WO2011065127A1 - 携帯ナビゲーションシステム - Google Patents

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WO2011065127A1
WO2011065127A1 PCT/JP2010/067418 JP2010067418W WO2011065127A1 WO 2011065127 A1 WO2011065127 A1 WO 2011065127A1 JP 2010067418 W JP2010067418 W JP 2010067418W WO 2011065127 A1 WO2011065127 A1 WO 2011065127A1
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magnetic field
user
navigation system
current position
start position
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PCT/JP2010/067418
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English (en)
French (fr)
Inventor
正木竜二
本蔵義信
Original Assignee
アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations

Definitions

  • the present invention relates to a portable navigation system that detects the current position of a user.
  • This portable navigation system includes a GPS radio wave reception unit in a mobile terminal, calculates the current position of the mobile terminal using the GPS radio wave received by the reception unit, and displays map information of the position on the display screen.
  • a portable navigation system that can be used in places where GPS radio waves are difficult to reach is also known (see Patent Document 2 below).
  • This portable navigation system identifies this base station by communicating with a plurality of base stations existing around the portable terminal, for example. And the present position of a portable terminal is specified using the position information of the base station memorized beforehand.
  • JP 2007-024700 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-219076
  • the mobile navigation system using the position of the base station has a problem that the accuracy is poor compared to the case where GPS radio waves are used. Therefore, a portable navigation system that can be used in places where GPS radio waves are difficult to reach and has high position detection accuracy is desired.
  • the present invention is intended to provide a portable navigation system that can be used even in places where GPS radio waves are difficult to reach and has high position detection accuracy.
  • the present invention is a portable navigation system for detecting the current position of a user holding a portable terminal, At least three magnetic field generation sources that generate alternating magnetic fields having different frequencies are arranged at predetermined positions,
  • the mobile device A triaxial magnetic sensor for detecting magnetic fields in three directions orthogonal to each other;
  • a triaxial acceleration sensor that detects acceleration in three directions orthogonal to each other;
  • a progress start position specifying means for specifying a user's progress start position;
  • a traveling direction identifying means for identifying the traveling direction of the user,
  • a current position specifying means for specifying the current position of the user when the user moves from the progress start position;
  • the advancing start position specifying means includes a storage means for storing an arrangement position of the magnetic field generation source and a magnet strength of the magnetic field generation source, and a detection signal of the alternating magnetic field detected by the three-axis magnetic
  • a frequency separation means for separating the signal into the magnetic field, and calculating the distance from the three-axis magnetic sensor to each of the magnetic field generation sources based on the strength of the alternating magnetic field for each frequency.
  • the portable navigation system of the present invention is provided with at least three magnetic field generation sources that generate alternating magnetic fields having different frequencies from each other at predetermined locations. Then, the AC magnetic field transmitted from the magnetic field generation source is received by the three-axis magnetic sensor, and the user's progress start position is specified. When the user moves to a place where the AC magnetic field does not reach after specifying the progress start position, the current position specifying means specifies the current position of the user using so-called autonomous navigation. In this way, the user's position can be accurately identified even in a place where GPS radio waves are difficult to reach.
  • the three magnetic field generation sources are installed in advance in a place where GPS radio waves are difficult to reach, such as an underground shopping mall or a shopping mall, and an alternating magnetic field transmitted from the three magnetic field generation sources is detected by a three-axis magnetic sensor. If received, the user's position can be accurately identified without using GPS radio waves.
  • the following method is used to specify the position of the user using the AC magnetic field. That is, since the magnetic field detected by the triaxial magnetic sensor is obtained by superimposing three alternating magnetic fields, the alternating magnetic field detected by the triaxial magnetic sensor is first separated for each frequency. Then, the strength of the alternating magnetic field for each frequency is calculated. Since the strength of the magnet included in the magnetic field generation source is stored in advance, the distances from the three-axis magnetic sensor to the three magnetic field generation sources can be obtained based on the detected strength of the alternating magnetic field. Further, since the position of the magnetic field generation source is also stored, the position of the user holding the portable terminal can be specified from the position information of each magnetic field generation source and the distance to the magnetic field generation source. This makes it possible to accurately obtain the user's progress start position without using GPS radio waves.
  • the user's current position is determined using the so-called autonomous navigation by the current position specifying means. Is identified. That is, the user's walking is detected step by step from the change in acceleration detected by the three-axis acceleration sensor. Further, the traveling direction of the user holding the mobile terminal is detected step by step from the gravitational acceleration detected by the triaxial acceleration sensor and the geomagnetism intensity detected by the triaxial magnetic sensor. Then, a walking vector for each step of the user is obtained from the step length of the user stored in advance and the traveling direction of the user for each step.
  • This walking vector is a vector in which the traveling direction of the user detected by the traveling direction specifying means during one step is the direction and the stride is the magnitude.
  • the current position of the user can be specified by adding all the walking vectors from the progress start position to the current position.
  • the present invention can accurately specify the user's progress start position as described above, the user's current position can be accurately determined by autonomous navigation performed thereafter.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a portable navigation system in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a mobile terminal in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a block diagram of a mobile terminal in Embodiment 1.
  • 3 is a graph showing a relationship between a distance from a magnetic field generation source and a magnetic field in Example 1.
  • 1 is a partially cutaway perspective view of a mobile terminal in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a flowchart of a portable navigation system in Embodiment 1. The flowchart following FIG.
  • the magnetic field generating source is arranged in an entrance hall provided near the entrance of the building, and a continuous passage extends from the entrance hall to the position where the AC magnetic field does not reach in the building.
  • the advancing start position specifying means specifies the advancing start position of the user when the user enters the entrance hall, and the current position specifying means is configured to specify the user's advancing start position when the user enters the aisle. It is preferable that the present position is specified. If it does in this way, since the GPS electric wave cannot reach easily in a building, the effect of the present invention can fully be acquired.
  • the building refers to, for example, a shopping mall, a multistory parking lot, an airport, an underground mall, and the like.
  • GPS radio waves cannot be detected.
  • a magnetic field generation source is provided in the entrance hall, an AC magnetic field transmitted from the magnetic field generation source is detected, and the user's progress The starting position can be accurately identified.
  • the advance start position is accurately specified. Therefore, the current position of the user must be accurately specified by autonomous navigation. Can do.
  • the frequency of the alternating magnetic field is preferably 1 to 40 Hz or 70 to 500 Hz. In this way, a frequency band of 50-60 Hz used as a commercial frequency can be avoided, and it is difficult for noise to enter the triaxial magnetic sensor. Further, when an alternating magnetic field is generated by rotating a magnet, it may be difficult to generate an alternating magnetic field of 500 Hz or more.
  • the frequency of the alternating magnetic field is more preferably in the range of 8 to 13 Hz.
  • the frequency separation means preferably separates the alternating magnetic field for each frequency by Fourier transform. In this way, the alternating magnetic field can be accurately separated for each frequency. Therefore, it becomes easy to calculate the distance from the mobile terminal to each magnetic field generation source. Thereby, it becomes easy to accurately specify the progress start position of the user holding the mobile terminal.
  • the three-axis magnetic sensor is preferably a magnetic impedance sensor formed by winding a coil around an amorphous wire. Since the magnetic impedance sensor can detect a minute magnetic field, it is possible to detect an alternating magnetic field even at a position away from the magnetic field generation source. Therefore, the range which can specify a user's progress start position can be expanded.
  • Example 1 A portable navigation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the mobile navigation system 1 of this example detects the current position of the user 6 holding the mobile terminal 2.
  • the mobile terminal 2 includes a triaxial magnetic sensor 3a that detects magnetic fields M (Mx, My, Mz) in three directions X, Y, and Z orthogonal to each other.
  • the mobile terminal 2 includes a triaxial acceleration sensor 3b that detects acceleration G (Gx, Gy, Gz) in three directions X, Y, and Z orthogonal to each other.
  • X is a direction facing the horizontal direction of the operation unit 15 of the mobile terminal 2
  • Y is a direction facing the vertical direction of the operation unit 15 of the mobile terminal 2.
  • Z is a direction facing the thickness direction of the operation unit 15 of the mobile terminal 2.
  • the portable terminal 2 includes a travel start position specifying means 5 that specifies the travel start position of the user 6 based on the alternating magnetic field detected by the three-axis magnetic sensor 3a. Further, the mobile terminal 2 includes a traveling direction identifying means 7 that identifies the traveling direction of the user 6 based on the geomagnetism detected by the triaxial magnetic sensor 3a and the gravitational acceleration detected by the triaxial acceleration sensor 3b. And the portable terminal 2 is provided with the present position specific
  • the advancing start position specifying means 5 includes a storage means 22 for storing the arrangement position of the magnetic field generation source 4 and the strength of the magnet of the magnetic field generation source 4, and an alternating magnetic field detected by the three-axis magnetic sensor 3a.
  • Frequency separation means 26 for separating the detection signals for each frequency, and based on the strength of the alternating magnetic field for each frequency, distances ra to rc from the three-axis magnetic sensor 3a to the magnetic field generation sources 4a to 4c (see FIG. 1) is specified, the progress start position of the user 6 having the portable terminal 2 is specified.
  • the current position specifying unit 8 detects the walking of the user 6 step by step based on the change in acceleration detected by the triaxial acceleration sensor 3 b, and the user 6 detected by the traveling direction specifying unit 7.
  • the walking vector V of the user 6 for each step is obtained based on the traveling direction for each step and the user's stride stored in advance, and all walking vectors V from the starting position to the current position on the map information are obtained. By adding together, the current position of the user 6 is specified. The details will be described below.
  • the magnetic field generation source 4 has a central portion of a rod-like magnet 40 attached to a rotating shaft of a motor 41, and generates an alternating magnetic field by rotating the magnet 40 with the motor 41.
  • a first magnetic field generation source 4a, a second magnetic field generation source 4b, and a third magnetic field generation source 4c are attached to positions A, B, and C, which are different horizontal positions, respectively.
  • These magnetic field generation sources 4a to 4c have different rotational speeds of the motor 41, and thereby generate alternating magnetic fields having different frequencies.
  • the rotation shafts of the motors 41 of the magnetic field generation sources 4a to 4c are each directed in the horizontal direction.
  • the frequency of the alternating magnetic field is 1 to 40 Hz or 70 to 500 Hz.
  • the mounting heights of the magnetic field generation sources 4a to 4c are all the same.
  • the magnetic field generation sources 4a to 4c are preferably attached to a height at which the user 6 holds the portable terminal 2, for example, a height position of 90 to 110 cm.
  • the triaxial magnetic sensor 3a (see FIG. 6) mounted on the mobile terminal 2 detects the magnetic field M (Mx, My, Mz) in the X, Y, and Z directions orthogonal to each other.
  • the triaxial magnetic sensor 3b detects accelerations G (Gx, Gy, Gz) in the X, Y, and Z directions orthogonal to each other.
  • the magnetic field detected by the three-axis magnetic sensor 3a is a superposition of alternating magnetic fields transmitted from the three magnetic field generation sources 4a to 4b. Therefore, the magnetic field M detected by the three-axis magnetic sensor 3a is separated for each frequency. That is, as shown in FIG.
  • the component Mx in the X direction of the magnetic field M is divided into a magnetic field Max generated from the first magnetic field generation source 4a, a magnetic field M bx generated from the second magnetic field generation source 4b, and a third magnetic field generation. Separated into a magnetic field Mcx generated from the source 4c.
  • the component Mz in the Z direction of the magnetic field M is divided into a magnetic field M az generated from the first magnetic field generation source 4a, a magnetic field M bz generated from the second magnetic field generation source 4b, and a magnetic field generated from the third magnetic field generation source 4c. Separated into M cz .
  • of the magnetic field Ma generated from the first magnetic field generation source 4a the intensity
  • of the magnetic field Mc generated from 4c is calculated.
  • FIG. 5 shows the relationship between the distance from the magnetic field generation source 4 and the strength of the magnetic field to be detected.
  • the portable terminal 2 stores this relationship and the strength of the magnet 40 of each magnetic field generation source 4. From this relationship and the intensity
  • the three-axis magnetic sensor 3 a and the three-axis acceleration sensor 3 b are used to calculate the direction of the east, west, north, and south directions of the Y axis of these sensors 3. Since the user 6 often moves with the Y axis of the mobile terminal 2 facing the front, the direction of the Y axis can be regarded as the traveling direction of the user. As shown in FIG.
  • the axis Y ′ is the Y axis projected onto the horizontal plane H
  • the axis 500 is the axis 500 heading toward the magnetic north N through the point O ′ projected on the horizontal plane with the origin O of the X, Y, and Z axes.
  • the angle ⁇ can be calculated from the geomagnetism M (Mx, My, Mz) and the gravitational acceleration G (Gx, Gy, Gz) by the following equation. Thereby, it becomes possible to specify the traveling direction of the user 6.
  • the geomagnetism M (Mx, My, Mz) can be measured even in an underground city where GPS radio waves do not reach.
  • the walking of the user 6 can be detected step by step by the change in acceleration.
  • the traveling direction identifying means 7 can identify the traveling direction of the user 6 step by step.
  • a walking vector V for each step of the user 6 is calculated from the step length of the user 6 stored in advance and the traveling direction of the user 6 for each step.
  • the walking vector V is a vector in which the traveling direction of the user 7 detected by the traveling direction specifying means 7 during the one step is the direction, and the stride is the magnitude.
  • magnetic field generation sources 4a to 4c are arranged in the entrance hall EH provided near the entrance of the building 100.
  • a continuous passage 101 extends from the entrance hall EH into the building 100 to a position where the AC magnetic field does not reach.
  • the advancing start position specifying means 5 specifies the advancing start position SP of the user 6 when the user 6 enters the entrance hall EH, and the current position specifying means 8 is the user 6 when the user 6 enters the passage 101.
  • the current position CP is specified.
  • the mobile terminal 2 includes a microcomputer 20.
  • the microcomputer 20 includes a triaxial magnetic sensor 3 a, a triaxial acceleration sensor 3 b, a display unit 14, an operation unit 15, a microphone 16, a communication control unit 11, and a rear speaker 12.
  • the vibrator 13, the transmission / reception unit 111, the GPS antenna 51, and the GPS positioning unit 52 are connected.
  • As the three-axis magnetic sensor 3a a magnetic impedance sensor formed by winding a coil around an amorphous wire is used.
  • the microcomputer 20 includes a CPU 21, ROM 22, RAM 23, I / O 24, and connection line 25.
  • the ROM 22 stores a program 22p and data 22d such as position information and map information of the magnetic field generation source 4.
  • the CPU 21 reads and executes the program 22p, the travel start position specifying means 5, the travel direction specifying means 7, the current position specifying means 8 and the frequency separating means 26 of this example are realized.
  • the flowchart of the program 22p is shown in FIGS.
  • the three-axis magnetic sensor 3a detects the AC magnetic field transmitted from the magnetic field generation sources 4a to 4c (step S1). Thereafter, the AC magnetic field is separated for each frequency by the frequency separation means 26 (step S2). At this time, Fourier transform can be used. A band filter that allows only a certain frequency to pass may be used.
  • step S3 the magnetic field strength is calculated for each frequency (step S3), and the distances ra to rc from the portable terminal 2 to the magnetic field generation sources 4a to 4c are calculated (step S4). Then, the progress start position of the user 6 is specified and displayed on the display screen 14 (step S5).
  • step S6 When the user 6 moves to an area where the AC magnetic field does not reach, the walking of the user 6 is detected step by step by the triaxial acceleration sensor 3b (step S6), and the traveling direction of the user 7 is detected step by step by the traveling direction specifying means 7. Detect (step S7). Then, the walking vector V for each step of the user 6 is calculated, and the walking vector V is added from the progress start position SP on the map information (see FIG. 8) (step S8). Thus, the current position CP of the user 6 is specified and displayed on the display screen 14 (step S9).
  • step S10 Every time the user 6 advances one step, steps S6 to S9 are processed (step S10). If the user 6 has finished the program 22p, the process ends (step S10).
  • the function and effect of this example will be described.
  • the portable navigation system 1 of this example at least three magnetic field generation sources 4a to 4c that generate alternating magnetic fields having different frequencies from each other are provided at predetermined locations. Then, the AC magnetic field transmitted from the magnetic field generation sources 4a to 4c is received by the three-axis magnetic sensor 3a, and the travel start position SP of the user 6 is specified. After the advance start position SP is specified, when the user 6 moves to a place where the AC magnetic field does not reach, the current position specifying unit 8 specifies the current position CP of the user 6 using so-called autonomous navigation.
  • the position of the user 6 can be accurately identified even in a place where GPS radio waves are difficult to reach. That is, the three magnetic field generation sources 4a to 4c are installed in advance in a place where GPS radio waves are difficult to reach, such as an underground shopping mall or a shopping mall, and the alternating magnetic fields transmitted from the three magnetic field generation sources 4a to 4c are Since it is received by the three-axis magnetic sensor 3a, it is possible to accurately specify the travel start position SP of the user 6 without using GPS radio waves.
  • the progress start position SP can be accurately identified, it is possible to accurately identify the current position of the user 6 using autonomous navigation performed thereafter.
  • magnetic field generation sources 4a to 4c are arranged in an entrance hall EH provided near the entrance of the building 100, and an AC magnetic field reaches the building 100 from the entrance hall EH.
  • a continuous passage 101 extends to a position where there is not. Then, when the user 6 enters the entrance hall EH, the travel start position SP of the user 6 is specified, and when the user 6 enters the passage 101, the current position CP of the user 6 is specified. If it does in this way, since the GPS radio wave does not easily reach in the building 100, the effect of this example can be sufficiently obtained.
  • the building 100 is, for example, a shopping mall, a multi-storey parking lot, an airport, an underground mall, or the like.
  • the magnetic field generating sources 4a to 4c are provided in the entrance hall EH, the AC magnetic field transmitted from the magnetic field generating sources 4a to 4c is provided. Can be detected, and the user 6's progress start position SP can be accurately identified. In addition, when the user 6 enters the passage 101, even if the AC magnetic field cannot be detected, the travel start position SP is accurately specified. Therefore, the current position of the user 6 is accurately determined by autonomous navigation. Can be identified.
  • the frequency of the alternating magnetic field is 1 to 40 Hz or 70 to 500 Hz. In this way, a frequency band of 50-60 Hz used as a commercial frequency can be avoided, and noise is less likely to enter the triaxial magnetic sensor 3a.
  • the frequency of the alternating magnetic field is more preferably in the range of 8 to 13 Hz.
  • the frequency separation means 26 separates the alternating magnetic field for each frequency by Fourier transform. In this way, the alternating magnetic field can be accurately separated for each frequency. Therefore, it becomes easy to calculate the distances ra to rc from the mobile terminal 2 to the magnetic field generation sources 4a to 4c. Thereby, it becomes easy to pinpoint the advance start position SP of the user 6 holding the portable terminal 2 accurately.
  • the triaxial magnetic sensor 3a is a magnetic impedance sensor formed by winding a coil around an amorphous wire. Since the magnetic impedance sensor can detect a minute magnetic field, it is possible to detect an alternating magnetic field even at a position away from the magnetic field generation source 4. Therefore, the range in which the user 6 can determine the progress start position SP can be expanded.

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Abstract

　予め定められた位置に、互いに周波数が異なる交流磁界を発生する少なくとも３個の磁界発生源４ａ～４ｃが配置されている。携帯端末２に搭載されている３軸磁気センサ３ａを用いて、交流磁界を検出する。そして、交流磁界を周波数毎に分解し、周波数毎の交流磁界の強さを算出する。この値から、携帯端末２から磁場発生源までの距離を算出し、携帯端末２の位置を特定する。これにより、ＧＰＳ電波が届きにくい場所でも、ユーザ６の進行開始位置を精確に特定することが可能になる。また、ユーザ６が移動した場合には、自律航法によってユーザ６の現在位置を特定する。

Description

携帯ナビゲーションシステム
　本発明は、ユーザの現在位置を検出する携帯ナビゲーションシステムに関する。
　従来から、ＧＰＳ電波を利用してユーザの現在位置を検出する携帯ナビゲーションシステムが知られている（下記特許文献１参照）。この携帯ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ電波の受信部を携帯端末内に備え、この受信部で受信したＧＰＳ電波を使って携帯端末の現在位置を算出し、その位置の地図情報を表示画面に表示する。
　また、ＧＰＳ電波が届きにくい場所でも使用できる携帯ナビゲーションシステムも知られている（下記特許文献２参照）。この携帯ナビゲーションシステムは、例えば、携帯端末の周囲に存在する複数の基地局と通信を行うことにより、この基地局を特定する。そして、予め記憶した基地局の位置情報を使って、携帯端末の現在位置を特定する。
特開２００７－０２４７００号公報 特開２００４－２１９０７６号公報
　しかしながら、基地局の位置を利用した携帯ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ電波を使用した場合と比較して精度が悪いという問題がある。そのため、ＧＰＳ電波が届きにくい場所でも利用でき、位置検出精度が高い携帯ナビゲーションシステムが望まれている。
　本発明は、ＧＰＳ電波が届きにくい場所でも利用でき、位置検出精度が高い携帯ナビゲーションシステムを提供しようとするものである。
　本発明は、携帯端末を保持するユーザの現在位置を検出する携帯ナビゲーションシステムであって、
　予め定められた位置に、互いに周波数が異なる交流磁界を発生する少なくとも３個の磁界発生源が配置されており、
　上記携帯端末は、
　互いに直交する３方向における磁界を検出する３軸磁気センサと、
　互いに直交する３方向における加速度を検出する３軸加速度センサと、
　上記３軸磁気センサによって検出した上記交流磁界に基づいて、ユーザの進行開始位置を特定する進行開始位置特定手段と、
　上記３軸磁気センサによって検出した地磁気と、上記３軸加速度センサによって検出した重力加速度とに基づいて、上記ユーザの進行方向を特定する進行方向特定手段と、
　上記進行開始位置から上記ユーザが移動した際に、上記ユーザの現在位置を特定する現在位置特定手段とを備え、
　上記進行開始位置特定手段は、上記磁界発生源の配置位置および上記磁界発生源が有する磁石の強さを記憶する記憶手段と、上記３軸磁気センサが検出した上記交流磁界の検出信号を周波数毎に分離する周波数分離手段とを有し、周波数毎の上記交流磁界の強さに基づいて上記３軸磁気センサから各上記磁界発生源までの距離を算出することにより上記携帯端末を有するユーザの進行開始位置を特定し、
　上記現在位置特定手段は、上記３軸加速度センサが検出した加速度の変化に基づいて、上記ユーザの歩行を一歩ずつ検出し、上記進行方向特定手段により検出した上記ユーザの一歩ごとの進行方向と、予め記憶された上記ユーザの歩幅とに基づいて、一歩ごとのユーザの歩行ベクトルを求め、地図情報上において上記進行開始位置から上記現在位置までの全ての上記歩行ベクトルを足し合わせることにより、上記ユーザの上記現在位置を特定することを特徴とする携帯ナビゲーションシステムにある。
　本発明の効果について説明する。本発明の携帯ナビゲーションシステムは、予め定められた場所に、互いに周波数の異なる交流磁界を発生する、少なくとも３個の上記磁界発生源が設けられている。そして、この磁界発生源から発信される交流磁界を上記３軸磁気センサで受信して、ユーザの進行開始位置を特定する。進行開始位置を特定した後、ユーザが交流磁界の届かない場所へ移動した場合は、上記現在位置特定手段により、いわゆる自律航法を用いて、ユーザの現在位置を特定する。
　このようにすると、ＧＰＳ電波の届きにくい場所でも、ユーザの位置を精確に特定することができる。すなわち、３個の上記磁界発生源を、地下街やショッピングモール等の、ＧＰＳ電波が届きにくい場所に予め設置しておき、この３個の磁界発生源から発信される交流磁界を３軸磁気センサで受信すれば、ＧＰＳ電波を用いなくても、ユーザの位置を精確に特定することができる。
　交流磁界を使ってユーザの位置を特定するためには、以下の方法を用いる。すなわち、３軸磁気センサが検出する磁界は、３個の交流磁界を重ね合わせたものなので、まず、３軸磁気センサによって検出した交流磁界を周波数毎に分離する。そして、周波数毎の交流磁界の強さを算出する。磁界発生源が有する磁石の強さは予め記憶してあるので、検出した交流磁界の強さに基づいて、３軸磁気センサから３個の磁界発生源までの距離を求めることができる。また、磁界発生源の位置も記憶してあるので、各磁界発生源の位置情報と、この磁界発生源までの距離とから、携帯端末を保持するユーザの位置を特定することができる。これにより、ＧＰＳ電波を利用しなくても、ユーザの進行開始位置を精確に求めることが可能になる。
　交流磁界を用いてユーザの進行開始位置を特定した後、ユーザが交流磁界の届かない場所へ移動した場合は、上述したように、現在位置特定手段により、いわゆる自律航法を用いてユーザの現在位置を特定する。すなわち、３軸加速度センサが検出した加速度の変化から、ユーザの歩行を一歩ずつ検出する。また、３軸加速度センサが検出した重力加速度と、３軸磁気センサが検出した地磁気の強度とから、携帯端末を保持するユーザの進行方向を一歩ずつ検出する。そして、予め記憶したユーザの歩幅と、一歩ごとのユーザの進行方向から、ユーザの一歩ごとの歩行ベクトルを求める。この歩行ベクトルは、一歩の間に進行方向特定手段が検出したユーザの進行方向をその方向とし、上記歩幅をその大きさとするベクトルである。地図情報上において、進行開始位置から現在位置までの全ての歩行ベクトルを足し合わせることにより、ユーザの現在位置を特定することができる。
　本発明は、上述したように、ユーザの進行開始位置を精確に特定できるので、その後に行われる、自律航法によるユーザの現在位置の特定も、精確に行うことができる。
　以上のごとく、本発明によれば、ＧＰＳ電波が届きにくい場所でも利用でき、位置検出精度が高い携帯ナビゲーションシステムを提供することができる。
実施例１における、携帯ナビゲーションシステムの概念図。 実施例１における、携帯端末の概念図。 実施例１における、携帯端末のブロック図。 実施例１における、３軸磁気センサが検出した交流磁界の検出信号と、該検出信号を周波数毎に分離したもの。 実施例１における、磁界発生源からの距離と磁界との関係を表すグラフ。 実施例１における、携帯端末の一部切り欠き斜視図。 実施例１における、ユーザの進行方向を特定する方法の説明図。 実施例１における、携帯ナビゲーションシステムが使用される場所の説明図。 実施例１における、携帯ナビゲーションシステムのフローチャート。 図９に続くフローチャート。
　上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
　本発明において、建造物の出入り口付近に設けられたエントランスホールに上記磁界発生源が配置され、該エントランスホールから上記建造物内に、上記交流磁界が届かない位置まで連続する通路が延びており、上記進行開始位置特定手段は、上記ユーザが上記エントランスホールに入った際に該ユーザの上記進行開始位置を特定し、上記現在位置特定手段は、上記ユーザが上記通路に入った際に該ユーザの上記現在位置を特定するよう構成されていることが好ましい。
　このようにすると、建造物の中はＧＰＳ電波が届きにくいため、本発明の効果を十分に得ることができる。ここで建造物とは、例えばショッピングモールや立体駐車場、空港、地下街等である。ユーザがこれらの建造物に入った場合、ＧＰＳ電波を検出できなくなるが、上記エントランスホールに磁界発生源を設けておけば、この磁界発生源から発信される交流磁界を検出して、ユーザの進行開始位置を精確に特定できる。また、ユーザが上記通路に入った場合は、交流磁界を検出することができなくなっても、進行開始位置を正確に特定しているため、自律航法によって、ユーザの現在位置を精確に特定することができる。
　また、上記交流磁界の周波数は、１～４０Ｈｚまたは７０～５００Ｈｚであることが好ましい。
　このようにすると、商業周波数として使用される５０～６０Ｈｚの周波数帯を避けることができ、３軸磁気センサにノイズが入りにくくなる。また、磁石を回転させて交流磁界を発生する場合、５００Ｈｚ以上の交流磁界を発生させるのは困難な場合がある。なお、交流磁界の周波数は、８～１３Ｈｚの範囲内であることがより好ましい。
　また、上記周波数分離手段は、フーリエ変換によって上記交流磁界を周波数毎に分離することが好ましい。
　このようにすると、交流磁界を周波数毎に、精確に分離することができる。そのため、携帯端末から各磁界発生源までの距離を算出しやすくなる。これにより、携帯端末を保持するユーザの進行開始位置を精確に特定しやすくなる。
　また、上記３軸磁気センサは、アモルファスワイヤにコイルを巻回してなる磁気インピーダンスセンサであることが好ましい。
　磁気インピーダンスセンサは微少な磁界を検出できるため、磁界発生源から離れた位置においても、交流磁界を検出することが可能になる。そのため、ユーザの進行開始位置を特定できる範囲を広げることができる。
（実施例１）
　本発明の実施例にかかる携帯ナビゲーションシステムにつき、図１～図１０を用いて説明する。
　図１に示すごとく、本例の携帯ナビゲーションシステム１は、携帯端末２を保持するユーザ６の現在位置を検出する。この携帯ナビゲーションシステム１では、予め定められた位置に、互いに周波数が異なる交流磁界を発生する少なくとも３個の磁界発生源４ａ～４ｃが配置されている。
　図６に示すごとく、携帯端末２は、互いに直交する３方向Ｘ，Ｙ，Ｚにおける磁界Ｍ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を検出する３軸磁気センサ３ａを備える。また、携帯端末２は、互いに直交する３方向Ｘ，Ｙ，Ｚにおける加速度Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を検出する３軸加速度センサ３ｂを備える。
　ここで、Ｘは携帯端末２の操作部１５の横方向を向く方向であり、Ｙは携帯端末２の操作部１５の縦方向を向く方向である。また、Ｚは携帯端末２の操作部１５の厚さ方向を向く方向である。
　図２に示すごとく、携帯端末２は、３軸磁気センサ３ａによって検出した交流磁界に基づいて、ユーザ６の進行開始位置を特定する進行開始位置特定手段５を備える。また、携帯端末２は、３軸磁気センサ３ａによって検出した地磁気と、３軸加速度センサ３ｂによって検出した重力加速度とに基づいて、ユーザ６の進行方向を特定する進行方向特定手段７を備える。そして、携帯端末２は、進行開始位置からユーザ６が移動した際に、ユーザ６の現在位置を特定する現在位置特定手段８を備える。
　図２に示すごとく、進行開始位置特定手段５は、磁界発生源４の配置位置および磁界発生源４が有する磁石の強さを記憶する記憶手段２２と、３軸磁気センサ３ａが検出した交流磁界の検出信号を周波数毎に分離する周波数分離手段２６とを有し、周波数毎の交流磁界の強さに基づいて３軸磁気センサ３ａから各磁界発生源４ａ～４ｃまでの距離ｒａ～ｒｃ（図１参照）を算出することにより携帯端末２を有するユーザ６の進行開始位置を特定する。
　また、図８に示すごとく、現在位置特定手段８は、３軸加速度センサ３ｂが検出した加速度の変化に基づいて、ユーザ６の歩行を一歩ずつ検出し、進行方向特定手段７により検出したユーザ６の一歩ごとの進行方向と、予め記憶されたユーザの歩幅とに基づいて、一歩ごとのユーザ６の歩行ベクトルＶを求め、地図情報上において進行開始位置から現在位置までの全ての歩行ベクトルＶを足し合わせることにより、ユーザ６の現在位置を特定する。
　以下、詳説する。
　図１に示すごとく、磁界発生源４は、棒状の磁石４０の中央部をモータ４１の回転軸に取り付けたもので、磁石４０をモータ４１で回転させることにより、交流磁界を発生している。図示するごとく、互いに異なる水平方向位置である位置Ａ，Ｂ，Ｃには、それぞれ第１磁界発生源４ａ、第２磁界発生源４ｂ、第３磁界発生源４ｃが取り付けられている。これらの磁界発生源４ａ～４ｃは、モータ４１の回転速度が各々異なっており、これにより、周波数が互いに異なる交流磁界を発生している。各磁界発生源４ａ～４ｃのモータ４１の回転軸は、それぞれ水平方向を向いている。交流磁界の周波数は、１～４０Ｈｚまたは７０～５００Ｈｚである。また、磁界発生源４ａ～４ｃの取付高さは、全て同じになっている。磁界発生源４ａ～４ｃは、ユーザ６が携帯端末２を保持する高さ、例えば９０～１１０ｃｍの高さ位置に取り付けることが好ましい。
　次に、進行開始位置特定手段５によって、ユーザの進行開始位置を特定する方法について説明する。
　上述したように、携帯端末２に搭載されている３軸磁気センサ３ａ（図６参照）は、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向における磁界Ｍ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を検出する。また、３軸磁気センサ３ｂは、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向における加速度Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を検出する。
　３軸磁気センサ３ａが検出する磁界は、３個の磁界発生源４ａ～４ｂから発信される交流磁界が重なったものである。そのため、３軸磁気センサ３ａが検出した磁界Ｍを、周波数毎に分離する。すなわち、図４に示すごとく、磁界ＭのＸ方向の成分Ｍｘを、第１磁界発生源４ａから発生した磁界Ｍａｘと、第２磁界発生源４ｂから発生した磁界Ｍｂｘと、第３磁界発生源４ｃから発生した磁界Ｍｃｘとに分離する。同様に、磁界ＭのＹ方向の成分Ｍｙを、第１磁界発生源４ａから発生した磁界Ｍａｙと、第２磁界発生源４ｂから発生した磁界Ｍｂｙと、第３磁界発生源４ｃから発生した磁界Ｍｃｙとに分離する。また、磁界ＭのＺ方向の成分Ｍｚを、第１磁界発生源４ａから発生した磁界Ｍａｚと、第２磁界発生源４ｂから発生した磁界Ｍｂｚと、第３磁界発生源４ｃから発生した磁界Ｍｃｚとに分離する。
　そして、以下の式に基づいて、第１磁界発生源４ａから発生した磁界Ｍａの強度｜Ｍａ｜と、第２磁界発生源４ｂから発生した磁界Ｍｂの強度｜Ｍｂ｜と、第３磁界発生源４ｃから発生した磁界Ｍｃの強度｜Ｍｃ｜とを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図５に、磁界発生源４からの距離と、検出する磁界の強さとの関係を示す。携帯端末２には、この関係と、各磁界発生源４の磁石４０の強さとが記憶されている。この関係と、第１磁界発生源４ａから発生した磁界Ｍａの強度｜Ｍａ｜とから、図１に示すごとく、第１磁界発生源４ａから携帯端末２までの距離ｒａを算出する。同様にして、第２磁界発生源４ｂから携帯端末２までの距離ｒｂと、第３磁界発生源４ｃから携帯端末までの距離ｒｃとを算出する。
　また、携帯端末は、磁界発生源４ａ～４ｃの配置位置を記憶している。この配置位置と、上記距離ｒａ～ｒｃとを用いて、ユーザ６の進行開始位置を特定する。
　次に、ユーザ６の進行方向を特定する方法について説明する。図６、図７に示すごとく、３軸磁気センサ３ａと３軸加速度センサ３ｂとを使って、これらのセンサ３のＹ軸が東西南北のどの方角を向いているかを算出する。ユーザ６は、携帯端末２のＹ軸を正面に向けた状態で移動する場合が多いので、Ｙ軸の方向をユーザの進行方向とみなすことができる。
　図７に示すごとく、Ｙ軸を水平面Ｈに投影した軸Ｙ’軸と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の原点Ｏを水平面に投影した点Ｏ’を通り磁北Ｎに向かう軸５００とのなす角度θは、地磁気Ｍ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）と、重力加速度Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）とから、以下の式によって算出することができる。これにより、ユーザ６の進行方向を特定することが可能となる。なお、地磁気Ｍ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）は、ＧＰＳ電波が届かない地下街等でも計測することが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　次に、交流磁界を検出できない領域にユーザ６が移動した場合に、ユーザ６の現在位置を検出する方法について説明する。ユーザ６が歩くと、３軸加速度センサ３ｂが検出した加速度が変化するため、この加速度の変化によって、ユーザ６の歩行を一歩ずつ検出することができる。また、上述したように、上記進行方向特定手段７によって、ユーザ６の進行方向を一歩ずつ特定することができる。そして、図８に示すごとく、予め記憶したユーザ６の歩幅と、一歩ごとのユーザ６の進行方向とから、ユーザ６の一歩ごとの歩行ベクトルＶを算出する。歩行ベクトルＶは、当該一歩の間に進行方向特定手段７が検出したユーザ７の進行方向をその方向とし、上記歩幅をその大きさとするベクトルである。
　ユーザ６が進行開始位置ＳＰから交流磁界を検出できない通路１０１に移動した場合に、地図情報上において、進行開始位置ＳＰから現在位置ＣＰまで、ユーザ６の全ての歩行ベクトルＶを足し合わせる。これにより、交流磁界およびＧＰＳ電波が届かない場所１０１でも、ユーザの現在位置ＣＰを精確に特定することが可能になる。
　本例の携帯ナビゲーションシステム１では、図８に示すごとく、建造物１００の出入り口付近に設けられたエントランスホールＥＨに磁界発生源４ａ～４ｃが配置されている。そして、エントランスホールＥＨから建造物１００内に、交流磁界が届かない位置まで連続する通路１０１が延びている。上記進行開始位置特定手段５は、ユーザ６がエントランスホールＥＨに入った際にユーザ６の進行開始位置ＳＰを特定し、現在位置特定手段８は、ユーザ６が通路１０１に入った際にユーザ６の現在位置ＣＰを特定するよう構成されている。
　次に、携帯端末の構成について説明する。図３に示すごとく、携帯端末２はマイコン２０を備え、このマイコン２０に３軸磁気センサ３ａ、３軸加速度センサ３ｂ、表示部１４、操作部１５、マイク１６、通信制御部１１、背面スピーカ１２、バイブレータ１３、送受信部１１１、ＧＰＳアンテナ５１、ＧＰＳ測位部５２が接続されている。３軸磁気センサ３ａには、アモルファスワイヤにコイルを巻回してなる磁気インピーダンスセンサを用いる。
　マイコン２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、Ｉ／Ｏ２４、接続ライン２５を備える。また、ＲＯＭ２２にはプログラム２２ｐと、磁界発生源４の位置情報や地図情報等のデータ２２ｄが記憶されている。ＣＰＵ２１がプログラム２２ｐを読み出して実行することにより、本例の進行開始位置特定手段５、進行方向特定手段７、現在位置特定手段８、周波数分離手段２６が実現される。
　上記プログラム２２ｐのフローチャートを図９、図１０に示す。プログラム２２ｐを開始し、ユーザがエントランスホールＥＨ（図８参照）に入ると、磁界発生源４ａ～４ｃから発信した交流磁界を３軸磁気センサ３ａが検出する（ステップＳ１）。
　その後、周波数分離手段２６によって、交流磁界を周波数ごとに分離する（ステップＳ２）。この際、フーリエ変換を利用することができる。また、一定の周波数のみ通過させるバンドフィルタを用いてもよい。
　その後、周波数毎に磁界の強さを算出し（ステップＳ３）、携帯端末２から各磁界発生源４ａ～４ｃまでの距離ｒａ～ｒｃを算出する（ステップＳ４）。そして、ユーザ６の進行開始位置を特定し、表示画面１４に表示する（ステップＳ５）。
　交流磁界の届かない領域へユーザ６が移動する場合には、ユーザ６の歩行を３軸加速度センサ３ｂによって一歩ずつ検出し（ステップＳ６）、進行方向特定手段７によってユーザ７の進行方向を一歩ずつ検出する（ステップＳ７）。そして、ユーザ６の一歩ごとの歩行ベクトルＶを算出し、地図情報上において（図８参照）、進行開始位置ＳＰから歩行ベクトルＶを足し合わせる（ステップＳ８）。これによりユーザ６の現在位置ＣＰを特定し、表示画面１４に表示する（ステップＳ９）。
　ユーザ６が一歩進むたびに、ステップＳ６～Ｓ９を処理する（ステップＳ１０）。また、ユーザ６がプログラム２２ｐの終了操作をした場合には、終了する（ステップＳ１０）。
　次に、本例の作用効果について説明する。本例の携帯ナビゲーションシステム１では、予め定められた場所に、互いに周波数の異なる交流磁界を発生する、少なくとも３個の磁界発生源４ａ～４ｃが設けられている。そして、この磁界発生源４ａ～４ｃから発信される交流磁界を３軸磁気センサ３ａで受信して、ユーザ６の進行開始位置ＳＰを特定する。進行開始位置ＳＰを特定した後、ユーザ６が交流磁界の届かない場所へ移動した場合は、現在位置特定手段８により、いわゆる自律航法を用いて、ユーザ６の現在位置ＣＰを特定する。
　このようにすると、ＧＰＳ電波の届きにくい場所でも、ユーザ６の位置を精確に特定することができる。すなわち、３個の磁界発生源４ａ～４ｃを、地下街やショッピングモール等の、ＧＰＳ電波が届きにくい場所に予め設置しておき、この３個の磁界発生源４ａ～４ｃから発信される交流磁界を３軸磁気センサ３ａで受信するため、ＧＰＳ電波を用いなくても、ユーザ６の進行開始位置ＳＰを精確に特定することができる。
　本例では、進行開始位置ＳＰを精確に特定できるので、その後に行われる、自律航法を用いたユーザ６の現在位置の特定も、精確に行うことが可能となる。
　また、本例では、図８に示すごとく、建造物１００の出入り口付近に設けられたエントランスホールＥＨに磁界発生源４ａ～４ｃが配置され、エントランスホールＥＨから建造物１００内に、交流磁界が届かない位置まで連続する通路１０１が延びている。そして、ユーザ６がエントランスホールＥＨに入った際にユーザ６の進行開始位置ＳＰを特定し、ユーザ６が通路１０１に入った際にユーザ６の現在位置ＣＰを特定する。
　このようにすると、建造物１００の中はＧＰＳ電波が届きにくいため、本例の効果を十分に得ることができる。ここで建造物１００とは、例えばショッピングモールや立体駐車場、空港、地下街等である。ユーザ６がこれらの建造物１００に入った場合、ＧＰＳ電波を検出できなくなるが、エントランスホールＥＨに磁界発生源４ａ～４ｃを設けておけば、この磁界発生源４ａ～４ｃから発信される交流磁界を検出して、ユーザ６の進行開始位置ＳＰを精確に特定できる。また、ユーザ６が通路１０１に入った場合は、交流磁界を検出することができなくなっても、進行開始位置ＳＰを精確に特定しているため、自律航法によって、ユーザ６の現在位置を精確に特定することができる。
　また、本例では、交流磁界の周波数は、１～４０Ｈｚまたは７０～５００Ｈｚである。
　このようにすると、商業周波数として使用される５０～６０Ｈｚの周波数帯を避けることができ、３軸磁気センサ３ａにノイズが入りにくくなる。また、磁石４０を回転させて交流磁界を発生する場合、５００Ｈｚ以上の交流磁界を発生させるのは困難な場合がある。交流磁界の周波数は、８～１３Ｈｚの範囲内であることがより好ましい。
　また、本例では、周波数分離手段２６は、フーリエ変換によって交流磁界を周波数毎に分離している。
　このようにすると、交流磁界を周波数毎に、精確に分離することができる。そのため、携帯端末２から各磁界発生源４ａ～４ｃまでの距離ｒａ～ｒｃを算出しやすくなる。これにより、携帯端末２を保持するユーザ６の進行開始位置ＳＰを精確に特定しやすくなる。
　また、本例では、３軸磁気センサ３ａは、アモルファスワイヤにコイルを巻回してなる磁気インピーダンスセンサである。
　磁気インピーダンスセンサは微少な磁界を検出できるため、磁界発生源４から離れた位置においても、交流磁界を検出することが可能になる。そのため、ユーザ６の進行開始位置ＳＰを特定できる範囲を広げることができる。
　以上のごとく、本例によれば、ＧＰＳ電波が届きにくい場所でも利用でき、位置検出精度が高い携帯ナビゲーションシステムを提供することができる。

Claims (5)

  1. 　携帯端末を保持するユーザの現在位置を検出する携帯ナビゲーションシステムであって、
    　予め定められた位置に、互いに周波数が異なる交流磁界を発生する少なくとも３個の磁界発生源が配置されており、
    　上記携帯端末は、
    　互いに直交する３方向における磁界を検出する３軸磁気センサと、
    　互いに直交する３方向における加速度を検出する３軸加速度センサと、
    　上記３軸磁気センサによって検出した上記交流磁界に基づいて、ユーザの進行開始位置を特定する進行開始位置特定手段と、
    　上記３軸磁気センサによって検出した地磁気と、上記３軸加速度センサによって検出した重力加速度とに基づいて、上記ユーザの進行方向を特定する進行方向特定手段と、
    　上記進行開始位置から上記ユーザが移動した際に、上記ユーザの現在位置を特定する現在位置特定手段とを備え、
    　上記進行開始位置特定手段は、上記磁界発生源の配置位置および上記磁界発生源が有する磁石の強さを記憶する記憶手段と、上記３軸磁気センサが検出した上記交流磁界の検出信号を周波数毎に分離する周波数分離手段とを有し、周波数毎の上記交流磁界の強さに基づいて上記３軸磁気センサから各上記磁界発生源までの距離を算出することにより上記携帯端末を有するユーザの進行開始位置を特定し、
    　上記現在位置特定手段は、上記３軸加速度センサが検出した加速度の変化に基づいて、上記ユーザの歩行を一歩ずつ検出し、上記進行方向特定手段により検出した上記ユーザの一歩ごとの進行方向と、予め記憶された上記ユーザの歩幅とに基づいて、一歩ごとのユーザの歩行ベクトルを求め、地図情報上において上記進行開始位置から上記現在位置までの全ての上記歩行ベクトルを足し合わせることにより、上記ユーザの上記現在位置を特定することを特徴とする携帯ナビゲーションシステム。
  2. 　請求項１において、建造物の出入り口付近に設けられたエントランスホールに上記磁界発生源が配置され、該エントランスホールから上記建造物内に、上記交流磁界が届かない位置まで連続する通路が延びており、上記進行開始位置特定手段は、上記ユーザが上記エントランスホールに入った際に該ユーザの上記進行開始位置を特定し、上記現在位置特定手段は、上記ユーザが上記通路に入った際に該ユーザの上記現在位置を特定するよう構成されていることを特徴とする携帯ナビゲーションシステム。
  3. 　請求項１または請求項２において、上記交流磁界の周波数は、１～４０Ｈｚまたは７０～５００Ｈｚであることを特徴とする携帯ナビゲーションシステム。
  4. 　請求項１～請求項３のいずれか１項において、上記周波数分離手段は、フーリエ変換によって上記交流磁界を周波数毎に分離することを特徴とする携帯ナビゲーションシステム。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれか１項において、上記３軸磁気センサは、アモルファスワイヤにコイルを巻回してなる磁気インピーダンスセンサであることを特徴とする携帯ナビゲーションシステム。
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