方位角計測裝置的制作方法

專利名稱：方位角計測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用地磁檢測方式的方位角計測裝置。
背景技術：
通過檢測地磁得到方位角的方位角計測裝置被使用在移動電話的導 向用途等中。在這樣的方位角計測裝置中，已知如果不減去偏移部分來 求方位角，則會顯示出錯誤的方位，其中偏移部分是磁傳感器檢測的地 磁以外的環境磁場引起的信號輸出、或無信號輸入時的信號處理電路的 輸出部分。
作為求出偏移部分的方法，已知有如下等的方法如專利文獻1中 所公開的那樣，將方位角計測裝置水平旋轉一周，求出其最大/最小點， 將其中點作為偏移點來求出的方法，或者如專利文獻2中所公開的那樣， 根據將方位角裝置朝向正交的任意的3點而取得的地磁信息，求出將方 位計旋轉一周時的輸出軌跡的方程式，計算偏移部分的方法。并且，還 有根據方位角計測裝置的朝向在3維空間上任意變化時取得的地磁數據 算出偏移信息的方法(上述的方法能夠從專利文獻3中找出，這里通過 參照該文獻編入本說明書中)。
圖3是說明在方位角計測裝置中獲取偏移信息的方法的概念圖。該 方法在專利文獻3中公開。
在圖3中，在3維空間內任意變化方位角計測裝置1的朝向，在此 期間反復獲取x軸地磁測定數據Sx、 y軸地磁測定數據Sy以及z軸地磁測定數據SZ，直至到達規定的數據獲取數N。并且，只要以后沒有特別
說明，Sx、 Sy和Sz指通過方位角計測裝置1所具有的靈敏度校正計算部 進行靈敏度校正后的地磁計測數據。
并且，設反復獲取的Sx、 Sy和Sz的各個數據分別為PI (Six, Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x, S3y， S3z)、如圖3所示， 配置在將Sx、 Sy和Sz的值作為各軸的方向成分的3維空間上。
這里，Sx、 Sy和Sz可以用下式表示。
Sx=a Mx+Cx (1)
Sy=a'My+Cy (2)
Sz=a*Mz+Cz (3)
其中，a是x軸霍爾元件HEx、 y軸霍爾元件HEy以及z軸霍爾元 件HEz的靈敏度校正后的靈敏度，Mx、 My和Mz分別為地磁的x、 y、 z軸方向成分，Cx、 Cy和Cz分別為Sx、 Sy和Sz的偏移。
另一方面，Mx、 My、 Mz和M的關系如下。
M = V《+《+《 (4)
因此，如果設 [數式2]
,="一i +M》+《 (5) 則推導出下式。
(Sx—Cx) 2+ (Sy—Cy) 2+ (Sz—Cz) 2=r2 (6) 艮P， (Sx， Sy， Sz)必定在離基準點OP (Cx， Cy， Cz) —定距離r 的位置上。
因此，通過計算與P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y, S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…的任意點都距離相等的點，能夠推算基準點OP， 從其坐標值能夠求出偏移Cx、 Cy和Cz。
雖然推算基準點OP有各種計算方法，但因為實際獲取的Sx、 Sy和 Sz為0.01mT級的非常微弱的地磁測定數據，并且疊加了相當多的噪聲， 所以優選使數據獲取數N盡量多，并采用統計方法來計算。所以例如，根據專利文獻3記載的方法，如下式所示通過計算關于Cx、 Cy、 Cz的 聯立一次方程式的解，能夠抑制計算時間的增大并且高精度地推算出基 準點OP。 [數式3]
—一 — 一 ~ 、
2^;d。》/》廣。S&z(&;-^ JXd^) 2X(s"
2fe+《+^)d^;) (7)
其中， [數式4]
此外，r利用Cx、 Cy和Cz表示如下。 [數式7]
,=+I]fe -"2 -Cj +(S/Z -Cz)2} (11)
圖4是表示在方位角計測裝置中獲取偏移信息的方法的流程圖。該 方法在專利文獻3中公開。
在圖4中，方位角測定裝置所具有的數據緩沖部獲取地磁測定數據 Sx、 Sy和Sz并存入到緩沖器中。(步驟S1)接著，判斷數據緩沖部所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz是否達 到規定的數據獲取數N。(步驟S2)
在數據緩沖部所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz尚未達到規定的 數據獲取數N的情況下，返回到步驟S1。
另一方面，在數據緩沖部所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz達到 規定的數據獲取數N的情況下，方位角測定裝置1所具有的數據處理部 從數據緩沖部僅讀取規定的數據獲取數N個地磁測定數據Sx、 Sy和Sz， 推算出與各個數據P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…的距離的標準離差最小的基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz。 (步驟S3)
另外，基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz作為地磁測定數據Sx、 Sy 和Sz的偏移，存儲在方位角計測裝置所具有的偏移信息存儲部中。(步 驟S4)
專利文獻h美國專利第1，422，942號說明書
專利文獻2:日本國特幵2000-131068號公報
專利文獻3:國際申請第JP03/08293號說明書
但是，在專利文獻3所公開的偏移信息獲取方法中，在數據獲取期 間方位角計測裝置的朝向不任意變化，如圖5所示在對特定方向的軸W 的姿勢保持一定來變化的情況下，如圖6所示，各個數據P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在以基準點 OP為中心、以距離r為半徑的球面S與特定平面P交叉所形成的圓周C 上。因此，存在上式(7)的解變得無法計算，或者計算誤差很大，計算 出錯誤的解的缺陷。

發明內容
本發明的目的在于提供一種解決了以上這樣的問題的方位角計測裝置。
為了達成這樣的目的，本發明的第1實施方式的發明的特征在于，
具有檢測地磁的3軸的地磁檢測單元；輸出數據獲取單元，其按照大
6于等于規定次數，反復獲取所述地磁檢測單元的朝向在3維空間中變化 時的來自所述地磁檢測單元的3軸輸出數據；基準點推算單元，其在將 所述3軸輸出數據作為各軸方向成分的3維坐標上，通過統計方法推算 與所述輸出數據獲取單元所得到的3軸輸出數據群的距離的標準離差最 小的位置的坐標，并將其作為基準點；偏移信息算出單元，其根據所述 基準點推算單元所得到的基準點的坐標，算出相對于所述地磁檢測單元 的輸出數據的偏移信息；以及平面判斷單元，其判斷所述輸出數據獲取 單元所得到的輸出數據群是否分布在特定的平面附近，在所述平面判斷 單元判斷為所述輸出數據群分布在所述特定的平面附近的情況下，不進 行通過所述基準點推算單元進行的基準點坐標的推算，或者舍棄通過所 述基準點推算單元所推算的基準點的坐標。
本發明的第2實施方式的發明的特征在于，在第i實施方式中，所 述平面判斷單元通過以所述基準點為未知數的聯立一次方程式的系數項 所組成的矩陣是否為奇異矩陣或者是與奇異矩陣相近的矩陣來進行所述 判斷。
本發明的第3實施方式的發明的特征在于，在第1實施方式中，所 述平面判斷單元從所述輸出數據獲取單元所得到的輸出數據群中推算所 述特定的平面，算出所述輸出數據群與所述特定平面的相關，以所述相 關是否大于規定值來進行所述判斷。
本發明的第4實施方式的發明的特征在于，在第l實施方式中，所 述平面判斷單元通過由所述特定的平面所分隔幵的2個區域的一方的區 域的所述輸出數據群中距離所述特定的平面最遠的點到所述特定的平面 的距離、與另一方的區域的所述輸出數據群中距離所述特定的平面最遠 的點到所述特定的平面的距離之和是否大于規定值來進行所述判斷。
本發明的第5實施方式的發明的特征在于，在第1至第4實施方式 的任一方式中，還具有警報顯示單元，其在通過所述平面判斷單元判 斷為所述輸出數據群分布在所述特定的平面附近的情況下顯示警報。
本發明的第6實施方式的發明的特征在于，具有檢測地磁的3軸 地磁檢測單元；輸出數據獲取單元，其按照大于等于規定次數，反復獲取所述地磁檢測單元的朝向在3維空間中變化時的來自所述地磁檢測單 元的3軸輸出數據；基準點推算單元，其在將所述3軸輸出數據作為各 軸方向成分的3維坐標上，通過統計方法推算與所述輸出數據獲取單元 所得到的3軸輸出數據群的距離的標準離差最小的位置的坐標，并將其 作為基準點；偏移信息算出單元，其根據所述基準點推算單元所得到的 基準點的坐標，算出相對于所述地磁檢測單元的輸出數據的偏移信息； 平面判斷單元，其判斷所述輸出數據獲取單元所得到的3軸輸出數據群 是否分布在特定的平面附近；平面推算單元，其從所述輸出數據獲取單 元所得到的輸出數據群中推算所述特定的平面，并將其作為基準平面； 臨時基準點推算單元，其在所述平面推算單元所得到的基準平面上，通 過統計方法推算與所述輸出數據獲取單元所得到的3軸輸出數據群投影 在所述基準平面上的投影點群的距離的標準離差最小的位置的坐標，并 將其作為臨時基準點；以及基準點校正單元，其對所述臨時基準點推算 單元所得到的臨時基準點進行校正，并將其作為基準點，在所述平面判 斷單元判斷為所述輸出數據群分布在所述特定的平面附近的情況下，通 過所述平面推算單元推算所述基準平面，通過所述臨時基準點推算單元 推算臨時基準點，通過所述基準點校正單元算出基準點，所述偏移信息 算出單元根據所述基準點校正單元所算出的基準點的坐標，算出相對于 所述地磁檢測單元的輸出數據的偏移信息。
本發明的第7實施方式的發明的特征在于，在第6實施方式中，所 述平面判斷單元通過以所述基準點為未知數的聯立一次方程式的系數項 所組成的矩陣是否為奇異矩陣或者是與奇異矩陣相近的矩陣來進行所述 判斷。
本發明的第8實施方式的發明的特征在于，在第6實施方式中，所 述平面判斷單元從所述輸出數據獲取單元所得到的輸出數據群中推算所 述特定的平面，算出所述輸出數據群與所述特定的平面的相關，以所述 相關是否大于規定值來進行所述判斷。
本發明的第9實施方式的發明的特征在于，在第6實施方式中，所 述平面判斷單元通過由所述特定的平面所分隔開的2個區域的一方的區域的所述輸出數據群中距離所述特定的平面最遠的點到所述特定的平面 的距離、與另一方的區域的所述輸出數據群中距離所述特定的平面最遠 的點到所述特定的平面的距離之和是否大于規定值來進行所述判斷。
本發明的第10實施方式的發明的特征在于，在第6至第9實施方式
的任一方式中，還具有警報顯示單元，其在通過所述平面判斷單元判 斷為所述輸出數據群分布在所述特定的平面附近的情況下顯示警報。
本發明的第11實施方式的發明的其特征在于，在第6至第9實施方
式的任一方式中，所述基準點校正單元把經過所述臨時基準點且與所述 基準平面垂直的直線上離以前所推算的基準點最近的位置作為所述基準點。
本發明的第12實施方式的發明的特征在于，在第6至第9實施方式 的任一方式中，所述基準點校正單元通過統計方法推算從所述投影點群 到所述臨時基準點的距離的代表值，將與以所述臨時基準點為中心、以 所述距離的代表值為半徑的所述基準平面上的圓周的距離等于規定值的 位置作為所述基準點。
本發明的第13實施方式的發明的特征在于，具有檢測地磁的3軸 地磁檢測單元；輸出數據獲取單元，其按照大于等于規定次數，反復獲 取所述地磁檢測單元的朝向在3維空間中變化時的來自所述地磁檢測單 元的3軸輸出數據；平面推算單元，其在將所述3軸輸出數據作為各軸 方向成分的3維坐標上，推算使所述輸出數據獲取單元所得到的3軸輸 出數據群位于附近的平面，并將其作為基準平面；臨時基準點推算單元， 其通過統計方法推算在所述平面推算單元所得到的基準平面上，與所述 輸出數據獲取單元所得到的3軸輸出數據群投影在所述基準平面上的投 影點群的距離的標準離差最小的位置的坐標，并將其作為臨時基準點； 基準點校正單元，其對所述臨時基準點推算單元所得到的臨時基準點進 行校正，并將其作為基準點；以及偏移信息算出單元，其根據所述基準 點校正單元所得到的基準點的坐標，算出相對于所述地磁檢測單元的輸 出數據的偏移信息。
本發明的第14實施方式的發明的特征在于，在第13實施方式中，
9所述基準點校正單元把經過所述臨時基準點且與所述基準平面垂直的直 線上離以前所推算的基準點最近的位置作為所述基準點。
本發明的第15實施方式的發明的特征在于，在第13實施方式中， 所述基準點校正單元通過統計方法推算從所述投影點群到所述臨時基準 點的距離的代表值，將與以所述臨時基準點為中心、以所述距離的代表 值為半徑的所述基準平面上的圓周的距離等于規定值的位置作為所述基 準點。
根據本發明，當在數據獲取期間方位角計測裝置的朝向不任意變化， 對特定方向的軸的姿勢保持一定來變化的情況下，能夠防止獲取錯誤的 偏移信息的問題，并且，能夠得到相當于方位角計測裝置的朝向任意變 化的情況下的偏移信息。


圖1是表示本發明的實施方式之一的方位角計測裝置中的磁傳感器 的安裝結構的立體圖。
圖2是表示本發明的實施方式之一的方位角計測裝置的結構的方框
圖。
圖3是說明在以往的方位角計測裝置中獲取偏移信息的方法的概念圖。
圖4是表示在以往的方位角計測裝置中獲取偏移信息的流程圖。 圖5是表示本發明的對特定方向的軸W的姿勢保持一定的磁傳感器 的圖。
圖6是說明以往的方位角計測裝置的課題的圖。 圖7是說明本發明的實施方式之一的避免獲取錯誤的偏移信息的方 法的概念圖。
圖8是表示本發明的實施方式之一的避免獲取錯誤的偏移信息的方 法的流程圖。
圖9是說明本發明的實施方式之一的獲取偏移信息的方法的概念圖。圖10是說明本發明的實施方式之一的獲取偏移信息的方法的概念圖。
圖11是說明本發明的實施方式之一的獲取偏移信息的方法的概念圖。
圖12是表示本發明的實施方式之一的獲取偏移信息的方法的流程圖。
圖13是說明本發明的實施方式之一的方位角計測裝置的設置狀況 的圖。
圖14是說明本發明的實施方式之一的獲取偏移信息的方法的概念圖。
圖15是表示本發明的實施方式之一的獲取偏移信息的方法的流程圖。
圖16是說明本發明的實施方式之一的獲取偏移信息的方法的概念圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。 圖1是表示方位角計測裝置中的磁傳感器的安裝結構的立體圖。 在圖1中，坐標軸x， y， z基于方位角計測裝置l， x軸與方位角計 測裝置l的縱向，y軸與方位角計測裝置l的橫向，z軸與方位角計測裝 置1的厚度方向分別平行。方位角計測裝置1中設有x軸磁傳感器HEx、 y軸磁傳感器HEy以及z軸磁傳感器HEz，并對它們進行定向配置，使 得x軸磁傳感器HEx、 y軸磁傳感器HEy以及z軸磁傳感器HEz分別檢 測地磁M的x方向成分Mx、地磁M的y方向成分My以及地磁M的z 方向成分Mz。
圖2是表示以下的各實施方式共同的方位角計測裝置的結構的方框圖。
在圖2中，方位角計測裝置1中設有3軸磁傳感器11、磁傳感器 驅動電源部12、多路復用器部13、放大部14、 A/D轉換部15、靈敏度校正信息存儲部16、靈敏度校正計算部17、數據緩沖部18、數據處理部 19、偏移信息存儲部20、偏移校正部21以及方位角計算部22。
3軸磁傳感器11設有x軸磁傳感器HEx、 y軸磁傳感器HEy以及z 軸磁傳感器HEz，分別輸出檢測出地磁M的x方向成分Mx、 y方向成分 My以及z方向成分Mz的傳感器信號。
磁傳感器驅動電源部12輸出x軸磁傳感器HEx、 y軸磁傳感器HEy 以及z軸磁傳感器HEz的動作所需的驅動電壓。
多路復用器部13用于切換x軸磁傳感器HEx、 y軸磁傳感器HEy 以及z軸磁傳感器HEz，向x軸磁傳感器HEx、 y軸磁傳感器HEy以及 z軸磁傳感器HEz時分地施加磁傳感器驅動電源部12的輸出電壓，并且 依次輸出從x軸磁傳感器HEx、y軸磁傳感器HEy以及z軸磁傳感器HEz 所輸出的傳感器信號。放大部14依次放大從多路復用器部13輸出的傳 感器信號。A/D轉換部15依次對放大部14所放大的傳感器信號進行A/D 轉換，并作為x軸地磁測定數據、y軸地磁測定數據以及z軸地磁測定數 據依次輸出。
靈敏度校正信息存儲部16存儲規定的靈敏度校正信息。靈敏度校正 計算部17根據存儲在靈敏度校正信息存儲部16中的靈敏度校正信息， 對從A/D轉換部15輸出的地磁計測數據進行靈敏度校正。
數據緩沖部18以規定數量保持由靈敏度校正計算部17進行了靈敏 度校正、并用于計算偏移信息的地磁計測數據。
符號19是數據處理部，根據數據緩沖部18內的數據，進行以下詳 細敘述的各項處理。這里進行的各項處理，通過CPU執行保存在ROM 內的規定的程序(例如，包括如圖8、 12以及15所示的控制步驟)來達 成。RAM提供CPU的作業區域。CPU、 ROM和RAM能夠構成為還達 成執行符號16 18以及20 22所表示的構成要素的功能。數據處理部 19讀出保持在數據緩沖部18中的地磁計測數據，執行后述的處理以算出 偏移信息。
偏移信息存儲部20存儲從數據處理部19輸出的偏移信息。 偏移校正部21根據存儲在偏移信息存儲部20中的偏移信息，校正
12由靈敏度校正計算部17進行了靈敏度校正的地磁計測數據的偏移。
方位角計算部22根據由偏移校正部21進行了偏移校正后的地磁計
測數據算出方位角。 (第I實施方式)
圖7是說明在本發明的第1實施方式中避免獲取錯誤的偏移信息的 方法的概念圖。
在圖7中，改變方位角計測裝置1的朝向，在此期間反復獲取x軸 地磁測定數據Sx、 y軸地磁測定數據Sy以及z軸地磁測定數據Sz，直至 規定的數據獲取數N。優選方位角計測裝置l的朝向任意變化，但假設 有如圖5所示對特定方向的軸W的姿勢保持一定來變化的情況。
并且，如圖7所示，將反復獲取的Sx、 Sy和Sz的各個數據分別設 為P1 (Six, Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…， 并配置在以Sx、 Sy、 Sz的值為各軸的方向成分的3維空間上。
接著，因為方位角計測裝置1的朝向對特定方向的軸W的姿勢保持 —定來變化，所以判斷P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…是否分布在特定的平面P的附近。作為判斷方法， 只要判斷由上式(7)的關于Cx、 Cy和Cz的聯立一次方程式的系數項 組成的矩陣
是否為奇異矩陣或者與之相近的矩陣即可，具體地計算上式(12) 的行列式的值的絕對值lciet (A) i，如果接近零則判斷為P1 (Six, Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平 面P的附近。
這里，式(12)的行列式的值在不存在數值舍入時發生的量子化誤 差等計算誤差的情況下一定為正。因此，計算行列式的值，如果是接近 零或為負值，則可以判斷為P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y, S2z)、<formula>formula see original document page 15</formula>
時，計算 [數式ll]
找出最大值。根據哪個式子成為最大值，分別求解以下的聯立一次
方程式，以算出各個系數。各個方程式為設a-l、或b-l、或c-l時 的推算平面P的式子，DetO、 Detl、 Det2對應各個系數矩陣的行列式。 一般情況下，因為行列式的值越大數值計算的精度越高，所以通過求解 行列式的值取最大值的方程式求出系數a、 b、 c。
DetO最大時(此時a-l)
<formula>formula see original document page 15</formula>
Detl最大時(此時b-l) [數式13]
<formula>formula see original document page 15</formula>
<formula>formula see original document page 15</formula>并且，
從Pl (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…的各點至推算平面P的距離di通過
c/!=-, . - (16)
可以求得。各點的距離di的正負，因屬于被推算平面P分割的兩個 區域中的哪一個區域而不同。即，設從屬于被分為2個區域的區域一方 的點到指定平面P的距離di為正，從屬于另一方的點到指定平面P的距 離di為負。求出這些各點的距離di的最大值和最小值(圖16)，根據該 差值是否小于等于規定值，也可以判斷P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y, S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…是否分布在特定的平面P的附近。
換言之，根據被指定平面P分割為2個區域的一方的區域中的離指 定平面P最遠的點到該平面P的距離的絕對值，與另一方的區域中的離 指定平面最遠的點到該平面P的距離的絕對值之和是否小于等于規定值 來進行上述判斷。
而且，在判斷為Pl (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，不進行上 式(7)的解的計算。或者在上式(7)的解的計算已經進行的情況下舍 棄算出的解，且不進行偏移信息的算出。另一方面，在未判斷為P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特 定的平面P的附近的情況下，計算上式(7)的解以推算基準點OP，從 其坐標值得到偏移Cx、 Cy以及Cz。
由此，當在數據獲取期間方位角計測裝置的朝向不任意變化，對特 定方向的軸的姿勢保持一定來變化的情況下，能夠防止獲取錯誤的偏移 信息的問題。
此外，在判斷為Pl (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3(S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，也可以在 方位角計測裝置1的顯示部上顯示警報。由此，方位角計測裝置1的使 用者能夠知道在Sx、 Sy和Sz的獲取中改變方位角計測裝置1的朝向的 操作不恰當。
圖8是表示在本發明的第1實施方式中避免獲取錯誤的偏移信息的 方法的流程圖。
在圖8中，數據緩沖部18獲取地磁測定數據Sx、 Sy和Sz并存入到 緩沖器中。并且，在由于噪聲的混入等而使獲取的地磁測定數據Sx、 Sy 和Sz被認為不恰當時，也可以不將所獲取的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz 存入到緩沖器中。(步驟Sll)
接著，判斷數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz 是否已經達到規定的數據獲取數N。(步驟S12)
當數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx， Sy和Sz尚未達到規 定的數據獲取數N的情況下，返回到步驟Sll。
另一方面，當數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz 已經達到規定的數據獲取數N的情況下，數據處理部19從數據緩沖部 18中僅讀取規定的數據獲取數N個地磁測定數據Sx、 Sy和Sz，判斷所 讀取的各個數據P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…是否分布在特定的平面P的附近。并且，從數據緩沖部18 僅讀取規定的數據獲取數N個地磁測定數據Sx、 Sy和Sz之后，可以根 據情況清除數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz中的最 舊的數據，也可以僅清除所讀取個數的數據。(步驟S13)
在判斷為P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，停止推算基準點 OP的坐標Cx、 Cy和Cz。并且，根據情況也可以清除數據緩沖部18中 所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz。(步驟S14)
另一方面，在未判斷為P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，推算與 各自的數據P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y，
17S3z)、…的距離的標準離差為最小的基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz。(步 驟S15)
然后，將基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz作為地磁測定數據Sx、 Sy 和Sz的偏移存儲在偏移信息存儲部20中。并且，在由于噪聲的混入或 環境磁場的存在等而使推算的基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz被認為不 恰當時，可以不將推算的基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz存儲到偏移信 息存儲部20中，或者也可以根據情況清除數據緩沖部18中所保持的地 磁測定數據Sx、 Sy和Sz。(步驟S16)
并且，也可以在步驟13之前進行相當于步驟15的步驟，首先求出 基準點OP的坐標，再判斷是否分布在平面P的附近。 (第2實施方式)
圖9是說明在本發明的第2實施方式中獲取偏移信息的方法的概念圖。
省略與第1實施方式重復部分的說明。
在判斷為Pl (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y, S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，進行特定的平面P 的推算。平面P的推算方法與第1實施方式中記載的方法相同，因此省
接著，將P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…投影到所推算的平面P上，利用統計方法算出相對于在平 面P上投影的P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…的距離的標準離差最小的位置，作為臨時基準點OC。
接著，對臨時基準點OC進行校正，以作為基準點OR，取得其坐標 值ORx、 ORy、 ORz以分別作為相當于偏移Cx、 Cy、 Cz的值。作為校 正方法，合適的是如圖0所示，將在經過臨時基準點OC且與平面P垂 直的直線L上離以前推算的基準點OQ最近的點設為OR。
并且，如圖11所示，算出從投影在平面P上的PI (Six, Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…至臨時基準點OC的距 離的平均值re，定義平面P上的中心為OC、半徑為r。的圓周C，可以選擇與圓周C的距離等于規定值M的位置ORl、OR2的任意一個作為基準 點OR。作為選擇方法，例如有選擇與以前推算的基準點OQ近的一方的 方法。并且作為M的值，合適的是設定與地磁全磁力相當的數值。
另一方面，在未判斷為P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，計算上 式(7)的解以推算基準點OP，從其坐標值得到偏移Cx、 Cy以及Cz。
由此，即使在數據獲取期間方位角計測裝置的朝向不任意變化，對 特定方向的軸的姿勢保持一定來變化的情況下，也能夠獲取相'當于方位 角計測裝置的朝向任意變化時的偏移信息。
此外，在判斷為PI (Six, Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，也可以在 方位角計測裝置1的顯示部上顯示警報。由此，方位角計測裝置1的使 用者能夠知道在Sx、 Sy和Sz的獲取中改變方位角計測裝置1的朝向的 操作不恰當。
圖12是表示在本發明的第2實施方式中獲取偏移信息的方法的流程圖。
在圖12中，數據緩沖部18獲取地磁測定數據Sx、 Sy和Sz并存入 到緩沖器中。并且，在由于噪聲的混入等而使所獲取的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz被認為不恰當時，也可以不將所獲取的地磁測定數據Sx、 Sy和 Sz存入到緩沖器中。(步驟S21)
接著，判斷數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz 是否己經達到規定的數據獲取數N。(步驟S22)
在數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz尚未達到規 定的數據獲取數N的情況下，返回到步驟S21。
另一方面，在數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz 已經達到規定的數據獲取數N的情況下，數據處理部19從數據緩沖部 18中僅讀取規定的數據獲取數N個地磁測定數據Sx、 Sy和Sz，判斷所 讀取的各個數據P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x, S3y， S3z)、…是否分布在特定的平面P的附近。并且，從數據緩沖部18
19中僅讀取規定的數據獲取數N個地磁測定數據Sx、 Sy和Sz之后，可以 根據情況清除數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz中的 最舊的數據，也可以僅清除所讀取個數的數據。(步驟S23)
在判斷為P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，推算特定的平面P。 (步驟S24)
接著，將P1 (Six, Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…投影到所推算的平面P上，推算出使相對于在平面P上投 影的P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y, S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、… 的距離的標準離差最小的臨時基準點OC的坐標OCx、 OCy、 OCz。(步 驟S25)
接著，對臨時基準點OC的坐標OCx、 OCy、 OCz進行校正，以作 為基準點OR，并算出該坐標值ORx、 ORy、 ORz。(步驟S26)
然后，將基準點OR的坐標ORx、 ORy和ORz作為地磁測定數據 Sx、 Sy和Sz的偏移，存儲在偏移信息存儲部20中。并且，在由于噪聲 的混入或環境磁場的存在等而使所推算的基準點OR的坐標ORx、 ORy 和ORz被認為不恰當的情況下，可以不將所推算的基準點OR的坐標 ORx、 ORy和ORz存儲在偏移信息存儲部20中，或者也可以根據情況清 除數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz。(步驟S27)
另一方面，在未判斷為P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x, S2y, S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的情況下，推算與 各自的數據P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…的距離的標準離差為最小的基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz。(步 驟S28)
然后，將基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz作為地磁測定數據Sx、 Sy 和Sz的偏移，存儲在偏移信息存儲部20中。并且，在由于噪聲的混入 或環境磁場的存在等而使所推算的基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz被認 為不恰當時，可以不將所推算的基準點OP的坐標Cx、 Cy和Cz存儲在 偏移信息存儲部20中，或者也可以根據情況清除數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz。(步驟S29) (第3實施方式)
圖13是說明本發明的第3實施方式中的方位角計測裝置的設置狀況 的圖。
在圖13中，方位角計測裝置1設置在汽車22中，相對于垂直方向 軸V以傾斜角a固定。通過汽車22的移動使方位角計測裝置1的朝向變 化。因此方位角計測裝置1相對于垂直方向軸V的姿勢以傾斜角a保持 一定。
圖14是說明在本發明的第3實施方式中獲取偏移信息的方法的概念圖。
在圖14中，改變方位角計測裝置1的朝向，在此期間反復獲取x軸 地磁測定數據Sx、 y軸地磁測定數據Sy以及z軸地磁測定數據Sz直至 規定的數據獲取數N。
并且，將反復獲取的Sx、 Sy、 Sz的各個數據分別設為Pl (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…如圖14所示，配 置在以Sx、 Sy、 Sz的值為各軸的方向成分的3維空間上。
此時，因為方位角計測裝置1的姿勢相對于垂直方向的軸V保持一 定，所以P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近。因此，不可能通過計算上式(7) 的解來推算基準點OP，從其坐標值得到偏移Cx、 Cy以及Cz。因此，通 過以下的步驟得到相當于偏移Cx、 Cy以及Cz的值。
首先，進行特定的平面P的推算。平面P的推算方法與第1實施方 式中記載的方法相同，因此省略說明。
接著，將P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y, S3z)、…投影到所推算的平面P上，利用統計方法算出相對于在平 面P上投影的P1 (Slx， Sly, Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…的距離的標準離差最小的位置，作為臨時基準點OC。具 體的方法與第2實施方式中記載的方法相同，因此省略說明。
接著，對臨時基準點OC進行校正，以作為基準點OR，取得其坐標值ORx、 ORy、 Orz以分別作為與偏移Cx、 Cy、 Cz相當的值。具體的校 正方法與第2實施方式中記載的方法相同，因此省略說明。
由此，即使在方位角計測裝置設置在汽車等的移動物體中，且方位 角計測裝置的朝向對特定方向的軸的姿勢保持一定來變化的情況下，也 能夠獲取相當于方位角計測裝置的朝向任意變化時的偏移信息。
并且，當設置在汽車等的移動物體中，且設置姿勢大致保持一定的 情況下，也可以不求出校正基準點OR，而將臨時基準點OC的坐標直接 作為偏移Cx、 Cy和Cz。原因在于，臨時基準點OC雖然有時在特定的 平面P的法線方向包含大的誤差，但該誤差不影響方位角的計算精度。
圖15是表示在本發明的第3實施方式中獲取偏移信息的方法的流程圖。
在圖15中，數據緩沖部18獲取地磁測定數據Sx、 Sy和Sz并存入 緩沖器中。并且，在由于噪聲的混入等而使所獲取的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz被認為不恰當時，也可以不將所獲取的地磁測定數據Sx、 Sy和 Sz存入到緩沖器中。(步驟S31)
接著，判斷數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz 是否已經達到規定的數據獲取數N。(步驟S32)
在數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz尚未達到規 定的數據獲取數N的情況下，返回到步驟S31。
另一方面，在數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz 已經達到規定的數據獲取數N的情況下，數據處理部19從數據緩沖部 18中僅讀取規定的數據獲取數N個地磁測定數據Sx、 Sy和Sz，并進行 所讀取的各個數據P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…分布在特定的平面P的附近的推算。并且，從數據緩沖部 18僅讀取規定的數據獲取數N個地磁測定數據Sx、 Sy和Sz之后，可以 根據情況清除數據緩沖部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz中的 最舊的數據，也可以僅清除所讀取個數的數據。(步驟S33)
接著，將P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2 (S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、…投影到所推算的平面P上，推算出使相對于在平面P上投影的P1 (Slx， Sly， Slz)、 P2(S2x， S2y， S2z)、 P3 (S3x， S3y， S3z)、… 的距離的標準離差最小的臨時基準點OC的坐標OCx、 OCy、 OCz。(步 驟S34)
接著，對臨時基準點OC的坐標OCx、 OCy、 OCz進行校正，以作 為基準點OR，并算出其坐標值ORx、 ORy、 ORz。(步驟S35)
然后，將基準點OR的坐標ORx、 ORy和ORz作為地磁測定數據 Sx、 Sy和Sz，存儲在偏移信息存儲部20中。并且，在由于噪聲的混入 或環境磁場的存在等而使所推算的基準點OR的坐標ORx、 ORy和ORz 被認為不恰當的情況下，所推算的基準點OR的坐標ORx、 ORy和ORz 可以不存儲在偏移信息存儲部20中，或者也可以根據情況清除數據緩沖 部18中所保持的地磁測定數據Sx、 Sy和Sz。(步驟S36)
并且，當設置在汽車等的移動物體中，且設置姿勢大致保持一定的 情況下，也可以不求出校正基準點OR，而將臨時基準點OC的坐標直接 作為偏移。
產業上的可利用性
在根據地磁檢測方式的方位角計測裝置中，在磁傳感器的周圍配置 有揚聲器等的磁化部件時，由于從磁化部件泄漏的磁場而使磁傳感器的 輸出發生偏移。因此，為了防止由于偏移而使方位角的計算產生誤差， 有必要進行偏移的校正。
本發明提供方位角計測裝置，其能夠在各種情況下簡單地進行獲取 該校正所需的偏移信息。
2權利要求
1.一種方位角計測裝置，其特征在于，具有檢測地磁的3軸的地磁檢測單元；輸出數據獲取單元，其按照大于等于規定次數，反復獲取所述地磁檢測單元的朝向在3維空間中變化時的來自所述地磁檢測單元的3軸輸出數據；平面推算單元，其在將所述3軸輸出數據作為各軸方向成分的3維坐標上，推算使所述輸出數據獲取單元所得到的3軸輸出數據群位于附近的平面，并將其作為基準平面；臨時基準點推算單元，其通過統計方法推算在所述平面推算單元所得到的基準平面上，與所述輸出數據獲取單元所得到的3軸輸出數據群投影在所述基準平面上的投影點群的距離的標準離差最小的位置的坐標，并將其作為臨時基準點；基準點校正單元，其對所述臨時基準點推算單元所得到的臨時基準點進行校正，并將其作為基準點；以及偏移信息算出單元，其根據所述基準點校正單元所得到的基準點的坐標，算出相對于所述地磁檢測單元的輸出數據的偏移信息。
2. 根據權利要求l所述的方位角計測裝置，其特征在于， 所述基準點校正單元把經過所述臨時基準點且與所述基準平面垂直的直線上離以前所推算的基準點最近的位置作為所述基準點。
3. 根據權利要求1所述的方位角計測裝置，其特征在于， 所述基準點校正單元通過統計方法推算從所述投影點群到所述臨時基準點的距離的代表值，將與以所述臨時基準點為中心、以所述距離的 代表值為半徑的所述基準平面上的圓周的距離等于規定值的位置作為所 述基準點。
全文摘要
提供方位角計測裝置，其在特定方向上將姿勢保持一定來變化的情況下，不獲取錯誤的偏移信息，在任意的方向上變化時，能夠得到相當的偏移信息。數據處理部(19)處理來自檢測地磁的3軸的傳感器的數據。在處理部(19)中，以大于等于規定次數反復獲取方位角計測裝置的朝向在3維空間中變化時的3軸輸出數據，在將3軸輸出數據作為各軸方向成分的3維坐標上，通過統計方法推算與3軸輸出數據群的距離的標準離差最小的位置的坐標，并作為基準點，根據基準點的坐標，算出3軸輸出數據的偏移信息，判斷3軸輸出數據群是否分布在特定的平面附近，在判斷為3軸輸出數據群分布在特定的平面附近的情況下，不進行基準點的坐標的推算，或者進行舍棄已推算的基準點坐標的處理。
文檔編號G01C17/28GK101586958SQ20091014264
公開日2009年11月25日 申請日期2004年12月17日 優先權日2003年12月22日
發明者北村徹, 山下昌哉, 疋田浩一 申請人:旭化成電子材料元件株式會社