 1 to q N output from the server-side transmission / reception unit 720. The data control unit 710a also includes a plurality of converted magnetic data s 1 to s N calculated by the ellipsoid spherical surface conversion unit 520, the coordinates of the center point c S of the spherical surface S calculated by the center point calculation unit 640, and the ellipse. and coordinates and the optimum ellipsoidal correction matrix T OP of the optimum center point c EOP for calculating surface correction unit 200, information indicating the judgment result in the distribution determination unit 620, and information indicating a determination result in the distortion determination section 540, the holding To do.
The details will be described later, the data control unit 710a, under predetermined conditions, adopting one of the best center point c EOP or center point c S as a response center point c SA. Then, the data control unit 710a, when employing the optimum center point c EOP response center point c SA, by employing the optimum ellipsoidal correction matrix T OP in response correction matrix T A, and generates the response information RES. On the other hand, the data control unit 710a, when employing the center point c S as a response center point c SA, by employing the unit matrix I in three rows and three columns as a response correction matrix T A, and generates the response information RES.
When the data control unit 710a employs the center point c S as the response center point c SA and the offset adoption unit 131 employs a vector indicating the coordinates of the response center point c SA as the offset c OFF , the expression (1 .), The geomagnetic vector calculation unit 132 subtracts the coordinates of the center point c S from the coordinates indicated by the magnetic data q i sequentially output by the three-dimensional magnetic sensor 60, thereby calculating the geomagnetism S Bg. Calculate the orientation. That is, in this case, the geomagnetic vector calculation unit 132 does not perform the elliptical correction, will calculate the direction of the geomagnetism S Bg as a subtraction process just vectors.

以下では、第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaを説明する前提として、外部磁界Bxの性質について説明する。   Below, the property of the external magnetic field Bx will be described as a premise for explaining the geomagnetism measurement system SYSa according to the second embodiment.

図23は、3次元磁気センサ60の検出対象である、地磁気Bg、内部磁界Bi、着磁磁界Bm、及び外部磁界Bxを、地上座標系Σにおいて表した概念図である。ここで、図23に示す位置Pは、地上座標系Σにおけるセンサ座標系Σの原点の位置(すなわち、地上座標系Σにおける、3次元磁気センサ60の位置)を表す。 Figure 23 is a detection target of the 3-dimensional magnetic sensor 60, a geomagnetic Bg, internal magnetic field Bi, magnetizing field Bm, and an external magnetic field Bx is a conceptual diagram illustrating the ground coordinate system sigma G. Here, the position P S shown in FIG. 23, representing the position of the origin of the sensor coordinate system sigma S in ground coordinate system sigma G (i.e., in the ground coordinate system sigma G, the three-dimensional magnetic sensor 60 position).

図23に示すように、外部磁界Bxは、端末装置1または端末装置1aの外部に存在する物体3が発する磁界であり、物体3との相対的位置関係によって向き及び大きさが変化する不均一な磁界である。地上座標系Σにおける3次元磁気センサ60の位置Psを変化させた場合、3次元磁気センサ60が測定する外部磁界Bxの向き及び大きさが変化する。従って、外部磁界Bxは、地上座標系Σにおいて、位置Psに依存して方向及び大きさの双方を変化させるベクトルBx(Ps)として表現される。また、地上座標系Σにおける3次元磁気センサ60の姿勢μを変化させた場合、3次元磁気センサ60が測定する外部磁界Bxの向きが変化する。 As shown in FIG. 23, the external magnetic field Bx is a magnetic field generated by the object 3 existing outside the terminal device 1 or the terminal device 1a, and is nonuniform in which the direction and magnitude change depending on the relative positional relationship with the object 3. Magnetic field. When changing the position Ps of the 3D magnetic sensor 60 in the ground coordinate system sigma G, three-dimensional magnetic sensor 60 is the direction and magnitude of the external magnetic field Bx changes to be measured. Accordingly, the external magnetic field Bx is the ground coordinate system sigma G, is represented as a vector G Bx (Ps) varying both the direction and magnitude depending on the position Ps. Also, when changing the posture of the 3D magnetic sensor 60 in the ground coordinate system sigma G mu, three-dimensional magnetic sensor 60 is the direction of the external magnetic field Bx changes to be measured.

図24は、3次元磁気センサ60の位置PsをPS1〜PSNと変化させると共に、姿勢μをμ〜μと変化させて磁界を測定したときの、3次元磁気センサ60が出力する複数の磁気データq〜qを、センサ座標系Σにおいてプロットした図である。
なお、図24では、簡単のために、着磁磁界Bmは存在せず、内部磁界Bi、地磁気Bg、及び外部磁界Bxのみが存在する場合を想定する。
Figure 24 is the position Ps of the three-dimensional magnetic sensor 60 with varying the P S1 to P SN, when measuring the magnetic field by changing the posture μ μ 1 ~μ N, and outputs the three-dimensional magnetic sensor 60 a plurality of magnetic data q 1 to q N, is a plot in the sensor coordinate system sigma S.
In FIG. 24, for the sake of simplicity, it is assumed that the magnetizing magnetic field Bm does not exist and only the internal magnetic field Bi, the geomagnetic Bg, and the external magnetic field Bx exist.

外部磁界Bxは、センサ座標系Σにおいて、3次元磁気センサ60の位置Psに依存して方向及び大きさの双方を変化させ、3次元磁気センサ60の姿勢μに依存して方向を変化させるベクトルBx(μ、Ps)として表現される。
3次元磁気センサ60が、内部磁界Bi、地磁気Bg、及び外部磁界Bxを測定する場合、複数の磁気データq〜qの各々の表す座標は、内部磁界を表すベクトルBi、地磁気を表すベクトルBg(μ)、及び外部磁界を表すベクトルBx(μ、Ps)の和を表すベクトルにより示される。従って、複数の磁気データq〜qの示す座標は、中心点cOGを起点とする地磁気を表すベクトルBg(μ)の終点を表す球面Sと、中心点cOGを起点とする外部磁界を表すベクトルBx(μ、Ps)の終点を表す曲面SXとを、中心点cOGを起点として重ね合わせた立体SDの表面近傍に分布する。
External magnetic field Bx, in the sensor coordinate system sigma S, depending on the position Ps of the 3D magnetic sensor 60 is changed both the direction and magnitude, to change the direction depending on the orientation of the three-dimensional magnetic sensor 60 mu It is expressed as a vector S Bx (μ, Ps).
When the three-dimensional magnetic sensor 60 measures the internal magnetic field Bi, the geomagnetism Bg, and the external magnetic field Bx, the coordinates represented by each of the plurality of magnetic data q 1 to q N represent the vector S Bi representing the internal magnetic field and the geomagnetism. A vector S Bg (μ) and a vector representing the sum of vectors S Bx (μ, Ps) representing an external magnetic field are indicated. Therefore, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is the origin and spherical S G representing the end point of the vector S Bg (mu) representing the geomagnetism originating the center point c OG, the center point c OG The curved surface SX representing the end point of the vector S Bx (μ, Ps) representing the external magnetic field is distributed in the vicinity of the surface of the solid SD superimposed with the center point c OG as the starting point.

外部磁界Bxを表す曲面SXが、球面とは異なる歪んだ形状を有する場合には、立体SDも球面とは異なる歪んだ形状を有する。立体SDが、球面とは異なる歪んだ形状を有する場合、複数の磁気データq〜qの示す座標に基づいて、地磁気Bgを表す球面Sの中心点cOGの座標を算出することは困難である。仮に、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有するような球面Sを定め、球面Sの中心点cを算出しても、球面Sの中心点cと球面Sの中心点cOGとは異なる座標となる可能性が高いからである。(図31参照)。このように、立体SDが球面とは異なる歪んだ形状を有し、球面Sの中心点cOGの示す座標の算出が困難である場合には、複数の磁気データq〜qに基づいてオフセットcOFFが算出されることを防止する必要がある。 When the curved surface SX representing the external magnetic field Bx has a distorted shape different from the spherical surface, the solid SD also has a distorted shape different from the spherical surface. When the solid SD has a distorted shape different from that of the spherical surface, the coordinates of the center point c OG of the spherical surface S G representing the geomagnetism Bg are calculated based on the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N. Have difficulty. Even if the spherical surface S having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is determined in the vicinity and the center point c S of the spherical surface S is calculated, the center point c S of the spherical surface S and the spherical surface S G This is because there is a high possibility that the coordinates are different from the center point cOG . (See FIG. 31). Thus, they have different distorted shapes and three-dimensional SD spherical, when the calculation of the coordinates indicating the center point c OG of the spherical S G is difficult, based on a plurality of magnetic data q 1 to q N Therefore, it is necessary to prevent the offset c OFF from being calculated.

但し、不均一な外部磁界Bxの影響が小さく、立体SDの形状がほぼ球面と看做せる場合には、複数の磁気データq〜qの示す座標に基づいて、球面Sの中心点cOGの示す座標を算出することができる。例えば、図25(A)に示すように、外部磁界Bxが微弱である場合、地磁気Bgを表す球面Sと、外部磁界Bxを表す曲面SXとの重ね合わせである立体SDは、球面Sとほぼ同一の図形となる。従って、複数の磁気データq〜qの示す座標は、球面Sの近傍に分布すると看做すことができるため、複数の磁気データq〜qから、球面Sの中心点cOGの示す座標を算出することができる。
また、図25(B)に示すように、不均一な外部磁界Bxが大きい場合であっても、立体SDの形状がほぼ球面と看做せる場合がある。例えば、不均一な外部磁界Bxが存在する場合であっても、N個の磁気データq〜qを取得する際に、端末装置1または端末装置1aの利用者が端末装置1または端末装置1aを手で握って3次元磁気センサ60の位置Pが変化するように振るのではなく、3次元磁気センサ60の位置Pを固定して姿勢μのみを変化させる場合には、外部磁界Bxは、センサ座標系Σにおいて、姿勢μに基づいてその方向のみを変化させる一定の大きさのベクトルBx(μ)として表現される。この場合、外部磁界Bxを表す曲面SXの形状は、中心点cOGを中心とする球面となるため、中心点cOGを中心とする球面Sと、中心点cOGを中心とする球面の形状の曲面SXとを、中心点cOGを中心に重ね合わせた立体SDの形状は、中心点cOGを中心とする球面となる。従って、複数の磁気データq〜qの示す座標に基づいて、立体SDの表す球面の中心点の座標を算出することにより、球面Sの中心点cOGの示す座標を算出することができる。
However, small influence of non-uniform external magnetic fields Bx, when the shape of the three-dimensional SD is that substantially spherical and regarded, on the basis of the coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, the center point of the spherical surface S G c The coordinates indicated by the OG can be calculated. For example, as shown in FIG. 25 (A), when the external magnetic field Bx is weak, the spherical S G representing the geomagnetism Bg, a is stereoscopic SD is superposition of the curved surface SX representing the external magnetic field Bx, spherical S G And almost the same figure. Therefore, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, because it can be considered that the distribution in the vicinity of the spherical surface S G, a plurality of the magnetic data q 1 to q N, sphere S center point of G c The coordinates indicated by OG can be calculated.
Further, as shown in FIG. 25B, even when the non-uniform external magnetic field Bx is large, the shape of the solid SD may be regarded as a substantially spherical surface. For example, even when there is a non-uniform external magnetic field Bx, when the N pieces of magnetic data q 1 to q N are acquired, the user of the terminal device 1 or the terminal device 1 a can use the terminal device 1 or the terminal device. 1a rather than the position P S of the three-dimensional magnetic sensor 60 swings to vary holding by hand, in case of changing fixed and only the posture μ position P S of the three-dimensional magnetic sensor 60, the external magnetic field Bx is the sensor coordinate system sigma S, is represented as a direction only certain varying the magnitude of the vector S Bx (mu) based on the attitude mu. In this case, the shape of the curved surface SX representing the external magnetic field Bx is, since the spherical surface centered at the center point c OG, the spherical S G centered on the center point c OG, the spherical surface centered at the center point c OG a curved SX shape, the shape of the three-dimensional SD superimposed around a central point c OG is a spherical surface centered at the center point c OG. Therefore, based on the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, by calculating the coordinates of the center point of the sphere representing three-dimensional SD, it is possible to calculate the center point c coordinates indicated by OG spherical S G it can.

本実施形態に係るサーバ装置SVaは、複数の磁気データq〜qの示す座標に基づいて、外部磁界Bxによる影響の大きさ、すなわち、立体SDの形状と球面の形状との相違の程度を評価する。これにより、サーバ装置SVaは、複数の磁気データq〜qの示す座標に基づいて、オフセットcOFFの候補となる座標を算出可能である否かを判断し、端末装置1または端末装置1aにおいて、外部磁界Bxの影響を受けた不正確なオフセットcOFFが採用されることを防止する。 The server apparatus SVa according to the present embodiment is based on the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N , the magnitude of the influence of the external magnetic field Bx, that is, the degree of difference between the shape of the solid SD and the shape of the spherical surface To evaluate. Accordingly, the server apparatus SVa determines whether or not the coordinates that are candidates for the offset c OFF can be calculated based on the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N , and the terminal apparatus 1 or the terminal apparatus 1a. , The inaccurate offset c OFF affected by the external magnetic field Bx is prevented from being adopted.

なお、詳細は後述するが、本実施形態に係るサーバ装置SVaは、楕円面補正部200、楕円面球面変換部520、及び歪判定部540により、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状と、楕円面の形状との相違の程度について評価することもできる。複数の磁気データq〜qの示す座標を、楕円補正により複数の変換後磁気データs〜sの表す座標に変換した場合、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を近傍に有する立体SDの形状が球面と看做すことができれば、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDの形は、楕円面と看做すことができるからである。
すなわち、図22に示すように、楕円面補正部200、楕円面球面変換部520、及び歪判定部540は、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状が、球面と看做すことのできる形状、楕円面と看做すことのできる形状、または、球面と看做すことも楕円面と看做すこともできない歪んだ形状、のいずれに該当するかを判断する、歪形状判断部500として機能する。
そして、歪形状判断部500が、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状を、球面と看做すことのできる形状、または、楕円面と看做すことのできる形状であると判断した場合、サーバ装置SVaは、オフセットcOFFの候補となる座標を示す応答中心点cSAを生成するが、球面とも楕円面とも異なる歪んだ形状であると判断した場合、応答中心点cSAを生成しない。
このように、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、歪形状判断部500を備えることにより、外部磁界Bxの影響による不正確なオフセットが算出されることを防止することが可能になるとともに、外部磁界Bxの影響が無視できる程度に小さい場合には、ソフトアイアン効果の発生の有無に関わらず正確なオフセットcOFFの算出が可能になる。
Although details will be described later, the server apparatus SVa according to the present embodiment uses the ellipsoid correction unit 200, the ellipsoid spherical surface conversion unit 520, and the distortion determination unit 540 to indicate the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N. The degree of difference between the shape of the distribution and the shape of the ellipsoid can also be evaluated. The coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, when converted into coordinates representing a plurality of the converted magnetic data s 1 ~s N by the elliptical correction, coordinate indicated by the plurality of the converted magnetic data s 1 ~s N if you can regarded as spherical shape of the three-dimensional SD E having in the vicinity of, the shape of the three-dimensional SD with coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity can be regarded as ellipsoidal Because.
That is, as shown in FIG. 22, the ellipsoid correction unit 200, the ellipsoid spherical surface conversion unit 520, and the distortion determination unit 540 consider that the shape of the distribution of coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is a spherical surface. Judging whether it falls into a shape that can be considered as an elliptical surface, or a distorted shape that cannot be considered as a spherical surface or an elliptical surface, It functions as the strain shape determination unit 500.
Then, the shape of the coordinate distribution indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is a shape that can be regarded as a spherical surface, or a shape that can be regarded as an elliptical surface. When it is determined that there is a response, the server apparatus SVa generates a response center point c SA indicating coordinates that are candidates for the offset c OFF , but when it is determined that the shape is a distorted shape different from both the spherical surface and the ellipsoid surface, the response center point c Does not generate SA .
As described above, the geomagnetism measurement system SYSa according to the present embodiment includes the distortion shape determination unit 500, thereby preventing an inaccurate offset due to the influence of the external magnetic field Bx from being calculated. When the influence of the external magnetic field Bx is small enough to be ignored, it is possible to accurately calculate the offset c OFF regardless of the presence or absence of the soft iron effect.

以下、本実施形態における、サーバ装置SVaの動作について、具体的に説明する。   Hereinafter, the operation of the server apparatus SVa in the present embodiment will be specifically described.

[9. 第2実施形態に係る地磁気測定装置の動作を表すフローチャート]
図26は、第2実施形態に係るサーバ装置SVaの動作を表すフローチャートである。当該フローチャートに示される処理は、CPU910が第2サーバ側磁気データ処理プログラムを実行している状態で、端末装置1または端末装置1aから複数の磁気データq〜qを受信したときに開始される。
[9. Flowchart showing operation of geomagnetism measuring apparatus according to second embodiment]
FIG. 26 is a flowchart showing the operation of the server apparatus SVa according to the second embodiment. The processing shown in the flowchart is started when the CPU 910 receives a plurality of magnetic data q 1 to q N from the terminal device 1 or the terminal device 1a in a state where the second server-side magnetic data processing program is being executed. The

ステップS51において、CPU910は、磁気データ格納処理を実行する。具体的には、CPU910は、通信部940が受信したN個の磁気データq〜qを、第3記憶領域Area3に格納する。 In step S51, the CPU 910 executes magnetic data storage processing. Specifically, CPU 910 is of N magnetic data q 1 to q N by the communication unit 940 has received and stored in the third memory area Area3.

ステップS53において、CPU910は、磁気データ分布判定処理を実行する。具体的には、CPU910は、ステップS51の磁気データ格納処理において第3記憶領域Area3に格納されたN個の磁気データq〜q(以下、本節において、「N個の磁気データq〜q」と称する。)が、当該N個の磁気データq〜qを送信した端末装置1または端末装置1aにおけるセンサ座標系Σ(以下、本節において、「センサ座標系Σ」と称する。)において示す座標の分布が3次元的な広がりを有しているか否かを判定する。判定結果が肯定である場合、CPU910は、処理をステップS55に進める。一方、判定結果が否定である場合、すなわち、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布が2次元的または1次元的である場合、CPU910は、処理をステップS71に進める。
すなわち、CPU910は、ステップS53の磁気データ分布判定処理を実行することにより、分布判定部620として機能する。
In step S53, the CPU 910 executes magnetic data distribution determination processing. Specifically, CPU 910, the third memory area Area3 stored in the N pieces of magnetic data q 1 to q N (hereinafter the magnetic data storage processing in step S51, in this section, "the N magnetic data q 1 ~ q N ”) is a sensor coordinate system Σ S (hereinafter referred to as“ sensor coordinate system Σ S ”in this section) in the terminal device 1 or the terminal device 1a that has transmitted the N pieces of magnetic data q 1 to q N. It is determined whether or not the distribution of coordinates shown in FIG. If the determination result is affirmative, the CPU 910 advances the process to step S55. On the other hand, when the determination result is negative, that is, when the distribution of coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is two-dimensional or one-dimensional, the CPU 910 advances the process to step S 71.
That is, the CPU 910 functions as the distribution determination unit 620 by executing the magnetic data distribution determination process in step S53.

ステップS55において、CPU910は、中心点算出処理を実行する。具体的には、CPU910は、N個の磁気データq〜qが、センサ座標系Σにおいて示す座標を近傍に有する球面Sの中心点cの座標を算出する。
すなわち、CPU910は、ステップS55の中心点算出処理を実行することにより、中心点算出部640として機能する。
In step S55, the CPU 910 executes center point calculation processing. Specifically, CPU 910 is, N pieces of the magnetic data q 1 to q N calculates the coordinates of the center point c S of the spherical S having coordinates indicating the sensor coordinate system sigma S in the vicinity.
That is, the CPU 910 functions as the center point calculation unit 640 by executing the center point calculation process in step S55.

ステップS57において、CPU910は、歪判定処理を実行する。具体的には、CPU910は、まず、N個の磁気データq〜qの各々がセンサ座標系Σにおいて示す座標を、入力座標として採用する。次に、CPU910は、複数の入力座標がある立体SDの近傍に分布すると仮定して、立体SDの形状と球面の形状との相違の程度を評価することで、立体SDの形状を球面と看做すことができるか否かを判定する。判定結果が肯定である場合、CPU910は、処理をステップS67に進める。一方、判定結果が否定である場合(すなわち、立体SDが球面とは異なる歪のある形状を有する場合)、CPU910は、処理をステップS59に進める。 In step S57, the CPU 910 executes a distortion determination process. Specifically, CPU 910, first, each of the N magnetic data q 1 to q N is the coordinate that shows the sensor coordinate system sigma S, is employed as the input coordinates. Next, assuming that a plurality of input coordinates are distributed in the vicinity of the solid SD, the CPU 910 evaluates the degree of difference between the shape of the solid SD and the shape of the spherical surface, so that the shape of the solid SD is regarded as a spherical surface. Determine whether you can hesitate. If the determination result is affirmative, the CPU 910 advances the process to step S67. On the other hand, when the determination result is negative (ie, when the solid SD has a distorted shape different from the spherical surface), the CPU 910 advances the process to step S59.

ステップS59において、CPU910は、初期楕円面生成処理を実行する。具体的には、CPU910は、N個の磁気データq〜qに基づいて、初期中心点cE0の座標と初期楕円面補正行列Tとを算出することができるか否かを判定する。判定結果が肯定の場合、CPU910は、初期中心点cE0の座標と初期楕円面補正行列Tとを算出したうえで、処理をステップS61に進める。一方、判定結果が否定の場合、CPU910は、処理をステップS71に進める。
すなわち、CPU910は、ステップS59の初期楕円面生成処理を実行することにより、楕円面初期補正値生成部300として機能する。
In step S59, the CPU 910 executes an initial ellipsoid generation process. Specifically, CPU 910 determines on the basis of the N pieces of magnetic data q 1 to q N, whether it is possible to calculate the coordinates and the initial ellipsoid correction matrix T 0 of the initial center point c E0 . If the determination result is affirmative, CPU 910 is, after calculating the coordinate and the initial ellipsoid correction matrix T 0 of the initial center point c E0, the process proceeds to step S61. On the other hand, if the determination result is negative, the CPU 910 advances the process to step S71.
That is, the CPU 910 functions as the ellipsoid initial correction value generation unit 300 by executing the initial ellipsoid generation process in step S59.

ステップS61において、CPU910は、最適楕円面生成処理を実行する。具体的には、CPU910は、ステップS59の初期楕円面生成処理において算出された初期中心点cE0と初期楕円面補正行列Tとに基づいて、最適中心点cEOPの座標と最適楕円面補正行列TOPとを算出する。
すなわち、CPU910は、ステップS61の最適楕円面生成処理を実行することにより、楕円面最適補正値生成部400として機能する。
In step S61, the CPU 910 executes optimal ellipsoid generation processing. Specifically, CPU 910, based on the initial ellipsoid generation processing initial center point c E0 and the initial ellipsoid correction matrix T 0 calculated in the step S59, the coordinates and the optimum ellipsoidal optimal correction of the center point c EOP A matrix TOP is calculated.
That is, the CPU 910 functions as the elliptical surface optimal correction value generation unit 400 by executing the optimal elliptical surface generation processing in step S61.

ステップS63において、CPU910は、楕円面球面変換処理を実行する。具体的には、CPU910は、最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPに基づいて、最適楕円面VEOP近傍に存在するN個の磁気データq〜qの示す座標を、N個の変換後磁気データs〜sにより表される球面SEOP近傍の座標へと変換する。その後、CPU910は、N個の変換後磁気データs〜sを、第3記憶領域Area3に格納する。
すなわち、CPU910は、ステップS63の楕円面球面変換処理を実行することにより、楕円面球面変換部520として機能する。
In step S63, the CPU 910 executes an ellipsoidal sphere conversion process. Specifically, CPU 910, based on the optimum ellipsoidal correction matrix T OP and the optimum center point c EOP, the coordinates indicated by the N magnetic data q 1 to q N existing near optimum ellipsoidal V EOP, N Conversion into coordinates in the vicinity of the spherical surface S EOP represented by the pieces of converted magnetic data s 1 to s N is performed. Thereafter, the CPU 910 stores N pieces of post-conversion magnetic data s 1 to s N in the third storage area Area 3.
That is, the CPU 910 functions as the ellipsoid spherical surface conversion unit 520 by executing the ellipsoid spherical surface conversion process in step S63.

ステップS65において、CPU910は、歪判定処理を実行する。具体的には、CPU910は、まず、ステップS63の楕円面球面変換処理において算出されたN個の変換後磁気データs〜sの各々がセンサ座標系Σにおいて示す座標を、入力座標として採用する。次に、CPU910は、複数の入力座標がある立体SDの近傍に分布すると仮定して、立体SDの形状と球面の形状との相違の程度を評価することで、立体SDの形状を球面と看做すことができるか否かを判定する。判定結果が肯定である場合、CPU910は、処理をステップS67に進める。一方、判定結果が否定である場合(すなわち、立体SDが球面とは異なる歪のある形状を有する場合)、CPU910は、処理をステップS71に進める。
すなわち、CPU910は、ステップS57の歪判定処理、または、ステップS65の歪判定処理を実行することにより、歪判定部540として機能する。
なお、以下では、ステップS57においてCPU910が行う歪判定処理と、ステップS65においてCPU910が行う歪判定処理とを区別する場合、前者を第1の歪判定処理と称し、後者を第2の歪判定処理と称する。また、第1の歪判定処理において形状が評価される立体SDと区別するため、第2の歪判定処理において形状が評価される立体を立体SDと称する。第1の歪判定処理と第2の歪判定処理とは、複数の入力座標の値が異なる以外は、同一の処理である。
In step S65, the CPU 910 executes a distortion determination process. Specifically, CPU 910, first, the coordinates indicated in each sensor coordinate system sigma S of N transformed magnetic data s 1 ~s N calculated in ellipsoidal spherical conversion processing in step S63, as the input coordinate adopt. Next, CPU 910, assuming that the distribution in the vicinity of the three-dimensional SD E which have multiple input coordinates, to assess the degree of difference between the shape and the spherical shape of the three-dimensional SD E, the shape of the three-dimensional SD E It is determined whether or not it can be regarded as a spherical surface. If the determination result is affirmative, the CPU 910 advances the process to step S67. On the other hand, if the determination result is negative (i.e., if the three-dimensional SD E has a shape with a different strain spherical), CPU 910 is the processing procedure goes to step S71.
That is, the CPU 910 functions as the distortion determination unit 540 by executing the distortion determination process in step S57 or the distortion determination process in step S65.
In the following description, when the distortion determination process performed by the CPU 910 in step S57 is distinguished from the distortion determination process performed by the CPU 910 in step S65, the former is referred to as a first distortion determination process and the latter is referred to as a second distortion determination process. Called. Further, in order to distinguish from the solid SD whose shape is evaluated in the first distortion determination process, the solid whose shape is evaluated in the second distortion determination process is referred to as a solid SD E. The first distortion determination process and the second distortion determination process are the same process except that the values of a plurality of input coordinates are different.

本実施形態では、ステップS65における判定結果が否定である場合、CPU910は、処理をステップS71に進めるが、その際に、端末装置1(または端末装置1a)が何らかのメッセージを表示部50に出力するように、端末装置1(または端末装置1a)に対して指示してもよい。
N個の磁気データq〜qを取得する際に、利用者が端末装置1(または端末装置1a)を手で握って回転させるのではなく、端末装置1(または端末装置1a)の位置を固定したままその姿勢のみを変化させるようにすると、外部磁界Bxの影響を低く抑えることができる(図25(B)参照)。そのため、ステップS65における判定結果が否定である場合には、端末装置1(または端末装置1a)の位置を固定したまま回転させることを、利用者に対して指示してもよい。利用者に対する指示は、端末装置1(または端末装置1a)の表示部50に画像や動画等を表示したり、音声等を用いたりすることで、行ってもよい。
In this embodiment, when the determination result in step S65 is negative, the CPU 910 advances the process to step S71. At that time, the terminal device 1 (or the terminal device 1a) outputs some message to the display unit 50. As such, the terminal device 1 (or the terminal device 1a) may be instructed.
When acquiring the N pieces of magnetic data q 1 to q N , the user does not hold the terminal device 1 (or the terminal device 1 a) with his hand and rotate it, but the position of the terminal device 1 (or the terminal device 1 a). If only the posture is changed while the position is fixed, the influence of the external magnetic field Bx can be kept low (see FIG. 25B). Therefore, when the determination result in step S65 is negative, the user may be instructed to rotate the terminal device 1 (or terminal device 1a) while fixing the position thereof. The user may be instructed by displaying an image, a moving image, or the like on the display unit 50 of the terminal device 1 (or the terminal device 1a) or using a voice or the like.

ステップS67において、CPU910は、応答情報生成処理を実行する。具体的には、CPU910は、ステップS57の歪判定処理における判定結果が肯定である場合、ステップS55の中心点算出処理においてCPU910が算出した中心点cを応答中心点cSAとして採用し、3行3列の単位行列Iを応答補正行列Tとして採用し、応答中心点cSAの座標と応答補正行列Tとを要素とする応答情報RESを生成する。
一方、CPU910は、ステップS57の歪判定処理における判定結果が否定である場合、ステップS61の最適楕円面生成処理においてCPU910が算出した最適中心点cEOPを応答中心点cSAとして採用し、ステップS61の最適楕円面生成処理においてCPU910が算出した最適楕円面補正行列TOPを応答補正行列Tとして採用し、応答中心点cSAの座標と応答補正行列Tとを要素とする応答情報RESを生成する。
In step S67, the CPU 910 executes response information generation processing. Specifically, when the determination result in the distortion determination process in step S57 is affirmative, the CPU 910 adopts the center point c S calculated by the CPU 910 in the center point calculation process in step S55 as the response center point c SA. It employs an identity matrix I rows and three columns as a response correction matrix T a, and generates the response information RES to coordinate the response correction matrix T a and the elements of the response center point c SA.
On the other hand, when the determination result in the distortion determination process in step S57 is negative, the CPU 910 adopts the optimum center point c EOP calculated by the CPU 910 in the optimum ellipsoidal surface generation process in step S61 as the response center point c SA , and step S61. optimal in ellipsoidal generation process CPU910 adopts the optimum ellipsoidal correction matrix T OP calculated in response correction matrix T a, the response information RES to the coordinates of the response center point c SA and response correction matrix T a and element Generate.

ステップS69において、CPU910は、応答情報送信処理を実行する。具体的には、CPU910は、ステップS67の応答情報生成処理において生成された応答情報RESを、端末装置1(または端末装置1a)に送信する。
すなわち、CPU910は、ステップS51の磁気データ格納処理と、ステップS69の応答情報送信処理とを実行することにより、サーバ側送受信部720として機能する。
In step S69, the CPU 910 executes response information transmission processing. Specifically, the CPU 910 transmits the response information RES generated in the response information generation process in step S67 to the terminal device 1 (or the terminal device 1a).
That is, the CPU 910 functions as the server-side transmitting / receiving unit 720 by executing the magnetic data storage process in step S51 and the response information transmission process in step S69.

ステップS71において、CPU910は、データ初期化処理を実行する。具体的には、CPU910は、N個の磁気データq〜qと、応答情報RES等のN個の磁気データq〜qに基づいて生成された情報とを破棄する。そして、CPU910は、当該フローチャートに示す処理を終了する。
すなわち、CPU910は、ステップS67の応答情報生成処理と、ステップS71のデータ初期化処理とを実行することにより、データ制御部710aとして機能する。
In step S71, the CPU 910 performs a data initialization process. Specifically, CPU 910 discards and N magnetic data q 1 to q N, and information generated based on the N magnetic data q 1 to q N such response information RES. Then, the CPU 910 ends the process shown in the flowchart.
That is, the CPU 910 functions as the data control unit 710a by executing the response information generation process in step S67 and the data initialization process in step S71.

このように、本実施形態に係るサーバ装置SVaは、ステップS57において、N個の磁気データq〜qの示す座標が、球面Sの近傍に分布するか、球面とは異なる歪んだ形状の立体SDの近傍に分布するかを判定する。そして、N個の磁気データq〜qの示す座標が、球面とは異なる歪んだ形状の立体SDの近傍に分布すると判定された場合、ステップS59〜S65を実行することにより、N個の磁気データq〜qの示す座標が、最適楕円面VEOPの近傍に存在するか否かの判定を行う。
すなわち、本実施形態の地磁気測定装置は、N個の磁気データq〜qの示す座標の分布形状が、球面、楕円面、及び球面とも楕円面とも異なる歪んだ形状の立体のうち、いずれの形状と看做すことが適当であるかについて、判別することが可能となる。
これにより、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、N個の磁気データq〜qの示す座標が、球面または楕円面の近傍に分布する場合には、これらの中心点をオフセットとして採用することにより、正確な地磁気の向きを算出することができる。一方、N個の磁気データq〜qの示す座標が、球面とも楕円面とも異なる歪んだ形状の立体の近傍に分布する場合、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、オフセットの算出を防止するため、不正確な地磁気の向きの算出を防止することができる。
As described above, in step S57, the server apparatus SVa according to the present embodiment has a distorted shape in which the coordinates indicated by the N pieces of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the spherical surface S or different from the spherical surface. It is determined whether it is distributed in the vicinity of the solid SD. If it is determined that the coordinates indicated by the N pieces of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the distorted solid SD different from the spherical surface, N pieces of magnetic data q 1 to q N are obtained by executing steps S59 to S65. It is determined whether or not the coordinates indicated by the magnetic data q 1 to q N exist in the vicinity of the optimum ellipsoid VEOP .
That is, in the geomagnetism measuring apparatus according to this embodiment, the distribution shape of the coordinates indicated by the N pieces of magnetic data q 1 to q N is any of a spherical shape, an elliptical surface, and a solid with a distorted shape different from the spherical surface and the elliptical surface. It is possible to discriminate whether it is appropriate to consider the shape of the object.
As a result, the geomagnetic measurement system SYSa according to the present embodiment employs these center points as offsets when the coordinates indicated by the N pieces of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of a spherical surface or an ellipsoid. By doing so, an accurate geomagnetic direction can be calculated. On the other hand, when the coordinates indicated by the N pieces of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of a distorted solid different from the spherical surface and the elliptical surface, the geomagnetic measurement system SYSa according to the present embodiment calculates the offset. In order to prevent this, it is possible to prevent inaccurate calculation of the geomagnetic direction.

以下において、磁気データ分布判定処理、中心点算出処理、及び歪判定処理の詳細を説明する。なお、理解を容易なものとするために、中心点算出処理を説明した後に、磁気データ分布判定処理の説明を行う。   Details of the magnetic data distribution determination process, the center point calculation process, and the distortion determination process will be described below. In order to facilitate understanding, the magnetic data distribution determination process will be described after the description of the center point calculation process.

[10. 中心点算出処理]
図27を参照しつつ、ステップS55において、サーバ装置SVa(CPU910)が実行する中心点算出処理について説明する。中心点算出処理は、端末装置1(または端末装置1a)から供給されるN個の磁気データq〜qの示す座標が、半径rの球面Sの近傍に分布すると仮定して、球面Sの中心点cの座標を算出する処理である。球面Sは、端末装置1(または端末装置1a)のセンサ座標系Σにおいて、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有するように定められる球面の中心点の座標を求めるために、計算の便宜上導入される球面であり、地磁気Bgを表す球面Sとは異なる球面である。なお、以下において記載されるベクトル及び座標は、特に断りがない場合には、端末装置1(または端末装置1a)のセンサ座標系Σにおいて表現されたものであるとする。
[10. Center point calculation process]
With reference to FIG. 27, the center point calculation process executed by the server apparatus SVa (CPU 910) in step S55 will be described. Central point calculation process, the coordinates indicated by the N magnetic data q 1 to q N supplied from the terminal device 1 (or the terminal device 1a) is, on the assumption that the distribution in the vicinity of the sphere S of radius r S, spherical This is a process of calculating the coordinates of the center point c S of S. The spherical surface S is used to obtain the coordinates of the center point of the spherical surface determined so as to have the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity in the sensor coordinate system Σ S of the terminal device 1 (or the terminal device 1a). to, for convenience introduced is spherical calculations are different spherical spherical S G representing the geomagnetism Bg. Note that the vectors and coordinates described below are expressed in the sensor coordinate system Σ S of the terminal device 1 (or the terminal device 1a) unless otherwise specified.

複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する球面Sの中心点cの座標の算出は、公知の方法を適宜適用すればよい。例えば、以下の方法により算出してもよい。 The calculation of the coordinates of the center point c S of the spherical surface S having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity may be applied as appropriate. For example, it may be calculated by the following method.

磁気データqの示す座標を式(11)で表し、中心点cの座標を以下の式(72)で表した場合、複数の磁気データq〜qの示す座標が、半径rの球面S上に存在することは、以下の式(71)で表される。

Figure 0006019585
When the coordinates indicated by the magnetic data q i are expressed by the equation (11) and the coordinates of the center point c S are expressed by the following equation (72), the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N have the radius r S. The presence on the spherical surface S is expressed by the following formula (71).
Figure 0006019585

図27に示すように、磁気データqの示す座標を、複数の磁気データq〜qの重心qの示す座標を起点とするベクトル(q−q)で表現した場合、式(71)に対して複数の磁気データq〜qの示す座標の各々を代入した式と、式(71)とに基づいて、以下の式(73)を得ることができる。以下では、式(73)に示す方程式を、球面方程式と呼ぶ。ここで、重心qは、以下の式(74)及び式(75)で定義される3次元のベクトルである。また、行列Xは、式(76)に示すN行3列の行列であり、ベクトルjは、式(77)に示すN次元のベクトルであり、値RAVEは、式(78)に示す値である。

Figure 0006019585
As shown in FIG. 27, when the coordinates indicated by the magnetic data q i are expressed by a vector (q i −q C ) starting from the coordinates indicated by the center of gravity q C of the plurality of magnetic data q 1 to q N The following formula (73) can be obtained based on the formula obtained by substituting each of the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N with respect to (71) and the formula (71). Hereinafter, the equation shown in Equation (73) is referred to as a spherical equation. Here, the center of gravity q C is a three-dimensional vector defined by the following equations (74) and (75). The matrix X is an N × 3 matrix shown in Expression (76), the vector j is an N-dimensional vector shown in Expression (77), and the value R AVE is a value shown in Expression (78). It is.
Figure 0006019585

式(73)に示した球面方程式は、複数の磁気データq〜qの示す座標の全てが、中心点cを中心とする球面S上に完全に一致する場合には解を有する。しかし、3次元磁気センサ60の測定誤差等を考慮すると、複数の磁気データq〜qの全てが、球面Sと完全に一致することはないため、球面方程式は解を持たない。そこで、統計的な手法により、球面方程式の尤もらしい解を得るために、式(79)で表す誤差を吸収するベクトルである第1球面誤差ベクトルδを導入する。ここで、式(79)に現れる変数ベクトルcは、式(1.e)に示した3次元のベクトルであるが、本節では、中心点cの座標を表すための変数として用いる。

Figure 0006019585
The spherical equation shown in the equation (73) has a solution when all of the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N completely coincide on the spherical surface S centered on the center point c S. However, considering the measurement error of the three-dimensional magnetic sensor 60 and the like, since all of the plurality of magnetic data q 1 to q N do not completely coincide with the spherical surface S, the spherical equation has no solution. Therefore, the statistical method, in order to obtain a plausible solution of spherical equations, introducing a first spherical error vector [delta] S is a vector that absorbs errors expressed by equation (79). Here, the variable vector c appearing in the equation (79) is the three-dimensional vector shown in the equation (1.e), but in this section, it is used as a variable for representing the coordinates of the center point c S.
Figure 0006019585

第1球面誤差ベクトルδのノルムを最小にするベクトルc、換言すれば、(δ))を最小化するようなベクトルcの表す座標が、球面Sの中心点cの座標として尤もらしいものであるといえる。ここで、以下の式(80)で示される中心点算出関数f(c)を定義すると、中心点算出関数f(c)を最小化するベクトルcの表す座標が、球面Sの中心点cの座標として尤もらしい値となる。中心点cの座標は、式(82)に示す3行3列の共分散行列Aが正則である場合には、式(81)により算出される。

Figure 0006019585
Vector c to the norm of the first spherical error vector [delta] S to a minimum, in other words, coordinates, spherical S of the center point c S represented by the vector c which minimizes the (δ S) T (δ S ) It can be said that the coordinates are reasonable. Here, if the center point calculation function f S (c) represented by the following expression (80) is defined, the coordinates represented by the vector c that minimizes the center point calculation function f S (c) are the center point of the spherical surface S. c A reasonable value for the coordinates of S. The coordinates of the center point c S are calculated by the equation (81) when the 3 × 3 covariance matrix A shown in the equation (82) is regular.
Figure 0006019585

前述の通り、3次元磁気センサ60が、内部磁界Bi及び地磁気Bgのみを検出する場合には、球面Sと、地磁気Bgを表す球面Sとは、ほぼ同一の球面となり、球面Sの中心点cと、球面Sの中心点cOGとは、ほぼ同一の座標となる。従って、3次元磁気センサ60が内部磁界Bi及び地磁気Bgのみを検出する場合、式(81)に示される中心点cの座標を示すベクトルを、磁気センサのオフセットcOFFとして採用することができる。 As described above, three-dimensional magnetic sensor 60, when detecting only the internal magnetic field Bi and geomagnetism Bg has a sphere S, the sphere S G representing the geomagnetism Bg, becomes almost the same spherical surface, the center point of the spherical surface S and c S, with the center point c OG of the spherical S G, becomes almost the same coordinates. Therefore, when the three-dimensional magnetic sensor 60 detects only the internal magnetic field Bi and the geomagnetism Bg, the vector indicating the coordinates of the center point c S shown in the equation (81) can be adopted as the offset c OFF of the magnetic sensor. .

[11. 磁気データ分布判定処理]
以下では、ステップS53において、サーバ装置SVa(CPU910)が実行する磁気データ分布判定処理について説明する。
[11. Magnetic data distribution judgment process]
Below, the magnetic data distribution determination process which server apparatus SVa (CPU910) performs in step S53 is demonstrated.

前述した、中心点算出処理において、球面Sの中心点cを算出するためには、複数の磁気データq〜qの示す座標が、センサ座標系Σにおいて3次元的な広がりを有して分布していることが必要である。しかし、3次元磁気センサ60の姿勢μは、端末装置1(または端末装置1a)の利用者が手で端末装置1(または端末装置1a)を動かすことにより変化するため、端末装置1(または端末装置1a)の動かし方が不十分な場合には、端末装置1(または端末装置1a)の姿勢変化は3次元的とはならず2次元的なものとなることがある。この場合、センサ座標系Σにおける複数の磁気データq〜qの示す座標は、3次元的な広がりを有さず2次元的に分布する。
例えば、図28に示すように、複数の磁気データq〜qの示す座標が、センサ座標系Σの平面π上の円π近傍に2次元的に分布する場合、球面Sは、円πを切断面に有するような球面であるということしか特定できない。円πを切断面に有するような球面は、円πの中心点πCOを通り平面πに直交する直線π上の中心点cπ1を中心とする球面Sπ1であるかもしれないし、直線π上の中心点cπ2を中心とする球面Sπ2であるかもしれない。つまり、球面Sの中心点cは、直線π上に位置することまでは特定可能であるが、具体的に直線π上のどの位置に存在するかについては特定不可能である。このように、複数の磁気データq〜qの示す座標が2次元的に分布する場合、複数の磁気データq〜qに基づいて、正確な(オフセットcOFFの候補となる座標を表す)中心点cを算出することはできない。
In the above-described center point calculation process, in order to calculate the center point c S of the spherical surface S, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N have a three-dimensional spread in the sensor coordinate system Σ S. Must be distributed. However, since the orientation μ of the three-dimensional magnetic sensor 60 changes when the user of the terminal device 1 (or terminal device 1a) moves the terminal device 1 (or terminal device 1a) by hand, the terminal device 1 (or terminal) If the method of moving the device 1a) is insufficient, the terminal device 1 (or the terminal device 1a) may change its posture in two dimensions instead of three. In this case, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the sensor coordinate system sigma S is two-dimensionally distributed without a three-dimensional spread.
For example, as shown in FIG. 28, when the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are two-dimensionally distributed in the vicinity of a circle π C on the plane π of the sensor coordinate system Σ S , the spherical surface S is Only a spherical surface having a circle π C in the cut surface can be specified. A spherical surface having a circle π C as a cut surface may be a spherical surface S π1 centered on a central point c π1 on a straight line π L passing through the central point π CO of the circle π C and orthogonal to the plane π, You may be a spherical S .pi.2 around the center point c .pi.2 on the line [pi L. In other words, the center point c S of the sphere S is up to be located on the straight line [pi L but can be identified, it is specifically not specific about what exists in which position on the line [pi L. As described above, when the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are two-dimensionally distributed, the accurate coordinates (offset c OFF candidate coordinates are determined based on the plurality of magnetic data q 1 to q N. The central point c S can not be calculated.

複数の磁気データq〜qに基づいて球面Sの中心点cを算出するためには、図29に示すように、センサ座標系Σにおいて複数の磁気データq〜qの示す座標が3次元的に広がりを持って分布していることが必要となる。磁気データ分布判定処理において、サーバ装置SVa(CPU910)は、複数の磁気データq〜qの示す座標が3次元的に分布しているか否かを判定する。複数の磁気データq〜qの示す座標が3次元的に分布しているか否かの判定は、公知の方法を適宜適用すればよいが、例えば、式(82)に示される共分散行列Aを用いて判定してもよい。以下において、共分散行列Aの性質を説明する。 To calculate the center point c S of the sphere S is based on a plurality of magnetic data q 1 to q N, as shown in FIG. 29, indicated by a plurality of magnetic data q 1 to q N in the sensor coordinate system sigma S It is necessary that the coordinates are distributed in a three-dimensional manner. In the magnetic data distribution determination process, the server device SVa (CPU 910) determines whether or not the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are three-dimensionally distributed. For determining whether or not the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed three-dimensionally, a known method may be applied as appropriate. You may determine using A. Hereinafter, the properties of the covariance matrix A will be described.

共分散行列Aの固有値を、大きい順番に最大固有値λ、中間固有値λ、最小固有値λとし、それぞれの固有値に対応する大きさ1に正規化された固有ベクトルをu、u、uとする。また、磁気データqを、前述した重心qを原点とする重心座標系Σにおいて表したベクトルをと表す。このとき、固有値λ(j=1、2、3)は、固有ベクトルu方向の分散σ に等しい。
図29に示すように、各固有ベクトルu〜uを重心座標系Σの原点qを起点となるように配置する。このとき、例えばj=1の場合について検討する。固有値λは、ベクトルを、固有ベクトルuへ射影した長さLi1の二乗(Li1を、N個の磁気データ(i=1、2、…N)について平均した値に等しい。すなわち、固有値λは、N個の磁気データが、重心qから固有ベクトルu方向にどの程度離れているか、つまり、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布が固有ベクトルuの方向にどの程度の広がり有するかを表す。
The eigenvalues of the covariance matrix A are set to the largest eigenvalue λ 1 , the intermediate eigenvalue λ 2 , and the minimum eigenvalue λ 3 in descending order, and the eigenvectors normalized to the magnitude 1 corresponding to each eigenvalue are represented by u 1 , u 2 , u 3 . In addition, a vector representing the magnetic data q i in the centroid coordinate system Σ C having the centroid q C as an origin is represented as C q i . At this time, the eigenvalue λ j (j = 1, 2, 3) is equal to the variance σ 2 j in the eigenvector u j direction.
As shown in FIG. 29, placing each eigenvector u 1 ~u 3 as the starting point the origin q C of the center of gravity coordinates sigma C. At this time, for example, consider the case of j = 1. The eigenvalue λ 1 is the average of the square (L i1 ) 2 of the length L i1 obtained by projecting the vector C q i onto the eigenvector u 1 with respect to the N pieces of magnetic data C q i (i = 1, 2,... N). Is equal to That is, the eigenvalue λ j is determined by how far the N pieces of magnetic data C q i are away from the center of gravity q C in the eigenvector u j direction, that is, the distribution of coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is the eigenvector. u represents the extent of spread in the j direction.

最小固有値λに対応する固有ベクトルuの方向が、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の広がりが最も小さい方向であり、最小固有値λが、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の広がりが最も小さい方向における広がりの程度を示す指標である。従って、複数の磁気データq〜qの示す座標が3次元的に分布しているといえるためには、最小固有値λの値が、一定の閾値(分散許容値)λ以上であればよい。 Direction of the eigenvector u 3 corresponding to the minimum eigenvalue lambda 3 is the smallest direction spread of the distribution of the coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, the minimum eigenvalue lambda 3, a plurality of magnetic data q 1 ~ spread of the distribution of the coordinate indicated by q N is an index indicating the degree of spread in the smallest direction. Therefore, in order for the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N to be three-dimensionally distributed, the value of the minimum eigenvalue λ 3 must be equal to or greater than a certain threshold value (dispersion allowable value) λ 0. That's fine.

磁気データ分布判定処理において、サーバ装置SVa(CPU910)は、共分散行列Aの最小固有値λが閾値λ以上であれば、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布が十分に3次元的であると判断して、処理を前述したステップS55の中心点算出処理へと進める。一方、サーバ装置SVa(CPU910)は、最小固有値λが閾値λ未満である場合には、複数の磁気データq〜qの示す座標が3次元的な広がりを有さないと判断し、処理をステップS71のデータ初期化処理に進める。 In the magnetic data distribution determination process, if the minimum eigenvalue λ 3 of the covariance matrix A is greater than or equal to the threshold λ 0 , the server device SVa (CPU 910) has a sufficient distribution of coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N. If it is determined to be three-dimensional, the process proceeds to the center point calculation process in step S55 described above. On the other hand, when the minimum eigenvalue λ 3 is less than the threshold λ 0 , the server device SVa (CPU 910) determines that the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N do not have a three-dimensional spread. Then, the process proceeds to the data initialization process in step S71.

[12. 歪判定処理]
サーバ装置SVa(CPU910)は、ステップS57において第1の歪判定処理を実行するとともに、ステップS65において第2の歪判定処理を実行する。第2の歪判定処理は、複数の入力座標として、複数の磁気データq〜qの示す座標の代わりに、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を用いる点を除いて、第1の歪判定処理と同様の処理である。
以下12.1節において、第1の歪判定処理について述べた上で、12.2節において、第2の歪判定処理について述べる。
[12. Distortion judgment processing]
The server device SVa (CPU 910) executes the first distortion determination process in step S57, and executes the second distortion determination process in step S65. The second distortion determination process is performed except that the coordinates indicated by the plurality of converted magnetic data s 1 to s N are used as the plurality of input coordinates instead of the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N. This is the same process as the first distortion determination process.
In the following, Section 12.1 describes the first distortion determination process, and Section 12.2 describes the second distortion determination process.

[12.1. 第1の歪判定処理]
歪判定処理では、複数の入力座標、すなわち、複数の磁気データq〜qの示す座標が、球面とは異なる歪んだ形状の立体SDの表面近傍に分布すると仮定する。立体SDは、図30に示すように、球面(第2球面)Sと、歪誤差ベクトルk(E)とを、足し合わせることで得られる図形であり、以下の式(83)により表される。以下では、式(83)に示す方程式を、立体方程式と呼ぶ。
ここで、球面Sは、中心点(第2球面の中心点)cS2を中心とする球面であり、立体方程式のうち、歪誤差ベクトルk(E)以外の成分「X(c−q)−j」として表される。
歪誤差ベクトルk(E)は、以下の式(84)により表されるN次元ベクトルである。但し、歪評価行列Eは、以下の式(85)に表される3行3列の対称行列であり、基準点wKEは、以下の式(86)により表される3次元ベクトルである。また、式(83)の右辺に現れる0はN次元の零ベクトルである。式(83)の左辺に現れる変数ベクトルcは、式(1.e)で示された3次元のベクトルであるが、本節では、球面Sの中心点cS2を表すための変数として用いる。
歪判定処理は、立体方程式のうち、歪を表す成分k(E)の大きさを評価することにより、立体SDの形状と、球面Sの形状とが、どの程度相違しているかについて評価する。具体的には、立体方程式における歪誤差ベクトルk(E)の影響の大きさを、後述する式(93)及び式(94)で示される歪評価値g(E)に基づいて評価する。

Figure 0006019585
[12.1. First distortion determination process]
In the distortion determination process, it is assumed that a plurality of input coordinates, that is, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the surface of the distorted solid SD different from the spherical surface. As shown in FIG. 30, the solid SD is a figure obtained by adding the spherical surface (second spherical surface) S 2 and the distortion error vector k (E), and is represented by the following equation (83). The Hereinafter, the equation shown in Equation (83) is referred to as a solid equation.
Here, the spherical surface S 2 is a spherical surface centered on the central point (the central point of the second spherical surface) c S2 , and the component “X (c−q C ) other than the distortion error vector k (E) in the solid equation. ) -J ".
The distortion error vector k (E) is an N-dimensional vector represented by the following equation (84). However, the distortion evaluation matrix E is a 3 × 3 symmetric matrix expressed by the following equation (85), and the reference point w KE is a three-dimensional vector expressed by the following equation (86). Further, 0 N appearing on the right side of the equation (83) is an N-dimensional zero vector. Variable vector c appearing in the left-hand side of equation (83) is a three-dimensional vector represented by the formula (1.e), in this section, it is used as a variable for representing the center point c S2 spherical S 2.
Distortion determination process, among the three-dimensional equations, by assessing the magnitude of the component k (E) representing the distortion, the three-dimensional SD shape, and a spherical S 2 shapes are evaluated for how well different . Specifically, the magnitude of the influence of the distortion error vector k (E) in the three-dimensional equation is evaluated based on the distortion evaluation value g D (E) represented by the expressions (93) and (94) described later.
Figure 0006019585

N次元の歪誤差ベクトルk(E)を構成するN個の要素のうち、第i行目の要素ke(q−wKE)は、以下の式(87)で表される関数ke(v)に対して、基準点wKEの示す座標を起点として磁気データqの示す座標を表すベクトル(q−wKE)を代入することにより与えられる。関数ke(v)は、式(85)に示す歪評価行列Eを係数行列とし、式(88)に示すベクトルvの3つの要素を変数とする、二次形式で表現される関数である。つまり、関数ke(v)は、ベクトルvと、ベクトルvを歪評価行列Eにより変換したベクトルEvとの内積を示す。
なお、第1の歪判定処理では、基準点wKEとして、以下の式(89)に示すように、球面Sの中心点cを採用する。

Figure 0006019585
Of the N elements constituting the N-dimensional distortion error vector k (E), the element ke (q i −w KE ) in the i-th row is a function ke (v expressed by the following equation (87). ) Is substituted by a vector (q i −w KE ) representing the coordinates indicated by the magnetic data q i starting from the coordinates indicated by the reference point w KE . The function ke (v) is a function expressed in a quadratic form in which the distortion evaluation matrix E shown in Expression (85) is a coefficient matrix and the three elements of the vector v shown in Expression (88) are variables. That is, the function ke (v) represents the inner product of the vector v and the vector Ev obtained by converting the vector v by the distortion evaluation matrix E.
In the first distortion determination process, the center point c S of the spherical surface S is adopted as the reference point w KE as shown in the following equation (89).
Figure 0006019585

3次元磁気センサ60の測定誤差等を考慮すると、複数の磁気データq〜qの示す座標の全てが、立体SDと完全に一致する位置に存在することはないため、式(83)に示した立体方程式は解を持たない。そこで、統計的な手法により、立体方程式の解として尤もらしい値を得るために、式(90)で表される誤差を吸収するベクトルである立体誤差ベクトルδSDを導入する。立体誤差ベクトルδSDは、以下の式(91)に示す第2球面誤差ベクトルδS2と、歪誤差ベクトルk(E)とを加算したものである。第2球面誤差ベクトルδS2は、立体方程式のうち、球面Sを表す成分「X(c−q)−j」に対応する成分である。
立体誤差ベクトルδSDは、複数の磁気データq〜qの示す座標と、立体SDの表面との誤差を表す、N次元のベクトルである。立体誤差ベクトルδSDのノルムを最小にする変数ベクトルc及び歪評価行列E、換言すれば、以下の式(92)で示す歪評価関数fSD(E、c)を最小化する変数ベクトルc及び歪評価行列Eによって、複数の磁気データq〜qの示す座標を表面近傍に有する立体SDが表現される。

Figure 0006019585
Considering the measurement error of the three-dimensional magnetic sensor 60, all the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N do not exist at positions that completely coincide with the solid SD. The solid equation shown has no solution. Therefore, in order to obtain a plausible value as a solution of the solid equation by a statistical method, a solid error vector δ SD that is a vector that absorbs the error represented by the equation (90) is introduced. The stereo error vector δ SD is obtained by adding a second spherical error vector δ S2 expressed by the following equation (91) and a distortion error vector k (E). The second spherical error vector δ S2 is a component corresponding to the component “X (c−q C ) −j” representing the spherical surface S 2 in the solid equation.
The three-dimensional error vector δ SD is an N-dimensional vector that represents an error between the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N and the surface of the three-dimensional SD. The variable vector c and the distortion evaluation matrix E that minimize the norm of the stereo error vector δ SD , in other words, the variable vector c that minimizes the distortion evaluation function f SD (E, c) represented by the following equation (92) A three-dimensional SD having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity of the surface is represented by the strain evaluation matrix E.
Figure 0006019585

以下で、式(90)に示した立体誤差ベクトルδSDの性質を、式(79)に示した第1球面誤差ベクトルδの性質と対比しつつ説明する。
まず、第1球面誤差ベクトルδは、複数の磁気データq〜qの示す座標と、球面Sとの誤差を吸収するためのベクトルである。第1球面誤差ベクトルδを構成する1行目〜N行目の各要素は、それぞれ独立した変数である。従って、第1球面誤差ベクトルδによって、複数の磁気データq〜qが示す座標と球面Sとの誤差を吸収する場合には、複数の磁気データq〜qが示す座標と球面SとのN個の誤差の各々は、互いに制約の無い、N個が互いに独立して定められる値となる。つまり、第1球面誤差ベクトルδによって表されるN個の誤差は、それぞれが独立に確率的に定められるものであり、N個の誤差は全体として、対称性を有し、かつ方向依存性のないホワイトノイズである。
すなわち、中心点算出処理は、複数の磁気データq〜qの示す座標と、球面Sとの誤差をホワイトノイズである第1球面誤差ベクトルδにより表現し、第1球面誤差ベクトルδを最小化する球面Sの中心点cを求める処理である。
Hereinafter, the property of the stereo error vector δ SD shown in the equation (90) will be described in comparison with the property of the first spherical error vector δ S shown in the equation (79).
First, the first spherical error vector δ S is a vector for absorbing the error between the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N and the spherical surface S. Each element of the first row ~N row constituting the first spherical error vector [delta] S is an independent variable. Thus, the first spherical error vector [delta] S, in the case of absorbing the error between the coordinates and the sphere S is represented by a plurality of magnetic data q 1 to q N, coordinates and spherical showing multiple magnetic data q 1 to q N Each of the N errors from S is a value that is independent of each other and that N is determined independently of each other. That, the N error expressed by a first spherical error vector [delta] S is for each determined probabilistically independent, as a whole the N error has symmetry, and the direction-dependent There is no white noise.
That is, the center point calculation process, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, the error between the sphere S represented by the first spherical error vector [delta] S is a white noise, the first spherical error vector [delta] S Is a process for obtaining the center point c S of the spherical surface S that minimizes.

一方、立体誤差ベクトルδSDは、第2球面誤差ベクトルδS2と歪誤差ベクトルk(E)との和によって表されるベクトルであり、磁気データq〜qの示す座標と立体SDとの誤差を吸収するベクトルである。
第2球面誤差ベクトルδS2は、第1球面誤差ベクトルδと同様に、磁気データq〜qの示す座標と、球面Sとの誤差を、ホワイトノイズとして表現するベクトルである。
一方、歪誤差ベクトルk(E)は、式(87)で示した3変数二次形式の関数ke(v)を各要素とするベクトルである。3変数の二次形式は、変数が2次の項から構成される関数であり、3次元空間上の様々な曲面、例えば、直線、平面、柱面、球面、楕円面、錐面、1葉双曲面、2葉双曲面、及び各種放物面等を描くことができる。従って、歪誤差ベクトルk(E)は、各磁気データq〜qが示す座標と球面SとのN個の誤差の各々を、互いに独立したものではなく、N個の誤差の全てが同一の関数ke(v)により表される3次元空間上の曲面上に存在するという制約を持った値として表現する。
このように、立体誤差ベクトルδSDは、各磁気データq〜qが示す座標と球面SとのN個の誤差を、ホワイトノイズである第2球面誤差ベクトルδS2と、球面Sからの歪を表す歪誤差ベクトルk(E)とに分離して表現する。
On the other hand, the solid error vector δ SD is a vector represented by the sum of the second spherical error vector δ S2 and the distortion error vector k (E), and the coordinates indicated by the magnetic data q 1 to q N and the solid SD It is a vector that absorbs errors.
The second spherical error vector [delta] S2, similarly to the first spherical error vector [delta] S, the coordinates indicated by the magnetic data q 1 to q N, the error between the sphere S 2, a vector representing a white noise.
On the other hand, the distortion error vector k (E) is a vector having each function of the function ke (v) in the three-variable quadratic form shown in the equation (87). The quadratic form of three variables is a function in which the variable is composed of quadratic terms, and various curved surfaces in a three-dimensional space, for example, straight lines, planes, cylindrical surfaces, spherical surfaces, ellipsoidal surfaces, conical surfaces, and one leaf A hyperboloid, a two-leaf hyperboloid, and various parabolas can be drawn. Therefore, the distortion error vector k (E) is not independent of each of the N errors between the coordinates indicated by the magnetic data q 1 to q N and the spherical surface S 2. It is expressed as a value having a constraint that it exists on a curved surface in a three-dimensional space represented by the same function ke (v).
Thus, the three-dimensional error vector [delta] SD, N number of error between the coordinates and spherical S 2 indicated by each magnetic data q 1 to q N, a second spherical error vector [delta] S2 is a white noise, the spherical S 2 And a distortion error vector k (E) representing the distortion from the above.

立体方程式における歪誤差ベクトルk(E)の影響が、無視できる程度に小さい場合、立体SDと球面Sとは、等しい図形と看做すことができ、式(92)に定める歪評価関数fSD(E、c)と、式(80)に定める中心点算出関数f(c)とは、等しい関数と看做すことができる。このとき、歪評価関数fSD(E、c)を最小化して求められる立体SDと、中心点算出関数f(c)を最小化して求められる球面Sとは、等しいものと看做すことができるため、立体SDの表面近傍に分布する複数の磁気データq〜qが示す座標は、球面Sの近傍にも分布すると看做すことができる。前述の通り、立体SDの形状が球面と看做せる場合、立体SDが表す球面の中心点の示す座標と、球面Sの中心点cOGとは、一致すると看做すことができる。よって、球面Sの中心点cの示す座標と、球面Sの中心点cOGの示す座標は、等しいと看做すことができる。
このように、立体方程式における歪誤差ベクトルk(E)の影響が小さい場合、中心点算出手段において算出した球面Sの中心点cの示す座標は、球面Sの中心点cOGの示す座標と等しいと看做されるため、中心点cの示す座標をオフセットcOFFとして採用することができる。
When the influence of the distortion error vector k (E) in the solid equation is small enough to be ignored, the solid SD and the spherical surface S 2 can be regarded as equal figures, and the distortion evaluation function f defined in the equation (92) SD (E, c) and the center point calculation function f S (c) defined in Equation (80) can be regarded as equal functions. At this time, the solid SD obtained by minimizing the distortion evaluation function f SD (E, c) and the spherical surface S obtained by minimizing the center point calculation function f S (c) are regarded as equal. Therefore, it can be considered that the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N distributed near the surface of the solid SD are also distributed near the spherical surface S. As described above, if you regarded as three-dimensional SD shape spherical, the coordinates indicated by the center point of the sphere represented by the three-dimensional SD, and the center point c OG of the spherical S G, it can be considered matching. Thus, a coordinate indicated by the center point c S of the spherical S, the coordinate indicated by the central point c OG of the spherical S G can be regarded as equal.
Thus, when the influence of the distortion error vector k in the three-dimensional equation (E) is small, the coordinates indicated by the center point c S of the spherical S calculated at the center point calculating unit, coordinates indicated by the central point c OG of the spherical S G to be considered equal if the coordinates indicated by the center point c S can be adopted as the offset c OFF.

逆に、立体方程式における歪誤差ベクトルk(E)の影響が大きい場合、図30に示すように、複数の磁気データq〜qが示す座標と球面Sとの誤差は、ホワイトノイズである第2球面誤差ベクトルδS2と、球面Sからの歪を表す歪誤差ベクトルk(E)とによって吸収される。この場合、立体SDの形状は、球面とは異なる形状を有する。
また、立体方程式における歪誤差ベクトルk(E)の影響が大きい場合、歪評価関数fSD(E、c)と、中心点算出関数f(c)とは、異なる関数となる。この場合、図31に示すように、歪評価関数fSD(E、c)を最小化して求められる立体SDと、中心点算出関数f(c)を最小化して求められる球面Sとは、異なる図形となり、立体SDの表面近傍に分布する複数の磁気データq〜qの示す座標は、球面Sの近傍に分布すると看做すことはできない。
中心点算出処理は、複数の磁気データq〜qの示す座標が球面Sの近傍に存在していることを前提として、球面Sの中心点cOGと等しいと看做すことのできる中心点cの示す座標を算出する処理である。従って、複数の磁気データq〜qの示す座標が球面Sの近傍に存在しない場合、中心点cと、中心点cOGとは、一致しない。この場合、中心点cの座標を示すベクトルを、オフセットcOFFとして採用することはできない。
Conversely, when the influence of the strain error vector k (E) in the solid equation is large, as shown in FIG. 30, the error between the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N and the spherical surface S 2 is white noise. there second spherical error vector [delta] S2, is absorbed by the distortion error vector representative of the distortion from the spherical S 2 k (E). In this case, the shape of the solid SD has a shape different from the spherical surface.
Further, when the influence of the strain error vector k (E) in the solid equation is large, the strain evaluation function f SD (E, c) and the center point calculation function f S (c) are different functions. In this case, as shown in FIG. 31, the solid SD obtained by minimizing the distortion evaluation function f SD (E, c) and the spherical surface S obtained by minimizing the center point calculation function f S (c) are: The coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N that are different figures and distributed in the vicinity of the surface of the solid SD cannot be regarded as being distributed in the vicinity of the spherical surface S.
The center point calculation process can be regarded as being equal to the center point c OG of the spherical surface S G on the assumption that the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N exist in the vicinity of the spherical surface S. it is a process of calculating the coordinates indicated by the center point c S. Therefore, when the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N do not exist in the vicinity of the spherical surface S, the center point c S and the center point c OG do not match. In this case, a vector indicating the coordinates of the center point c S cannot be adopted as the offset c OFF .

このように、立体方程式における歪誤差ベクトルk(E)の影響の大きさを評価することにより、球面Sの中心点cを、オフセットcOFFとして採用することの可否を判断することが可能である。以下では、立体方程式おける歪誤差ベクトルk(E)の影響の大きさを評価する方法について述べる。 Thus, by evaluating the magnitude of the influence of the distortion error vector k (E) in the solid equation, it is possible to determine whether or not the center point c S of the spherical surface S can be adopted as the offset c OFF. is there. Hereinafter, a method for evaluating the magnitude of the influence of the distortion error vector k (E) in the solid equation will be described.

ここで、以下の式(93)及び(94)に示す歪評価値g(E)を、立体方程式における歪誤差ベクトルk(E)の影響の大きさを評価する評価値として定義する。歪評価値g(E)は、歪評価行列Eの有する3つの固有値のうち、絶対値が最大となる最大固有値λE1の絶対値(つまり、歪評価行列Eのノルム)である。
歪評価値g(E)が、歪許容値δ以下の小さな値であれば、立体SDと球面Sとは等しい図形であると看做すことができ、立体SDの表面近傍に分布する複数の磁気データq〜qの示す座標は、球面Sの近傍に分布すると看做すこともできる。この場合、中心点算出処理により求められた球面Sの中心点cの座標を表すベクトルを磁気センサのオフセットcOFFとして採用することができる。

Figure 0006019585
Here, distortion evaluation values g D (E) shown in the following equations (93) and (94) are defined as evaluation values for evaluating the magnitude of the influence of the distortion error vector k (E) in the solid equation. The distortion evaluation value g D (E) is an absolute value of the maximum eigenvalue λ E1 having the maximum absolute value among the three eigenvalues of the distortion evaluation matrix E (that is, the norm of the distortion evaluation matrix E).
If the strain evaluation value g D (E) is a small value equal to or less than the strain allowable value δ 0 , the solid SD and the spherical surface S 2 can be regarded as the same figure, and distributed near the surface of the solid SD. It can be considered that the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the spherical surface S. In this case, a vector representing the coordinates of the center point c S of the spherical surface S obtained by the center point calculation process can be adopted as the offset c OFF of the magnetic sensor.
Figure 0006019585

ところで、前述の通り、歪誤差ベクトルk(E)の各要素は、基準点wKEの座標から磁気データqの示す座標を表すベクトル(q−wKE)と、当該ベクトル(q−wKE)を歪評価行列Eにより変換したベクトルE(q−wKE)との内積である。
つまり、歪誤差ベクトルk(E)を構成する複数の要素の絶対値は、当該要素に対応する磁気データqの示す座標を基準点wKEの示す座標から表したベクトル(q−wKE)と、歪評価行列Eが有する3つの固有値のうち絶対値の大きさが最大となる最大固有値λE1に対応する固有ベクトルuE1とが平行となる場合には、大きな値となる。
従って、球面Sとの誤差が大きな座標を示す磁気データqが多く存在する領域を、基準点wKEの示す座標から表した方向と、歪評価行列Eの最大固有値λE1に対応する固有ベクトルuE1の方向とが等しくなるように歪評価行列Eの各成分を定める場合、歪誤差ベクトルk(E)は、複数の磁気データq〜qの示す座標と、球面Sとの誤差の大きさを正確に表現する。
歪評価関数fSD(E、c)を最小化する歪評価行列Eは、複数の磁気データq〜qの示す座標と、球面Sとの誤差を正確に表現するように定められる。従って、歪評価行列Eの各成分は、最大固有値λE1に対応する固有ベクトルuE1の向きと、球面Sからの誤差が大きな磁気データが多く存在する領域を基準点wKEの示す座標から表したベクトルの方向とが、近づくように定められる。そして、歪評価行列Eの最大固有値λE1は、球面Sからの誤差が大きな磁気データqについての、その誤差の大きさを表現する値となる。
本実施形態は、立体SDと球面との形状の相違の程度を示す歪評価値g(E)を、歪評価行列Eの最大固有値λE1の値に基づいて定める。従って、歪評価値g(E)によって、球面Sからの距離が大きな座標を示す磁気データqと、球面Sとの誤差の大きさ、すなわち、立体SDと球面との形状の相違の程度を評価することが可能となる。
As described above, each element of the distortion error vector k (E) includes a vector (q i −w KE ) representing the coordinates indicated by the magnetic data q i from the coordinates of the reference point w KE , and the vector (q i − w KE ) is an inner product with the vector E (q i −w KE ) converted by the distortion evaluation matrix E.
That is, the absolute value of a plurality of elements constituting the distortion error vector k (E) represented the coordinates indicated by the magnetic data q i corresponding to the element from the coordinates indicated by the reference point w KE vector (q i -w KE ) And the eigenvector u E1 corresponding to the maximum eigenvalue λ E1 having the maximum absolute value among the three eigenvalues of the distortion evaluation matrix E are parallel to each other.
Accordingly, an eigenvector corresponding to the direction represented from the coordinates indicated by the reference point w KE and the maximum eigenvalue λ E1 of the distortion evaluation matrix E in a region where there are many magnetic data q i indicating coordinates having a large error from the spherical surface S 2. When each component of the strain evaluation matrix E is determined so that the direction of u E1 is equal, the strain error vector k (E) is an error between the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N and the spherical surface S 2. Express the size of.
The strain evaluation matrix E that minimizes the strain evaluation function f SD (E, c) is determined so as to accurately represent the error between the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N and the spherical surface S 2 . Thus, each component of the distortion evaluation matrix E, the table from the maximum eigenvalue λ and orientation of the eigenvector u E1 corresponding to E1, the coordinates indicated by the reference point w KE regions error is large magnetic data exist many from spherical S 2 The direction of the vector is determined so as to approach. The maximum eigenvalue λ E1 of the distortion evaluation matrix E is a value representing the magnitude of the error for the magnetic data q i having a large error from the spherical surface S 2 .
In the present embodiment, the distortion evaluation value g D (E) indicating the degree of difference in shape between the solid SD and the spherical surface is determined based on the maximum eigenvalue λ E1 of the distortion evaluation matrix E. Therefore, the distortion evaluation value g D (E), and magnetic data q i of the distance from the sphere S 2 exhibits a large coordinate, an error in the size of the spherical S 2, i.e., the difference in shape of the three-dimensional SD and the spherical It is possible to evaluate the degree of.

以下に、歪評価値g(E)を求める方法について説明する。
まず、式(87)に示した関数ke(v)は、以下の式(95)に変形できる。また、歪誤差ベクトルk(E)の第i行目の要素ke(q−wKE)は、式(97)によって示される6次元のベクトルke(i)、及び、式(98)によって表される歪評価行列Eの各成分を並べた6次元のベクトルeを用いて、以下の式(96)に変形できる。

Figure 0006019585
Hereinafter, a method for obtaining the strain evaluation value g D (E) will be described.
First, the function ke (v) shown in the equation (87) can be transformed into the following equation (95). Further, the element ke (q i −w KE ) of the i-th row of the distortion error vector k (E) is expressed by the 6-dimensional vector ke 2 (i) expressed by the equation (97) and the equation (98). By using a 6-dimensional vector e E in which the components of the distortion evaluation matrix E represented are arranged, the following equation (96) can be obtained.
Figure 0006019585

ここで、式(99)で示す行列Xを導入する。行列Xは、ベクトルke(i)を転置した1行6列のベクトルと、ベクトル(q−q)を転置した1行3列のベクトルとを、各行に並べて生成された、N行9列の行列である。

Figure 0006019585
We introduce the matrix X 2 represented by the formula (99). The matrix X 2 is generated by arranging a vector of 1 row and 6 columns obtained by transposing the vector ke 2 (i) and a vector of 1 row and 3 columns obtained by transposing the vector (q i −q C ) in each row. It is a matrix with 9 rows.
Figure 0006019585

式(92)に示した歪評価関数fSD(E、c)は、行列Xを用いることで、以下の式(100)に表す関数gSD(e)に変形される。なお、ベクトルeは、以下の式(101)に示すように、ベクトルeと、以下の式(102)に示す3次元のベクトルeとを並べた、9次元のベクトルである。

Figure 0006019585
The distortion evaluation function f SD (E, c) shown in the equation (92) is transformed into a function g SD (e) expressed in the following equation (100) by using the matrix X 2 . Note that the vector e is a nine-dimensional vector in which the vector e E and the three-dimensional vector e X shown in the following equation (102) are arranged as shown in the following equation (101).
Figure 0006019585

式(100)に示す関数gSD(e)を最小化する解e=eは、以下の式(103)に示す連立方程式に対して、ガウス消去法や、コレスキー分解法などを適用することで求められる。なお、式(103)は、式(100)に対して、最小二乗法を適用することによって算出される正規方程式である。

Figure 0006019585
The solution e = e 0 that minimizes the function g SD (e) shown in the equation (100) applies the Gaussian elimination method, the Cholesky decomposition method, or the like to the simultaneous equations shown in the following equation (103). Is required. Equation (103) is a normal equation calculated by applying the least square method to equation (100).
Figure 0006019585

このようにして得た解eに基づき、式(85)の歪評価行列Eを復元する。そして、式(93)に示した歪評価値g(E)の値、即ち、歪評価行列Eのノルムを求め、歪評価値g(E)の値が歪許容値δ以下であるか否かを判定する。なお、歪評価行列Eのノルムは、歪評価行列Eの有する3つの固有値のうち絶対値が最大となる固有値λE1の絶対値に等しいため、ヤコビ法や、冪乗法により求めることができる。 Based on the solution e 0 obtained in this way, the distortion evaluation matrix E of Expression (85) is restored. Then, the value of the strain evaluation value g D (E) shown in the equation (93), that is, the norm of the strain evaluation matrix E is obtained, and the value of the strain evaluation value g D (E) is equal to or less than the strain allowable value δ 0. It is determined whether or not. Note that the norm of the distortion evaluation matrix E is equal to the absolute value of the eigenvalue λ E1 having the maximum absolute value among the three eigenvalues of the distortion evaluation matrix E, and thus can be obtained by the Jacobian method or the power method.

歪評価値g(E)が歪許容値δ以下である場合、球面Sの中心点cの座標を表すベクトルを、オフセットcOFFとすることが可能である。この場合、サーバ装置SVa(CPU910)は、処理をステップS67の応答情報生成処理に進め、球面Sの中心点cを応答中心点cSAとして採用する。
一方、歪評価値g(E)が歪許容値δよりも大きな値である場合には、球面Sの中心点cの座標を表すベクトルを、オフセットcOFFとして採用することはできない。この場合、サーバ装置SVa(CPU910)は、処理をステップS59の初期楕円面生成処理に進める。
When the strain evaluation value g D (E) is equal to or less than the strain allowable value δ 0 , the vector representing the coordinates of the center point c S of the spherical surface S can be set as the offset c OFF . In this case, the server device SVa (CPU 910) advances the process to the response information generation process in step S67, and adopts the center point c S of the spherical surface S as the response center point c SA .
On the other hand, when the strain evaluation value g D (E) is larger than the strain allowable value δ 0 , a vector representing the coordinates of the center point c S of the spherical surface S cannot be adopted as the offset c OFF . In this case, the server device SVa (CPU 910) advances the process to the initial ellipsoid generation process in step S59.

このように、サーバ装置SVa(CPU910)は、ステップS57の第1の歪判定処理において、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDと球面との形状の相違の程度を評価する。立体SDと球面との形状の相違が無視できる程度に小さい場合には、立体SDを球面と看做すことができるため、球面Sの中心点cの座標を表すベクトルを、オフセットcOFFとして採用することができる。この場合には、ソフトアイアン効果が生じていないと看做すことができるため、地磁気測定システムSYSaは、楕円補正を行うことなく、地磁気Bgを算出することができる。すなわち、この場合、サーバ装置SVaは、ステップS59〜S65に示す処理(初期楕円面生成処理、最適楕円面生成処理、楕円面球面変換処理、及び、第2の歪判定処理)を行うことなく、応答情報RESを生成することができる。
すなわち、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、第1の歪判定処理を行うことにより、ソフトアイアン効果の有無を判断し、ソフトアイアン効果が生じていないと判断される場合には、楕円補正を行うことなく地磁気Bgの向きを算出する。これにより、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、地磁気Bgの向きの算出に係る計算負荷を大幅に低減することが可能となる。
As described above, the server device SVa (CPU 910) determines the degree of difference in shape between the solid SD and the spherical surface having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the first distortion determination process in step S57. To evaluate. If the difference in shape between the solid SD and the spherical surface is small enough to be ignored, the solid SD can be regarded as a spherical surface. Therefore, a vector representing the coordinates of the center point c S of the spherical surface S is set as an offset c OFF. Can be adopted. In this case, since it can be considered that the soft iron effect does not occur, the geomagnetism measurement system SYSa can calculate the geomagnetism Bg without performing ellipse correction. That is, in this case, the server device SVa performs the processes shown in steps S59 to S65 (the initial ellipsoid generation process, the optimal ellipsoid generation process, the ellipsoidal sphere conversion process, and the second distortion determination process), Response information RES can be generated.
That is, the geomagnetism measurement system SYSa according to the present embodiment determines the presence or absence of the soft iron effect by performing the first distortion determination process, and if it is determined that the soft iron effect does not occur, the ellipse correction The direction of the geomagnetism Bg is calculated without performing. Thereby, the geomagnetism measurement system SYSa according to the present embodiment can greatly reduce the calculation load related to the calculation of the direction of the geomagnetism Bg.

なお、歪評価値g(E)が歪許容値δ以下である場合に、サーバ装置SVa(CPU910)は、ステップS67の応答情報生成処理において、球面Sの中心点cを応答中心点cSAとして採用するが、球面Sの中心点cS2を応答中心点cSAとして採用してもよい。歪評価値g(E)の値が閾値δ以下である場合には、球面Sの中心点cの示す座標と、球面Sの中心点cS2の示す座標とは、ほぼ等しくなり、いずれもオフセットcOFFとして採用することができるからである。
なお、球面Sの中心点cS2の座標は、関数gSD(e)を最小化する解eのうち式(101)のeに相当する3次元のベクトルを、式(102)に代入した場合の、変数ベクトルcとして算出される。
When the strain evaluation value g D (E) is equal to or less than the strain allowable value δ 0 , the server device SVa (CPU 910) uses the center point c S of the spherical surface S as the response center point in the response information generation process in step S67. Although adopted as c SA , the center point c S2 of the spherical surface S 2 may be adopted as the response center point c SA . When the value of the strain evaluation value g D (E) is equal to or less than the threshold value δ 0 , the coordinates indicated by the center point c S of the spherical surface S and the coordinates indicated by the center point c S2 of the spherical surface S 2 are substantially equal. This is because any of them can be adopted as the offset c OFF .
Note that the coordinates of the center point c S2 of the spherical surface S 2 are the three-dimensional vectors corresponding to e X in the equation (101) among the solutions e 0 that minimize the function g SD (e) in the equation (102). When substituted, it is calculated as a variable vector c.

[12.2. 第2の歪判定処理]
図32を参照しつつ、ステップS65において、サーバ装置SVa(CPU910)が実施する第2の歪判定処理について説明する。
第2の歪判定処理は、ステップS57(第1の歪判定処理)における判定結果が否定である場合、すなわち、図32(A)に示すように、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDの形状が球面とは異なる歪んだ形状であると判定された場合に、図32(B)に示すように、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標の分布形状を評価するための処理である。すなわち、第2の歪判定処理は、複数の入力座標として、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を用いる。
[12.2. Second distortion determination process]
With reference to FIG. 32, the second distortion determination process performed by the server apparatus SVa (CPU 910) in step S65 will be described.
In the second distortion determination process, when the determination result in step S57 (first distortion determination process) is negative, that is, as shown in FIG. 32A, a plurality of pieces of magnetic data q 1 to q N are indicated. If the shape of the three-dimensional SD having coordinates in the vicinity is determined to be a different distorted shape from spherical, as shown in FIG. 32 (B), the coordinates indicated by the plurality of the converted magnetic data s 1 ~s N This is a process for evaluating the distribution shape. That is, the second distortion determination process uses coordinates indicated by a plurality of converted magnetic data s 1 to s N as a plurality of input coordinates.

第1の歪判定処理において、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDの形状が球面とは異なる歪んだ形状であると評価される場合、立体SDの歪の原因が、不均一な外部磁界Bxではなく、ソフトアイアン効果である場合がある。不均一な外部磁界Bxは存在せず、且つ、ソフトアイアン効果が生じている場合、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDは、楕円面Vと同一の形状を有すると看做すことができる。この場合、複数の磁気データq〜qの示す座標を、最適楕円面補正行列TOPにより変換して得られる複数の変換後磁気データs〜sの示す座標は、球面SEOP近傍に分布するため、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を近傍に有する立体SDの形状は、球面と看做すことができる。
逆に、不均一な外部磁界Bxが存在する場合、図32(A)に示すように、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDは、球面とは異なる歪んだ形状を有し、且つ、楕円面とも異なる形状を有する。この場合、複数の磁気データq〜qの示す座標を、最適楕円面補正行列TOPにより変換して得られる複数の変換後磁気データs〜sの示す座標は、図32(B)に示すように球面SEOPとは異なる歪んだ形状の立体SDの近傍に分布する。
In the first distortion determination process, when it is evaluated that the shape of the solid SD having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is a distorted shape different from the spherical surface, the cause of the distortion of the solid SD However, there may be a soft iron effect instead of the non-uniform external magnetic field Bx. Inhomogeneous external magnetic field Bx is absent, and, if the soft iron effect occurs, stereo SD is having coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity, the same shape as the ellipsoid V E Can be considered as having In this case, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, coordinates indicated by the optimum ellipsoidal correction matrix T after multiple conversion obtained by converting the OP magnetic data s 1 ~s N, spherical S EOP vicinity to distribution, the shape of the three-dimensional SD E with coordinates indicated by the plurality of the converted magnetic data s 1 ~s N in the vicinity can be regarded as spherical.
Conversely, when there is a non-uniform external magnetic field Bx, as shown in FIG. 32A, the solid SD having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is distorted differently from the spherical surface. It has a shape and a shape different from the elliptical surface. In this case, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N, coordinates indicated by the optimum ellipsoidal correction matrix T after multiple conversion obtained by converting the OP magnetic data s 1 ~s N, FIG. 32 (B distributed in the vicinity of the three-dimensional SD E of different distorted shape from the spherical S EOP as shown in).

このように、サーバ装置SVa(CPU910)は、ステップS65の第2の歪判定処理において、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を近傍に有する立体SDの形状と球面(例えば、球面SEOP)の形状との相違の程度を評価することにより、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDの形状と楕円面(例えば、楕円面V)の形状との相違の程度を評価する。 Thus, the server SVa (CPU 910) is, in the second distortion determination process in step S65, the three-dimensional SD E with coordinates indicated by the plurality of the converted magnetic data s 1 ~s N adjacent shape and spherical (e.g. By evaluating the degree of difference from the shape of the spherical surface S EOP ), the shape of the solid SD having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N and the elliptical surface (for example, the elliptical surface V E ) Evaluate the degree of difference from the shape.

なお、立体SDの形状が、球面の形状と等しいと看做すことができる場合、ソフトアイアン効果が生じているが、不均一な外部磁界Bxの影響は存在しないと看做すことができる。この場合、地磁気測定システムSYSaは、最適中心点cEOPを用いた楕円補正を行うことで、地磁気Bgの向きを算出することができる。すなわち、この場合、サーバ装置SVa(CPU910)は、ステップS67の応答情報生成処理において、最適中心点cEOPを応答中心点cSAとして採用する。
一方、図32(B)に示すように、立体SDの形状が、球面の形状とは異なる歪を持った形状であると評価される場合、複数の磁気データq〜qが不均一な外部磁界Bxの影響を受けたものであると看做すことができる。この場合、地磁気測定システムSYSaは、地磁気Bgの向きを算出することはできない。すなわち、この場合、サーバ装置SVa(CPU910)は、応答情報RESを生成することなく、図26のフローチャートに示す処理を終了させる。
Incidentally, the shape of the three-dimensional SD E, if it can be regarded as equal to the spherical shape, but soft iron effect occurs, the influence of non-uniform external magnetic field Bx can be regarded as there is no . In this case, the geomagnetic measurement system SYSa, by performing the elliptical correction using the optimum center point c EOP, it is possible to calculate the direction of the geomagnetism Bg. That is, in this case, the server device SVa (CPU 910) employs the optimum center point c EOP as the response center point c SA in the response information generation process of step S67.
On the other hand, as shown in FIG. 32 (B), the shape of the three-dimensional SD E, if the spherical shape is evaluated as a shape having a different strain, a plurality of magnetic data q 1 to q N is uneven It can be considered that it is influenced by the external magnetic field Bx. In this case, the geomagnetism measurement system SYSa cannot calculate the direction of the geomagnetism Bg. That is, in this case, the server apparatus SVa (CPU 910) ends the process shown in the flowchart of FIG. 26 without generating the response information RES.

以下において、第2の歪判定処理の具体的な処理内容を説明する。
前述の通り、第2の歪判定処理は、歪判定処理に用いる複数の入力座標として、複数の磁気データq〜qの示す座標を用いる代わりに、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を用いる点を除いて、第1の歪判定処理と同様の処理である。
つまり、第2の歪判定処理は、第1の歪判定処理で用いた複数の磁気データq〜qの示す座標に対して、以下の式(104)、式(105)に示す複数の変換後磁気データs〜sの示す座標の値を代入した後に、12.1節で述べた第1の歪判定処理を実行する処理である。この場合、第1の歪判定処理において用いられる各種行列、ベクトル等の値のうち、複数の磁気データq〜qに基づいて算出される値は、第2の歪判定処理では、複数の変換後磁気データs〜sに基づいて算出される。具体的には、歪判定処理で用いる値のうち、10節で述べた中心点算出処理において算出される値、例えば、式(83)に示す立体方程式に現れる行列X等は、複数の磁気データq〜qの示す座標代わりに、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を用いて算出される。また、第2の歪判定処理は、複数の磁気データq〜qに基づいて算出される重心q(式(74)参照)の代わりに、以下の式(106)に示す、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標に基づいて算出される重心sを用いる。また、第2の歪判定処理は、基準点wKEとして、複数の磁気データq〜qに基づいて算出される中心点cを採用(式(89)参照)する代わりに、以下の式(107)に示すように、複数の変換後磁気データs〜sに基づいて算出される最適中心点cEOPを採用する。
第2の歪判定処理は、このようにして複数の変換後磁気データs〜sの示す座標に基づいて定められる歪評価関数fSD(E、c)の値を最小化して求められる歪評価行列Eから歪評価値g(E)を算出することにより、立体SDと球面との形状の相違の程度を評価する。

Figure 0006019585
Hereinafter, specific processing contents of the second distortion determination processing will be described.
As described above, the second distortion determination process uses a plurality of converted magnetic data s 1 to s instead of using the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N as the plurality of input coordinates used for the distortion determination process. The process is the same as the first distortion determination process except that the coordinates indicated by N are used.
That is, the second distortion determination process is performed with respect to the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N used in the first distortion determination process, by a plurality of expressions shown in the following expressions (104) and (105). This is a process of executing the first distortion determination process described in section 12.1 after substituting the coordinate values indicated by the converted magnetic data s 1 to s N. In this case, among values such as various matrices and vectors used in the first distortion determination process, values calculated based on the plurality of magnetic data q 1 to q N are a plurality of values in the second distortion determination process. It is calculated based on the converted magnetic data s 1 to s N. Specifically, among the values used in the distortion determination process, the values calculated in the center point calculation process described in section 10, for example, the matrix X that appears in the solid equation shown in the equation (83), are a plurality of magnetic data. Instead of the coordinates indicated by q 1 to q N , the calculation is performed using the coordinates indicated by the plurality of post-conversion magnetic data s 1 to s N. In addition, the second distortion determination processing is performed by using a plurality of expressions shown in the following equation (106) instead of the center of gravity q C (see equation (74)) calculated based on the plurality of magnetic data q 1 to q N. The center of gravity s C calculated based on the coordinates indicated by the converted magnetic data s 1 to s N is used. Further, in the second distortion determination process, instead of adopting the center point c S calculated based on the plurality of magnetic data q 1 to q N as the reference point w KE (see the formula (89)), the following As shown in Expression (107), the optimum center point c EOP calculated based on the plurality of converted magnetic data s 1 to s N is employed.
In the second strain determination process, the strain obtained by minimizing the value of the strain evaluation function f SD (E, c) determined based on the coordinates indicated by the plurality of converted magnetic data s 1 to s N in this way. by the evaluation matrix E calculates a distortion evaluation value g D (E), to assess the degree of difference in the shape of a three-dimensional SD E and spherical.
Figure 0006019585

複数の変換後磁気データs〜sの示す座標に基づき算出された歪評価値g(E)が歪許容値δ以下である場合、ソフトアイアン効果が生じているが、不均一な外部磁界Bxの影響は存在しないと看做すことができる。この場合、サーバ装置SVa(CPU910)は、ステップS67の応答情報生成処理において、最適中心点cEOPを応答中心点cSAとして採用する。なお、この場合、サーバ装置SVa(CPU910)は、第2の歪判定処理において算出される、球面Sの中心点cS2を応答中心点cSAとして採用してもよい。
一方、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標に基づき算出された歪評価値g(E)が歪許容値δよりも大きな値である場合、不均一な外部磁界Bxの影響が存在すると看做すことができる。この場合、球面SEOPの最適中心点cEOPの座標を表すベクトルを、オフセットcOFFとして採用することはできない。したがって、この場合、サーバ装置SVa(CPU910)は、応答情報RESを生成することなく、図26のフローチャートに示す処理を終了させる。
なお、本実施形態において、第1の歪判定処理における歪許容値δと、第2の歪判定処理における歪許容値δとは等しい値に設定されるが、異なる値に設定してもよい。
When the strain evaluation value g D (E) calculated based on the coordinates indicated by the plurality of converted magnetic data s 1 to s N is equal to or less than the strain allowable value δ 0 , the soft iron effect is generated, but is not uniform. It can be considered that there is no influence of the external magnetic field Bx. In this case, the server apparatus SVa (CPU 910) employs the optimum center point c EOP as the response center point c SA in the response information generation process of step S67. In this case, the server device SVa (CPU 910) is calculated in the second distortion determination process may be employed center point c S2 of the spherical S 2 in response center point c SA.
On the other hand, when the strain evaluation value g D (E) calculated based on the coordinates indicated by the plurality of converted magnetic data s 1 to s N is larger than the strain allowable value δ 0 , the non-uniform external magnetic field Bx It can be considered that there is an influence. In this case, a vector representing the coordinates of the optimum center point c EOP of the spherical surface S EOP cannot be adopted as the offset c OFF . Therefore, in this case, the server apparatus SVa (CPU 910) ends the process shown in the flowchart of FIG. 26 without generating the response information RES.
In the present embodiment, a distortion allowable value [delta] 0 in the first distortion determining process, but is set to a value equal to the distortion tolerance [delta] 0 in the second distortion determination process, it is set to different values Good.

[13. 第2実施形態の結論]
以上に示したように、第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、歪判定部540を備えることにより、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDと球面との形状の相違の程度を評価する。
そして、立体SDの形状が球面と看做すことができる場合、地磁気測定システムSYSaは、簡易な計算により地磁気Bgの向きを算出することができる。具体的には、地磁気測定システムSYSaは、歪判定部540において、複数の磁気データq〜qの示す座標が球面近傍に分布すると判定された場合、中心点算出部640が算出する中心点cの座標を表すベクトルを、オフセットcOFFとして採用することができる。そして、地磁気測定システムSYSaは、中心点cの示す座標と、磁気データqの示す座標とに基づいて、簡易な計算により地磁気Bgの向きを算出する。
このように、第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、3次元磁気センサ60が軟磁性材料を備えない端末装置1aに搭載され、ソフトアイアン効果が生じていない場合には、楕円補正を行うこと無く地磁気Bgの向きを算出するため、計算負荷を軽減することができる。
[13. Conclusion of Second Embodiment]
As described above, the geomagnetism measurement system SYSa according to the second embodiment includes the distortion determination unit 540, so that the solid SD and the spherical surface having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity. Evaluate the degree of shape difference.
When the shape of the solid SD can be regarded as a spherical surface, the geomagnetism measurement system SYSa can calculate the direction of the geomagnetism Bg by simple calculation. Specifically, in the geomagnetism measurement system SYSa, when the strain determination unit 540 determines that the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed in the vicinity of the spherical surface, the center point calculated by the center point calculation unit 640 the vector representing the coordinates of c S, can be adopted as the offset c OFF. The geomagnetic measurement system SYSa includes a coordinate indicated by the center point c S, based on the coordinates indicated by the magnetic data q i, calculate the direction of the geomagnetism Bg by a simple calculation.
As described above, the geomagnetism measurement system SYSa according to the second embodiment performs ellipse correction when the three-dimensional magnetic sensor 60 is mounted on the terminal device 1a that does not include a soft magnetic material and the soft iron effect does not occur. Without calculating the direction of the geomagnetism Bg, the calculation load can be reduced.

また、第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDが、球面、楕円面、及び、球面とも楕円面とも異なる歪んだ形状の立体のいずれであるかを判別する歪形状判断部500(楕円面補正部200、楕円面球面変換部520、及び歪判定部540)を備える。そして、地磁気測定システムSYSaは、歪判定部540において、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDの形状が球面とは異なる歪んだ形状であると判断された場合、楕円面球面変換部520において算出される複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を近傍に有する立体SDと球面との形状の相違の程度を評価することで、立体SDの歪の原因が、ソフトアイアン効果によるものであるのか、または、不均一な外部磁界Bxによるものであるのか、を区別する。
そして、立体SDの形状が球面とは異なる歪んだ形状である場合、つまり、立体SDの歪の原因が不均一な外部磁界Bxである場合には、地磁気測定システムSYSaは、不均一な外部磁界Bxの影響下で測定された複数の磁気データq〜qの示す座標に基づいてオフセットcOFFが算出されることを防止する。
一方、立体SDの形状が球面であると看做せる場合、つまり、ソフトアイアン効果が生じており、且つ、不均一な外部磁界Bxの影響がない場合、地磁気測定システムSYSaは、最適中心点cEOPの示す座標、最適楕円面補正行列TOP、及び、3次元磁気センサ60の出力する磁気データqの示す座標に基づいて、地磁気Bgの向きを算出することができる。
このように、地磁気測定システムSYSaは、歪形状判断部500(楕円面補正部200、楕円面球面変換部520、及び歪判定部540)を備えることで、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDが、球面、楕円面、及び、球面とも楕円面とも異なる歪んだ形状の立体のいずれであるかを判別し、不正確なオフセットcOFFによる不正確な地磁気Bgの算出を防止することができる。
Further, in the geomagnetism measurement system SYSa according to the second embodiment, the solid SD having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is a spherical shape, an elliptical surface, and a distorted shape different from both the spherical surface and the elliptical surface. A distortion shape determination unit 500 (the ellipsoidal surface correction unit 200, the ellipsoidal spherical surface conversion unit 520, and the distortion determination unit 540). The geomagnetism measurement system SYSa, when the distortion determination unit 540 determines that the shape of the solid SD having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is a distorted shape different from the spherical surface, to assess the degree of difference in the shape of a three-dimensional SD E spherical having a coordinate indicated by the plurality of the converted magnetic data s 1 ~s N calculated in ellipsoidal spherical conversion unit 520 in the vicinity of the three-dimensional SD strain It is discriminated whether this is due to the soft iron effect or due to the non-uniform external magnetic field Bx.
When the shape of the solid SD E is a distorted shape different from the spherical surface, that is, when the cause of the distortion of the solid SD is the non-uniform external magnetic field Bx, the geomagnetic measurement system SYSa The offset c OFF is prevented from being calculated based on the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N measured under the influence of the magnetic field Bx.
On the other hand, when the shape of the three-dimensional SD E is that regarded as a spherical, i.e., has occurred soft iron effect, and, if there is no influence of non-uniform external magnetic field Bx, the geomagnetic measurement system SYSa, the optimum center point c The orientation of the geomagnetism Bg can be calculated based on the coordinates indicated by EOP , the optimum ellipsoidal correction matrix T OP , and the coordinates indicated by the magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60.
Thus, the geomagnetic measurement system SYSa is provided with the distortion shape determination unit 500 (ellipsoid correction unit 200, ellipsoidal spherical conversion unit 520 and the distortion determination section 540,), a plurality of magnetic data q 1 to q N It is determined whether the solid SD having the coordinates shown in the vicinity is a spherical surface, an ellipsoid, or a solid with a distorted shape different from both the spherical surface and the ellipsoid, and the inaccurate geomagnetism Bg due to an inaccurate offset c OFF is determined. Calculation can be prevented.

また、第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、分布判定部620を備えることにより、複数の磁気データq〜qの示す座標が、センサ座標系Σにおいて3次元的な広がりを有して分布しているか否かを判定することができる。
これにより、地磁気測定システムSYSaは、複数の磁気データq〜qの示す座標が2次元的または1次元的に分布している場合に、中心点算出部640が中心点cの座標を算出することを防止できる。
すなわち、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、不正確な中心点cがオフセットcOFFとして採用されることを防止できるとともに、不要な処理が実行されることを未然に防止することで処理負荷を軽減することができる。
また、複数の磁気データq〜qの示す座標が2次元的または1次元的に分布している場合に、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状から、楕円面の形状を特定することが困難であることが多い。本実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、このような場合に、楕円面補正部200が楕円補正を行うことを防止することで、不要な処理が実行されることを未然に防止し、処理負荷を軽減することができる。
Further, organic geomagnetic measurement system SYSa according to the second embodiment is provided with the distribution determining unit 620, a coordinate indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is a three-dimensional expanse in the sensor coordinate system sigma S It can be determined whether or not distributed.
Thereby, in the geomagnetism measurement system SYSa, when the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are two-dimensionally or one-dimensionally distributed, the center point calculation unit 640 determines the coordinates of the center point c S. It is possible to prevent calculation.
That is, the geomagnetism measurement system SYSa according to the present embodiment can prevent the inaccurate center point c S from being adopted as the offset c OFF , and can prevent the unnecessary process from being executed in advance. The load can be reduced.
In addition, when the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N are distributed two-dimensionally or one-dimensionally, an elliptical surface is obtained from the shape of the distribution of coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N. It is often difficult to specify the shape of the. In such a case, the geomagnetism measurement system SYSa according to the present embodiment prevents the ellipsoid correction unit 200 from performing ellipse correction, thereby preventing unnecessary processing from being performed and processing load. Can be reduced.

また、第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、磁気データ分布判定処理、中心点算出処理、歪判定処理(第1の歪判定処理、第2の歪判定処理)、初期楕円面生成処理、及び最適楕円面生成処理を、サーバ装置SVaにおいて実行する。これらの処理は、4元一次連立方程式を解くことで近似中心点cSBを算出する近似中心点算出処理に比べて、負荷の大きな処理である。
第2実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、処理負荷の大きな演算を、全てサーバ装置SVaにおいて実施するため、端末装置1(または、端末装置1a)における処理負荷を小さく抑えることができる。すなわち、本実施形態に係る地磁気測定システムSYSaは、端末装置1(または、端末装置1a)の備えるCPUの処理能力に制約がある場合、または、メモリの容量に制約がある場合であっても、正確且つ高速に地磁気Bgの向きを算出することができる。
In addition, the geomagnetism measurement system SYSa according to the second embodiment includes a magnetic data distribution determination process, a center point calculation process, a distortion determination process (a first distortion determination process, a second distortion determination process), an initial ellipsoid generation process, And the optimal ellipsoid generation process is executed in the server device SVa. These processes are processes with a larger load than the approximate center point calculation process for calculating the approximate center point cSB by solving the quaternary linear simultaneous equations.
Since the geomagnetism measurement system SYSa according to the second embodiment performs all computations with a large processing load in the server device SVa, the processing load in the terminal device 1 (or the terminal device 1a) can be kept small. That is, the geomagnetism measurement system SYSa according to the present embodiment has a limitation in the processing capability of the CPU provided in the terminal device 1 (or the terminal device 1a), or a case in which the memory capacity is limited. The direction of the geomagnetism Bg can be calculated accurately and at high speed.

<C.変形例>
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下の変形が可能である。また、以下に示す変形例のうちの2以上の変形例を、矛盾しない範囲で適宜組み合わせることもできる。
<C. Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible. Also, two or more of the modifications shown below can be appropriately combined within a consistent range.

(1)変形例1
上述した第2実施形態において、歪誤差ベクトルk(E)に用いられる基準点wKEには、式(89)に示した中心点c、または式(107)に示した最適中心点cEOPが採用されるが、本発明はこのような形態に限定されるものでは無く、基準点wKEとして、式(74)に示した重心q、または式(106)に示した重心sを採用してもよい。
歪評価行列Eの各成分は、基準点wKEの示す座標から見て、歪評価行列Eの最大固有値λE1に対応する固有ベクトルuE1の方向と、球面Sからの誤差が大きな磁気データq(または、変換後磁気データs)が多く存在する領域を示す方向とが、近づくように定められる。また、歪評価行列Eの最大固有値λE1は、基準点wKEから見て、固有ベクトルuE1の方向に存在する磁気データq(または、変換後磁気データs)の示す座標と球面Sとの誤差の大きさを表す値となる。
従って、基準点wKEをどのような値に設定しても、複数の磁気データq〜q(または複数の変換後磁気データs〜s)の示す座標が、基準点wKEから見て広く分布している場合には、歪評価行列Eによって、立体SD(または立体SD)と球面Sとの形状の相違の程度を評価することが可能となる。
(1) Modification 1
In the second embodiment described above, the reference point w KE used for the distortion error vector k (E) is the center point c S shown in Expression (89) or the optimum center point c EOP shown in Expression (107). However, the present invention is not limited to such a form, and the center of gravity q C shown in Expression (74) or the center of gravity s C shown in Expression (106) is used as the reference point w KE. It may be adopted.
Each component of the distortion evaluation matrix E, when viewed from the coordinates indicated by the reference point w KE, the direction of the eigenvector u E1 corresponding to the largest eigenvalue lambda E1 distortion evaluation matrix E, an error is large magnetic data q from spherical S 2 A direction indicating a region where i (or converted magnetic data s i ) is present is determined so as to approach. In addition, the maximum eigenvalue λ E1 of the distortion evaluation matrix E is the coordinates of the magnetic data q i (or converted magnetic data s i ) present in the direction of the eigenvector u E1 and the spherical surface S 2 when viewed from the reference point w KE. Is a value representing the magnitude of the error.
Thus, setting the reference point w KE to any value, the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N (or more converted magnetic data s 1 ~s N), from the reference point w KE In the case of wide distribution as seen, it is possible to evaluate the degree of difference in shape between the solid SD (or solid SD E ) and the spherical surface S 2 by the distortion evaluation matrix E.

(2)変形例2
上述した第2実施形態及び変形例において、第1の歪判定処理及び第2の歪判定処理は、いずれも、1つの基準点wKEを用いた歪誤差ベクトルk(E)に基づいて算出される歪評価値g(E)により、立体SD(または立体SD)と球面との形状の相違の程度を評価するが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、2つの基準点wKEを用いて算出される異なる2つの歪誤差ベクトルk(E)により、2つの歪評価値g(E)を算出して、立体SD(または立体SD)と球面との形状の相違の程度を評価してもよい。
例えば、第2の歪判定処理において、まず、最適中心点cEOPを基準点wKEに採用して算出された歪評価値g(E)に基づいて立体SDと球面との形状の相違の程度を評価し、その後、重心sを基準点wKEに採用して算出された歪評価値g(E)に基づいて立体SDと球面との形状の相違の程度を評価してもよい。この場合、2度の評価の両方において、立体SDの形状が球面の形状と看做すことができる場合に、歪判定処理の結果を肯定としてもよい。
このように、2つの基準点wKEを用いて、複数の磁気データq〜q(または、複数の変換後磁気データs〜s)の示す座標と球面Sとの誤差の大きさを評価することにより、1つの基準点wKEのみを用いる場合に比べて、立体SD(または、立体SD)と球面との形状の相違の程度を正確に評価することができる。
(2) Modification 2
In the second embodiment and the modification described above, the first distortion determination process and the second distortion determination process are both calculated based on the distortion error vector k (E) using one reference point w KE. Although the degree of difference in shape between the solid SD (or the solid SD E ) and the spherical surface is evaluated based on the strain evaluation value g D (E), the present invention is not limited to such a form. Two distortion evaluation values g D (E) are calculated from two different distortion error vectors k (E) calculated using the reference point w KE , and the shapes of the solid SD (or the solid SD E ) and the spherical surface are calculated. The degree of difference may be evaluated.
For example, the second distortion determination process, first, the difference in shape of the three-dimensional SD E and the spherical based on the optimum center point c distortion evaluation value was calculated employing the reference point w KE the EOP g D (E) After that, the degree of difference in shape between the solid SD E and the spherical surface is evaluated based on the distortion evaluation value g D (E) calculated by adopting the center of gravity s C as the reference point w KE. Also good. In this case, in both of twice evaluation, if the shape of the three-dimensional SD E can be regarded as a spherical shape, it may be positive results of the distortion determination process.
In this way, using two reference points w KE , the magnitude of the error between the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N (or the plurality of converted magnetic data s 1 to s N ) and the spherical surface S 2. By evaluating the height , the degree of difference in shape between the solid SD (or the solid SD E ) and the spherical surface can be accurately evaluated as compared with the case where only one reference point w KE is used.

(3)変形例3
上述した第2実施形態及び変形例において、地磁気測定システムは、第1の歪判定処理及び第2の歪判定処理の双方を行うが、本発明はこのような形態に限定されるものでは無く、第1の歪判定処理または第2の歪判定処理のうち、一方のみを実施してもよい。
例えば、地磁気測定システムが、第1の歪判定処理のみを行う場合、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDの形状が、球面と看做すことができるか否かを判定することができるため、ソフトアイアン効果が生じているか否かを判定することができる。そして、ソフトアイアン効果が生じていない場合、地磁気測定システムは、初期楕円面生成処理、最適楕円面生成処理、楕円面球面変換処理、第2の歪判定処理を行うこと無く、地磁気Bgの向きを算出することができるため、計算負荷の低減が可能となる。
(3) Modification 3
In the second embodiment and the modification described above, the geomagnetic measurement system performs both the first distortion determination process and the second distortion determination process, but the present invention is not limited to such a form. Only one of the first distortion determination process and the second distortion determination process may be performed.
For example, when the geomagnetism measurement system performs only the first distortion determination process, whether or not the shape of the solid SD having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity can be regarded as a spherical surface. Therefore, it is possible to determine whether or not the soft iron effect has occurred. When the soft iron effect does not occur, the geomagnetism measurement system changes the direction of the geomagnetism Bg without performing the initial ellipsoid generation process, the optimum ellipsoid generation process, the ellipsoid spherical surface conversion process, and the second distortion determination process. Since it can be calculated, the calculation load can be reduced.

また、例えば、地磁気測定システムが、第2の歪判定処理のみを行う場合、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を近傍に有する立体SDの形状が、球面と看做すことができるかを判定することができる。
そして、第2の歪判定処理における判定結果が肯定である場合、複数の磁気データq〜qの示す座標を近傍に有する立体SDの形状は、楕円面と看做すことができるため、地磁気測定システムは、3次元磁気センサ60が出力する磁気データqの示す座標に対して、最適楕円面補正行列TOP、及び、最適中心点cEOPを用いた楕円補正を施すことにより、地磁気Bgの向きを算出することができる。なお、楕円面には球面が含まれるため(例えば、楕円面補正行列Tの有する3つの固有値が全て1の場合、等)、地磁気測定システムは、ソフトアイアン効果の発生の有無にかかわらず、地磁気Bgの向きを算出することができる。
一方、第2の歪判定処理における判定結果が否定である場合、複数の磁気データq〜qは不均一な外部磁界Bxの影響を受けているため、地磁気測定システムは、複数の磁気データq〜qに基づいてオフセットcOFFが算出されることを防止する。
Further, for example, a geomagnetic measurement system, when performing only the second distortion determination process, the shape of the three-dimensional SD E with coordinates indicated by the plurality of the converted magnetic data s 1 ~s N near spherical and regarded Can be determined.
When the determination result in the second distortion determination process is affirmative, the shape of the solid SD having the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N in the vicinity can be regarded as an ellipsoid, The geomagnetism measurement system performs the ellipse correction using the optimum ellipsoid correction matrix T OP and the optimum center point c EOP on the coordinates indicated by the magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60, thereby obtaining the geomagnetism. The direction of Bg can be calculated. Incidentally, since the ellipsoidal include spherical (for example, if three eigenvalues having the ellipsoidal correction matrix T E are all 1, etc.), the geomagnetic measurement system, regardless of the occurrence of soft iron effect, The direction of the geomagnetism Bg can be calculated.
On the other hand, when the determination result in the second distortion determination process is negative, the plurality of magnetic data q 1 to q N are affected by the non-uniform external magnetic field Bx, and thus the geomagnetism measurement system has a plurality of magnetic data. The offset c OFF is prevented from being calculated based on q 1 to q N.

(4)変形例4
上述した実施形態及び変形例において、地磁気測定システムは、楕円面最適補正値生成部400を備え、最適楕円面補正行列TOP及び最適中心点cEOPに基づいて、磁気データqの示す座標を、変換後磁気データsの示す座標へと変換する楕円補正を行うが、本発明はこのような形態に限定されるものでは無く、地磁気測定システムは、楕円面最適補正値生成部400を備えずに構成されてもよい。この場合、地磁気測定システムは、応答補正行列T及び応答中心点cSAとして、楕円面初期補正値生成部300が算出する初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を採用してもよい。この場合、地磁気測定システムは、最適楕円面生成処理を行わないため、地磁気Bgの算出に係る計算負荷を低減することができる。
なお、楕円面初期補正値生成部300は、空間Ω上の第1評価軸ξ、第2評価軸ξ、及び、第3評価軸ξの3つの異なる評価軸を用いて、3つの異なる楕円面を生成した後に、これらの3つの楕円面の中心点の相互間の距離が第1閾値Δc以下であるか否かを判定し、判定結果が肯定となる場合に限り、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を生成する。従って、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0により表される初期楕円面VE0は、複数の磁気データq〜qの示す座標との誤差を最小化する楕円面ではないが、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布形状を正確に表す。すなわち、変形例4に係る地磁気測定システムは、ソフトアイアン効果が生じている場合であっても、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を用いた楕円補正により、正確な地磁気Bgの向きを算出することができる。
(4) Modification 4
In the embodiments and modifications described above, the geomagnetic measurement system comprises a ellipsoidal optimum correction value generation unit 400, based on the optimum ellipsoidal correction matrix T OP and the optimum center point c EOP, the coordinates indicated by the magnetic data q i The ellipse correction to be converted into the coordinates indicated by the converted magnetic data s i is performed, but the present invention is not limited to such a form, and the geomagnetism measurement system includes an ellipsoidal optimal correction value generation unit 400. It may be configured without. In this case, the geomagnetism measurement system may employ the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 calculated by the ellipsoid initial correction value generation unit 300 as the response correction matrix T A and the response center point c SA. Good. In this case, since the geomagnetism measurement system does not perform the optimal ellipsoidal surface generation process, it is possible to reduce the calculation load related to the calculation of the geomagnetism Bg.
Note that the ellipsoid initial correction value generation unit 300 uses three different evaluation axes, ie, a first evaluation axis ξ 1 , a second evaluation axis ξ 2 , and a third evaluation axis ξ 3 on the space Ω. After generating different ellipsoids, it is determined whether or not the distance between the center points of these three ellipsoids is equal to or smaller than the first threshold value Δc, and only when the determination result is affirmative, the initial ellipsoid A correction matrix T 0 and an initial center point c E0 are generated. Therefore, the initial ellipsoid V EO represented by the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 is not an ellipsoid that minimizes an error from the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N. The distribution shape of coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N is accurately represented. That is, the geomagnetism measurement system according to the modified example 4 is capable of accurate geomagnetism Bg by the ellipse correction using the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 even when the soft iron effect occurs. The direction can be calculated.

(5)変形例5
上述した実施形態及び変形例において、地磁気測定システムは、楕円面初期補正値生成部300において、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び、第3楕円面Vzzを生成し、これら3つの楕円面に基づいて、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を算出するが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、公知の方法を適宜適用して初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を算出してもよい。
例えば、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0を、非特許文献2に開示された方法(つまり、5節に示した対比例)に基づいて算出してもよい。また、初期楕円面補正行列Tとして3行3列の単位行列を採用し、初期中心点cE0としてセンサ座標系Σの原点O=(0,0,0)を採用してもよい。この場合、初期楕円面補正行列T及び初期中心点cE0の算出に係る計算負荷を低減することが可能となる。
(5) Modification 5
In the embodiment and the modification described above, the geomagnetism measurement system generates the first ellipsoid V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse V zz in the ellipsoid initial correction value generation unit 300, Based on these three ellipsoids, the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 are calculated. However, the present invention is not limited to such a form, and a known method is appropriately applied. The initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 may be calculated.
For example, the initial ellipsoid correction matrix T 0 and the initial center point c E0 may be calculated based on the method disclosed in Non-Patent Document 2 (that is, the comparison shown in Section 5). Alternatively, a 3-by-3 unit matrix may be employed as the initial ellipsoid correction matrix T 0 , and the origin S O = (0, 0, 0) T of the sensor coordinate system Σ S may be employed as the initial center point c E0. Good. In this case, it is possible to reduce the computational load of the calculation of the initial ellipsoidal correction matrix T 0 and the initial center point c E0.

(6)変形例6
上述した第2実施形態及び変形例において、地磁気測定システムは、第2の歪判定処理に用いられる複数の入力座標として、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を適用したが、本発明はこのような形態に限定されるものでは無く、複数の変換後磁気データs〜sの示す座標を最適中心点cEOPを起点として表した複数のベクトル、すなわち、ベクトル(s−cEOP)〜ベクトル(s−cEOP)を複数の入力座標に適用してもよい。この場合、歪判定処理に用いられるデータのサイズを小さくすることができ、処理に必要なメモリのサイズの節約をすると共に、処理速度を向上させるという利点を有する。
(6) Modification 6
In the second embodiment and the modification described above, the geomagnetism measurement system applies the coordinates indicated by the plurality of converted magnetic data s 1 to s N as the plurality of input coordinates used for the second distortion determination process. The present invention is not limited to such a form, and a plurality of vectors representing the coordinates indicated by the plurality of converted magnetic data s 1 to s N starting from the optimum center point c EOP , that is, the vector (s 1 -C EOP ) to vector (s N -c EOP ) may be applied to a plurality of input coordinates. In this case, it is possible to reduce the size of data used for the distortion determination process, which has the advantage of saving the memory size necessary for the process and improving the processing speed.

(7)変形例7
上述した実施形態および変形例において、地磁気測定システムは、初期楕円面判定部320において、初期楕円面生成部310が算出する値(第1楕円面係数行列Dxx、第2楕円面係数行列Dyy、第3楕円面係数行列Dzz、中心点cxx、中心点cyy、及び、中心点czz)が、第1の条件及び第2の条件の双方を充足するか否かを判定するものであったが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、中心点cxx、中心点cyy、及び、中心点czzが第2の条件を充足するか否かのみを判定してもよい。この場合、初期楕円面判定部320は、第1の条件についての判定を行わず、第2の条件についての判定のみを行うものであってもよい。例えば、初期楕円面判定部320は、初期楕円面係数行列判定部321を備えずに、初期楕円面中心点判定部322のみにより構成されてもよい。
また、初期補正値生成部330は、初期楕円面生成部310が算出する値が第2の条件を充足する場合(すなわち、初期楕円面中心点判定部322における判定結果が肯定の場合)に、初期中心点cE0の座標及び初期楕円面補正行列Tを算出するものであってもよい。
(7) Modification 7
In the embodiment and the modification described above, in the geomagnetism measurement system, the initial ellipsoid determining unit 320 calculates values calculated by the initial ellipsoid generating unit 310 (first ellipsoidal coefficient matrix Dxx , second ellipsoidal coefficient matrix Dyy). , Third ellipsoidal coefficient matrix D zz , center point c xx , center point c yy , and center point c zz ) determine whether or not both the first condition and the second condition are satisfied. However, the present invention is not limited to such a form, and it is determined only whether the center point c xx , the center point c yy , and the center point c zz satisfy the second condition. May be. In this case, the initial ellipsoid determination unit 320 may perform only the determination on the second condition without performing the determination on the first condition. For example, the initial ellipsoid determining unit 320 may be configured by only the initial ellipsoid center point determining unit 322 without including the initial ellipsoid coefficient matrix determining unit 321.
In addition, the initial correction value generation unit 330, when the value calculated by the initial ellipsoid generation unit 310 satisfies the second condition (that is, when the determination result in the initial ellipsoid center point determination unit 322 is affirmative) it is one that calculates the coordinates and initial ellipsoidal correction matrix T 0 of the initial center point c E0 may.

(8)変形例8
上述した実施形態及び変形例において、地磁気測定システムは、初期楕円面生成部310において、3つの楕円面(第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzz)の各々の係数行列及び中心点の座標を算出するものであったが、本発明はこのような形態に限定されるものでは無く、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzのうち、2つの楕円面の各々の係数行列及び中心点の座標を算出するものであってもよい。この場合、初期楕円面生成部310は、第1楕円面生成部311、第2楕円面生成部312、及び第3楕円面生成部313のうち、少なくとも2つを備えればよい。
図19において説明したように、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzのうち2つの楕円面の形状の相違の程度(具体的には、2つの楕円面の2つの中心点間の距離)を評価することにより、複数の磁気データq〜qの示す座標から楕円面の形状を特定することが困難な場合であるか否かを把握することが可能である。従って、地磁気測定システムが、初期楕円面生成部310において、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzのうち、少なくとも2つの楕円面各々の係数行列及び中心点の座標を算出すれば、不適切な初期楕円面補正行列Tが生成されることを防止することができる。また、地磁気測定システムが、初期楕円面生成部310において、2つの楕円面各々の係数行列及び中心点の座標を算出する場合、3つの楕円面各々の係数行列及び中心点の座標を算出する場合に比べて、計算負荷の軽減が可能となる。
なお、地磁気測定システムが、初期楕円面生成部310において、2つの楕円面の各々の係数行列及び中心点の座標を算出する場合、地磁気測定システムは、初期補正値生成部330において、当該2つの楕円面のうち、少なくとも1つの楕円面の係数行列に基づいて初期楕円面補正行列Tを算出すればよい。同様に、地磁気測定システムは、初期補正値生成部330において、当該2つの楕円面のうち、少なくとも1つの楕円面の中心点に基づいて、初期中心点cE0の座標を算出すればよい。
(8) Modification 8
In the embodiment and the modification described above, the geomagnetism measurement system has three initial ellipsoidal planes (first ellipsoid Vxx , second ellipsoid Vyy , and third ellipsoid Vzz ) in the initial ellipsoid generator 310. The coordinates of each coefficient matrix and the center point have been calculated, but the present invention is not limited to such a form, and the first ellipsoid V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse Of the ellipsoidal surface Vzz , the coefficient matrix and the coordinates of the center point of each of the two ellipsoidal surfaces may be calculated. In this case, the initial elliptical surface generation unit 310 may include at least two of the first elliptical surface generation unit 311, the second elliptical surface generation unit 312, and the third elliptical surface generation unit 313.
As described in FIG. 19, the degree of difference in shape between two ellipsoidal surfaces among the first ellipsoidal surface Vxx , the second ellipsoidal surface Vyy , and the third ellipsoidal surface Vzz (specifically, two ellipsoidal surfaces By evaluating the distance between two center points of the surface, it is possible to grasp whether or not it is difficult to specify the shape of the ellipsoid from the coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N Is possible. Therefore, in the initial ellipsoid generation unit 310, the geomagnetism measurement system performs the coefficient matrix and the center of each of at least two ellipsoids among the first ellipse Vxx , the second ellipse Vyy , and the third ellipse Vzz. If the coordinates of the points are calculated, an inappropriate initial ellipsoid correction matrix T 0 can be prevented from being generated. When the geomagnetic measurement system calculates the coefficient matrix and center point coordinates of each of the two ellipsoids in the initial ellipsoid generation unit 310, the coefficient matrix and center point coordinates of each of the three ellipsoids are calculated. Compared with, the calculation load can be reduced.
When the geomagnetism measurement system calculates the coefficient matrix and the coordinates of the center point of each of the two ellipsoids in the initial ellipsoid generator 310, the geomagnetism measurement system uses the initial correction value generator 330 in the two The initial ellipsoid correction matrix T 0 may be calculated based on the coefficient matrix of at least one of the ellipsoids. Similarly, in the geomagnetism measurement system, the initial correction value generation unit 330 may calculate the coordinates of the initial center point cE0 based on the center point of at least one of the two ellipsoidal surfaces.

(9)変形例9
上述した実施形態及び変形例において、地磁気測定システムは、初期楕円面中心点判定部322において、中心点cxx、中心点cyy、及び中心点czzの3つの中心点の相互間の距離の全てが、第1閾値Δc以下であるか否か(第2の条件を充足するか否か)を判定するものであるが、本発明はこのような判定の方法に限定されるものでは無く、初期楕円面中心点判定部322は、中心点cxx、中心点cyy、及び中心点czzのうち2つの中心点間の距離が、第1閾値Δc以下であるか否かを判定するものであってもよい。
例えば、変形例8のように、初期楕円面生成部310が、第1楕円面Vxx、第2楕円面Vyy、及び第3楕円面Vzzのうち、2つの楕円面(例えは、第1楕円面Vxx及び第2楕円面Vyy)の各々の中心点(例えば、中心点cxx及び中心点cyy)の座標を算出する場合、初期楕円面中心点判定部322は、当該2つの中心点cxx及びcyyの間の距離が、第1閾値Δc以下であるか否かを判定するものであってもよい。
このような判定によっても、複数の磁気データq〜qの示す座標の分布の形状から楕円面の形状を特定することが困難な場合であるか否かを把握することが可能であり、不適切な初期楕円面補正行列Tが生成されることを防止することができる。
(9) Modification 9
In the embodiment and the modification described above, the geomagnetism measurement system uses the initial ellipsoid center point determination unit 322 to calculate the distance between the three center points of the center point c xx , the center point c yy , and the center point c zz . All are to determine whether or not the first threshold Δc or less (whether or not the second condition is satisfied), but the present invention is not limited to such a determination method, The initial ellipsoid center point determination unit 322 determines whether or not the distance between two center points of the center point c xx , the center point c yy , and the center point c zz is equal to or less than a first threshold value Δc. It may be.
For example, as in Modification 8, the initial ellipsoid generation unit 310 has two ellipsoids (for example, the first ellipsoid V xx , the second ellipse V yy , and the third ellipse V zz ). When calculating the coordinates of the center points (for example, the center point c xx and the center point c yy ) of each of the 1 ellipse surface V xx and the second ellipsoid surface V yy ), the initial ellipsoid surface center point determination unit 322 includes the 2 It may be determined whether the distance between the two center points c xx and c yy is equal to or less than the first threshold value Δc.
Even with such a determination, it is possible to determine whether or not it is difficult to specify the shape of the ellipsoid from the shape of the distribution of coordinates indicated by the plurality of magnetic data q 1 to q N. Inappropriate initial ellipsoid correction matrix T 0 can be prevented from being generated.

(10)変形例10
上述した実施形態及び変形例において、端末装置は、3次元磁気センサ60が順次出力する磁気データqの全てを、第1記憶部BU1に蓄積し、第1記憶部BU1にN個の磁気データq〜qが蓄積されたときに、周期的に、これらN個の磁気データq〜qをサーバ装置に送信するものであったが(図11参照)、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、端末装置が正確な地磁気Bgの算出のために応答情報RESを必要とする場合にのみ、3次元磁気センサ60が順次出力する磁気データqを第1記憶部BU1に蓄積し、蓄積されたN個の磁気データq〜qをサーバ装置に送信するものであってもよい。
変形例10に係る地磁気測定システムは、実施形態に係る地磁気測定システムSYS(または、地磁気測定システムSYSa)に比べて、端末装置とサーバ装置との間の通信量を低減させることできるとともに、端末装置及びサーバ装置の処理負荷を軽減させることができ、端末装置の利便性を低下させることなく、地磁気Bgの正確な向きを算出することが可能となる。
(10) Modification 10
In the embodiment and the modification described above, the terminal device accumulates all the magnetic data q i sequentially output by the three-dimensional magnetic sensor 60 in the first storage unit BU1, and N pieces of magnetic data in the first storage unit BU1. when q 1 to q N are accumulated, periodically, (see FIG. 11) Although these N magnetic data q 1 to q N was to send to the server apparatus, the present invention is as this The first storage unit stores magnetic data q i sequentially output by the three-dimensional magnetic sensor 60 only when the terminal device requires response information RES for accurate geomagnetism Bg calculation. accumulated in BU1, the stored N pieces of magnetic data q 1 to q N may be configured to transmit to the server device.
The geomagnetism measurement system according to the modified example 10 can reduce the communication amount between the terminal device and the server device as compared with the geomagnetism measurement system SYS (or the geomagnetism measurement system SYSa) according to the embodiment, and the terminal device. In addition, it is possible to reduce the processing load on the server device, and to calculate the correct orientation of the geomagnetism Bg without reducing the convenience of the terminal device.

図33は、変形例10に係る地磁気測定システムにおけるオフセットcOFFの採用について説明するための説明図である。なお、図33では、図11と同様、「磁気データ距離条件」及び各種通信時間等は、考慮していない。
図33に示すように、変形例10に係る地磁気測定システムの端末装置は、端末装置の備えるCPU10が、変形例10に係る端末側磁気データ処理プログラムを実行したときに、第1記憶部BU1に対する磁気データqの蓄積を開始する(図33(A))。そして、当該端末装置は、第1記憶部BU1にN個の磁気データq〜qが蓄積されたときに、これらをサーバ装置に送信し、当該N個の磁気データq〜qに基づいてサーバ装置が算出した応答中心点cSAをオフセットcOFFとして採用する(図33(B))。
また、変形例10に係る端末装置は、内部磁界Biが変化した場合に、蓄積部110の第1記憶部BU1に対する磁気データqの蓄積を再び開始する(図33(C))。そして、当該端末装置は、第1記憶部BU1にN個の磁気データq〜qが蓄積されたときに、これらをサーバ装置に送信し、当該N個の磁気データq〜qに基づいてサーバ装置が算出した応答中心点cSAをオフセットcOFFとして採用する(図33(D))。
このように、変形例10に係る端末装置は、応答中心点cSAに基づいてオフセットcOFFを更新する必要がある場合のみ、N個の磁気データq〜qを蓄積し、これをサーバ装置に送信するため、端末装置とサーバ装置との間の通信量を低減させることができる。
FIG. 33 is an explanatory diagram for explaining the use of the offset c OFF in the geomagnetism measurement system according to Modification Example 10. In FIG. 33, as in FIG. 11, the “magnetic data distance condition” and various communication times are not considered.
As illustrated in FIG. 33, the terminal device of the geomagnetism measurement system according to the modification 10 is configured to store the first storage unit BU1 when the CPU 10 included in the terminal device executes the terminal-side magnetic data processing program according to the modification 10. Accumulation of magnetic data q i is started (FIG. 33A). Then, the terminal apparatus, when the N pieces of magnetic data q 1 to q N stored in the first storage unit BU1, and sends them to the server device, to the N-number of the magnetic data q 1 to q N Based on the response center point c SA calculated by the server device based on this, the offset c OFF is adopted (FIG. 33B).
In addition, when the internal magnetic field Bi changes, the terminal device according to the modified example 10 again starts accumulating the magnetic data q i in the first storage unit BU1 of the accumulating unit 110 (FIG. 33C). Then, the terminal apparatus, when the N pieces of magnetic data q 1 to q N stored in the first storage unit BU1, and sends them to the server device, to the N-number of the magnetic data q 1 to q N Based on the response center point c SA calculated by the server device based on this, the offset c OFF is adopted (FIG. 33D).
Thus, the terminal device according to the modification 10, when it is necessary to update the offset c OFF on the basis of the response center point c SA only accumulates the N magnetic data q 1 to q N, which server Since the data is transmitted to the device, the amount of communication between the terminal device and the server device can be reduced.

この場合、端末装置は、第1記憶部BU1が磁気データqを蓄積すべき状態であるか否かを示すフラグFgQを有してもよい。これにより、端末装置は、応答中心点cSAに基づいてオフセットcOFFを更新する必要がある場合のみ、N個の磁気データq〜qを蓄積することができる。
また、端末装置は、サーバ装置からの応答情報RESの受信待ちの期間(すなわち、端末装置がN個の磁気データq〜qをサーバ装置に送信後、サーバ装置から応答情報RESを受信するまでの期間)であるか否かを示すフラグFgSを有してもよい。端末装置がN個の磁気データq〜qをサーバ装置に送信後、サーバ装置が応答情報RESを供給する前の期間において、内部磁界Biが変化した場合、サーバ装置が算出する応答中心点cSAの座標は、変化後の内部磁界Biを正確に表さない。これに対して、端末装置がフラグFgSを有することで、内部磁界Biを正確に表さない応答中心点cSAがサーバ装置から送信されたときに、これを破棄することができる。
In this case, the terminal device may include a flag FgQ indicating whether or not the first storage unit BU1 is in a state where the magnetic data q i should be accumulated. Thus, the terminal device, when it is necessary to update the offset c OFF on the basis of the response center point c SA alone, it is possible to accumulate the N magnetic data q 1 to q N.
In addition, the terminal device receives the response information RES from the server device after the terminal device transmits N pieces of magnetic data q 1 to q N to the server device while waiting for reception of the response information RES from the server device. It may have a flag FgS indicating whether or not. The response center point calculated by the server device when the internal magnetic field Bi changes after the terminal device transmits N pieces of magnetic data q 1 to q N to the server device and before the server device supplies the response information RES. c The coordinates of SA do not accurately represent the internal magnetic field Bi after the change. On the other hand, when the terminal device has the flag FgS, when the response center point c SA that does not accurately represent the internal magnetic field Bi is transmitted from the server device, it can be discarded.

また、上述した実施形態及び変形例では、サーバ装置は、応答中心点cSAと応答補正行列Tとが算出された場合のみ、応答情報RESを生成するが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、応答中心点cSAと応答補正行列Tとが算出さない場合にも、応答情報RESを生成し、これを端末装置に送信するものであってもよい。この場合、応答情報RESは、応答中心点cSA及び応答補正行列Tの他に、応答中心点cSA及び応答補正行列Tの算出が成功したか否かを表すコードCodeを含んでもよい。
例えば、第2実施形態に係るサーバ装置SVaは、磁気データ分布判定処理、初期楕円面生成処理、または、歪判定処理における判定結果が否定である場合には、応答中心点cSA及び応答補正行列Tを生成しないが、このような場合に、変形例10に係るサーバ装置は、コードCodeに、応答中心点cSA及び応答補正行列Tの算出が失敗したことを表す値「0」を設定したうえで、コードCodeを含む応答情報RESを生成し、これを端末装置に送信してもよい。
In the embodiments and modifications described above, the server apparatus, when a response center point c SA and response correction matrix T A is calculated only, but generates response information RES, the present invention is in such forms is not limited, if the response center point c SA and response correction matrix T a is not calculated also generates response information RES, which may be one to be transmitted to the terminal device. In this case, the response information RES, in addition to the response center point c SA and response correction matrix T A, may include code Code indicating whether the calculation of the response center point c SA and response correction matrix T A is successful .
For example, the server apparatus SVa according to the second embodiment, when the determination result in the magnetic data distribution determination process, the initial ellipsoid generation process, or the distortion determination process is negative, the response center point c SA and the response correction matrix. T A is not generated, but in such a case, the server apparatus according to the modified example 10 sets a value “0” indicating that calculation of the response center point c SA and the response correction matrix T A has failed in the code Code. After setting, response information RES including the code Code may be generated and transmitted to the terminal device.

変形例10に係る端末装置は、CPU10が変形例10に係る端末側磁気データ処理プログラムを実行したときに、図12のフローチャートに示す各処理を実行するが、ステップS11〜19の各々の処理内容は、上述した実施形態及び変形例と相違する。以下、図12、図34、及び図35を参照しつつ、変形例10に係る端末装置の動作について説明する。   When the CPU 10 executes the terminal-side magnetic data processing program according to the modification 10, the terminal device according to the modification 10 executes each process illustrated in the flowchart of FIG. Is different from the above-described embodiments and modifications. Hereinafter, the operation of the terminal device according to the modified example 10 will be described with reference to FIGS. 12, 34, and 35.

まず、CPU10は、ステップS11において、初期化処理を実行する。具体的には、CPU10は、カウント値CtA、CtB、及びフラグFgA、FgB、FgC、FgOを初期化する他に、フラグFgQに、第1記憶部BU1が磁気データqを蓄積する状態であることを示す値「1」を設定し、フラグFgSに、サーバ装置からの応答情報RESの送信を待っている期間ではないことを表す値「0」を設定する。 First, in step S11, the CPU 10 executes an initialization process. Specifically, the CPU 10 is in a state where the first storage unit BU1 accumulates the magnetic data q i in the flag FgQ in addition to initializing the count values CtA and CtB and the flags FgA, FgB, FgC and FgO. A value “1” indicating that this is set, and a value “0” indicating that it is not a period of waiting for transmission of the response information RES from the server device is set in the flag FgS.

次に、CPU10は、ステップS13において、磁気データ取得処理を実行する。図34(A)は、変形例10に係る端末装置が行う磁気データ取得処理の詳細を例示したフローチャートである。図34(A)に示すように、CPU10は、ステップSa130において、フラグFgQが「1」であるか否かを判定し、判定結果が肯定である場合には処理をステップS131に進める一方、判定結果が否定である場合には処理をステップS133に進める。すなわち、変形例10に係る端末装置は、フラグFgQが、第1記憶部BU1が磁気データqを蓄積する状態であることを示す値「1」に設定されている場合のみ、第1記憶部BU1に磁気データqを蓄積する。なお、図34(A)のステップS131〜S135に示す処理は、図13(A)におけるステップS131〜S135に示す処理と同様の処理である。 Next, CPU10 performs a magnetic data acquisition process in step S13. FIG. 34A is a flowchart illustrating details of the magnetic data acquisition process performed by the terminal device according to Modification 10. As shown in FIG. 34A, the CPU 10 determines whether or not the flag FgQ is “1” in step Sa130. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S131. If the result is negative, the process proceeds to step S133. That is, the terminal device according to the modified example 10 includes the first storage unit only when the flag FgQ is set to a value “1” indicating that the first storage unit BU1 is in a state of accumulating the magnetic data q i. The magnetic data q i is stored in BU1. Note that the processes shown in steps S131 to S135 in FIG. 34A are the same as the processes shown in steps S131 to S135 in FIG.

次に、CPU10は、ステップS15において、磁気データ送信処理を実行する。図34(B)は、変形例10に係る端末装置が行う磁気データ送信処理の詳細を例示したフローチャートである。図34(B)に示すように、CPU10は、ステップS152において、N個の磁気データq〜qをサーバ装置SVに送信した場合に、ステップSa154において、フラグFgQに、磁気データqを第1記憶部BU1が蓄積しない状態であることを示す値「0」に設定するとともに、フラグFgSを、サーバ装置からの応答情報RESの送信待ちの期間であることを表す値「1」に設定する。なお、図34(B)のステップS151〜S153に示す処理は、図13(B)におけるステップS151〜S153に示す処理と同様の処理である。 Next, the CPU 10 executes magnetic data transmission processing in step S15. FIG. 34B is a flowchart illustrating the details of the magnetic data transmission process performed by the terminal device according to Modification 10. As shown in FIG. 34 (B), when the CPU 10 transmits N pieces of magnetic data q 1 to q N to the server device SV in step S152, the CPU 10 sends the magnetic data q i to the flag FgQ in step Sa154. The value is set to “0” indicating that the first storage unit BU1 is not accumulating, and the flag FgS is set to a value “1” indicating that the response information RES is waiting to be transmitted from the server device. To do. Note that the processes shown in steps S151 to S153 in FIG. 34B are the same as the processes shown in steps S151 to S153 in FIG.

次に、CPU10は、ステップS17において、近似中心点算出処理を実行する。図35(A)は、変形例10に係る端末装置が行う近似中心点算出処理の詳細を例示したフローチャートである。図35(A)に示すように、CPU10は、ステップS174における判定結果が否定である場合(すなわち、ステップS172において算出された近似中心点cSBの示す座標と、オフセットcOFFの示す座標とが、オフセット距離条件を充足しない場合)に、ステップSa175において、第1記憶部BU1に格納された磁気データを破棄し、フラグFgOを「1」に設定し、カウント値CtAを「0」に設定し、フラグFgQを「1」に設定し、フラグFgSを「0」に設定する。なお、図35(A)のステップS171〜S174に示す処理は、図13(C)におけるステップS171〜S174に示す処理と同様の処理である。
すなわち、変形例10に係る端末装置は、内部磁界Biが変化した場合に、第1記憶部BU1に格納された磁気データを破棄したうえで、カウント値CtAを「0」に初期化し、フラグFgQを「1」に設定して、第1記憶部BU1への磁気データqの蓄積を再度開始させる。これにより、端末装置1からサーバ装置SVに送信されるN個の磁気データq〜qの中に、内部磁界Biが変化する前に3次元磁気センサ60から出力された磁気データqが混入することを防止することができる。
Next, in step S17, the CPU 10 executes an approximate center point calculation process. FIG. 35A is a flowchart illustrating details of the approximate center point calculation process performed by the terminal device according to Modification Example 10. As shown in FIG. 35A, when the determination result in step S174 is negative (ie, the coordinates indicated by the approximate center point c SB calculated in step S172 and the coordinates indicated by the offset c OFF are shown in FIG. 35A). In the case where the offset distance condition is not satisfied), in step Sa175, the magnetic data stored in the first storage unit BU1 is discarded, the flag FgO is set to “1”, and the count value CtA is set to “0”. The flag FgQ is set to “1”, and the flag FgS is set to “0”. Note that the processes shown in steps S171 to S174 in FIG. 35A are the same as the processes shown in steps S171 to S174 in FIG.
That is, when the internal magnetic field Bi changes, the terminal device according to the modified example 10 discards the magnetic data stored in the first storage unit BU1, initializes the count value CtA to “0”, and sets the flag FgQ Is set to “1” and accumulation of the magnetic data q i in the first storage unit BU1 is started again. Thus, in the N magnetic data q 1 to q N transmitted from the terminal device 1 to the server apparatus SV, a magnetic data q i output from the three-dimensional magnetic sensor 60 before the internal magnetic field Bi is varied Mixing can be prevented.

次に、CPU10は、ステップS19において、応答中心点受信判定処理を実行する。図35(B)は、変形例10に係る端末装置が行う応答中心点受信判定処理の詳細を例示したフローチャートである。図35(B)に示すように、CPU10は、ステップSa190において、フラグFgSが「1」であるか否かを判定し、判定結果が肯定である場合、処理をステップS191に進める一方、判定結果が否定である場合、応答中心点受信判定処理を終了させる。
端末装置がN個の磁気データq〜qをサーバ装置に送信後、サーバ装置から応答情報RESを受信するまでの期間において、内部磁界Biが変化した場合には、上述したステップSa175において、フラグFgSが「0」に設定される。従って、ステップSa190において、フラグFgSが「0」であると判定した場合に、応答中心点受信判定処理を終了させることにより、変化後の内部磁界Biを正確に表さない応答中心点cSAがサーバ装置から送信されたときに、当該応答中心点cSAの座標をオフセットcOFFとして採用することを防止できる。
また、CPU10は、ステップS191において、サーバ装置から応答情報RESが供給されたと判断されたとき、ステップSa192において、コードCodeの値が「1」であるか否かを判定する。ステップSa192における判定結果が肯定である場合、CPU10は、処理をステップSa193に進め、フラグFgAを「1」に設定するとともに、フラグFgSを「0」に初期化する。一方、ステップSa192における判定結果が否定である場合、CPU10は、処理をステップSa194に進め、フラグFgQに「1」を設定するとともに、フラグFgSを「0」に初期化する。
コードCodeに「0」が設定されている場合、つまり、サーバ装置で応答中心点cSA及び応答補正行列Tの算出に失敗した場合、端末装置は新たにN個の磁気データq〜qを蓄積し、これに基づいてサーバ装置が応答中心点cSA及び応答補正行列Tを含んだ応答情報RESを生成することが好ましい。変形例10に係る端末装置は、ステップSa192において、コードCodeの値が「0」であると判定した場合、フラグFgQを「1」に設定して、第1記憶部BU1への磁気データqの蓄積を再度開始させるため、サーバ装置から、応答中心点cSA及び応答補正行列Tを含む応答情報RESの供給を受けることが可能となる。
なお、ステップSa192において、CPU10は、当該応答中心点cSAの座標と、オフセットcOFFの示す座標とが、式(5.a)に示した「応答中心点妥当性条件」を充足するか否かを併せて判定してもよい。但し、内部磁界Biが変化した場合には、ステップSa175において、フラグFgSが「0」に設定されるため、「応答中心点妥当性条件」に係る判定は必ずしも必要ではない。
Next, in step S19, the CPU 10 executes a response center point reception determination process. FIG. 35B is a flowchart illustrating details of the response center point reception determination process performed by the terminal device according to Modification 10. As shown in FIG. 35B, the CPU 10 determines whether or not the flag FgS is “1” in step Sa190. If the determination result is affirmative, the process proceeds to step S191, while the determination result Is negative, the response center point reception determination process is terminated.
When the internal magnetic field Bi changes during the period from when the terminal device transmits N pieces of magnetic data q 1 to q N to the server device until the response information RES is received from the server device, in step Sa175 described above, The flag FgS is set to “0”. Therefore, when it is determined in step Sa190 that the flag FgS is “0”, the response center point c SA that does not accurately represent the internal magnetic field Bi after the change is obtained by terminating the response center point reception determination process. when transmitted from the server apparatus, it can be prevented from employing the coordinates of the response center point c SA as an offset c OFF.
Further, when it is determined in step S191 that the response information RES is supplied from the server device, the CPU 10 determines in step Sa192 whether the value of the code code is “1”. If the determination result in step Sa192 is affirmative, the CPU 10 advances the process to step Sa193, sets the flag FgA to “1”, and initializes the flag FgS to “0”. On the other hand, if the determination result in step Sa192 is negative, the CPU 10 advances the process to step Sa194, sets “1” to the flag FgQ, and initializes the flag FgS to “0”.
If the code Code "0" is set, that is, if it fails to calculate the response center point c SA and response correction matrix T A server apparatus, a terminal apparatus newly N number of magnetic data q 1 to q Preferably, N is stored, and based on this, the server device generates response information RES including the response center point c SA and the response correction matrix T A. When the terminal device according to the modification 10 determines in step Sa192 that the value of the code code is “0”, the terminal FgQ is set to “1”, and the magnetic data q i to the first storage unit BU1 is set. Is started again, it is possible to receive response information RES including the response center point c SA and the response correction matrix T A from the server device.
In step Sa192, the CPU 10 determines whether or not the coordinates of the response center point c SA and the coordinates indicated by the offset c OFF satisfy the “response center point validity condition” shown in Expression (5.a). It may be determined together. However, when the internal magnetic field Bi changes, the flag FgS is set to “0” in step Sa175, and therefore the determination regarding the “response center point validity condition” is not necessarily required.

(11)変形例11
上述した実施形態及び変形例に係る地磁気測定システムにおいて、端末装置は、近似中心点cSBを算出する近似中心点算出部140を備え、オフセットcOFFを、サーバ装置の供給する応答中心点cSA、または、近似中心点cSBのいずれかに基づいて更新するものであったが、本実施形態はこのような態様に限定されるものではなく、オフセットcOFFを、サーバ装置の供給する応答中心点cSAにのみ基づいて更新するものであってもよい。この場合、端末装置は、近似中心点算出部140を備えず、近似中心点cSBの座標の算出を行わないものであってもよい。変形例11に係る端末装置は、地磁気Bgの向きの算出に係る処理負荷を小さく抑えることが可能となるため、簡素な機器であっても地磁気測定システムに適用することが可能となる。
(11) Modification 11
In the geomagnetism measurement system according to the embodiment and the modification described above, the terminal device includes the approximate center point calculation unit 140 that calculates the approximate center point c SB, and provides the offset c OFF as the response center point c SA supplied by the server device. or, but was to update based on any of the approximate center point c SB, the present embodiment is not limited to such embodiments, the offset c OFF, the response center supplies the server device It may be updated based only on the point c SA . In this case, the terminal device may not include the approximate center point calculation unit 140 and may not calculate the coordinates of the approximate center point cSB . Since the terminal device according to the modification 11 can reduce the processing load related to the calculation of the direction of the geomagnetism Bg, even a simple device can be applied to the geomagnetism measurement system.

(12)変形例12
上述した実施形態及び変形例に係る地磁気測定システムにおいて、サーバ装置は、端末装置においてソフトアイアン効果が生じていることを考慮して応答情報RESを生成したが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、ソフトアイアン効果を考慮せずに応答情報RESを生成するものであってもよい。
例えば、サーバ装置は、データ制御部710(またはデータ制御部710a)及びサーバ側送受信部720の他に、中心点算出部640を備え、中心点算出部640が算出する球面Sの中心点cを、応答中心点cSAに採用し、3行3列の単位行列Iを、応答補正行列Tに採用することで、応答情報RESを生成するものであってもよい。この場合、端末装置は、中心点cの座標を示すベクトルをオフセットcOFFと看做し、楕円補正を施すことなく、地磁気Bgの向きを算出してもよい。また、この場合、サーバ装置は、歪判定部540及び分布判定部620を更に備え、磁気データq〜qの示す座標の分布形状が3次元的であり、且つ、磁気データq〜qが外部磁界Bxの影響を受けない場合に、応答情報RESを生成するものであってもよい。
(12) Modification 12
In the geomagnetism measurement system according to the embodiment and the modification described above, the server device generates the response information RES in consideration of the occurrence of the soft iron effect in the terminal device, but the present invention is limited to such an aspect. The response information RES may be generated without considering the soft iron effect.
For example, the server device includes a center point calculation unit 640 in addition to the data control unit 710 (or data control unit 710a) and the server-side transmission / reception unit 720, and the center point c S of the spherical surface S calculated by the center point calculation unit 640. and it employs the response center point c SA, a unit matrix I of three rows and three columns, by adopting the response correction matrix T a, may be configured to generate response information RES. In this case, the terminal device may consider the vector indicating the coordinates of the center point c S as the offset c OFF and calculate the direction of the geomagnetism Bg without performing ellipse correction. In this case, the server apparatus further includes a distortion determination unit 540 and a distribution determination unit 620, the distribution shape of coordinates indicated by the magnetic data q 1 to q N is three-dimensional, and the magnetic data q 1 to q The response information RES may be generated when N is not affected by the external magnetic field Bx.

SYS…地磁気測定システム、SV…サーバ装置、1…端末装置、60…3次元磁気センサ、21…軟磁性材料、2…部品、130…地磁気算出部、140…近似中心点算出部、200…楕円面補正部、300…楕円面初期補正値生成部、400…楕円面最適補正値生成部、540…歪判定部、620…分布判定部、640…中心点算出部、710…データ制御部、720…サーバ側送受信部、Bg…地磁気、Bi…内部磁界、Bx…外部磁界、Bm…着磁磁界、q…磁気データ、s…変換後磁気データ、T…楕円面補正行列、cOFF…オフセット、TOP…最適楕円面補正行列、cEOP…最適中心点、c…中心点、cSA…応答中心点、cSB…近似中心点、T…応答補正行列、RES…応答情報。
SYS ... Geomagnetic measurement system, SV ... Server device, 1 ... Terminal device, 60 ... 3D magnetic sensor, 21 ... Soft magnetic material, 2 ... Part, 130 ... Geomagnetic calculation unit, 140 ... Approximate center point calculation unit, 200 ... Ellipse Surface correction unit, 300... Elliptic surface initial correction value generation unit, 400... Ellipse surface optimum correction value generation unit, 540... Strain determination unit, 620. ... server-side transceiver, Bg ... geomagnetism, Bi ... internal magnetic field, Bx ... external magnetic field, Bm ... magnetizing magnetic field, q i ... magnetic data, s i ... converted magnetic data, T E ... ellipsoidal correction matrix, c OFF ... offset, T OP ... optimal ellipsoid correction matrix, c EOP ... optimum center point, c S ... center point, c SA ... response center point, c SB ... approximate center point, T A ... response correction matrix, RES ... response information .

Claims (4)

サーバ装置と通信を行う端末装置であって、
3方向の磁気成分をそれぞれ検出し、検出値を3軸の座標系において表現されるベクトルデータである磁気データとして順次出力する3次元磁気センサと、
前記3次元磁気センサから順次出力される前記磁気データを蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に前記磁気データが第1規定数蓄積されたときに、前記第1規定数の前記磁気データを前記サーバ装置に送信し、前記サーバ装置が前記第1規定数の前記磁気データに基づいて算出した、前記磁気データを較正するためのベクトルであるオフセットを受信する端末側送受信部と、
前記蓄積部に前記磁気データが、前記第1規定数よりも少ない第2規定数蓄積されたときに、前記座標系において前記第2規定数の前記磁気データの各々が示す座標により定められる球面の中心点である近似中心点の座標を算出する近似中心点算出部と、
を備え、
前記オフセットの示す座標と前記近似中心点の座標との距離が所定の閾値よりも大きい場合、前記近似中心点の座標を示すベクトルによって前記オフセットを更新する、
ことを特徴とする端末装置。
A terminal device that communicates with a server device,
A three-dimensional magnetic sensor that detects magnetic components in three directions and sequentially outputs detected values as magnetic data that is vector data expressed in a three-axis coordinate system;
An accumulator that accumulates the magnetic data sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor;
When the first prescribed number of magnetic data is stored in the storage unit, the first prescribed number of the magnetic data is transmitted to the server device, and the server device is based on the first prescribed number of the magnetic data. A terminal-side transceiver that receives the offset, which is a vector for calibrating the magnetic data, calculated by
When the magnetic data is stored in the storage unit by a second specified number smaller than the first specified number, a spherical surface defined by coordinates indicated by each of the second specified number of the magnetic data in the coordinate system is stored. An approximate center point calculator that calculates the coordinates of the approximate center point that is the center point;
With
When the distance between the coordinates indicated by the offset and the coordinates of the approximate center point is greater than a predetermined threshold, the offset is updated with a vector indicating the coordinates of the approximate center point.
A terminal device characterized by that.
サーバ装置と通信を行う端末装置であって、
3方向の磁気成分をそれぞれ検出し、検出値を3軸の座標系において表現されるベクトルデータである磁気データとして順次出力する3次元磁気センサと、
前記3次元磁気センサから順次出力される前記磁気データを蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に前記磁気データが第1規定数蓄積されたときに、前記第1規定数の前記磁気データを前記サーバ装置に送信し、前記サーバ装置が前記第1規定数の前記磁気データに基づいて算出した、前記磁気データを較正するためのベクトルであるオフセットを受信する端末側送受信部と、
前記蓄積部に前記磁気データが、前記第1規定数よりも少ない第2規定数蓄積されたときに、前記座標系において前記第2規定数の前記磁気データの各々が示す座標により定められる球面の中心点である近似中心点の座標を算出する近似中心点算出部と、
を備え、
前記蓄積部は、
前記オフセットの示す座標と前記近似中心点の座標との距離が所定の閾値よりも大きい場合、前記第1規定数の前記磁気データの蓄積を開始する、
ことを特徴とする端末装置。
A terminal device that communicates with a server device,
A three-dimensional magnetic sensor that detects magnetic components in three directions and sequentially outputs detected values as magnetic data that is vector data expressed in a three-axis coordinate system;
An accumulator that accumulates the magnetic data sequentially output from the three-dimensional magnetic sensor;
When the first prescribed number of magnetic data is stored in the storage unit, the first prescribed number of the magnetic data is transmitted to the server device, and the server device is based on the first prescribed number of the magnetic data. A terminal-side transceiver that receives the offset, which is a vector for calibrating the magnetic data, calculated by
When the magnetic data is stored in the storage unit by a second specified number smaller than the first specified number, a spherical surface defined by coordinates indicated by each of the second specified number of the magnetic data in the coordinate system is stored. An approximate center point calculator that calculates the coordinates of the approximate center point that is the center point;
With
The storage unit
When the distance between the coordinates indicated by the offset and the coordinates of the approximate center point is larger than a predetermined threshold, accumulation of the first prescribed number of the magnetic data is started.
A terminal device characterized by that.
前記サーバ装置は、
前記端末装置から前記第1規定数の前記磁気データが供給されたとき、
前記座標系において前記第1規定数の前記磁気データの各々が示す座標を近傍に有するように定められた最適楕円面の中心点の座標と、前記最適楕円面上の座標を前記最適楕円面の中心点を中心とする球面上の座標へと座標変換する最適楕円面補正行列とを算出する楕円面補正部と、
前記最適楕円面の中心点を応答中心点として採用するとともに、前記最適楕円面補正行列を応答補正行列として採用し、前記応答中心点と前記応答補正行列とからなる応答情報を生成するデータ制御部と、
前記応答情報を前記端末装置に送信するサーバ側送受信部と、
を備え、
前記端末側送受信部は、
前記サーバ側送受信部が送信した前記応答情報を受信する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の端末装置。
The server device
When the first prescribed number of the magnetic data is supplied from the terminal device,
In the coordinate system, the coordinates of the center point of the optimum ellipsoid determined so as to have the coordinates indicated by each of the first prescribed number of magnetic data in the vicinity, and the coordinates on the optimum ellipsoid are the coordinates of the optimum ellipsoid. An ellipsoidal correction unit that calculates an optimal ellipsoidal correction matrix for coordinate conversion into coordinates on a sphere centered on the center point;
A data control unit that employs the center point of the optimum ellipsoid as a response center point, employs the optimum ellipsoid correction matrix as a response correction matrix, and generates response information including the response center point and the response correction matrix When,
A server-side transmitting / receiving unit that transmits the response information to the terminal device;
With
The terminal side transceiver is
Receiving the response information transmitted by the server-side transceiver unit;
The terminal device according to claim 1, wherein:
前記サーバ装置は、
前記座標系において前記第1規定数の前記磁気データの各々が示す座標を近傍に有するように定められた球面の中心点の座標を算出する中心点算出部と、
前記第1規定数の前記磁気データを表面近傍に有するように定められた立体の形状と前記球面の形状との相違の程度を示す歪評価値を算出し、前記歪評価値が歪許容値以下であるか否かを判定する歪判定部と、
を更に備え、
前記データ制御部は、
前記歪判定部における判定結果が肯定である場合、
前記中心点算出部が算出した中心点を応答中心点として採用するとともに、単位行列を応答補正行列として採用し、
前記歪判定部における判定結果が否定である場合、
前記最適楕円面の中心点を応答中心点として採用するとともに、前記最適楕円面補正行列を応答補正行列として採用する
ことを特徴とする請求項3に記載の端末装置。
The server device
A center point calculation unit for calculating coordinates of the center point of the spherical surface determined so as to have the coordinates indicated by each of the first prescribed number of the magnetic data in the coordinate system;
Calculating a distortion evaluation value indicating the degree of difference between the three-dimensional shape defined so as to have the magnetic data of the first prescribed number near the surface and shape of the spherical surface, the distortion evaluation value is less than the distortion tolerance A distortion determination unit that determines whether or not
Further comprising
The data control unit
When the determination result in the distortion determination unit is affirmative,
The center point calculated by the center point calculation unit is adopted as a response center point, and a unit matrix is adopted as a response correction matrix.
When the determination result in the distortion determination unit is negative,
The terminal device according to claim 3 , wherein a center point of the optimum ellipsoid is adopted as a response center point, and the optimum ellipsoid correction matrix is adopted as a response correction matrix.
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