JP7035440B2 - Position measurement method, electronic equipment and positioning system - Google Patents

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Description

本発明は、慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測する位置計測方法等に関する。 The present invention relates to a position measuring method and the like for measuring position information using a measurement signal of an inertial measurement unit.

ランニングやマラソンなどの運動を行うユーザーの腕などに装着して使用される、いわゆるランナーズウォッチと呼ばれる携帯型の電子機器が普及している。このような電子機器には、加速度センサーやジャイロセンサーといった慣性計測装置を内蔵し、慣性計測装置の計測値を用いた慣性航法演算によって、ユーザーの位置や速度、移動距離といった、ユーザーの運動に関する情報をリアルタイムに表示する機能を有するものがある(例えば、特許文献1参照)。 Portable electronic devices, so-called runner's watches, that are worn on the wrists of users who perform exercises such as running and marathons are becoming widespread. Such electronic devices have built-in inertial measurement units such as acceleration sensors and gyro sensors, and information on the user's motion such as the user's position, speed, and distance traveled by inertial navigation calculations using the measured values of the inertial measurement unit. Some have a function of displaying the image in real time (see, for example, Patent Document 1).

米国特許出願公開第2003/0216865号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2003/0216865

ところで、慣性計測装置が出力する計測値にはバイアス(誤差)が含まれており、このバイアスによって慣性航法演算結果に大きな誤差が生じる可能性がある。これに対処するため、例えば、上述の特許文献1では、GPS(Global Positioning System)の測位を並行して行い、この測位結果を用いたカルマンフィルターによって慣性計測装置の計測値に含まれるバイアスを推定・除去することで慣性航法演算結果を補正している。 By the way, the measured value output by the inertial measurement unit includes a bias (error), and this bias may cause a large error in the inertial navigation calculation result. In order to deal with this, for example, in Patent Document 1 described above, GPS (Global Positioning System) positioning is performed in parallel, and the bias included in the measured value of the inertial measurement unit is estimated by the Kalman filter using this positioning result. -By removing it, the inertial navigation calculation result is corrected.

しかしながら、カルマンフィルター処理では、加速度センサー及びジャイロセンサーのそれぞれの計測値のバイアスと、慣性航法演算結果である位置、速度及び姿勢との状態値が必要であるが、加速度センサー及びジャイロセンサーは三軸センサーであり、また、慣性航法演算結果である位置、速度及び姿勢は三軸成分値として与えられるため、例えば合計15状態の値といった多くの値が必要であり、処理負荷が大きい。また、環境変化や経時変化などによる慣性センサーの計測値のドリフトに起因する慣性航法演算結果のドリフトを抑制するため、GPS測位を並行して行って、そのGPSの測位結果に基づいて慣性航法演算結果を高頻度に補正する必要がある。GPS測位に要する消費電力は、慣性航法演算に比べて大きく、また処理負荷も大きい。 However, in the Kalman filter processing, the bias of the measured values of the accelerometer and the gyro sensor and the state values of the position, speed and attitude which are the results of the inertial navigation calculation are required, but the accelerometer and the gyro sensor have three axes. Since the position, speed, and attitude, which are the sensor and the result of the inertial navigation calculation, are given as triaxial component values, many values such as a total of 15 state values are required, and the processing load is large. In addition, in order to suppress the drift of the inertial navigation calculation result due to the drift of the measured value of the inertial sensor due to environmental changes and changes over time, GPS positioning is performed in parallel and the inertial navigation calculation is performed based on the GPS positioning result. Results need to be corrected frequently. The power consumption required for GPS positioning is larger than that of the inertial navigation calculation, and the processing load is also large.

処理負荷の増加は、処理時間や消費電力の増加に繋がる。携帯型の電子機器では、機器全体の小型化、軽量化、および低消費電力化が求められているため、処理負荷の増加を可能な限り抑えること、或いは、処理負荷を低減させることが求められる。 An increase in processing load leads to an increase in processing time and power consumption. Since portable electronic devices are required to be smaller, lighter, and consume less power as a whole, it is required to suppress the increase in processing load as much as possible or reduce the processing load. ..

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、慣性計測装置の計測信号を用いた位置情報の計測を行う電子機器において、消費電力を抑制しつつ、高精度な位置情報の計測を行えるようにすることである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to achieve high accuracy while suppressing power consumption in an electronic device that measures position information using a measurement signal of an inertial measurement unit. It is to be able to measure various position information.

上記課題を解決するための第1の発明は、演算処理装置が慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測する位置計測方法であって、前記慣性計測装置は、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動く前記ユーザーの所定部位に装着され、前記演算処理装置は、前記位置情報を計測するリアルタイム計測処理、を実行し、前記リアルタイム計測処理は、前記移動または運動によって周期的に表れる前記計測信号の信号特性に基づいて前記ユーザーのスピードを推計することと、前記計測信号に基づいてヨー角を計算することと、前記スピードおよび前記ヨー角を用いて前記位置情報を計測することと、を含む、位置計測方法である。 The first invention for solving the above-mentioned problems is a position measurement method in which an arithmetic processing unit measures position information using a measurement signal of an inertial measurement unit, and the inertial measurement unit is used for movement or movement of a user. Attached to a predetermined part of the user who moves periodically with the user, the arithmetic processing unit executes a real-time measurement process for measuring the position information, and the real-time measurement process appears periodically by the movement or movement. Estimating the speed of the user based on the signal characteristics of the measurement signal, calculating the yaw angle based on the measurement signal, and measuring the position information using the speed and the yaw angle. It is a position measurement method including.

第1の発明によれば、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動くユーザーの所定部位に装着した慣性計測装置の計測信号に基づき、従来の慣性航法演算とは異なる手法によって、ユーザーの位置情報を計測することができる。また、本発明の位置計測方法によれば、従来の慣性航法演算に比較して位置情報の計測に要する処理負荷を軽減し、消費電力の低減を図ることができる。 According to the first invention, the position of the user is based on the measurement signal of the inertial measurement unit attached to the predetermined part of the user who moves periodically with the movement or movement of the user, by a method different from the conventional inertial navigation calculation. Information can be measured. Further, according to the position measurement method of the present invention, it is possible to reduce the processing load required for measuring the position information and reduce the power consumption as compared with the conventional inertial navigation calculation.

すなわち、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動く所定部位を腕とするならば、腕が周期的に動くことで周期的に表れる計測信号の信号特性からユーザーのスピードを推計することができ、また、計測信号に基づいてヨー角を計算することで、このスピード、及び、ヨー角を用いて、ユーザーの位置情報を計測することができる。ここで、スピードとは、速さのことであり、例えば、単位時間当たりに進む距離を意味しており、移動する方向を含んでいない意味である。 That is, if the arm is a predetermined part that moves periodically with the movement or movement of the user, the speed of the user can be estimated from the signal characteristics of the measurement signal that appears periodically by the movement of the arm periodically. Further, by calculating the yaw angle based on the measurement signal, the user's position information can be measured by using this speed and the yaw angle. Here, the speed means a speed, for example, a distance traveled per unit time, and does not include a direction of movement.

第2の発明は、第1の発明の位置計測方法であって、前記リアルタイム計測処理は、前記計測信号に含まれる計測加速度信号の加速度を求め、当該加速度の変化に基づいて前記計測加速度信号の周期を判定することと、前記周期に基づいて前記計測加速度信号の振幅を算出することと、を含み、前記推計することは、前記振幅に基づいて前記スピードを推計することを含む、位置計測方法である。 The second invention is the position measurement method of the first invention, in which the real-time measurement process obtains the acceleration of the measurement acceleration signal included in the measurement signal, and based on the change in the acceleration, the measurement acceleration signal of the measurement acceleration signal is obtained. A position measuring method comprising determining a period and calculating the amplitude of the measured acceleration signal based on the period, the estimation comprising estimating the speed based on the amplitude. Is.

第2の発明によれば、計測信号に基づくユーザーのスピードの推計は、この計測信号に含まれる計測加速度信号の振幅に基づいて行うことができる。 According to the second invention, the estimation of the user's speed based on the measurement signal can be performed based on the amplitude of the measurement acceleration signal included in the measurement signal.

第3の発明は、第1又は第2の発明の位置計測方法であって、前記演算処理装置は、前記計測信号に基づいて、前記ユーザーが前記移動運動を行っているか、停止しているか、を少なくとも含む前記ユーザーの行動種別を判定し、前記移動運動を行っていると判定した場合に前記リアルタイム計測処理を実行する、位置計測方法である。 A third aspect of the invention is the position measuring method of the first or second invention, in which the arithmetic processing unit determines whether the user is performing or stopping the locomotion based on the measurement signal. It is a position measurement method that determines the behavior type of the user including at least the above, and executes the real-time measurement process when it is determined that the locomotion is being performed.

第3の発明によれば、ユーザーの位置情報を計測するリアルタイム計測処理を、計測信号に基づいてユーザーが移動運動を行っていると判定した場合に実行することができる。つまり、計測信号に基づき、ユーザーが腕振り動作を行っているか否かを判定することができるため、移動運動を行っているか停止しているかといった行動種別を判定できるのである。そして、ユーザーが移動運動を行っている場合にのみユーザーの位置情報を計測し、停止している場合には位置情報の計測を停止するといったことができるため、不要な電力消費を抑制することができる。 According to the third invention, the real-time measurement process for measuring the user's position information can be executed when it is determined that the user is performing a locomotion based on the measurement signal. That is, since it is possible to determine whether or not the user is performing an arm swinging motion based on the measurement signal, it is possible to determine an action type such as whether or not the user is performing a locomotion or stopping. Then, the user's position information can be measured only when the user is moving, and the position information measurement can be stopped when the user is stopped, so that unnecessary power consumption can be suppressed. can.

第4の発明は、第1~第3の何れかの発明の位置計測方法であって、前記リアルタイム計測処理は、移動距離を算出することと、前記移動運動の経過時間を計時することと、前記移動距離および前記経過時間に基づいて、所定の単位距離の移動に要した時間を算出することと、を含む、位置計測方法である。 The fourth invention is the position measuring method of any one of the first to third inventions, and the real-time measurement processing includes calculating a moving distance, measuring the elapsed time of the moving motion, and measuring the elapsed time of the moving motion. It is a position measurement method including calculating the time required for movement of a predetermined unit distance based on the movement distance and the elapsed time.

第4の発明によれば、移動距離及び移動運動の経過時間を算出して、例えば、ラップタイムやペースといったランニングやマラソンに関する情報を算出することができる。 According to the fourth invention, it is possible to calculate the travel distance and the elapsed time of the locomotion, and to calculate information about running or marathon such as lap time and pace.

第5の発明は、第1~第4の何れかの発明の位置計測方法であって、前記ユーザーは、前記所定部位或いは他の部位に衛星測位装置を装着しており、前記リアルタイム計測処理は、所与のタイミングで前記衛星測位装置に計測動作を行わせることで、参考航法情報を取得する制御を行うことと、前記推計したスピードを、前記参考航法情報に含まれる参考スピードに基づいて補正することと、を含む、位置計測方法である。 A fifth aspect of the invention is the position measurement method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the user has a satellite positioning device attached to the predetermined portion or another portion, and the real-time measurement process is performed. , Control to acquire reference navigation information by causing the satellite positioning device to perform measurement operation at a given timing, and correct the estimated speed based on the reference speed included in the reference navigation information. It is a position measurement method including to do.

第5の発明によれば、ユーザーの所定部位或いは他の部位に装着した衛星測位装置に計測動作を行わせて参考航法情報を取得し、参考航法情報に含まれる参考スピード情報に基づいて、推計したスピードを補正することで、位置情報の計測の精度を向上させることができる。 According to the fifth invention, a satellite positioning device mounted on a predetermined part of the user or another part is made to perform a measurement operation to acquire reference navigation information, and an estimation is made based on the reference speed information included in the reference navigation information. By correcting the speed, the accuracy of position information measurement can be improved.

第6の発明は、第1~第4の何れかの発明の位置計測方法であって、前記ユーザーは、前記所定部位或いは他の部位に衛星測位装置を装着しており、前記リアルタイム計測処理は、所与のタイミングで前記衛星測位装置に計測動作を行わせることで、参考航法情報を取得する制御を行うことと、前記リアルタイム計測処理の計測結果を計測時刻と対応付けて記録することと、前記参考航法情報を取得時刻と対応付けて記録することと、を含み、前記演算処理装置は、前記リアルタイム計測処理の計測結果を、前記参考航法情報を用いて修正する修正処理、を実行する、位置計測方法である。 The sixth invention is the position measurement method of any one of the first to fourth inventions, wherein the user has a satellite positioning device attached to the predetermined portion or another portion, and the real-time measurement process is performed. By having the satellite positioning device perform a measurement operation at a given timing, control for acquiring reference navigation information is performed, and the measurement result of the real-time measurement process is recorded in association with the measurement time. The arithmetic processing apparatus executes a correction process of correcting the measurement result of the real-time measurement process by using the reference navigation information, including recording the reference navigation information in association with the acquisition time. It is a position measurement method.

第6の発明によれば、ユーザーの所定部位或いは他の部位に装着した衛星測位装置に計測動作を行わせて取得した参考航法情報を用いて、リアルタイム計測処理の計測結果を修正することができる。これにより、計測した位置情報の精度を向上させることができる。 According to the sixth invention, it is possible to correct the measurement result of the real-time measurement process by using the reference navigation information acquired by performing the measurement operation on the satellite positioning device attached to the predetermined part of the user or another part. .. This makes it possible to improve the accuracy of the measured position information.

第7の発明は、第6の発明の位置計測方法であって、前記演算処理装置は、前記ユーザーの所定の終了操作、或いは、前記計測信号に基づいて、前記ユーザーが前記移動運動を終了したことを判断し、終了の判断をした場合に前記修正処理を実行する、位置計測方法である。 A seventh aspect of the invention is the position measuring method of the sixth invention, in which the user has terminated the locomotion of the arithmetic processing unit based on a predetermined termination operation of the user or the measurement signal. It is a position measurement method that executes the correction process when it is determined that the invention is completed.

第7の発明によれば、ユーザーが移動運動を終了したと判断した場合に、リアルタイム計測処理の計測結果を修正することができる。 According to the seventh invention, when it is determined that the user has finished the locomotion, the measurement result of the real-time measurement process can be modified.

第8の発明は、第6の発明の位置計測方法であって、前記演算処理装置は、前記計測信号に基づいて、前記ユーザーが停止したことを判断し、停止の判断をした場合に前記修正処理を実行する、位置計測方法である。 An eighth aspect of the invention is the position measuring method of the sixth invention, wherein the arithmetic processing unit determines that the user has stopped based on the measurement signal, and when the user determines that the user has stopped, the modification is made. It is a position measurement method that executes processing.

第8の発明によれば、ユーザーが停止したと判断した場合に、リアルタイム計測処理の計測結果を修正することができる。 According to the eighth invention, when it is determined that the user has stopped, the measurement result of the real-time measurement process can be corrected.

第9の発明は、第6の発明の位置計測方法であって、前記演算処理装置は、前記計測結果および前記参考航法情報の記録データ量又は記録回数に基づいて、前記修正処理を実行する、位置計測方法である。 A ninth aspect of the invention is the position measurement method of the sixth aspect, wherein the arithmetic processing unit executes the correction process based on the recorded data amount or the number of times of recording of the measurement result and the reference navigation information. It is a position measurement method.

第9の発明によれば、リアルタイム計測処理の計測結果及び参考航法情報の記録データ量又は記録回数に基づいて修正処理を実行することができる。これにより、例えば、記録データ量が所定量以上となった場合、又は、記録回数が所定回数以上となった場合に修正処理を実行することで、修正の対象となるデータがある程度蓄積された状態で修正処理を実行できるため、リアルタイム計測処理の計測結果の修正を効率良く行うことができる。 According to the ninth invention, the correction process can be executed based on the measurement result of the real-time measurement process and the recorded data amount or the number of times of recording of the reference navigation information. As a result, for example, when the amount of recorded data exceeds a predetermined amount, or when the number of recordings exceeds a predetermined number, the correction process is executed, so that the data to be corrected is accumulated to some extent. Since the correction process can be executed with, the measurement result of the real-time measurement process can be corrected efficiently.

第10の発明は、第1~第4の何れかの発明の位置計測方法であって、前記ユーザーは、前記所定部位或いは他の部位に衛星測位装置を装着しており、前記リアルタイム計測処理は、所与のタイミングで前記衛星測位装置に計測動作を行わせることで、参考航法情報を取得する制御を行うことと、前記リアルタイム計測処理の計測結果を計測時刻と対応付けて記録することと、前記参考航法情報を取得時刻と対応付けて記録することと、を含み、前記演算処理装置とは別体の第2の演算処理装置が、前記リアルタイム計測処理の計測結果を、前記参考航法情報を用いて修正する修正処理、を実行する、位置計測方法である。 A tenth aspect of the present invention is the position measurement method of any one of the first to fourth aspects, wherein the user has a satellite positioning device attached to the predetermined portion or another portion, and the real-time measurement process is performed. By having the satellite positioning device perform a measurement operation at a given timing, control for acquiring reference navigation information is performed, and the measurement result of the real-time measurement process is recorded in association with the measurement time. A second arithmetic processing apparatus, which is separate from the arithmetic processing apparatus, includes recording the reference navigation information in association with the acquisition time, and the second arithmetic processing apparatus separates the arithmetic processing apparatus from the measurement result of the real-time measurement processing and the reference navigation information. It is a position measurement method that executes a correction process that corrects by using.

第10の発明によれば、演算処理装置がリアルタイム計測処理を実行し、演算処理装置とは別体の第2の演算処理装置が修正処理を実行するといったように、処理を分散させることができる。また、計測した位置情報の精度を、修正処理によって向上させることができる。 According to the tenth invention, the processing can be distributed such that the arithmetic processing unit executes the real-time measurement processing and the second arithmetic processing unit separate from the arithmetic processing unit executes the correction processing. .. In addition, the accuracy of the measured position information can be improved by the correction process.

第11の発明は、第6~第10の何れかの発明の位置計測方法であって、前記リアルタイム計測処理は、前記衛星測位装置に計測動作を行わせる時間間隔を制御すること、を含む、位置計測方法である。 The eleventh invention is the position measurement method of any one of the sixth to tenth inventions, and the real-time measurement process includes controlling a time interval for causing the satellite positioning device to perform a measurement operation. It is a position measurement method.

第11の発明によれば、衛星測位装置に計測動作を行わせる時間間隔を制御することができる。これにより、衛星測位装置の測位動作に係る電力消費を抑制させることができる。 According to the eleventh invention, it is possible to control the time interval for causing the satellite positioning device to perform the measurement operation. As a result, it is possible to suppress the power consumption related to the positioning operation of the satellite positioning device.

第12の発明は、第11の発明の位置計測方法であって、前記時間間隔を制御することは、計測開始からの経過時間が所定条件を満たした場合に前記時間間隔を長くすることを含む、位置計測方法である。 A twelfth invention is the position measuring method of the eleventh invention, and controlling the time interval includes lengthening the time interval when the elapsed time from the start of measurement satisfies a predetermined condition. , Position measurement method.

第12の発明によれば、衛星測位装置に計測動作を行わせる時間間隔を、計測開始からの経過時間が所定条件を満たした場合に長くすることができる。例えば、経過時間が所定時間に達したことを所定条件とすることで、測位の開始直後は短い時間間隔で測位動作を行わせ、それ以降は長い時間間隔で測位動作を行わせるといったことができる。更に、この所定条件とする所定時間を段階的に定めることで、時間経過に従って、計測動作を行わせる時間間隔を徐々に長くするといったことができる。 According to the twelfth invention, the time interval for causing the satellite positioning device to perform the measurement operation can be lengthened when the elapsed time from the start of measurement satisfies a predetermined condition. For example, by setting the elapsed time to reach a predetermined time as a predetermined condition, it is possible to perform the positioning operation at a short time interval immediately after the start of positioning and to perform the positioning operation at a long time interval thereafter. .. Further, by setting the predetermined time as the predetermined condition stepwise, it is possible to gradually lengthen the time interval for performing the measurement operation with the passage of time.

第13の発明は、第11又は第12の発明の位置計測方法であって、前記時間間隔を制御することは、前記衛星測位装置が測位位置を確定できなかった場合、或いは、確定に所定時間以上かかった場合に、前記時間間隔を短くすることを含む、位置計測方法である。 The thirteenth invention is the position measurement method of the eleventh or twelfth invention, and controlling the time interval is a case where the satellite positioning device cannot determine the positioning position, or a predetermined time for determination. It is a position measurement method including shortening the time interval when the above time is taken.

第13の発明によれば、衛星測位装置が測位動作に失敗して測位位置が確定できなかった場合や、確定に所定時間以上かかった場合に、衛星測位装置に測位動作を行わせる時間間隔を短くすることで、参考航法情報の取得時間間隔が長くなることを防止できる。 According to the thirteenth invention, when the satellite positioning device fails in the positioning operation and the positioning position cannot be determined, or when the determination takes more than a predetermined time, the time interval for causing the satellite positioning device to perform the positioning operation is set. By shortening it, it is possible to prevent the acquisition time interval of reference navigation information from becoming long.

第14の発明は、第11~第13の何れかの発明の位置計測方法であって、前記時間間隔を制御することは、前記ヨー角が所定角度以上変化した場合に、前記時間間隔を短くすることを含む、位置計測方法である。 The fourteenth invention is the position measuring method of any one of the eleventh to thirteenth inventions, and controlling the time interval shortens the time interval when the yaw angle changes by a predetermined angle or more. It is a position measurement method including to do.

第14の発明によれば、衛星測位装置に測位動作を行わせる時間間隔を、慣性計測装置の計測信号に基づくヨー角が所定角度以上変化した場合に短くすることができる。これにより、ユーザーの移動方向が大きく変化した場合には、短い時間間隔で測位動作を行わせて参考航法情報を取得することができるようになり、移動方向の変化に際してのリアルタイム計測処理の計測結果を、より精度良く修正することができる。 According to the fourteenth invention, the time interval for causing the satellite positioning device to perform the positioning operation can be shortened when the yaw angle based on the measurement signal of the inertial measurement unit changes by a predetermined angle or more. As a result, when the user's movement direction changes significantly, it becomes possible to acquire reference navigation information by performing positioning operations at short time intervals, and the measurement results of real-time measurement processing when the movement direction changes. Can be corrected more accurately.

第15の発明は、第6~第14の何れかの発明の位置計測方法であって、前記計測結果には、前記位置情報と前記ヨー角とが含まれ、前記参考航法情報には、参考位置情報と参考ヨー角とが含まれ、前記修正処理は、前記計測結果に含まれるヨー角の補正を、前記参考ヨー角に基づいて行うことと、前記計測結果に含まれる位置情報の補正を、前記補正後のヨー角に基づいて行うことと、を含む、位置計測方法である。 The fifteenth invention is the position measurement method of any one of the sixth to fourteenth inventions, wherein the measurement result includes the position information and the yaw angle, and the reference navigation information includes reference. The position information and the reference yaw angle are included, and the correction process corrects the yaw angle included in the measurement result based on the reference yaw angle and corrects the position information included in the measurement result. , The position measurement method including the correction based on the corrected yaw angle.

第15の発明によれば、リアルタイム計測処理の計測結果の修正として、計測結果に含まれるヨー角を参考航法情報に含まれる参考ヨー角に基づいて補正し、補正後のヨー角に基づいて計測結果に含まれる位置情報を補正することができる。 According to the fifteenth invention, as a correction of the measurement result of the real-time measurement process, the yaw angle included in the measurement result is corrected based on the reference yaw angle included in the reference navigation information, and the measurement is performed based on the corrected yaw angle. The position information included in the result can be corrected.

第16の発明は、第15の発明の位置計測方法であって、前記ヨー角の補正は、前記計測結果に含まれるヨー角と前記参考ヨー角との差に基づいて、前記計測結果に含まれるヨー角を補正することを含む、位置計測方法である。 The sixteenth invention is the position measurement method of the fifteenth invention, and the correction of the yaw angle is included in the measurement result based on the difference between the yaw angle included in the measurement result and the reference yaw angle. It is a position measurement method including correction of the yaw angle.

第16の発明によれば、リアルタイム計測処理の計測結果の修正において、計測結果に含まれるヨー角の補正を、計測結果に含まれるヨー角と参考ヨー角との差に基づいて行うことができる。 According to the sixteenth invention, in the correction of the measurement result of the real-time measurement process, the yaw angle included in the measurement result can be corrected based on the difference between the yaw angle included in the measurement result and the reference yaw angle. ..

第17の発明は、第15又は第16の発明の位置計測方法であって、前記ヨー角の補正は、前記計測結果に含まれるデータの記録時間範囲が長短異なる複数の範囲毎に段階的に行う、位置計測方法である。 The seventeenth invention is the position measurement method of the fifteenth or sixteenth invention, and the yaw angle correction is performed stepwise for each of a plurality of ranges in which the recording time range of the data included in the measurement result is different. It is a position measurement method to be performed.

第17の発明によれば、記録時間範囲が長短異なる複数の範囲毎に段階的に行うことで、ヨー角の補正を効率良く行うことができ、ヨー角の補正に係る演算量の低減、ひいては消費電力の低減につながる。 According to the seventeenth invention, the yaw angle can be corrected efficiently by performing stepwise for each of a plurality of ranges having different recording time ranges, and the amount of calculation related to the yaw angle correction can be reduced, and eventually, the yaw angle can be corrected. This leads to a reduction in power consumption.

第18の発明は、第6~第17の何れかの発明の位置計測方法であって、前記修正処理は、前記位置情報を結んだ軌跡が、前記参考位置情報を通過するように前記位置情報を補正すること、を含む位置計測方法である。 The eighteenth invention is the position measurement method of any one of the sixth to seventeenth inventions, and in the correction process, the position information is such that the locus connecting the position information passes through the reference position information. It is a position measurement method including correction.

第18の発明によれば、リアルタイム計測処理の計測結果の修正において、計測結果に含まれる位置情報を結んだ軌跡が、参考航法情報に含まれる参考位置情報を通過するように、位置情報を補正することができる。 According to the eighteenth invention, in the correction of the measurement result of the real-time measurement process, the position information is corrected so that the locus connecting the position information included in the measurement result passes through the reference position information included in the reference navigation information. can do.

第19の発明は、演算処理装置と慣性計測装置と衛星測位装置とを備えた電子機器が実行する位置計測方法であって、前記電子機器は、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動く前記ユーザーの所定部位に装着され、前記衛星測位装置は、前記ユーザーの移動または運動中に、第1の周期で参照位置情報を含む参照航法情報を取得し、前記演算処理装置は、前記ユーザーの移動または運動中に、前記第1の周期よりも短い第2の周期で前記慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理と、前記ユーザーの移動または運動中に、前記ユーザーの所定の操作、或いは、前記計測信号に基づいて、前記ユーザーが前記移動または運動を中断または終了したことを判断した場合に、前記参照航法情報を用いて前記リアルタイム計測処理の計測結果を修正する修正処理と、を実行することを特徴とする位置計測方法である。 A nineteenth invention is a position measurement method executed by an electronic device including an arithmetic processing unit, an inertial measurement unit, and a satellite positioning device, and the electronic device periodically moves with the movement or movement of a user. Attached to a predetermined portion of the user, the satellite positioning device acquires reference navigation information including reference position information in the first cycle while the user is moving or moving, and the arithmetic processing unit is used by the user. Real-time measurement processing that measures position information using the measurement signal of the inertial measurement unit in a second cycle shorter than the first cycle during movement or exercise, and the user during movement or exercise of the user. When it is determined that the user has interrupted or terminated the movement or movement based on the predetermined operation or the measurement signal, the reference navigation information is used to correct the measurement result of the real-time measurement process. It is a position measurement method characterized by performing correction processing and execution.

第19の発明によれば、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動くユーザーの所定部位に装着される電子機器によって、ユーザーの位置情報の計測を、消費電力を抑制しつつ精度良く行うことができる。すなわち、電子機器が備える演算処理装置は、電子機器が備える慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理を実行し、ユーザーが停止したと判断した場合に、電子機器が備える衛星測位装置が取得した参考航法情報を用いて、リアルタイム計測処理の計測結果を修正する修正処理を実行する。また、位置情報の計測に比較して演算処理負荷が大きい衛星測位装置による参考航法情報の取得を、位置情報を計測する第2の周期より長い第1の周期で行うことで、電子機器全体での消費電力を抑制することができる。 According to the nineteenth invention, the position information of the user is measured with high accuracy while suppressing the power consumption by the electronic device attached to the predetermined part of the user which moves periodically with the movement or movement of the user. Can be done. That is, the arithmetic processing unit provided in the electronic device executes real-time measurement processing for measuring the position information using the measurement signal of the inertial measurement unit provided in the electronic device, and the electronic device is provided when it is determined that the user has stopped. Using the reference navigation information acquired by the satellite positioning device, the correction process for correcting the measurement result of the real-time measurement process is executed. In addition, the reference navigation information is acquired by the satellite positioning device, which has a larger arithmetic processing load than the measurement of position information, in the first cycle, which is longer than the second cycle in which position information is measured, so that the entire electronic device can acquire the reference navigation information. Power consumption can be suppressed.

第20の発明は、第19の発明の位置計測方法であって、前記リアルタイム計測処理は、前記移動運動によって周期的に表れる前記計測信号の信号特性に基づいて前記ユーザーのスピードを推計することと、前記計測信号に基づいてヨー角を計算することと、前記スピードおよび前記ヨー角を用いて前記位置情報を計測することと、を含むことを特徴とする位置計測方法である。 A twentieth invention is the position measurement method of the nineteenth invention, wherein the real-time measurement process estimates the speed of the user based on the signal characteristics of the measurement signal periodically appearing due to the locomotion. The position measurement method comprises calculating the yaw angle based on the measurement signal, and measuring the position information using the speed and the yaw angle.

第20の発明によれば、リアルタイム計測処理では、ユーザーの所定部位が周期的に動くことで周期的に表れる計測信号の信号特性からユーザーのスピードを推計することができ、また、計測信号に基づいてヨー角を計算することで、このスピード、及び、ヨー角を用いて、ユーザーの位置情報を計測することができる。 According to the twentieth invention, in the real-time measurement process, the speed of the user can be estimated from the signal characteristics of the measurement signal that appears periodically by the periodic movement of the predetermined part of the user, and the speed of the user can be estimated based on the measurement signal. By calculating the yaw angle, the user's position information can be measured using this speed and the yaw angle.

第21の発明は、第19又は第20の発明の位置計測方法であって、前記リアルタイム計測処理は、前記リアルタイム計測処理の計測結果を計測時刻と対応付けて記録することと、前記参考航法情報を取得時刻と対応付けて記録することと、を含み、前記修正処理は、前記記録された前記計測結果を、前記計測結果の前記計測時刻に対応する前記取得時刻における前記参考航法情報に基づいて修正すること、を含むことを特徴とする位置計測方法である。 The 21st invention is the position measurement method of the 19th or 20th invention, and the real-time measurement process records the measurement result of the real-time measurement process in association with the measurement time, and the reference navigation information. Is recorded in association with the acquisition time, and the correction process includes the recorded measurement result based on the reference navigation information at the acquisition time corresponding to the measurement time of the measurement result. It is a position measurement method characterized by including correction.

第21の発明によれば、修正処理では、リアルタイム計測処理の計測結果を、その計測時刻に取得した参考航法情報に基づいて修正することができる。 According to the twenty-first invention, in the correction process, the measurement result of the real-time measurement process can be corrected based on the reference navigation information acquired at the measurement time.

第22の発明は、第19~第21の何れかの発明の位置計測方法であって、前記衛星測位装置は、時間経過に従って、前記第1の周期を徐々に長くすることを含む、位置計測方法である。 The 22nd invention is the position measuring method according to any one of 19th to 21st, wherein the satellite positioning device includes gradually lengthening the first cycle with the passage of time. The method.

第22の発明によれば、時間経過に伴って、衛星測位装置に測位動作を行わせる第1の周期を徐々に長くすることができる。結果、消費電力を低減させることができる。 According to the 22nd invention, it is possible to gradually lengthen the first cycle of causing the satellite positioning device to perform the positioning operation with the passage of time. As a result, power consumption can be reduced.

第23の発明は、第22の発明の位置計測方法であって、前記衛星測位装置は、前記衛星測位装置が測位位置を確定できなかった場合、或いは、確定に所定時間以上かかった場合に、前記第1の周期を短くすることを含む、位置計測方法である。 The 23rd invention is the position measurement method of the 22nd invention, in which the satellite positioning device cannot determine the positioning position, or when it takes a predetermined time or more to determine the positioning position. It is a position measurement method including shortening the first cycle.

第23の発明によれば、衛星測位装置が測位動作に失敗して測位位置が確定できなかった場合や、確定に所定時間以上かかった場合に、衛星測位装置に測位動作を行わせる第1の周期を短くすることで、参考航法情報の取得時間間隔が長くなることを防止することができる。 According to the 23rd invention, when the satellite positioning device fails in the positioning operation and the positioning position cannot be determined, or when the determination takes more than a predetermined time, the satellite positioning device is made to perform the positioning operation. By shortening the cycle, it is possible to prevent the acquisition time interval of reference navigation information from becoming long.

第24の発明は、演算処理装置と慣性計測装置と衛星測位装置とを備えた電子機器であって、前記電子機器は、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動く前記ユーザーの所定部位に装着され、前記演算処理装置は、前記慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理と、前記リアルタイム計測処理の計測結果を修正する修正処理と、を実行し、前記リアルタイム計測処理は、前記移動または運動によって周期的に表れる前記計測信号の信号特性に基づいて前記ユーザーのスピードを推計することと、前記計測信号に基づいてヨー角を計算することと、前記スピードおよび前記ヨー角を用いて前記位置情報を計測することと、所与のタイミングで前記衛星測位装置に計測動作を行わせることで、参考航法情報を取得する制御を行うことと、前記リアルタイム計測処理の計測結果を計測時刻と対応付けて記録することと、前記参考航法情報を取得時刻と対応付けて記録することと、を含み、前記修正処理は、前記参考航法情報を用いて、前記記録された前記計測結果を修正すること、を含む、電子機器である。 A twelfth invention is an electronic device including an arithmetic processing device, an inertial measurement unit, and a satellite positioning device, wherein the electronic device is located at a predetermined portion of the user who periodically moves with the movement or movement of the user. The arithmetic processing unit is mounted, and the arithmetic processing unit executes real-time measurement processing for measuring position information using the measurement signal of the inertial measurement unit and correction processing for correcting the measurement result of the real-time measurement processing, and the real-time measurement is performed. The processing involves estimating the speed of the user based on the signal characteristics of the measurement signal periodically appearing due to the movement or movement, calculating the yaw angle based on the measurement signal, and the speed and the yaw. The position information is measured using the angle, the satellite positioning device is made to perform the measurement operation at a given timing, the control for acquiring the reference navigation information is performed, and the measurement result of the real-time measurement process is performed. Is recorded in association with the measurement time, and the reference navigation information is recorded in association with the acquisition time, and the correction process includes the recorded measurement using the reference navigation information. Electronic devices, including modifying the results.

第24の発明によれば、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動くユーザーの所定部位に装着されて、ユーザーの位置情報の計測を、消費電力を抑制しつつ精度良く行う電子機器を実現することができる。すなわち、電子機器が備える演算処理装置は、電子機器が備える慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理を実行し、ユーザーが停止したと判断した場合に、電子機器が備える衛星測位装置が取得した参考航法情報を用いて、リアルタイム計測処理の計測結果を修正する修正処理を実行する。 According to the twenty-fourth invention, an electronic device is realized which is attached to a predetermined part of a user who periodically moves with the movement or movement of the user and measures the user's position information with high accuracy while suppressing power consumption. can do. That is, the arithmetic processing unit provided in the electronic device executes real-time measurement processing for measuring the position information using the measurement signal of the inertial measurement unit provided in the electronic device, and the electronic device is provided when it is determined that the user has stopped. Using the reference navigation information acquired by the satellite positioning device, the correction process for correcting the measurement result of the real-time measurement process is executed.

第25の発明は、演算処理装置と慣性計測装置と衛星測位装置とを備えた電子機器と、コンピューターとが通信接続して構成される測位システムであって、前記電子機器は、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動く前記ユーザーの所定部位に装着され、前記演算処理装置は、前記慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理、を実行し、前記リアルタイム計測処理は、前記移動または運動によって周期的に表れる前記計測信号の信号特性に基づいて前記ユーザーのスピードを推計することと、前記計測信号に基づいてヨー角を計算することと、前記スピードおよび前記ヨー角を用いて前記位置情報を計測することと、所与のタイミングで前記衛星測位装置に計測動作を行わせることで、参考航法情報を取得する制御を行うことと、前記リアルタイム計測処理の計測結果を計測時刻と対応付けて記録することと、前記参考航法情報を取得時刻と対応付けて記録することと、を含み、前記コンピューターは、前記記録された前記計測結果を、前記記録された前記参考航法情報を用いて修正する修正処理、を実行する、測位システムである。 A twenty-fifth invention is a positioning system in which an electronic device including an arithmetic processing unit, an inertial measurement unit, and a satellite positioning device is connected by communication with a computer, and the electronic device is a movement of a user or a user. It is attached to a predetermined part of the user who moves periodically with movement, and the arithmetic processing unit executes a real-time measurement process of measuring position information using the measurement signal of the inertial measurement unit, and performs the real-time measurement process. Estimates the user's speed based on the signal characteristics of the measurement signal that periodically appears due to the movement or movement, calculates the yaw angle based on the measurement signal, and the speed and the yaw angle. By measuring the position information using the above, controlling the satellite positioning device to perform the measurement operation at a given timing, and controlling the acquisition of reference navigation information, and the measurement result of the real-time measurement process. The computer includes recording the reference navigation information in association with the measurement time and recording the reference navigation information in association with the acquisition time, and the computer records the recorded measurement result in the recorded reference navigation. It is a positioning system that executes correction processing that corrects using information.

第25の発明によれば、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動くユーザーの所定部位に装着された電子機器とコンピューターとが通信接続され、ユーザーの位置情報の計測を、消費電力を抑制しつつ精度良く行う測位システムを実現することができる。すなわち、電子機器が備える演算処理装置は、電子機器が備える慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理を実行し、コンピューターは、電子機器が備える衛星測位装置が取得した参考航法情報を用いて、リアルタイム計測処理の計測結果を修正する修正処理を実行する。これにより、処理負荷を分散させることができる。 According to the 25th invention, an electronic device attached to a predetermined part of a user who moves periodically with the movement or movement of the user and a computer are communicated and connected to measure the user's position information and suppress power consumption. However, it is possible to realize a positioning system that performs with high accuracy. That is, the arithmetic processing device of the electronic device executes real-time measurement processing for measuring the position information using the measurement signal of the inertial measurement unit of the electronic device, and the computer is the reference acquired by the satellite positioning device of the electronic device. Using the navigation information, execute the correction process to correct the measurement result of the real-time measurement process. As a result, the processing load can be distributed.

また、リアルタイム計測処理では、ユーザーの所定部位が周期的に動くことで周期的に表れる計測信号の信号特性からユーザーのスピードを推計することができ、また、計測信号に基づいてヨー角を計算することで、このスピード、及び、ヨー角を用いて、ユーザーの位置情報を計測することができる。また、リアルタイム計測処理の計測結果を修正する修正処理によって、計測した位置情報の精度を向上させることができる。 In the real-time measurement process, the user's speed can be estimated from the signal characteristics of the measurement signal that appears periodically by the periodic movement of the user's predetermined part, and the yaw angle is calculated based on the measurement signal. Therefore, the user's position information can be measured by using this speed and the yaw angle. In addition, the accuracy of the measured position information can be improved by the correction process of correcting the measurement result of the real-time measurement process.

第1実施形態における電子機器の構成例。A configuration example of an electronic device according to the first embodiment. 加速度信号に基づく速さの算出の説明図。Explanatory diagram of calculation of speed based on acceleration signal. 加速度信号に基づく速さの算出の説明図。Explanatory diagram of calculation of speed based on acceleration signal. GPSヨー角に基づくINSヨー角の補正の説明図。Explanatory drawing of correction of INS yaw angle based on GPS yaw angle. GPSヨー角に基づくINSヨー角の補正の説明図。Explanatory drawing of correction of INS yaw angle based on GPS yaw angle. GPSヨー角に基づくINSヨー角の補正の説明図。Explanatory drawing of correction of INS yaw angle based on GPS yaw angle. GPSヨー角に基づくINSヨー角の補正の説明図。Explanatory drawing of correction of INS yaw angle based on GPS yaw angle. GPSヨー角に基づくINSヨー角の補正の説明図。Explanatory drawing of correction of INS yaw angle based on GPS yaw angle. GPSヨー角に基づくINSヨー角の補正の説明図。Explanatory drawing of correction of INS yaw angle based on GPS yaw angle. GPS位置に基づくINS位置の補正の説明図。Explanatory drawing of correction of INS position based on GPS position. GPS位置に基づくINS位置の補正の説明図。Explanatory drawing of correction of INS position based on GPS position. 第1実施形態における電子機器の機能構成図。The functional block diagram of the electronic device in 1st Embodiment. 位置情報計測処理のフローチャート。Flowchart of position information measurement processing. リアルタイム計測処理のフローチャート。Flowchart of real-time measurement processing. 修正処理のフローチャート。Flow chart of correction process. 第2実施形態における測位システムの構成例。A configuration example of the positioning system according to the second embodiment. 第2実施形態における測位システムの機能構成図。The functional block diagram of the positioning system in 2nd Embodiment.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below do not limit the present invention, and the embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the following embodiments. Further, in the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals.

[第1実施形態]
先ず、本発明を適用した第1実施形態を説明する。
[First Embodiment]
First, a first embodiment to which the present invention is applied will be described.

<システム構成>
図1は、第1実施形態における電子機器1の構成例である。この電子機器1は、ユーザー3の手首や腕に装着可能な、いわゆるランナーズウォッチと呼ばれる腕時計型の電子機器であることとして本実施形態を説明する。なお、電子機器1の装着部位は手首や腕に限らず、ユーザー3の移動または運動に伴って周期的に動く部位であれば良く、例えば足首であっても良い。
<System configuration>
FIG. 1 is a configuration example of the electronic device 1 according to the first embodiment. The present embodiment will be described assuming that the electronic device 1 is a wristwatch-type electronic device called a so-called runner's watch that can be worn on the wrist or arm of the user 3. The mounting portion of the electronic device 1 is not limited to the wrist or arm, and may be a portion that periodically moves with the movement or movement of the user 3, and may be, for example, an ankle.

電子機器1の筐体10の上面には、時刻や走行距離、スピード等を表示するためのディスプレイ12が設けられ、筐体10の側面には、ユーザー3が各種操作入力を行うための操作スイッチ14と、電子機器1をユーザー3の手首や腕に装着するためのバンド16とが設けられている。筐体10は気密室を形成し、ディスプレイ12や操作スイッチ14等と電気的に接続された制御基板18と、制御基板18等に電源を供給する充電式のバッテリ20とが内蔵されている。 A display 12 for displaying the time, mileage, speed, etc. is provided on the upper surface of the housing 10 of the electronic device 1, and an operation switch for the user 3 to perform various operation inputs is provided on the side surface of the housing 10. A band 16 for attaching the electronic device 1 to the wrist or arm of the user 3 is provided. The housing 10 forms an airtight chamber, and contains a control board 18 electrically connected to a display 12, an operation switch 14 and the like, and a rechargeable battery 20 that supplies power to the control board 18 and the like.

制御基板18には、CPU(Central Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の演算回路となるプロセッサーと、メインメモリーと、計測データ用メモリーと、慣性計測装置であるIMU(Inertial Measurement Unit)と、衛星測位装置であるGPS(Global Positioning System)モジュールと、近距離無線モジュールと、が搭載されている。電子機器1は、プロセッサーが搭載され、ソフトウェアに基づいて動作可能という点でコンピューターということもできる。 The control board 18 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and an FPGA (Field Programmable Gate Array) as an arithmetic circuit, a main memory, a memory for measurement data, and an IMU (Inertial Measurement Unit) which is an inertial measurement unit. It is equipped with a GPS (Global Positioning System) module, which is a satellite positioning device, and a short-range wireless module. The electronic device 1 can also be called a computer in that it is equipped with a processor and can operate based on software.

メインメモリーは、プログラムや初期設定データ、プロセッサーの演算結果等を格納する記憶媒体であり、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー等によって構成される。計測データ用メモリーは、IMUやGPSモジュールによる計測データを格納する記憶媒体であり、フラッシュメモリーや強誘電体メモリー(FeRAM)、磁気抵抗メモリー(MRAM)等のデータ書き換え可能な不揮発性メモリーによって構成される。 The main memory is a storage medium for storing programs, initial setting data, processor calculation results, etc., and is composed of a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, and the like. The measurement data memory is a storage medium for storing measurement data by the IMU or GPS module, and is composed of data rewritable non-volatile memory such as flash memory, ferroelectric memory (FeRAM), and magnetoresistive memory (MRAM). To.

IMUは、加速度センサー、及び、ジャイロセンサーを有するセンサーユニットであり、慣性計測装置の一例である。加速度センサーは、当該加速度センサーに対応付けられた三次元直交座標系(センサー座標系)における加速度(α,α,α)を計測し、ジャイロセンサーは、当該ジャイロセンサーに対応付けられた三次元直交座標系(センサー座標系)における角速度(ω,ω,ω)を計測する。 The IMU is a sensor unit having an acceleration sensor and a gyro sensor, and is an example of an inertial measurement unit. The accelerometer measures the acceleration (α x , α y , α z ) in the three-dimensional Cartesian coordinate system (sensor coordinate system) associated with the accelerometer, and the gyro sensor is associated with the gyro sensor. Measure the angular velocity (ω x , ω y , ω z ) in the three-dimensional Cartesian coordinate system (sensor coordinate system).

GPSモジュールは、GPS衛星5から送信されるGPS衛星信号を受信し、受信したGPS衛星信号に基づき、日時や、緯度経度で表される位置座標、速度、姿勢を含む参考航法情報である測位情報を計測する衛星測位装置の一例である。なお、GPSではなく、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)やGALILEO、Beidou(BeiDou Navigation Satellite System)等の他の衛星測位システムを利用した衛星測位装置としても良い。 The GPS module receives GPS satellite signals transmitted from GPS satellites 5, and based on the received GPS satellite signals, positioning information which is reference navigation information including date and time, position coordinates expressed in latitude and longitude, speed, and attitude. This is an example of a satellite positioning system that measures. It should be noted that a satellite positioning device using other satellite positioning systems such as GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), GALIEO, and Beidou (BeiDou Navigation Satellite System) may be used instead of GPS.

プロセッサーは、IMU及びGPSモジュールによる計測データを用いて、ユーザー3の位置情報を計測する。具体的には、ユーザーの移動中に、IMUによる計測データを用いて、ユーザー3の位置情報を計測するリアルタイム計測処理を行い、ユーザー3の停止後に、GPSモジュールによる計測データを用いて、リアルタイム計測処理によって計測した位置情報を修正する修正処理を行う。なお、本実施形態では、ユーザー3の移動は緯度経度により定まる地球表面座標、すなわち地平面方向であるとし、説明を分かり易くするために、位置情報には高度は含めないものとして説明する。勿論、高度を計算して位置情報に含めたり、地球表面座標から3次元座標で定義された地球地理情報を参照して高度を導出して位置情報に含めたりして、位置情報に高度を含めても良いことは勿論である。 The processor measures the position information of the user 3 by using the measurement data by the IMU and the GPS module. Specifically, while the user is moving, real-time measurement processing is performed to measure the position information of the user 3 using the measurement data by the IMU, and after the user 3 is stopped, the measurement data by the GPS module is used for real-time measurement. Perform correction processing to correct the position information measured by processing. In the present embodiment, it is assumed that the movement of the user 3 is the earth surface coordinates determined by the latitude and longitude, that is, the ground plane direction, and the position information does not include the altitude in order to make the explanation easy to understand. Of course, the altitude is included in the position information by calculating the altitude and including it in the position information, or by deriving the altitude from the earth surface coordinates by referring to the global geographic information defined by the three-dimensional coordinates and including it in the position information. Of course, it's okay.

<原理>
IMU及びGPSモジュールによる計測データを用いた位置情報の計測について詳細に説明する。
<Principle>
The measurement of position information using the measurement data by the IMU and the GPS module will be described in detail.

(A)リアルタイム計測処理
リアルタイム計測処理では、入力されているIMUの加速度センサーの計測信号を用いて、所定時間Δt(例えば、1秒)毎のユーザー3の位置、速度、及び、移動距離を含む位置情報を計測する。すなわち、「リアルタイム計測処理」とは、ユーザーが演算処理装置を使用中に所定のパラメータを計測する処理であり、本実施形態では、演算処理装置である電子機器1を装着したユーザー3が移動または運動の実施中に、位置情報の計測を周期的かつ継続的に行う処理のことである。
(A) Real-time measurement processing In the real-time measurement processing, the position, speed, and moving distance of the user 3 are included every predetermined time Δt (for example, 1 second) using the input measurement signal of the IMU acceleration sensor. Measure position information. That is, the "real-time measurement process" is a process in which a user measures a predetermined parameter while using the arithmetic processing unit, and in the present embodiment, the user 3 wearing the electronic device 1 which is the arithmetic processing unit moves or moves. It is a process that periodically and continuously measures the position information during the exercise.

具体的には、図2,図3に示すように、加速度センサーの計測信号をもとに、ユーザー3の腕振り動作の周期を判定する。図2,図3は、横軸を時刻とした加速度センサーの計測信号の波形の一例を示している。但し、加速度センサーは、三軸(X,Y,Z軸)の各軸成分(α,α,α)の値を示す計測信号を出力するが、図2,3では、各軸成分を合成したベクトルの大きさ、すなわち加速度の大きさを計測値として縦軸にしている。本実施形態では、電子機器1が装着される部位は腕であるため、図2に示すように、ユーザー3の移動または運動に伴う腕振り動作によって加速度が周期的に変化し、その加速度の周期的な値の変化が、計測値として表れる。 Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the cycle of the arm swing motion of the user 3 is determined based on the measurement signal of the acceleration sensor. 2 and 3 show an example of the waveform of the measurement signal of the accelerometer with the horizontal axis as the time. However, the accelerometer outputs a measurement signal indicating the value of each axis component (α x , α y , α z ) of the three axes (X, Y, Z axes), but in FIGS. 2 and 3, each axis component is output. The size of the combined vector, that is, the size of the acceleration, is used as the measured value on the vertical axis. In the present embodiment, since the part where the electronic device 1 is attached is the arm, as shown in FIG. 2, the acceleration changes periodically due to the movement of the user 3 or the arm swinging motion accompanying the movement, and the cycle of the acceleration. Changes in the target value appear as measured values.

この加速度信号に対してローパスフィルター処理を行ってノイズ成分である高周波成分を除去したフィルター後加速度信号を求め、更に、このフィルター後加速度信号に対する一階微分処理を行って、フィルター後加速度信号の時間変化を表す加速度信号を求める。次いで、この加速度信号の信号波形に対して、その前後で負値から正値に変化するゼロクロス点(値がゼロになる点)30を検出し、連続する二つのゼロクロス点30の間の期間を、ユーザー3の腕振り動作の一周期とする。そして、各ゼロクロス点30の時刻におけるフィルター後加速度信号の信号波形上の点を、腕振り動作の周期の基準点32とする。 The low-pass filter processing is performed on this acceleration signal to obtain the post-filter acceleration signal from which the high-frequency component which is a noise component is removed, and further, the first-order differential processing is performed on the post-filter acceleration signal to obtain the time of the post-filter acceleration signal. Find the acceleration signal that represents the change. Next, for the signal waveform of this acceleration signal, a zero cross point (point where the value becomes zero) 30 that changes from a negative value to a positive value before and after that is detected, and a period between two consecutive zero cross points 30 is set. , It is one cycle of the arm swinging motion of the user 3. Then, the point on the signal waveform of the post-filtered acceleration signal at the time of each zero cross point 30 is set as the reference point 32 of the cycle of the arm swing operation.

続いて、図3に示すように、フィルター後加速度信号の信号波形において、各周期の基準点32の値から、その直後のピーク値までの差分を求め、フィルター後加速度信号の振幅Ampとする。そして、次式(1)に示す推計式に従って、スピードVを求める。 Subsequently, as shown in FIG. 3, in the signal waveform of the post-filter acceleration signal, the difference from the value of the reference point 32 of each cycle to the peak value immediately after that is obtained and used as the amplitude Amp of the post-filter acceleration signal. .. Then, the speed V is obtained according to the estimation formula shown in the following formula (1).

Figure 0007035440000001
式(1)において、aは係数であり、例えば、0.1~0.2程度の値に定められる。
Figure 0007035440000001
In the formula (1), a 1 is a coefficient, and is set to a value of, for example, about 0.1 to 0.2.

リアルタイム計測処理において、位置情報の計測は所定時間Δt毎に行うが、ある計測時刻tにおけるスピードVは、当該計測時刻tの直前の一周期についての振幅Ampを用いて求めたスピードVとする。 In the real-time measurement process, the position information is measured every predetermined time Δt, and the speed V at a certain measurement time t is the speed V obtained by using the amplitude Amp for one cycle immediately before the measurement time t. ..

なお、このスピードVの推計式(1)の係数aは、GPSモジュールによって得られた計測データによって補正される。具体的には、係数aを、GPSモジュールによる計測データに含まれるスピードV(参考スピード)を用いて、次式(2)によって算出される“係数a1n”に更新する。 The coefficient a1 of the estimation formula ( 1 ) of the speed V is corrected by the measurement data obtained by the GPS module. Specifically, the coefficient a 1 is updated to the "coefficient a 1n " calculated by the following equation (2) using the speed V g (reference speed) included in the measurement data by the GPS module.

Figure 0007035440000002
式(2)において、Bは定数であり、例えば、B=0.7、に設定することができる。勿論、0.7ではなく、Bの値は、0.6や0.8等とすることもできるが、0より大きく、1未満の数である必要がある。好適には、0.5以上1.0未満である。
Figure 0007035440000002
In the equation (2), B is a constant and can be set to, for example, B = 0.7. Of course, the value of B instead of 0.7 can be 0.6, 0.8, or the like, but it must be a number greater than 0 and less than 1. Preferably, it is 0.5 or more and less than 1.0.

また、この係数aの補正は、GPSモジュールが測位情報の計測(測位動作)を行って新たな測位情報が得られる毎に行われる。GPSモジュールが測位動作を行う時間間隔Δtは、リアルタイム計測処理において位置情報の計測を行う時間間隔Δtより長く定められる。従って、リアルタイム計測処理における複数回の位置情報の計測につき、1回の係数aの補正が行われることになる。 Further, the correction of the coefficient a1 is performed every time the GPS module measures the positioning information (positioning operation) and new positioning information is obtained. The time interval Δt g in which the GPS module performs the positioning operation is determined to be longer than the time interval Δt in which the position information is measured in the real-time measurement process. Therefore, the coefficient a1 is corrected once for each measurement of the position information a plurality of times in the real-time measurement process.

続いて、このようにして求めたスピードVと、IMUのジャイロセンサーの計測値である角速度(ω,ω,ω)から算出されるヨー角ψとを用いて、次式(3)に示す算出式に従って、速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dを算出する。速度成分V,V、及び、位置成分P,Pは、それぞれ、地平面における、速度、及び、位置のX,Y軸方向成分である。ここで「速度」とは、方向とスピードとの両者を含む意味であり、速度ベクトルということもできる。「スピード」とは、単位時間当たりに進む距離であり、速さのことである。X,Y軸は、例えば、X軸方向を南北方向、Y軸方向を東西方向、に沿った方向として定めることができる。従って、「速度成分V」とは、X軸方向のスピードを意味し、「速度成分V」とは、Y軸方向のスピードを意味する。よって、「スピードV」とは、「速度」の大きさ、を意味するともいえる。 Subsequently, using the speed V thus obtained and the yaw angle ψ calculated from the angular velocity (ω x , ω y , ω z ) measured by the IMU gyro sensor, the following equation (3) The velocity components V x , V y , the position components P x , P y , and the moving distance D are calculated according to the calculation formula shown in 1. The velocity components V x , V y , and the position components P x , P y are the X and Y axis direction components of the velocity and the position in the ground plane, respectively. Here, "velocity" has a meaning including both direction and speed, and can also be called a velocity vector. "Speed" is the distance traveled per unit time and is the speed. The X and Y axes can be determined, for example, as a direction along the north-south direction in the X-axis direction and the east-west direction in the Y-axis direction. Therefore, the "velocity component V x " means the speed in the X-axis direction, and the "velocity component V y " means the speed in the Y-axis direction. Therefore, it can be said that "speed V" means the magnitude of "speed".

Figure 0007035440000003
式(3)において、“F,F”は、それぞれ、ヨー角ψの、X軸方向成分(=sinψ)、及び、Y軸方向成分(=cosψ)に対して、ローパスフィルター処理を行った値である。“dt”は、リアルタイム計測処理において位置情報の計測を行う時間間隔Δtに相当する時間である。“Px0,Py0,D”は、それぞれ、直前(つまり、時間Δtだけ過去の計測時刻)に計測した位置情報に含まれる、位置成分P,P、移動距離D、である。
Figure 0007035440000003
In the formula (3), “F c , F s ” is subjected to low-pass filter processing on the X-axis direction component (= sin ψ) and the Y-axis direction component (= cos ψ) of the yaw angle ψ, respectively. Value. “Dt” is a time corresponding to the time interval Δt for measuring the position information in the real-time measurement process. “P x 0, P y 0, D 0 ” are the position components P x , P y , and the moving distance D, which are included in the position information measured immediately before (that is, the past measurement time by the time Δt), respectively.

このように、リアルタイム計測処理において、IMUの計測データ(加速度、及び、角速度)を用いて算出した、所定時間Δt毎の各計測時刻tにおける、速度成分V,V、位置成分P,P、ヨー角、及び、移動距離Dを、包括してINS(Inertial Navigation System)ログデータと呼ぶ。 In this way, in the real-time measurement process, the velocity components V x , V y , and the position component P x , at each measurement time t for each predetermined time Δt, calculated using the measurement data (acceleration and angular velocity) of the IMU. Py , yaw angle, and travel distance D are collectively referred to as INS (Inertial Navigation System) log data.

(B)修正処理
「修正処理」とは、演算処理装置を使用したリアルタイム計測処理が終了した後、或いは、リアルタイム計測処理を実行していないときに、リアルタイム計測処理で計測したパラメータを用いて行う処理であり、本実施形態では、リアルタイム計測処理の計測結果であるINSログデータを、GPSモジュールによる計測データを用いて補正する処理のことである。
(B) Correction processing The "correction processing" is performed using the parameters measured by the real-time measurement processing after the real-time measurement processing using the arithmetic processing unit is completed or when the real-time measurement processing is not executed. It is a process, and in the present embodiment, it is a process of correcting the INS log data which is the measurement result of the real-time measurement process by using the measurement data by the GPS module.

GPSモジュールは、所定時間Δt毎に測位動作を行って参考航法情報である測位情報を取得するが、この所定時間Δt毎の各測位時刻において取得した測位情報に含まれる位置、速度、及び、ヨー角ψを、包括してGPSログデータと呼ぶ。 The GPS module performs positioning operation every Δt g for a predetermined time to acquire positioning information which is reference navigation information, and the position, speed, and position included in the positioning information acquired at each positioning time for each predetermined time Δt g . , Yaw angle ψ is collectively referred to as GPS log data.

具体的には、修正処理では、先ず、ジャイロセンサーの計測値である角速度から求められる「ヨー角」(以下、「INSヨー角)という)を、GPSログデータに含まれるヨー角(参考ヨー角。以下、「GPSヨー角」という)を用いて、初期補正(Initial補正)、全体補正(Global補正)、及び、局地補正(Local補正)の三回の補正を行う。その後、補正後のヨー角を用いて、再度、位置、速度、及び、移動距離を算出する。そして、算出した位置を、GPSログデータに含まれる位置の情報を参考位置情報として(以下、「GPS位置」という)、このGPS位置を用いて最後の補正(以下「位置補正」ともいう)を行う。以下、この修正処理の手順1つ1つを詳細に説明する。 Specifically, in the correction process, first, the "yaw angle" (hereinafter referred to as "INS yaw angle") obtained from the angular velocity measured by the gyro sensor is included in the GPS log data as the yaw angle (reference yaw angle). (Hereinafter referred to as "GPS yaw angle"), the initial correction (Initial correction), the overall correction (Global correction), and the local correction (Local correction) are performed three times. Then, the position, speed, and moving distance are calculated again using the corrected yaw angle. Then, the calculated position is used as reference position information using the position information included in the GPS log data (hereinafter referred to as "GPS position"), and the final correction (hereinafter also referred to as "position correction") is performed using this GPS position. conduct. Hereinafter, each procedure of this correction process will be described in detail.

初期補正では、図4~図6に示すように、リアルタイム計測処理を行った計測期間の一部(例えば、最初の数分程度の期間)を対象とし、この対象期間におけるINSヨー角とGPSヨー角との差分に基づく補正式を算出し、この補正式を用いて、計測期間の全てのINSヨー角を補正する。 As shown in FIGS. 4 to 6, the initial correction targets a part of the measurement period in which the real-time measurement process is performed (for example, the period of about the first few minutes), and the INS yaw angle and GPS yaw in this target period. A correction formula based on the difference from the angle is calculated, and this correction formula is used to correct all INS yaw angles in the measurement period.

具体的に順を追って説明する。図4は、横軸を時刻として、リアルタイム計測処理の各計測時刻tにおけるINSヨー角の波形と、GPSモジュールによる各測位時刻tにおけるGPSヨー角を時系列に繋いだ折れ線グラフと、GPSモジュールによる各測位時刻tにおけるINSヨー角を時系列に繋いだ折れ線グラフと、を示している。図4では、対象期間を約350秒(6分弱)とし、リアルタイム計測処理の各計測時刻tの間隔を1秒とした。また、GPSモジュールによる各測位時刻tの間隔を10秒以上として、徐々に間隔を長くして、120秒経過後から1分(60秒)とした場合を例示している。 I will explain in detail step by step. FIG. 4 shows a line graph in which the waveform of the INS yaw angle at each measurement time t of the real-time measurement process and the GPS yaw angle at each positioning time t g by the GPS module are connected in chronological order with the horizontal axis as the time, and the GPS module. A line graph in which the INS yaw angles at each positioning time t g are connected in chronological order is shown. In FIG. 4, the target period is set to about 350 seconds (a little less than 6 minutes), and the interval of each measurement time t in the real-time measurement process is set to 1 second. Further, the case where the interval of each positioning time t g by the GPS module is set to 10 seconds or more, the interval is gradually increased, and 1 minute (60 seconds) is set after 120 seconds have elapsed is illustrated.

図4中に、上下方向の両矢印の細実線で示すように、各測位時刻tにおけるINSヨー角とGPSヨー角との差分W11を求める。このヨー角の差分W11を結んだ折れ線は、図5において、各測位時刻tにおいて求めたヨー角の差分W11のプロット線図として示される。このとき、INSヨー角とGPSヨー角との値の大小関係が逆転している測位時刻tについては、その差分W11の値から360度を減算或いは加算することにより符号を揃える符号反転(ロールアウト)の符号正規化を施す。そして、符号正規化後の各測位時刻のヨー角の差分W12に対する一次多項式のフィッティング処理を行って、時刻と差分との関係を表す一次多項式の近似式である初期補正式C1を算出する。 In FIG. 4, as shown by the fine solid line of the double-headed arrow in the vertical direction, the difference W11 between the INS yaw angle and the GPS yaw angle at each positioning time tg is obtained. The polygonal line connecting the yaw angle difference W11 is shown in FIG. 5 as a plot diagram of the yaw angle difference W11 obtained at each positioning time tg. At this time, for the positioning time tg in which the magnitude relationship between the INS yaw angle and the GPS yaw angle is reversed, the sign inversion (roll) is performed by subtracting or adding 360 degrees from the value of the difference W11. Out) sign normalization is performed. Then, the first-order polynomial is fitted to the yaw angle difference W12 of each positioning time after sign normalization, and the initial correction formula C1 which is an approximate formula of the first-order polynomial representing the relationship between the time and the difference is calculated.

続いて、この初期補正式C1を用いて、計測期間の全てのINSヨー角を補正する。すなわち、各計測時刻tのINSヨー角に対して、初期補正式C1から求められる当該計測時刻tの差分を補正値として加算することで、初期補正後INSヨー角を求める。 Subsequently, this initial correction formula C1 is used to correct all INS yaw angles during the measurement period. That is, the INS yaw angle after the initial correction is obtained by adding the difference of the measurement time t obtained from the initial correction formula C1 to the INS yaw angle of each measurement time t as a correction value.

図6に、INSヨー角と、GPSヨー角と、初期補正後ヨー角との時系列変化を示す。INSヨー角が、初期補正によってGPSヨー角に近づくように補正されて、初期補正後ヨー角が求められたことが分かる。 FIG. 6 shows the time-series changes of the INS yaw angle, the GPS yaw angle, and the yaw angle after the initial correction. It can be seen that the INS yaw angle is corrected so as to approach the GPS yaw angle by the initial correction, and the yaw angle after the initial correction is obtained.

初期補正の次は全体補正である。全体補正では、リアルタイム計測処理の計測期間全体における、初期補正後INSヨー角と、GPSヨー角との差分に基づく補正式を算出し、この補正式を用いて、初期補正後INSヨー角を更に補正する。 Next to the initial correction is the overall correction. In the overall correction, a correction formula based on the difference between the initial corrected INS yaw angle and the GPS yaw angle in the entire measurement period of the real-time measurement process is calculated, and the correction formula is used to further increase the initial corrected INS yaw angle. to correct.

具体的に順を追って説明する。図7、図8は、全体補正の一例を示す図である。先ず、図7に示すように、GPSモジュールによる各測位時刻tにおける、初期補正後INSヨー角と、GPSヨー角との差分W21を求める。このとき、初期補正後INSヨー角と、GPSヨー角との値の大小関係が逆転している時刻については、その差分の値から360度を減算或いは加算することにより符号を揃える符号反転(ロールアウト)の符号正規化を施す。符号正規化後の各測位時刻のヨー角の差分が差分W22である。 I will explain in detail step by step. 7 and 8 are diagrams showing an example of total correction. First, as shown in FIG. 7, the difference W21 between the initial corrected INS yaw angle and the GPS yaw angle at each positioning time tg by the GPS module is obtained. At this time, for the time when the magnitude relationship between the initial corrected INS yaw angle and the GPS yaw angle is reversed, the sign inversion (roll) is performed by subtracting or adding 360 degrees from the difference value. Out) sign normalization is performed. The difference between the yaw angles at each positioning time after code normalization is the difference W22.

次いで、これらの各測位時刻tにおける差分W22の値に対する二次多項式のフィッティング処理を行って、時刻と差分との関係を表す、二次多項式の近似式である全体補正式C3を求める。図8は、この全体補正式C3の算出を示す図である。図8において、差分W23は、図7の差分W22と同じであるが、算出の元となるヨー角データが異なるため、異なる値を取っている。図8に示すように、差分W23(図7でいうところの差分W22)の各値に対する二次多項式のフィッティング処理を行うことで、全体補正式3を算出することができる。この全体補正式C3を用いて、計測期間の全ての初期補正後INSヨー角を補正(全体補正)する。すなわち、初期補正と同様に、各計測時刻tの初期補正後INSヨー角に対して、全体補正式C3から求められる当該計測時刻tに対応する差分を補正値として加算することで、全体補正後INSヨー角を求める。 Next, the fitting process of the quadratic polynomial is performed on the value of the difference W22 at each of these positioning times tg to obtain the overall correction formula C3 which is an approximate expression of the quadratic polynomial representing the relationship between the time and the difference. FIG. 8 is a diagram showing the calculation of the overall correction formula C3. In FIG. 8, the difference W23 is the same as the difference W22 in FIG. 7, but different values are taken because the yaw angle data that is the basis of the calculation is different. As shown in FIG. 8, the total correction formula 3 can be calculated by performing the fitting process of the quadratic polynomial for each value of the difference W23 (difference W22 in FIG. 7). Using this total correction formula C3, the INS yaw angle after all initial corrections in the measurement period is corrected (total correction). That is, as in the initial correction, the difference corresponding to the measurement time t obtained from the total correction formula C3 is added as a correction value to the INS yaw angle after the initial correction at each measurement time t, so that the total correction is performed. Find the INS yaw angle.

全体補正の次は局地補正である。局地補正では、全体補正後INSヨー角のうちの各測位時刻tのヨー角が、GPSヨー角に一致するように、全体補正後INSヨー角を補正する。図9は、局地補正の一例を示す図であり、横軸を時刻として、計測期間の各計測時刻tにおける全体補正後INSヨー角と、各測位時刻tにおけるGPSヨー角と、局地補正を行った後の局地補正後INSヨー角とを示している。局地補正では、まず、全体補正後INSヨー角のうち、各測位時刻tに対応する全体補正後INSヨー角を、GPSヨー角にするための補正値を求める。そして、連続する前後の測位時刻tの間の補正値を補完して求めることで、各計測時刻tにおける補正値を求める。求めた補正値を、対応する計測時刻tそれぞれの全体補正後INSヨー角に加算することで、全体補正後INSヨー角を補正(局地補正)し、局地補正後INSヨー角を求める。 Next to the overall correction is the local correction. In the local correction, the yaw angle after the whole correction is corrected so that the yaw angle at each positioning time tg in the yaw angle after the whole correction matches the GPS yaw angle. FIG. 9 is a diagram showing an example of local correction, in which the horizontal axis is the time, the overall corrected INS yaw angle at each measurement time t of the measurement period, the GPS yaw angle at each positioning time tg , and the local area. The INS yaw angle after the local correction after the correction is shown. In the local correction, first, among the total corrected INS yaw angles, a correction value for making the total corrected INS yaw angle corresponding to each positioning time tg a GPS yaw angle is obtained. Then, the correction value at each measurement time t is obtained by complementing and obtaining the correction value between the consecutive positioning times t g before and after. By adding the obtained correction value to the INS yaw angle after the total correction for each of the corresponding measurement times t, the INS yaw angle after the total correction is corrected (local correction), and the INS yaw angle after the local correction is obtained.

このように、各計測時刻tにおけるINSヨー角の補正(初期補正、全体補正、及び、局地補正)を行うと、局地補正後INSヨー角を用いて、式(3)に示した算出式に従って、速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dを再算出する。そして、図10に示すように、再算出した位置成分P,Pを、GPSログデータに含まれる位置(以下、「GPS位置」という)を用いて補正(位置補正)する。この位置補正が修正処理の最後の補正である。 In this way, when the INS yaw angle is corrected (initial correction, overall correction, and local correction) at each measurement time t, the calculation shown in the equation (3) is performed using the INS yaw angle after the local correction. According to the equation, the velocity components V x , V y , the position components P x , P y , and the travel distance D are recalculated. Then, as shown in FIG. 10, the recalculated position components P x and P y are corrected (position correction) using the position included in the GPS log data (hereinafter referred to as “GPS position”). This position correction is the final correction of the correction process.

図10は、横軸を位置成分P、縦軸を位置成分Pとして、局地補正後INSヨー角を用いて再算出した各計測時刻における位置成分P,Pで定められる位置(以下、この位置を「INS位置」という)を時系列に繋いだ移動軌跡を示している。位置補正では、各測位時刻tに対応するINS位置をGPS位置に一致させ、且つ、各計測時刻tのINS位置の時系列変化が滑らかになるように、各計測時刻tのINS位置を補正する。つまり、位置補正後のINS位置を時系列に繋いだ移動軌跡は、GPS位置を通過するように補正され、且つ、元の補正前のINS位置の時系列変化に沿った変化をするように補正された軌跡となる。ここで、「GPS位置を通過するような補正」とは、GPS位置を通過することは勿論、GPS位置近傍を通過することも含む意味である。例えば、GPS位置をBスプライン曲線やベジェ曲線等の制御点のように利用して移動軌跡を補正する方法を採用する場合、必ずしもGPS位置を通過せず、GPS位置近傍を通過することもあるからである。本実施形態では、各測位時刻tに対応するINS位置(位置成分P,P)を、当該測位時刻tのGPS位置に一致させるように変更するとともに、この各測位時刻tの変更後のINS位置に合わせて、測位時刻t以外の各計測時刻tにおけるINS位置を、前後の計測時刻tのINS位置の関係性に応じて補間するように変更することで補正する。 In FIG. 10, the horizontal axis is the position component P x , the vertical axis is the position component P y , and the position determined by the position components P x , P y at each measurement time recalculated using the locally corrected INS yaw angle ( Hereinafter, this position is referred to as "INS position"), and the movement locus is shown by connecting them in chronological order. In the position correction, the INS position corresponding to each positioning time t g is matched with the GPS position, and the INS position at each measurement time t is corrected so that the time-series change of the INS position at each measurement time t becomes smooth. do. That is, the movement locus connecting the INS position after the position correction in chronological order is corrected so as to pass through the GPS position, and is corrected so as to change along with the time-series change of the INS position before the original correction. It becomes the trajectory that was done. Here, "correction to pass the GPS position" means not only passing the GPS position but also passing in the vicinity of the GPS position. For example, when a method of correcting a movement trajectory by using a GPS position like a control point such as a B-spline curve or a Bezier curve is adopted, it does not necessarily pass through the GPS position but may pass near the GPS position. Is. In the present embodiment, the INS position (position component P x , Py ) corresponding to each positioning time t g is changed so as to match the GPS position of the positioning time t g , and the positioning time t g is changed. According to the changed INS position, the INS position at each measurement time t other than the positioning time t g is corrected by changing so as to interpolate according to the relationship between the INS positions at the previous and next measurement times t.

具体的には、例えば、ある連続する測位時刻t,tの間の各計測時刻におけるINS位置を補正する場合、先ず、測位時刻tにおけるGPS位置Pgmから、測位時刻tにおけるGPS位置Pgnに向かうベクトル(GPS位置ベクトル)の始点に、測位時刻tにおけるINS位置Pから、測位時刻tにおけるINS位置Pに向かうベクトル(INS位置ベクトル)の始点を一致させた場合の、両ベクトルの角度の差dθ、及び、大きさの差dRを求める。次いで、式(4)に示す算出式に従って、測位時刻t,tnの間に適用する補正スピードdVを算出する。 Specifically, for example, when correcting the INS position at each measurement time between certain continuous positioning times t m and t n , first, from the GPS position P gm at the positioning time t m , the GPS at the positioning time t n When the start point of the vector (GPS position vector) toward the position P gn is matched with the start point of the vector (INS position vector) from the INS position P m at the positioning time tm to the INS position P n at the positioning time t n . The difference dθ between the angles of both vectors and the difference dR of the magnitudes are obtained. Next, the correction speed dV applied between the positioning times tm and tun is calculated according to the calculation formula shown in the formula (4).

Figure 0007035440000004
Figure 0007035440000004

続いて、測位時刻t,tの間の各計測時刻tにおけるスピードVに補正スピードdVを加算して補正し、更に、補正した各計測時刻tのスピードVを用いて、式(3)に示した算出式に従って、再度、各計測時刻tにおける位置成分P,Pを算出する。なお、計測時刻tにおけるスピードVは、リアルタイム計測処理において、加速度センサー202の計測信号(加速度信号)から、式(1)に従って求めた値である(図2参照)。 Subsequently, the correction speed dV is added to the speed V at each measurement time t between the positioning times t m and t n to correct the speed V, and further, the speed V at each corrected measurement time t is used to obtain the equation (3). The position components P x and P y at each measurement time t are calculated again according to the calculation formula shown in 1. The speed V at the measurement time t is a value obtained from the measurement signal (acceleration signal) of the acceleration sensor 202 according to the equation (1) in the real-time measurement process (see FIG. 2).

そして、計測時刻t,tそれぞれにおけるINS位置P,Pを、当該計測時刻t,tそれぞれにおけるGPS位置Pgm,Pgnに変更する。その後、測位時刻t,tの間の各計測時刻tについて、変更後のINS位置Pから、当該計測時刻tにおける再算出した位置成分P,Pで定められるINS位置Pに向かうベクトルを求める。このベクトルを、角度差dθだけGPS位置ベクトルに近づけるように回転させた終点の位置を、当該計測時刻tにおける位置成分P,Pとして変更する。 Then, the INS positions P m and P n at the measurement times t m and t n are changed to the GPS positions P g m and P g n at the measurement times t m and t n , respectively. After that, for each measurement time t between the positioning times t m and t n , from the changed INS position P m to the INS position P t defined by the recalculated position components P x and P y at the measurement time t. Find the vector to go to. The position of the end point obtained by rotating this vector so as to approach the GPS position vector by the angle difference dθ is changed as the position components P x and P y at the measurement time t.

図11は、図10に示した測位時刻t,tの間の各計測時刻におけるINS位置に対する位置補正後のINS位置の軌跡を示している。 FIG. 11 shows the locus of the INS position after the position correction with respect to the INS position at each measurement time between the positioning times t m and t n shown in FIG.

<機能構成>
図12は、電子機器1の機能構成を示すブロック図である。図12に示すように、電子機器1は、衛星測位装置であるGPSモジュール100と、慣性計測装置であるIMU200と、演算処理装置400とを備えて構成される。
<Functional configuration>
FIG. 12 is a block diagram showing a functional configuration of the electronic device 1. As shown in FIG. 12, the electronic device 1 includes a GPS module 100 which is a satellite positioning device, an IMU 200 which is an inertial measurement device, and an arithmetic processing unit 400.

GPSモジュール100は、GPS衛星信号を受信する衛星測位装置であり、GPSアンテナで受信されたGPS衛星信号に重畳して搬送されているGPS衛星の軌道情報(エフェメリスやアルマナック)等の航法メッセージに基づいて、GPSモジュール100の位置や速度、姿勢を含む参考航法情報である測位情報を計測する。 The GPS module 100 is a satellite positioning device that receives GPS satellite signals, and is based on navigation messages such as orbit information (Ephemeris and Armanac) of GPS satellites that are carried by superimposing on GPS satellite signals received by GPS antennas. Then, the positioning information which is the reference navigation information including the position, speed, and attitude of the GPS module 100 is measured.

IMU200は、加速度センサー202と、ジャイロセンサー204とを有するセンサーユニットである。加速度センサー202は、当該加速度センサー202に対応付けられた三次元直交座標系(ローカル座標系)の各軸の加速度(α,α,α)を計測する。ジャイロセンサー204は、当該ジャイロセンサー204に対応付けられた三次元直交座標系(ローカル座標系)の各軸の角速度(ω,ω,ω)を計測する。 The IMU 200 is a sensor unit having an acceleration sensor 202 and a gyro sensor 204. The acceleration sensor 202 measures the acceleration (α x , α y , α z ) of each axis of the three-dimensional Cartesian coordinate system (local coordinate system) associated with the acceleration sensor 202. The gyro sensor 204 measures the angular velocities (ω x , ω y , ω z ) of each axis of the three-dimensional Cartesian coordinate system (local coordinate system) associated with the gyro sensor 204.

演算処理装置400は、機能部として、操作部402と、表示部404と、音出力部406と、通信部408と、時計部410と、処理部500と、記憶部600とを有する。 The arithmetic processing unit 400 has an operation unit 402, a display unit 404, a sound output unit 406, a communication unit 408, a clock unit 410, a processing unit 500, and a storage unit 600 as functional units.

操作部402は、タッチパネルやボタンスイッチ等で構成される入力装置であり、ユーザーの操作に応じた操作信号を処理部500に出力する。図1の操作スイッチ14がこれに該当する。 The operation unit 402 is an input device composed of a touch panel, a button switch, or the like, and outputs an operation signal corresponding to the user's operation to the processing unit 500. The operation switch 14 in FIG. 1 corresponds to this.

表示部404は、タッチパネルやLCD(Liquid Crystal Display)等で構成される表示装置であり、処理部500からの表示信号に基づく各種表示を行う。図1のディスプレイ12がこれに該当する。 The display unit 404 is a display device composed of a touch panel, an LCD (Liquid Crystal Display), or the like, and performs various displays based on the display signal from the processing unit 500. The display 12 of FIG. 1 corresponds to this.

音出力部406は、スピーカー等で構成される音出力装置であり、処理部500からの音声信号に基づく各種音声出力を行う。 The sound output unit 406 is a sound output device composed of a speaker or the like, and outputs various sounds based on the sound signal from the processing unit 500.

通信部408は、無線LAN(Local Area Network)やBluetooth(登録商標)等の無線通信を実現するための無線通信装置であり、外部装置との無線通信を行う。図1の制御基板18に搭載された無線通信モジュールがこれに該当する。 The communication unit 408 is a wireless communication device for realizing wireless communication such as a wireless LAN (Local Area Network) and Bluetooth (registered trademark), and performs wireless communication with an external device. The wireless communication module mounted on the control board 18 of FIG. 1 corresponds to this.

時計部410は、内部時計であり、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、現在時刻や、指定タイミングからの経過時間等を計時する。 The clock unit 410 is an internal clock, which is composed of an oscillation circuit having a crystal oscillator or the like, and measures the current time, the elapsed time from the designated timing, and the like.

処理部500は、CPUやGPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、等の演算回路となるプロセッサーや、メモリー等の電子部品で構成され、記憶部600に記憶されたシステムプログラム等の各種プログラムに従って演算処理装置400の各部を統括的に制御する。図1の制御基板18に搭載されたCPUがこれに該当する。また、処理部500は、記憶部600に記憶された位置情報計測プログラム602を実行することで、行動種別判定部502と、リアルタイム計測処理部504と、修正処理部506と、測位制御部508と、スピード推計式補正部510として機能することとなる。なお、処理部500を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで実現することとしても良い。 The processing unit 500 includes a processor such as a CPU, a GPU (Graphics Processing Unit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an IC (Integrated Circuit), and other electronic components such as a memory. Each unit of the arithmetic processing unit 400 is collectively controlled according to various programs such as a system program stored in the storage unit 600. The CPU mounted on the control board 18 of FIG. 1 corresponds to this. Further, the processing unit 500 executes the position information measurement program 602 stored in the storage unit 600 to form an action type determination unit 502, a real-time measurement processing unit 504, a correction processing unit 506, and a positioning control unit 508. , It will function as a speed estimation type correction unit 510. It should be noted that each unit constituting the processing unit 500 may be realized by hardware such as a dedicated module circuit.

行動種別判定部502は、IMU200の計測信号に基づいてユーザー3の行動種別を判定する。具体的には、加速度センサー202の加速度信号に対して周期が検出でき、且つ、振幅Ampが所定値以上であるならば、ユーザー3が移動中(移動運動を行っている)であると判定し、そうでないならば、ユーザー3は停止していると判定する。更に、停止から移動中に移行した場合には移動運動を開始したと判定し、移動中から停止に移行した場合には移動運動を終了したと判定する。或いは、操作部402からの所定の操作入力によって、ユーザー3の移動開始、停止、移動運動の終了といった行動種別を判定することにしても良い。ここで、ユーザー3の移動は、ランニングの他、歩行でもよいし、自転車でもよい。自転車の場合には、周期的な運動が行われる部位である足首に、電子機器1を装着するのが好適である。 The action type determination unit 502 determines the action type of the user 3 based on the measurement signal of the IMU 200. Specifically, if the period can be detected for the acceleration signal of the acceleration sensor 202 and the amplitude Amp is equal to or higher than a predetermined value, it is determined that the user 3 is moving (moving). If not, the user 3 is determined to be stopped. Further, when the transition from the stop to the movement is performed, it is determined that the movement movement has started, and when the transition from the movement to the stop is performed, it is determined that the movement movement has been completed. Alternatively, the action type such as the start, stop, and end of the movement of the user 3 may be determined by a predetermined operation input from the operation unit 402. Here, the movement of the user 3 may be walking or biking in addition to running. In the case of a bicycle, it is preferable to attach the electronic device 1 to the ankle, which is a part where periodic exercise is performed.

リアルタイム計測処理部504は、慣性計測装置であるIMU200の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理を実行する。すなわち、リアルタイム計測処理として、所定の時間間隔Δtで、IMU200の加速度センサー202の加速度信号に基づき、式(1)に示した推計式に従って、ユーザー3のスピードVを算出する。次いで、このスピードVと、IMU200のジャイロセンサー204の計測値である角速度(ωx,ωy,ωz)から算出されるヨー角ψとを用いて、式(3)に示した算出式に従って、速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dを算出する(図2,図3参照)。 The real-time measurement processing unit 504 executes real-time measurement processing for measuring position information using the measurement signal of the IMU 200, which is an inertial measurement unit. That is, as a real-time measurement process, the speed V of the user 3 is calculated according to the estimation formula shown in the formula (1) based on the acceleration signal of the acceleration sensor 202 of the IMU 200 at a predetermined time interval Δt. Next, using this speed V and the yaw angle ψ calculated from the angular velocity (ωx, ωy, ωz) measured by the gyro sensor 204 of the IMU200, the velocity component is according to the calculation formula shown in the formula (3). V x , V y , the position component P x , P y , and the moving distance D are calculated (see FIGS. 2 and 3).

スピードVの算出に用いるスピード推計式は、スピード推計式情報604として記憶されている。このスピード推計式情報604は、スピード推計式における係数aの値を含んでおり、係数aは、スピード推計式補正部510によって補正される。また、速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dの算出に用いる算出式は、INS算出式情報606として記憶されている。 The speed estimation formula used for calculating the speed V is stored as the speed estimation formula information 604. The speed estimation formula information 604 includes the value of the coefficient a1 in the speed estimation formula, and the coefficient a1 is corrected by the speed estimation formula correction unit 510. Further, the calculation formulas used for calculating the velocity components V x , V y , the position components P x , P y , and the moving distance D are stored as INS calculation formula information 606.

そして、リアルタイム計測処理部504は、算出したスピードV、速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dを、リアルタイム計測処理の計測結果とし、計測時刻と対応付けて、INSログデータ612として蓄積記憶する。 Then, the real-time measurement processing unit 504 sets the calculated speed V, speed component V x , V y , position component P x , P y , and moving distance D as the measurement result of the real-time measurement processing, and associates them with the measurement time. Then, it is stored and stored as INS log data 612.

修正処理部506は、リアルタイム計測処理部504によるリアルタイム計測処理の計測結果を、衛星測位装置であるGPSモジュール100が測位動作を行って取得した参考航法情報であるGPSログデータ610を用いて修正する修正処理を実行する。修正処理は、行動種別判定部502が、ユーザー3の停止、又は、移動運動の終了を判定した場合に実行する。 The correction processing unit 506 corrects the measurement result of the real-time measurement processing by the real-time measurement processing unit 504 by using the GPS log data 610 which is the reference navigation information acquired by the GPS module 100 which is the satellite positioning device by performing the positioning operation. Execute the correction process. The correction process is executed when the action type determination unit 502 determines that the user 3 has stopped or the locomotion has ended.

修正処理では、ジャイロセンサー204の計測値である角速度から求められるヨー角(INSヨー角)を、GPSログデータ610に含まれるヨー角(GPSヨー角)を用いて、初期補正、全体補正、及び、局地補正の三回の補正を行う。その後、補正後のヨー角を用いて、再度、位置、速度、移動距離を算出し、続いて、算出した位置を、GPSログデータ610に含まれる位置(GPS位置)を用いて補正(位置補正)する。 In the correction process, the yaw angle (INS yaw angle) obtained from the angular velocity measured by the gyro sensor 204 is initially corrected, totally corrected, and the yaw angle (GPS yaw angle) included in the GPS log data 610 is used. , Perform three corrections of local correction. After that, the position, speed, and moving distance are calculated again using the corrected yaw angle, and then the calculated position is corrected (position correction) using the position (GPS position) included in the GPS log data 610. )do.

初期補正では、ユーザー3の移動開始からの所定期間におけるINSヨー角ψとGPSヨー角との差分W11,W12に基づいて初期補正式C1を算出し、この初期補正式C1を用いて、計測期間の全てのINSヨー角を補正する。次いで、全体補正では、計測期間における初期補正後INSヨー角とGPSヨー角との差分W23に基づいて全体補正式C3を算出し、この全体補正式C3を用いて、計測期間の全ての初期補正後INSヨー角を補正する。続いて、局地補正では、各測位時刻における全体補正後INSヨー角がGPSヨー角に一致するように、計測期間の全ての全体補正後INSヨー角を補正する。そして、位置補正では、局地補正後INSヨー角を用いてINS位置である位置成分Px,Pyを算出し、各測位時刻におけるINS位置がGPS位置に一致するように、計測期間の全てのINS位置を補正する。 In the initial correction, the initial correction formula C1 is calculated based on the differences W11 and W12 between the INS yaw angle ψ and the GPS yaw angle in a predetermined period from the start of movement of the user 3, and the measurement period is calculated using this initial correction formula C1. Corrects all INS yaw angles in. Next, in the overall correction, the overall correction formula C3 is calculated based on the difference W23 between the INS yaw angle and the GPS yaw angle after the initial correction in the measurement period, and all the initial corrections in the measurement period are used using this overall correction formula C3. After that, the INS yaw angle is corrected. Subsequently, in the local correction, all the corrected INS yaw angles in the measurement period are corrected so that the INS yaw angle after the total correction at each positioning time matches the GPS yaw angle. Then, in the position correction, the position components Px and Py, which are the INS positions, are calculated using the INS yaw angle after the local correction, and all the INS in the measurement period so that the INS position at each positioning time matches the GPS position. Correct the position.

修正処理部506によって修正された計測時刻t毎のスピードV、速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dは、修正位置情報614として記憶される。 The speed V, the speed components V x , V y , the position components P x , P y , and the moving distance D corrected by the correction processing unit 506 for each measurement time t are stored as the correction position information 614.

測位制御部508は、衛星測位装置であるGPSモジュール100に行わせる測位動作を制御する。具体的には、行動種別判定部502によってユーザー3の移動運動の開始と判定されると、GPSモジュール100に対して所定の時間間隔で間欠的に測位動作を行わせるように制御して測位を開始させ、移動運動の停止と判定されると、測位を終了させる。この測位動作を行わせる時間間隔(第1の周期)は、リアルタイム計測処理における位置情報の計測を行う時間間隔Δt(第2の周期)より長く定められる。 The positioning control unit 508 controls the positioning operation performed by the GPS module 100, which is a satellite positioning device. Specifically, when the action type determination unit 502 determines that the movement of the user 3 has started, the GPS module 100 is controlled to perform the positioning operation intermittently at predetermined time intervals to perform positioning. When it is started and it is determined that the locomotion is stopped, the positioning is terminated. The time interval (first cycle) for performing this positioning operation is set longer than the time interval Δt (second cycle) for measuring the position information in the real-time measurement process.

また、測位制御部508は、GPSモジュール100に測位動作を行わせる時間間隔を変更することができる。具体的には、GPSモジュール100での測位の開始からの経過時間が所定条件を満たした場合には、測位動作の時間間隔を長くするように制御する。例えば、経過時間が所定時間以上であることを所定条件とすることで、GPSモジュール100での測位の開始直後は比較的に高頻度で測位動作を行うが、しばらく経つと、測位動作を行う頻度を低くさせ、測位動作を行う時間間隔(第1の終期)を長くすることができる。更に、所定条件とする所定時間を段階的に定めることで、時間経過に伴って、測位動作の時間間隔(第1の周期)を徐々に長くするといったことができる。 Further, the positioning control unit 508 can change the time interval for causing the GPS module 100 to perform the positioning operation. Specifically, when the elapsed time from the start of positioning by the GPS module 100 satisfies a predetermined condition, the time interval of the positioning operation is controlled to be long. For example, by setting the elapsed time to be a predetermined time or longer as a predetermined condition, the positioning operation is performed relatively frequently immediately after the start of positioning by the GPS module 100, but after a while, the positioning operation is performed frequently. Can be lowered and the time interval (first final stage) for performing the positioning operation can be lengthened. Further, by setting a predetermined time as a predetermined condition stepwise, it is possible to gradually lengthen the time interval (first cycle) of the positioning operation with the passage of time.

また、GPSモジュール100が測位に失敗して測位位置を確定できなかった場合や、測位位置の確定までに所定時間以上かかった場合には、所定の短い時間間隔や初期の時間間隔、或いは最短の時間間隔に変更するといったように、測位動作の時間間隔を短くすることにしても良い。或いは、ジャイロセンサー204の計測値である角速度(ωx,ω,ω)から求められるヨー角ψが所定角度以上変化した場合に、測位動作の時間間隔を短くすることにしても良い。ヨー角ψが大きく変化する状況としては、例えば、ユーザー3が曲がり角を曲がった状況が挙げられる。 Further, when the GPS module 100 fails in positioning and the positioning position cannot be determined, or when it takes a predetermined time or more to determine the positioning position, a predetermined short time interval, an initial time interval, or the shortest time interval is required. The time interval of the positioning operation may be shortened, such as changing to the time interval. Alternatively, when the yaw angle ψ obtained from the angular velocity (ωx, ω y , ω z ) measured by the gyro sensor 204 changes by a predetermined angle or more, the time interval of the positioning operation may be shortened. As a situation where the yaw angle ψ changes significantly, for example, there is a situation where the user 3 turns a corner.

そして、測位制御部508は、GPSモジュール100に測位動作を行わせて取得した、位置、速度、及び、姿勢を、参考航法情報として、取得時刻と対応付けて、GPSログデータ610として蓄積記憶する。 Then, the positioning control unit 508 stores and stores the position, speed, and attitude acquired by causing the GPS module 100 to perform the positioning operation as GPS log data 610 in association with the acquisition time as reference navigation information. ..

スピード推計式補正部510は、式(1)に示したユーザーのスピードVの推計式における係数aを補正する。このスピード推計式の補正は、GPSモジュール100が測位動作を行って新たな測位情報が得られた場合に行う。具体的には、係数aを、得られた測位情報に含まれるスピードVを用いて、式(2)に従って算出される“係数a1n”に更新する。 The speed estimation type correction unit 510 corrects the coefficient a1 in the estimation formula of the user's speed V shown in the formula ( 1 ). This speed estimation type correction is performed when the GPS module 100 performs a positioning operation and new positioning information is obtained. Specifically, the coefficient a 1 is updated to the "coefficient a 1n " calculated according to the equation (2) by using the speed V g included in the obtained positioning information.

記憶部600は、ROMやRAM等で構成される記憶装置であり、処理部500が電子機器1の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、処理部500の作業領域として用いられ、処理部500の演算結果や、操作部402や通信部408からの入力データを一時的に格納する。図1の制御基板18に搭載されたメインメモリーや計測データ用メモリーがこれに該当する。また、記憶部600には、位置情報計測プログラム602と、スピード推計式情報604と、INS算出式情報606と、IMUログデータ608と、GPSログデータ610と、INSログデータ612と、修正位置情報614とが記憶される。 The storage unit 600 is a storage device composed of a ROM, a RAM, or the like, and the processing unit 500 stores programs and data for realizing various functions of the electronic device 1 and is used as a work area of the processing unit 500. , The calculation result of the processing unit 500 and the input data from the operation unit 402 and the communication unit 408 are temporarily stored. The main memory and the memory for measurement data mounted on the control board 18 of FIG. 1 correspond to this. Further, in the storage unit 600, the position information measurement program 602, the speed estimation type information 604, the INS calculation type information 606, the IMU log data 608, the GPS log data 610, the INS log data 612, and the correction position information 614 and is stored.

位置情報計測プログラム602は、処理部500がこれを読み出して実行することにより、電子機器1を装着したユーザー3の位置情報を計測する機能を実現するためのプログラムである。なお、処理部500内の各機能部を電子回路等のハードウェアで実現する場合には、当該機能部を実現させるためのプログラムの一部を省略することができる。 The position information measurement program 602 is a program for realizing a function of measuring the position information of the user 3 who wears the electronic device 1 by reading and executing the position information measurement program 602. When each functional unit in the processing unit 500 is realized by hardware such as an electronic circuit, a part of the program for realizing the functional unit can be omitted.

IMUログデータ608は、IMU200の加速度センサー202及びジャイロセンサー204の計測値を蓄積記憶したデータであり、リアルタイム計測処理部504による位置情報の計測時刻t毎の、加速度センサー202の計測値である加速度(α,α,α)、及び、ジャイロセンサー204の計測値である角速度(ω,ω、ω)を対応付けたデータである。 The IMU log data 608 is data that stores and stores the measured values of the acceleration sensor 202 and the gyro sensor 204 of the IMU 200, and is the acceleration that is the measured value of the acceleration sensor 202 at each measurement time t of the position information by the real-time measurement processing unit 504. It is the data associated with (α x , α y , α z ) and the angular velocity (ω x , ω y , ω z ) which is the measured value of the gyro sensor 204.

<処理の流れ>
図13は、電子機器1における位置情報計測処理の流れを説明するフローチャートである。なお、この処理の実行に先立ち、電子機器1はユーザー3の手首又は腕に装着されているものとする。
<Processing flow>
FIG. 13 is a flowchart illustrating a flow of position information measurement processing in the electronic device 1. Prior to the execution of this process, it is assumed that the electronic device 1 is attached to the wrist or arm of the user 3.

先ず、行動種別判定部502が、IMU200の計測信号に基づき、ユーザー3が移動中であるか停止しているか、ユーザー3の移動運動の開始及び終了といった行動種別の判定を開始する(ステップS1)。そして、ユーザー3が移動運動を開始したと判定したならば(ステップS3:YES)、リアルタイム計測処理部504が、リアルタイム計測処理(図14参照)の実行を開始する(ステップS5)。 First, the action type determination unit 502 starts determining the action type such as whether the user 3 is moving or stopped, and the start and end of the movement movement of the user 3, based on the measurement signal of the IMU 200 (step S1). .. Then, if it is determined that the user 3 has started the locomotion (step S3: YES), the real-time measurement processing unit 504 starts executing the real-time measurement processing (see FIG. 14) (step S5).

その後、ユーザー3が移動運動を終了したと判定したならば(ステップS7:YES)、リアルタイム計測処理部504は、実行中のリアルタイム計測処理を終了する(ステップS9)。続いて、修正処理部506が、修正処理(図15参照)を実行する(ステップS11)。以上の処理を行うと、位置情報計測処理は終了となる。 After that, if it is determined that the user 3 has finished the locomotion (step S7: YES), the real-time measurement processing unit 504 ends the running real-time measurement processing (step S9). Subsequently, the correction processing unit 506 executes the correction processing (see FIG. 15) (step S11). When the above processing is performed, the position information measurement processing is completed.

図14は、リアルタイム計測処理の流れを説明するフローチャートである。リアルタイム計測処理では、リアルタイム計測処理部504は、所定時間Δt(例えば、1秒)毎に、ループAの処理を繰り返し実行する。 FIG. 14 is a flowchart illustrating a flow of real-time measurement processing. In the real-time measurement processing, the real-time measurement processing unit 504 repeatedly executes the processing of the loop A every predetermined time Δt (for example, 1 second).

すなわち、加速度センサー202の計測信号(加速度信号)に基づき、式(1)に示したスピード推計式を用いて、ユーザー3のスピードVを算出する(ステップS31)。また、ジャイロセンサー204の計測値である角速度(ω,ω,ω)に基づき、ヨー角ψを算出する(ステップS33)。次いで、算出した速度V、及び、ヨー角ψに基づき、式(3)に示した算出式を用いて、速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dを算出する(ステップS35)。そして、算出した速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dを,計測情報とし、現在時刻を計測時刻としてこれに対応付けて、INSログデータ612に追加して記録する(ステップS37)。また、算出したスピードVや移動距離Dなどを表示部404に表示するといった、計測結果の表示を行う(ステップS39)。 That is, the speed V of the user 3 is calculated using the speed estimation formula shown in the formula (1) based on the measurement signal (acceleration signal) of the acceleration sensor 202 (step S31). Further, the yaw angle ψ is calculated based on the angular velocity (ω x , ω y , ω z ) which is the measured value of the gyro sensor 204 (step S33). Next, based on the calculated velocity V and the yaw angle ψ, the velocity components V x , V y , the position components P x , P y , and the moving distance D are calculated using the calculation formula shown in the equation (3). Calculate (step S35). Then, the calculated velocity components V x , V y , the position components P x , P y , and the moving distance D are used as measurement information, and the current time is used as the measurement time in association with this and added to the INS log data 612. And record (step S37). Further, the measurement result is displayed by displaying the calculated speed V, the moving distance D, and the like on the display unit 404 (step S39).

その後、GPSモジュール100の測位動作によって新たな測位情報が取得されたならば(ステップS41:YES)、スピード推計式補正部510が、取得された測位情報に含まれるスピードVg(参考スピード)を用いて、スピード推計式における係数aを補正する(ステップS43)。ループAの処理はこのように行われる。 After that, if new positioning information is acquired by the positioning operation of the GPS module 100 (step S41: YES), the speed estimation type correction unit 510 uses the speed Vg (reference speed) included in the acquired positioning information. Then, the coefficient a1 in the speed estimation formula is corrected (step S43). The processing of loop A is performed in this way.

図15は、修正処理の流れを説明するフローチャートである。修正処理では、修正処理部506は、先ず、ユーザー3の移動開始からの所定期間を対象とし、対象期間における各測位時刻のGPSヨー角とINSヨー角との差分W11に基づいて初期補正式C1を算出し(ステップS51)、この初期補正式C1を用いて、計測期間の全ての各計測時刻のINSヨー角を補正する初期補正を行う(ステップS53)。 FIG. 15 is a flowchart illustrating the flow of the correction process. In the correction process, the correction processing unit 506 first targets a predetermined period from the start of movement of the user 3, and the initial correction formula C1 is based on the difference W11 between the GPS yaw angle and the INS yaw angle of each positioning time in the target period. (Step S51), and using this initial correction formula C1, initial correction is performed to correct the INS yaw angle at each measurement time in the measurement period (step S53).

次いで、計測期間の全てを対象とし、対象期間における各測位時刻のGPSヨー角と初期補正後のINSヨー角との差分W21を求め、更に、この差分W21に基づいて全体補正式C3を算出する(ステップS55)。そして、この全体補正式C3を用いて、計測期間の全ての各計測時刻における初期補正後のINSヨー角を補正する全体補正を行う(ステップS57)。続いて、各測位時刻における全体補正後INSヨー角がGPSヨー角に一致するように、計測期間の全ての各計測時刻における全体補正後のINSヨー角を補正する局地補正を行う(ステップS59)。 Next, the difference W21 between the GPS yaw angle of each positioning time in the target period and the INS yaw angle after the initial correction is obtained for the entire measurement period, and the overall correction formula C3 is calculated based on this difference W21. (Step S55). Then, using this total correction formula C3, total correction is performed to correct the INS yaw angle after the initial correction at each measurement time in the measurement period (step S57). Subsequently, local correction is performed to correct the overall corrected INS yaw angle at each measurement time of the measurement period so that the overall corrected INS yaw angle at each positioning time matches the GPS yaw angle (step S59). ).

その後、局地補正後のINSヨー角に基づき、式(3)に示した算出式を用いて、速度成分V,V、位置成分P,P、及び、移動距離Dを再算出する(ステップS61)。そして、各測位時刻におけるINS位置がGPS位置に一致するように、計測期間の全ての各計測時刻における再算出したINS位置を補正する位置補正を行う(ステップS63)。 Then, based on the locally corrected INS yaw angle, the velocity components V x , V y , the position components P x , P y , and the moving distance D are recalculated using the calculation formula shown in the formula (3). (Step S61). Then, position correction is performed to correct the recalculated INS position at each measurement time in the measurement period so that the INS position at each positioning time matches the GPS position (step S63).

そして、再算出及び補正した各計測時刻tにおけるスピードV、速度成分V,V、及び、位置成分Px,Pyを、修正位置情報614として記録する(ステップS65)。以上の処理を行うと、修正処理は終了となる。 Then, the speed V, the velocity components V x , V y , and the position components Px, Py at each measurement time t recalculated and corrected are recorded as the corrected position information 614 (step S65). When the above processing is performed, the correction processing is completed.

[第2実施形態]
次に、本発明を適用した第2実施形態を説明する。第2実施形態は、第1実施形態では電子機器が実行する修正処理を、電子機器と通信接続可能な別体のコンピューターが実行する点が第1実施形態と異なる。なお、以下の第2実施形態において、上述の第1実施形態と同一要素については同符号を付し、詳細な説明を省略或いは簡略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment to which the present invention is applied will be described. The second embodiment is different from the first embodiment in that the correction process executed by the electronic device in the first embodiment is executed by a separate computer capable of communicating with the electronic device. In the following second embodiment, the same elements as those of the above-mentioned first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted or simplified.

<システム構成>
図16は、第2実施形態における測位システム7の構成図である。図16に示すように、測位システム7は、電子機器1Bと、コンピューター9とが、通信接続されて構成される。
<System configuration>
FIG. 16 is a configuration diagram of the positioning system 7 according to the second embodiment. As shown in FIG. 16, the positioning system 7 is configured by connecting the electronic device 1B and the computer 9 by communication.

電子機器1Bは、第1実施形態における電子機器1と同様の機器であり、ユーザー3の手首や腕に装着可能な、いわゆるランナーズウォッチと呼ばれる腕時計型の電子機器である。 The electronic device 1B is a device similar to the electronic device 1 in the first embodiment, and is a wristwatch-type electronic device that can be worn on the wrist or arm of the user 3 and is a so-called runner's watch.

コンピューター9は、例えば、図16に示したパソコンやスマートフォンの他、ノート型コンピューター、タブレット型コンピューター等で実現することもできる。また、コンピューター9は、複数台のコンピューターが通信接続されたコンピューターシステムとして実現されるとしても良い。コンピューター9をスマートフォン等の携帯機器として実現する場合には、ユーザー3の下腕部(手首部)に電子機器1Bを装着し、コンピューター9を上腕部に装着したり携帯バッグ等に収納して携帯することで、電子機器1Bとコンピューター9との間を無線通信で常時接続した状態とすることも可能である。 The computer 9 can be realized by, for example, a notebook computer, a tablet computer, or the like, in addition to the personal computer and smartphone shown in FIG. Further, the computer 9 may be realized as a computer system in which a plurality of computers are communicated and connected. When the computer 9 is realized as a portable device such as a smartphone, the electronic device 1B is attached to the lower arm (wrist) of the user 3, and the computer 9 is attached to the upper arm or stored in a mobile bag or the like for carrying. By doing so, it is possible to maintain a state in which the electronic device 1B and the computer 9 are always connected by wireless communication.

<概要>
第2実施形態では、第1実施形態と同様に、電子機器1Bは、ユーザー3の腕や手首といったユーザー3の移動または運動に伴って周期的に動く所定部位に装着される。電子機器1Bは、ユーザー3の移動中、ユーザー3の位置情報を計測するリアルタイム計測処理を行う。そして、ユーザー3の移動運動が終了した後、電子機器1Bは、ユーザー3から取り外され、例えば、ユーザー3による所定の操作スイッチ14の操作によって、ユーザー3が所有するコンピューター9との近距離無線通信を開始し、制御基板18に搭載されたメインメモリーや計測データ用メモリーに記録されたIMUログデータ608やGPSログデータ610、INSログデータ612等のデータを、コンピューター9に送信する。すると、コンピューター9は、これらの受信データに基づく修正処理を行い、修正処理の結果の表示を行う。
<Overview>
In the second embodiment, as in the first embodiment, the electronic device 1B is attached to a predetermined portion that periodically moves with the movement or movement of the user 3, such as the arm or wrist of the user 3. The electronic device 1B performs real-time measurement processing for measuring the position information of the user 3 while the user 3 is moving. Then, after the movement of the user 3 is completed, the electronic device 1B is removed from the user 3, and for example, by operating a predetermined operation switch 14 by the user 3, a short-range wireless communication with the computer 9 owned by the user 3 is performed. Is started, and data such as IMU log data 608, GPS log data 610, and INS log data 612 recorded in the main memory mounted on the control board 18 and the measurement data memory are transmitted to the computer 9. Then, the computer 9 performs a correction process based on these received data and displays the result of the correction process.

なお、図16では、コンピューター9を、ユーザー3が所有するものであるかのように図示したが、電子機器1Bを利用した運動に係る各種データの管理サービスを提供する事業者が運営するサーバシステムとし、電子機器1Bとコンピューター9とは、インターネットを介して通信接続されることとしても良い。 Although the computer 9 is shown in FIG. 16 as if it were owned by the user 3, a server system operated by a business operator that provides various data management services related to exercise using the electronic device 1B. The electronic device 1B and the computer 9 may be connected to each other via the Internet.

<機能構成>
図17は、第2実施形態における測位システム7の機能構成図である。電子機器1Bは、第1実施形態における電子機器1(図12参照)と異なる点として、演算処理装置400Bの処理部500Bが、機能部として修正処理部506を備えておらず、記憶部900には、修正処理部506が生成する修正位置情報614は記憶されない。
<Functional configuration>
FIG. 17 is a functional configuration diagram of the positioning system 7 according to the second embodiment. The electronic device 1B differs from the electronic device 1 (see FIG. 12) in the first embodiment in that the processing unit 500B of the arithmetic processing unit 400B does not include the correction processing unit 506 as a functional unit, and the storage unit 900 Does not store the correction position information 614 generated by the correction processing unit 506.

コンピューター9は、操作部702と、表示部704と、音主力部706と、通信部708と、時計部710と、処理部800と、記憶部900とを有する。処理部800は、機能部として、修正処理部506を有する。記憶部900には、修正処理プログラム902と、INS算出式情報606と、IMUログデータ906と、GPSログデータ908と、INSログデータ910と、修正位置情報614と、が記憶される。 The computer 9 has an operation unit 702, a display unit 704, a sound main unit 706, a communication unit 708, a clock unit 710, a processing unit 800, and a storage unit 900. The processing unit 800 has a correction processing unit 506 as a functional unit. The storage unit 900 stores the correction processing program 902, the INS calculation formula information 606, the IMU log data 906, the GPS log data 908, the INS log data 910, and the correction position information 614.

修正処理プログラム902は、処理部800がこれを読み出して実行することにより、修正処理(図15参照)を実行するためのプログラムである。 The correction processing program 902 is a program for executing the correction processing (see FIG. 15) by the processing unit 800 reading and executing the correction processing program 902.

IMUログデータ906、GPSログデータ908、及び、INSログデータ910は、通信部708を介したデータ通信によって電子機器1から受信したIMUログデータ608、GPSログデータ610、及び、INSログデータ612に相当するデータである。 The IMU log data 906, GPS log data 908, and INS log data 910 are used in the IMU log data 608, GPS log data 610, and INS log data 612 received from the electronic device 1 by data communication via the communication unit 708. Corresponding data.

第2実施形態における測位システム7が実行する処理の流れは、図13~図15を参照して説明した処理の流れと同様である。実行主体が第1実施形態では電子機器1のみであったものが、第2実施形態では電子機器1Bとコンピューター9になり、処理に応じて役割分担をした分散処理となる違いがあるだけである。 The processing flow executed by the positioning system 7 in the second embodiment is the same as the processing flow described with reference to FIGS. 13 to 15. In the first embodiment, the execution subject is only the electronic device 1, but in the second embodiment, the electronic device 1B and the computer 9 are used, and there is only a difference in the distributed processing in which the roles are divided according to the processing. ..

[作用効果]
以上、2つの実施形態について説明したが、本実施形態によれば、慣性計測装置の計測信号を用いた位置情報の計測を、消費電力を抑制しつつ、高精度に行うことができる。すなわち、ユーザー3の移動中は、慣性計測装置であるIMU200の計測信号を用いてユーザー3の位置情報を計測するリアルタイム計測処理を行い、ユーザー3の停止後に、リアルタイム計測処理の計測結果を、衛星測位装置であるGPSモジュール100による測位動作によって取得された参考航法情報である測位情報を用いて修正することができる。
[Action effect]
Although the two embodiments have been described above, according to the present embodiment, the measurement of the position information using the measurement signal of the inertial measurement unit can be performed with high accuracy while suppressing the power consumption. That is, while the user 3 is moving, a real-time measurement process for measuring the position information of the user 3 is performed using the measurement signal of the IMU200, which is an inertial measurement unit, and after the user 3 is stopped, the measurement result of the real-time measurement process is transmitted to the satellite. It can be corrected by using the positioning information which is the reference navigation information acquired by the positioning operation by the GPS module 100 which is the positioning device.

GPS測位は精度が高いが消費電力が比較的に大きいため、ユーザー3の移動中はIMU200の計測信号を用いて位置情報を計測するとともに、GPSモジュール100による測位動作をリアルタイム計測処理における位置情報の計測周期よりも長い周期で行い、取得した測位情報を用いてリアルタイム計測処理の計測結果を修正することで、全体として、位置情報の計測を高精度に行うとともに消費電力の低減を実現している。 GPS positioning is highly accurate but consumes relatively large power, so while the user 3 is moving, position information is measured using the measurement signal of the IMU 200, and the positioning operation by the GPS module 100 is the position information in the real-time measurement process. By performing the measurement in a cycle longer than the measurement cycle and correcting the measurement result of the real-time measurement process using the acquired positioning information, the position information is measured with high accuracy and the power consumption is reduced as a whole. ..

また、リアルタイム計測処理における位置情報の計測は、ユーザー3の移動のスピードと腕振り動作との間に関連性があることを利用して、従来の慣性航法演算とは異なる方法で実現しており、更なる消費電力の低減を実現している。特に、ユーザー3が移動してゆく位置の計測を、スピードと、ヨー角とに分けた特異な処理によって、消費電力の低減を実現している。 In addition, the measurement of position information in the real-time measurement process is realized by a method different from the conventional inertial navigation calculation by utilizing the relationship between the movement speed of the user 3 and the arm swing motion. , Further reduction of power consumption is realized. In particular, the measurement of the position where the user 3 moves is divided into the speed and the yaw angle, which is a peculiar process to reduce the power consumption.

[変形例]
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
[Modification example]
It should be noted that the applicable embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and of course, it can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.

(A)ラップタイムの算出・表示
例えば、ユーザー3の移動中、リアルタイム計測処理において、算出した各計測時刻における移動距離Dと、移動運動の開始からの経過時間と、に基づいて、所定の単位距離の移動に要した時間(いわゆる、ラップタイム)を算出して記録・表示するようにしても良い。
(A) Calculation and display of lap time For example, a predetermined unit distance is determined based on the movement distance D at each measurement time calculated in the real-time measurement process while the user 3 is moving and the elapsed time from the start of the movement movement. The time required for the movement (so-called lap time) may be calculated, recorded and displayed.

(B)修正処理の実行タイミング
また、修正処理を、ユーザー3の停止中、又は、移動運動の終了後に限らず、ユーザー3の移動中に実行するようにしても良い。例えば、リアルタイム計測処理の計測結果である位置情報のINSログデータ612への記録や、GPSモジュールの測位動作によって取得された測位情報のGPSログデータ610への記録に係る記録データ量又は記録回数に基づいて、修正処理を実行するか否かを判定して実行することができる。具体的には、記録データ量又は記録回数が、所定データ量又は所定回数に達した場合に、修正処理を実行することができる。これにより、修正の対象となるデータがある程度蓄積された状態で修正処理を実行できるため、リアルタイム計測処理の計測結果の修正精度を高めることができる。
(B) Execution timing of the correction process Further, the correction process may be executed not only during the stop of the user 3 or after the end of the locomotion, but also during the movement of the user 3. For example, the amount of recorded data or the number of recordings related to the recording of the position information which is the measurement result of the real-time measurement process in the INS log data 612 and the recording of the positioning information acquired by the positioning operation of the GPS module in the GPS log data 610. Based on this, it is possible to determine whether or not to execute the correction process and execute the correction process. Specifically, when the amount of recorded data or the number of times of recording reaches a predetermined amount of data or a predetermined number of times, the correction process can be executed. As a result, the correction process can be executed with the data to be corrected accumulated to some extent, so that the correction accuracy of the measurement result of the real-time measurement process can be improved.

1…電子機器、3…ユーザー、5…GPS衛星、7…測位システム、9…コンピュータ、100…GPSモジュール、200…IMU、202…加速度センサー、204…ジャイロセンサー、400…演算処理装置、500…処理部、502…行動種別判定部、504…リアルタイム計測処理部、506…修正処理部、508…測位制御部、510…スピード推計式補正部、600…記憶部、602…位置情報計測プログラム、604…スピード推計式情報、606…INS算出式情報、608…IMUログデータ、610…GPSログデータ、612…INSログデータ 1 ... electronic equipment, 3 ... user, 5 ... GPS satellite, 7 ... positioning system, 9 ... computer, 100 ... GPS module, 200 ... IMU, 202 ... acceleration sensor, 204 ... gyro sensor, 400 ... arithmetic processing unit, 500 ... Processing unit, 502 ... Action type determination unit, 504 ... Real-time measurement processing unit, 506 ... Correction processing unit, 508 ... Positioning control unit, 510 ... Speed estimation type correction unit, 600 ... Storage unit, 602 ... Position information measurement program, 604 ... Speed estimation formula information, 606 ... INS calculation formula information, 608 ... IMU log data, 610 ... GPS log data, 612 ... INS log data

Claims (16)

演算処理装置が慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測する位置計測方法であって、
前記慣性計測装置は、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動く前記ユーザーの所定部位に装着されて、所与の計測時間間隔での各計測時刻において計測を行い、
前記ユーザーは、前記所定部位或いは他の部位に、前記計測時間間隔より長い所与の測位時間間隔での各測位時刻において測位を行う衛星測位装置を装着しており、
前記演算処理装置は、
前記位置情報を計測するリアルタイム計測処理と、
前記リアルタイム計測処理の計測結果を、前記衛星測位装置の測位情報に基づく参考航法情報を用いて修正する修正処理と、
を実行し、
前記リアルタイム計測処理は、
前記移動または運動によって周期的に表れる前記計測信号の信号特性に基づいて前記ユーザーのスピードを推計することと、
前記計測信号に基づいてヨー角を計算することと、
前記スピードおよび前記ヨー角を用いて前記位置情報を計測することと、
を含み、
前記参考航法情報は、
参考ヨー角
を含み、
前記修正処理は、
前記計測結果に含まれるヨー角を、前記参考ヨー角に基づいて補正するヨー角補正を行うことと、
前記計測結果に含まれる位置情報を、前記ヨー角補正の補正後のヨー角に基づいて補正することと、
を含み、
前記ヨー角補正は、
前記計測結果に含まれる各計測時刻のヨー角のうち、前記測位時刻に対応するヨー角と、当該測位時刻の参考ヨー角との差分を、360度を減算或いは加算して符号を揃える符号正規化処理を行って当該差分の絶対値が360度超においても前記測位時刻の時間経過に応じて徐々に大きくなるようにロールアウトさせて算出することと
前記測位時刻の時間経過に対する当該差分の変化に基づく補正式を算出することと
当該補正式を各計測時刻のヨー角に適用する補正を行うこと
を含む、
位置計測方法。
It is a position measurement method in which the arithmetic processing unit measures the position information using the measurement signal of the inertial measurement unit.
The inertial measurement unit is attached to a predetermined part of the user who moves periodically with the movement or movement of the user, and measures at each measurement time at a given measurement time interval.
The user is equipped with a satellite positioning device that performs positioning at each positioning time at a given positioning time interval longer than the measurement time interval at the predetermined portion or another portion.
The arithmetic processing unit is
Real-time measurement processing to measure the location information and
A correction process for correcting the measurement result of the real-time measurement process using reference navigation information based on the positioning information of the satellite positioning device, and a correction process.
And run
The real-time measurement process
To estimate the speed of the user based on the signal characteristics of the measurement signal that periodically appears due to the movement or movement.
To calculate the yaw angle based on the measurement signal,
Measuring the position information using the speed and the yaw angle,
Including
The reference navigation information is
Including the reference yaw angle
The correction process is
Performing yaw angle correction that corrects the yaw angle included in the measurement result based on the reference yaw angle,
Correcting the position information included in the measurement result based on the corrected yaw angle of the yaw angle correction, and
Including
The yaw angle correction is
Of the yaw angles of each measurement time included in the measurement result, the difference between the yaw angle corresponding to the positioning time and the reference yaw angle of the positioning time is subtracted or added by 360 degrees to align the codes. Even if the absolute value of the difference exceeds 360 degrees, it is rolled out so that it gradually increases with the passage of time of the positioning time .
To calculate the correction formula based on the change of the difference with respect to the passage of time of the positioning time ,
To make a correction that applies the correction formula to the yaw angle at each measurement time ,
including,
Position measurement method.
前記ヨー角補正は、
前記計測結果に係る期間のうちの一部期間に含まれる各計測時刻のヨー角のうち、前記測位時刻に対応するヨー角と、当該測位時刻の参考ヨー角との差分を、前記符号正規化処理を行ってロールアウトさせて算出することと前記測位時刻の時間経過に対する当該差分の変化に基づく補正式を算出することと当該補正式を前記計測結果に係る期間全てのヨー角に適用することと、を行う第1の補正と、
前記第1の補正後のヨー角のうち、前記測位時刻に対応するヨー角と、当該測位時刻の参考ヨー角との差分を、前記符号正規化処理を行ってロールアウトさせて算出することと前記測位時刻の時間経過に対する当該差分の変化に基づく補正式を算出することと当該補正式を前記第1の補正後のヨー角それぞれに適用することと、を行う第2の補正と、
を含む、
請求項1に記載の位置計測方法。
The yaw angle correction is
Of the yaw angles of each measurement time included in a part of the period related to the measurement result, the difference between the yaw angle corresponding to the positioning time and the reference yaw angle of the positioning time is code-normalized. It is calculated by performing processing and rolling out, calculating a correction formula based on the change in the difference with respect to the passage of time of the positioning time, and applying the correction formula to the yaw angle for all the periods related to the measurement result. Applying and doing the first amendment,
Of the first corrected yaw angles, the difference between the yaw angle corresponding to the positioning time and the reference yaw angle of the positioning time is calculated by performing the code normalization process and rolling out. A second correction for calculating a correction formula based on a change in the difference with respect to the passage of time of the positioning time, and applying the correction formula to each of the first corrected yaw angles. ,
including,
The position measuring method according to claim 1.
前記ヨー角補正は、
前記第2の補正後のヨー角のうち、前記測位時刻に対応するヨー角を、当該測位時刻の参考ヨー角にするための補正値を算出して補正し、当該測位時刻に対応しないヨー角を、当該補正値に基づく補完値を用いて補正することで、前記第2の補正後のヨー角それぞれを補正する第3の補正、
を含む、
請求項2に記載の位置計測方法。
The yaw angle correction is
Of the second corrected yaw angles, the yaw angle corresponding to the positioning time is corrected by calculating a correction value for making the reference yaw angle of the positioning time, and the yaw angle not corresponding to the positioning time is corrected. The third correction, which corrects each of the yaw angles after the second correction, by correcting using the complement value based on the correction value.
including,
The position measuring method according to claim 2.
前記リアルタイム計測処理は、
前記計測信号に含まれる計測加速度信号の加速度を求め、当該加速度の変化に基づいて前記計測加速度信号の周期を判定することと、
前記周期に基づいて前記計測加速度信号の振幅を算出することと、
を含み、
前記推計することは、前記振幅に基づいて前記スピードを推計することを含む、
請求項1~3の何れか一項に記載の位置計測方法。
The real-time measurement process
The acceleration of the measured acceleration signal included in the measured signal is obtained, and the period of the measured acceleration signal is determined based on the change in the acceleration.
To calculate the amplitude of the measured acceleration signal based on the period,
Including
The estimation includes estimating the speed based on the amplitude.
The position measuring method according to any one of claims 1 to 3.
前記演算処理装置は、
前記計測信号に基づいて、前記ユーザーが前記移動運動を行っているか、停止しているか、を少なくとも含む前記ユーザーの行動種別を判定し、前記移動運動を行っていると判定した場合に前記リアルタイム計測処理を実行する、
請求項1~4の何れか一項に記載の位置計測方法。
The arithmetic processing unit is
Based on the measurement signal, the action type of the user including at least whether the user is performing the locomotion or stopped is determined, and when it is determined that the user is performing the locomotion, the real-time measurement is performed. Execute the process,
The position measuring method according to any one of claims 1 to 4.
前記リアルタイム計測処理は、
移動距離を算出することと、
前記移動運動の経過時間を計時することと、
前記移動距離および前記経過時間に基づいて、所定の単位距離の移動に要した時間を算出することと、
を含む、
請求項1~5の何れか一項に記載の位置計測方法。
The real-time measurement process
Calculating the distance traveled and
To measure the elapsed time of the locomotion and
To calculate the time required to move a predetermined unit distance based on the movement distance and the elapsed time, and
including,
The position measuring method according to any one of claims 1 to 5.
前記演算処理装置は、
前記ユーザーの所定の終了操作、或いは、前記計測信号に基づいて、前記ユーザーが前記移動運動を終了したことを判断し、終了の判断をした場合に前記修正処理を実行する、
請求項1~6の何れか一項に記載の位置計測方法。
The arithmetic processing unit is
Based on the user's predetermined end operation or the measurement signal, it is determined that the user has completed the locomotion, and when the end is determined, the correction process is executed.
The position measuring method according to any one of claims 1 to 6.
前記演算処理装置は、
前記計測信号に基づいて、前記ユーザーが停止したことを判断し、停止の判断をした場合に前記修正処理を実行する、
請求項1~6の何れか一項に記載の位置計測方法。
The arithmetic processing unit is
Based on the measurement signal, it is determined that the user has stopped, and when the determination is made to stop, the correction process is executed.
The position measuring method according to any one of claims 1 to 6.
前記演算処理装置は、
前記計測結果および前記参考航法情報の記録データ量又は記録回数に基づいて、前記修正処理を実行する、
請求項1~6の何れか一項に記載の位置計測方法。
The arithmetic processing unit is
The correction process is executed based on the recorded data amount or the number of recordings of the measurement result and the reference navigation information.
The position measuring method according to any one of claims 1 to 6.
前記演算処理装置は、
前記衛星測位装置の前記測位時間間隔を制御すること、
を実行する、
請求項1~9の何れか一項に記載の位置計測方法。
The arithmetic processing unit is
Controlling the positioning time interval of the satellite positioning device,
To execute,
The position measuring method according to any one of claims 1 to 9.
前記測位時間間隔を制御することは、測位開始からの経過時間が所定条件を満たした場合に前記測位時間間隔を長くすることを含む、
請求項10に記載の位置計測方法。
Controlling the positioning time interval includes lengthening the positioning time interval when the elapsed time from the start of positioning satisfies a predetermined condition.
The position measuring method according to claim 10.
前記測位時間間隔を制御することは、前記衛星測位装置が測位位置を確定できなかった場合、或いは、確定に所定時間以上かかった場合に、前記測位時間間隔を短くすることを含む、
請求項10又は11に記載の位置計測方法。
Controlling the positioning time interval includes shortening the positioning time interval when the satellite positioning device cannot determine the positioning position or when it takes a predetermined time or more to determine the positioning position.
The position measuring method according to claim 10 or 11.
前記測位時間間隔を制御することは、前記ヨー角が所定角度以上変化した場合に、前記測位時間間隔を短くすることを含む、
請求項10~12の何れか一項に記載の位置計測方法。
Controlling the positioning time interval includes shortening the positioning time interval when the yaw angle changes by a predetermined angle or more.
The position measuring method according to any one of claims 10 to 12.
前記参考航法情報は、参考位置情報を含み、
前記修正処理は、
前記位置情報を結んだ軌跡が、前記参考位置情報を通過するように前記位置情報を補正すること、
を含む請求項1~13の何れか一項に記載の位置計測方法。
The reference navigation information includes reference position information.
The correction process is
Correcting the position information so that the locus connecting the position information passes through the reference position information.
The position measuring method according to any one of claims 1 to 13.
演算処理装置と慣性計測装置と衛星測位装置とを備えた電子機器であって、
前記電子機器は、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動く前記ユーザーの所定部位に装着され、
前記慣性計測装置は、所与の計測時間間隔での各計測時刻において計測を行い、
前記衛星測位装置は、前記計測時間間隔より長い所与の測位時間間隔での各測位時刻において測位を行い、
前記演算処理装置は、
前記慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理と、
前記リアルタイム計測処理の計測結果を、前記衛星測位装置の測位情報に基づく参考航法情報を用いて修正する修正処理と、
を実行し、
前記リアルタイム計測処理は、
前記移動または運動によって周期的に表れる前記計測信号の信号特性に基づいて前記ユーザーのスピードを推計することと、
前記計測信号に基づいてヨー角を計算することと、
前記スピードおよび前記ヨー角を用いて前記位置情報を計測することと、
を含み、
前記参考航法情報は、
参考ヨー角
を含み、
前記修正処理は、
前記計測結果に含まれるヨー角を、前記参考ヨー角に基づいて補正するヨー角補正を行うことと、
前記計測結果に含まれる位置情報を、前記ヨー角補正の補正後のヨー角に基づいて補正することと、
を含み、
前記ヨー角補正は、
前記計測結果に含まれる各計測時刻のヨー角のうち、前記測位時刻に対応するヨー角と、当該測位時刻の参考ヨー角との差分を、360度を減算或いは加算して符号を揃える符号正規化処理を行って当該差分の絶対値が360度超において前記測位時刻の時間経過に応じて徐々に大きくなるようにロールアウトさせて算出することと
前記測位時刻の時間経過に対する当該差分の変化に基づく補正式を算出することと
当該補正式を各計測時刻のヨー角に適用する補正を行うこと
を含む、
電子機器。
It is an electronic device equipped with an arithmetic processing unit, an inertial measurement unit, and a satellite positioning unit.
The electronic device is attached to a predetermined part of the user who moves periodically with the movement or movement of the user.
The inertial measurement unit makes measurements at each measurement time at a given measurement time interval.
The satellite positioning device performs positioning at each positioning time at a given positioning time interval longer than the measurement time interval.
The arithmetic processing unit is
Real-time measurement processing that measures position information using the measurement signal of the inertial measurement unit, and
A correction process for correcting the measurement result of the real-time measurement process using reference navigation information based on the positioning information of the satellite positioning device, and a correction process.
And run
The real-time measurement process
To estimate the speed of the user based on the signal characteristics of the measurement signal that periodically appears due to the movement or movement.
To calculate the yaw angle based on the measurement signal,
Measuring the position information using the speed and the yaw angle,
Including
The reference navigation information is
Including the reference yaw angle
The correction process is
Performing yaw angle correction that corrects the yaw angle included in the measurement result based on the reference yaw angle,
Correcting the position information included in the measurement result based on the corrected yaw angle of the yaw angle correction, and
Including
The yaw angle correction is
Of the yaw angles of each measurement time included in the measurement result, the difference between the yaw angle corresponding to the positioning time and the reference yaw angle of the positioning time is subtracted or added by 360 degrees to align the codes. It is calculated by rolling out so that the absolute value of the difference exceeds 360 degrees and gradually increases with the passage of time of the positioning time .
To calculate the correction formula based on the change of the difference with respect to the passage of time of the positioning time ,
To make a correction that applies the correction formula to the yaw angle at each measurement time ,
including,
Electronics.
演算処理装置と慣性計測装置と衛星測位装置とを備えた電子機器と、コンピューターとが通信接続して構成される測位システムであって、
前記電子機器は、ユーザーの移動または運動に伴って周期的に動く前記ユーザーの所定部位に装着され、
前記慣性計測装置は、所与の計測時間間隔での各計測時刻において計測を行い、
前記衛星測位装置は、前記計測時間間隔より長い所与の測位時間間隔での各測位時刻において測位を行い、
前記演算処理装置は、
前記慣性計測装置の計測信号を用いて位置情報を計測するリアルタイム計測処理、
を実行し、
前記リアルタイム計測処理は、
前記移動または運動によって周期的に表れる前記計測信号の信号特性に基づいて前記ユーザーのスピードを推計することと、
前記計測信号に基づいてヨー角を計算することと、
前記スピードおよび前記ヨー角を用いて前記位置情報を計測することと、
を含み、
前記コンピューターは、
前記リアルタイム計測処理の計測結果を、前記衛星測位装置の測位情報に基づく参考航法情報を用いて修正する修正処理、
を実行し、
前記参考航法情報は、
参考ヨー角
を含み、
前記修正処理は、
前記計測結果に含まれるヨー角を、前記参考ヨー角に基づいて補正するヨー角補正を行うことと、
前記計測結果に含まれる位置情報を、前記ヨー角補正の補正後のヨー角に基づいて補正することと、
を含み、
前記ヨー角補正は、
前記計測結果に含まれる各計測時刻のヨー角のうち、前記測位時刻に対応するヨー角と、当該測位時刻の参考ヨー角との差分を、360度減算或いは加算して符号を揃える符号正規化処理を行って当該差分の絶対値が360度超においても前記測位時刻の時間経過に応じて徐々に大きくなるようにロールアウトさせて算出することと
前記測位時刻の時間経過に対する当該差分の変化に基づく補正式を算出することと
当該補正式を各計測時刻のヨー角に適用する補正を行うこと
を含む、
測位システム。
It is a positioning system configured by communication connection between an electronic device equipped with an arithmetic processing unit, an inertial measurement unit, and a satellite positioning device, and a computer.
The electronic device is attached to a predetermined part of the user who moves periodically with the movement or movement of the user.
The inertial measurement unit makes measurements at each measurement time at a given measurement time interval.
The satellite positioning device performs positioning at each positioning time at a given positioning time interval longer than the measurement time interval.
The arithmetic processing unit is
Real-time measurement processing that measures position information using the measurement signal of the inertial measurement unit,
And run
The real-time measurement process
To estimate the speed of the user based on the signal characteristics of the measurement signal that periodically appears due to the movement or movement.
To calculate the yaw angle based on the measurement signal,
Measuring the position information using the speed and the yaw angle,
Including
The computer is
Correction processing that corrects the measurement result of the real-time measurement processing using reference navigation information based on the positioning information of the satellite positioning device.
And run
The reference navigation information is
Including the reference yaw angle
The correction process is
Performing yaw angle correction that corrects the yaw angle included in the measurement result based on the reference yaw angle,
Correcting the position information included in the measurement result based on the corrected yaw angle of the yaw angle correction, and
Including
The yaw angle correction is
Of the yaw angles of each measurement time included in the measurement result, the difference between the yaw angle corresponding to the positioning time and the reference yaw angle of the positioning time is subtracted or added by 360 degrees to align the codes. It is calculated by performing processing and rolling out so that the absolute value of the difference gradually increases with the passage of time even when the absolute value of the difference exceeds 360 degrees .
To calculate the correction formula based on the change of the difference with respect to the passage of time of the positioning time ,
To make a correction that applies the correction formula to the yaw angle at each measurement time ,
including,
Positioning system.
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