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JP2006226810A - Azimuth measuring instrument - Google Patents

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JP2006226810A
JP2006226810A JP2005040445A JP2005040445A JP2006226810A JP 2006226810 A JP2006226810 A JP 2006226810A JP 2005040445 A JP2005040445 A JP 2005040445A JP 2005040445 A JP2005040445 A JP 2005040445A JP 2006226810 A JP2006226810 A JP 2006226810A
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JP
Japan
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azimuth
magnetic
magnetic data
points
angle
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005040445A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukimitsu Yamada
幸光 山田
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to PCT/JP2006/302647 priority patent/WO2006088057A1/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an azimuth measuring instrument for performing calibration while suppressing the effect of an internal magnetic field by a simple operation and detecting an azimuth angle with high accuracy. <P>SOLUTION: When slightly turning this azimuth measuring instrument, a magnetic detection means detects at least three points P, Q and R as points on a circular detection path C2. A perpendicular bisector M of a line PQ passing through coordinates P and Q is found while finding a perpendicular bisector N of a line QR passing through coordinates Q and R. An intersection point of them is found as the center point G of the detection path C2. Assuming that the distance between the center point G and an original point O is L, the x and y components of the distance L can be used as x-axial and y-axial offset compensation values. By removing the respective compensation values component-by-component from magnetism data detected by the detection means, calibrated magnetism data can be obtained, making it possible to find a highly accurate direction angle θ from the magnetism data. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、携帯型端末などに搭載される方位計測装置に係わり、特に簡単なキャリブレーションで高精度に方位角を検出できるようにした方位計測装置に関する。   The present invention relates to an azimuth measuring apparatus mounted on a portable terminal or the like, and more particularly to an azimuth measuring apparatus that can detect an azimuth angle with high accuracy by simple calibration.

携帯電話機などに搭載されている方位計測装置(電子コンパス)は、3軸型の磁気センサを用いて地磁気を検出して測定地点における方位角などの算出を行うものである。   An azimuth measuring device (electronic compass) mounted on a cellular phone or the like detects a geomagnetism using a three-axis magnetic sensor and calculates an azimuth angle at a measurement point.

しかしながら、携帯電話機内にはスピーカを始めとして磁場を発生させる電子部品が一緒に搭載されている。前記のような磁場は前記地磁気に対してノイズやオフセットとして作用するため、このような環境下で検知された地磁気から算出される方位角には大きな誤差が含まれやすいという問題がある。   However, electronic components for generating a magnetic field such as a speaker are mounted together in the mobile phone. Since the magnetic field as described above acts as noise or offset with respect to the geomagnetism, there is a problem that a large error is likely to be included in the azimuth angle calculated from the geomagnetism detected in such an environment.

上記のような方位計測装置が、地磁気以外の外部磁場に起因するノイズやオフセットの影響を少なくするための先行技術としては、例えば以下の特許文献1などが存在している。
特開2004−12416号公報
As a prior art for reducing the influence of noise and offset caused by an external magnetic field other than the geomagnetism as described above, for example, the following Patent Document 1 exists.
JP 2004-12416 A

特許文献1では、方位計測装置を同一平面内で180度回転させ、回転開始位置での磁気センサの出力値と、180度回転させた位置での磁気センサの出力値とを減算してオフセットを求めるというものである。   In Patent Document 1, the azimuth measuring device is rotated 180 degrees in the same plane, and the offset is obtained by subtracting the output value of the magnetic sensor at the rotation start position and the output value of the magnetic sensor at the position rotated 180 degrees. It is what you want.

しかし、上記特許文献1に記載された発明にあってさえもキャリブレーションを確実に行うためには方位計測装置自体を180度以上回転させる必要があり、使用上煩雑であった。   However, even in the invention described in Patent Document 1, it is necessary to rotate the azimuth measuring device itself by 180 degrees or more in order to perform calibration reliably, which is complicated in use.

特に、回転中に軸振れなどを伴うと、キャリブレーション不能を示すエラーが表示されてしまい、何度もキャリブレーション操作をやり直しさせる必要が生じてユーザーに過度の負担をかけていたという問題もある。   In particular, if there is a shaft runout during rotation, an error indicating that calibration is not possible is displayed, and it is necessary to repeat the calibration operation many times, causing an excessive burden on the user. .

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、簡単な操作で内部磁界の影響を抑えるキャリブレーションを行うことができるとともに、方位角を高精度に検出することが可能な方位計測装置を提供することを目的としている。   The present invention is intended to solve the above-described conventional problems, and is capable of performing calibration for suppressing the influence of an internal magnetic field with a simple operation and capable of detecting an azimuth angle with high accuracy. The purpose is to provide.

本発明は、原点で直交する少なくとも2軸に沿う方向に発生する地磁気の検出が可能な磁気検出手段と、前記磁気検出手段が検出した3点以上の磁気データによって形成される円弧状または楕円状の検出軌跡からその中心点を算出するとともに、この検出軌跡を前記原点を中心とする基準軌跡に変換するオフセット補正値を算出する補正演算手段と、磁気データから前記オフセット補正値を除去してから補正後の方位角を算出する方位演算手段と、前記各手段の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。   The present invention relates to a magnetic detection means capable of detecting geomagnetism generated in a direction along at least two axes orthogonal to the origin, and an arc shape or an elliptical shape formed by three or more magnetic data detected by the magnetic detection means. A correction calculation means for calculating an offset correction value for converting the detected locus into a reference locus centered on the origin, and removing the offset correction value from the magnetic data. An azimuth calculating means for calculating the corrected azimuth angle and a control means for controlling the operation of each means are provided.

本発明では、少なくとも2本の垂直二等分線の交点を求めるという簡単な方法により、キャリブレーション用のオフセット補償値xgav.及びygav.を求めることができる。しかも、理論上は方位測定装置を搭載した電子機器をわずかに(90°以内で)回転させるだけで前記オフセット補償値xgav.及びygav.を求めることができる。すなわち、電子機器をわずかに回転させるだけでキャリブレーションを行うことができるため、方位角を測定する上で操作者にかける負担を軽減することができる。 In the present invention, the offset compensation values xg av. And yg av. For calibration can be obtained by a simple method of obtaining the intersection of at least two vertical bisectors. Moreover, theoretically, the offset compensation values xg av. And yg av. Can be obtained by slightly rotating (within 90 °) an electronic device equipped with the bearing measuring device. That is, since the calibration can be performed only by slightly rotating the electronic device, it is possible to reduce the burden on the operator when measuring the azimuth angle.

例えば、前記磁気検出手段は、所定のサンプリング周期で継続的に前記磁気データを取得しており、前記補正演算手段は継続的に前記オフセット補正値を算出するとともに、前記方位演算手段が継続的に補正後の方位角を算出するものである。   For example, the magnetic detection unit continuously acquires the magnetic data at a predetermined sampling period, the correction calculation unit continuously calculates the offset correction value, and the azimuth calculation unit continuously The corrected azimuth angle is calculated.

あるいは前記磁気検出手段は、所定のサンプリング周期で継続的に前記磁気データを取得しており、前記磁気データが変化したときに、前記補正演算手段がオフセット補正値を算出するとともに、方位演算手段が補正後の方位角を算出するものである。   Alternatively, the magnetic detection means acquires the magnetic data continuously at a predetermined sampling period, and when the magnetic data changes, the correction calculation means calculates an offset correction value, and the azimuth calculation means The corrected azimuth angle is calculated.

上記において、前記補正演算手段が、前記3点以上の磁気データのうち、任意の2点間を結ぶ直線に対する第1の垂直二等分線と、前記任意の2点とは異なる他の2点間を結ぶ直線に対する第2の垂直二等分線とを求めるとともに、前記第1の垂直二等分線と第2の垂直二等分線との交点を前記基準軌跡の中心点に設定することを特徴とするものが好ましい。   In the above, the correction calculation means includes a first perpendicular bisector for a straight line connecting any two points among the three or more points of magnetic data, and two other points different from the two arbitrary points. Obtaining a second vertical bisector with respect to a straight line connecting them, and setting an intersection of the first vertical bisector and a second vertical bisector as a center point of the reference trajectory Those characterized by the above are preferred.

さらには、複数の磁気データから任意の2点を多数抽出し、それぞれの2点間を結ぶ直線ごとに垂直二等分線を多数設定するとともに、前記多数の垂直二等分線が交差する複数の交点の座標を平均化したものを前記中心点の平均座標とするものが好ましい。   Further, a plurality of arbitrary two points are extracted from a plurality of magnetic data, a plurality of vertical bisectors are set for each straight line connecting the two points, and a plurality of the plurality of vertical bisectors intersect. It is preferable that the average coordinate of the center point is obtained by averaging the coordinates of the intersection points.

また前記補正演算手段は、前記検出軌跡を形成する磁気データに対応する座標を以下の数3に示す関数F(x,y)に代入したときに、前記関数F(x,y)=0を満たす係数a,b,xおよびyを求めるとともに、このとき求めた前記xをx軸方向のオフセット補償値とし、且つ前記yをy軸方向のオフセット補償値とするものが好ましい。 The correction calculation means substitutes the function F (x, y) = 0 when the coordinates corresponding to the magnetic data forming the detection locus are substituted into the function F (x, y) shown in the following equation 3. coefficients satisfy a, b, along with determining the x g and y g, the x g determined this time as an offset compensation value in the x axis direction, and which the y g offset compensation value in the y-axis direction is preferable.

Figure 2006226810
Figure 2006226810

この場合には、前記中心点と原点との間の距離のうちx軸成分のオフセット補償値の平均をxgav.、y軸成分のオフセット補償値の平均をygav.とし、かつ前記磁気検出手段から出力される磁気データを(X,Y)としたときに、前記方位演算手段における方位角θの算出が以下の数4で行うことができる。 In this case, among the distances between the center point and the origin, the average of the x-axis component offset compensation values is xg av. , The average of the y-axis component offset compensation values is y g av. When the magnetic data output from the means is (X, Y), the azimuth angle θ in the azimuth calculating means can be calculated by the following equation (4).

Figure 2006226810
Figure 2006226810

ただし、Hx,HyはHx=k1・(X−xgav.)、Hy=k2・(Y−ygav.)であり、k1,k2は任意の定数である。 However, Hx and Hy are Hx = k1 · (X−xg av. ) And Hy = k2 · (Y−yg av. ), And k1 and k2 are arbitrary constants.

本発明では、方位計測装置を搭載した電子機器を、90°以内でわずかに回転させるという簡単な操作だけで、内部磁界の影響を受けないキャリブレーションを行うことができる。よって、操作者に過度の負担をかけることなく、精度の高い方位角を算出することができるようになる。   In the present invention, calibration that is not affected by an internal magnetic field can be performed by a simple operation of slightly rotating an electronic device equipped with an azimuth measuring device within 90 °. Therefore, it is possible to calculate a highly accurate azimuth without imposing an excessive burden on the operator.

図1は方位計測装置(3軸型電子コンパス)を搭載した電子機器と方位角との関係を2次元的に示す平面図、図2は方位計測装置の構成を示すブロック図、図3は傾斜補正の原理を3次元的に説明するための方位解析図、図4はx軸回りにピッチ角αだけ傾斜させた状態を2次元的に示す電子機器の側面図、図5はy軸回りロール角βだけ回転させた状態を2次元的に示す電子機器の底面図である。   FIG. 1 is a plan view showing a two-dimensional relationship between an azimuth angle and an electronic device equipped with an azimuth measuring device (three-axis electronic compass), FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the azimuth measuring device, and FIG. Fig. 4 is a side view of an electronic device that two-dimensionally shows a state inclined by a pitch angle α around the x axis, and Fig. 5 is a roll around the y axis. It is a bottom view of the electronic device which shows the state rotated only the angle β two-dimensionally.

図1は電子機器1の代表例として示す携帯電話機である。この電子機器1には方位計測装置2が搭載されている。   FIG. 1 shows a mobile phone as a representative example of the electronic apparatus 1. This electronic device 1 is equipped with an orientation measuring device 2.

図2に示すように前記方位計測装置2は、磁気検出手段3、補正演算手段9、方位演算手段10および制御手段11を有している。   As shown in FIG. 2, the azimuth measuring device 2 includes a magnetic detection unit 3, a correction calculation unit 9, an azimuth calculation unit 10, and a control unit 11.

前記磁気検出手段3は、3ヶの磁気センサ4a,4b,4cと、切換手段6、増幅手段7およびA/D変換手段8を有している。前記磁気センサ4a,4b,4cは互いに直交する方向に配置されており、前記電子機器1の幅方向をx’軸、前記電子機器1の長手方向をy’軸、電子機器1の板厚方向をz’軸とすると、前記磁気センサ4aはx’軸方向、前記磁気センサ4bはy’軸方向、前記磁気センサ4cはz’軸方向にそれぞれ発生した磁界(地磁気)の強さをアナログ量として検出する。したがって、前記方位計測装置2では3ヶの磁気センサ4a,4b,4cによりx’y’z’直交座標系が形成されており、常に地球の回りに発生する地磁気ベクトルHの3軸方向成分を測定している。   The magnetic detection means 3 has three magnetic sensors 4a, 4b, 4c, a switching means 6, an amplification means 7, and an A / D conversion means 8. The magnetic sensors 4a, 4b, 4c are arranged in directions orthogonal to each other, the width direction of the electronic device 1 is the x ′ axis, the longitudinal direction of the electronic device 1 is the y ′ axis, and the thickness direction of the electronic device 1 is Is the z′-axis, the magnetic sensor 4a is in the x′-axis direction, the magnetic sensor 4b is in the y′-axis direction, and the magnetic sensor 4c is the amount of magnetic field (geomagnetism) generated in the z′-axis direction. Detect as. Therefore, in the azimuth measuring device 2, the x'y'z 'orthogonal coordinate system is formed by the three magnetic sensors 4a, 4b, 4c, and the three-axis direction component of the geomagnetic vector H generated around the earth is always obtained. Measuring.

前記磁気センサ4a,4b,4cの各出力は切換手段6に接続されている。前記制御手段11は、前記切換手段6を順番に駆動することにより、磁気センサ4a,4b,4cの出力(アナログ量)を順番に切り換えて前記増幅手段7に導く。前記増幅手段7は所定のゲインで前記磁気センサ4a,4b,4cの各出力をそれぞれ増幅し、その次の後段に設けられたA/D変換手段8に出力する。前記A/D変換手段8では、前記増幅後の磁気センサ4a,4b,4cの出力を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換することにより、磁気データX,Y,Zを生成する。   The outputs of the magnetic sensors 4a, 4b, 4c are connected to the switching means 6. The control means 11 drives the switching means 6 in order to switch the outputs (analog quantities) of the magnetic sensors 4 a, 4 b, 4 c in order and guide them to the amplification means 7. The amplifying means 7 amplifies each output of the magnetic sensors 4a, 4b, 4c with a predetermined gain, and outputs the amplified output to an A / D converting means 8 provided at the subsequent stage. The A / D conversion means 8 generates magnetic data X, Y, and Z by converting the amplified outputs of the magnetic sensors 4a, 4b, and 4c into digital signals at a predetermined sampling frequency.

なお、前記磁気検出手段を構成する磁気センサ4a,4b,4cとしては、例えばMR(Magneto Resistive)センサ、GIG(Granular in Gap)センサ、ホール素子、フラックスゲート型磁気センサ(特開平9−43322号および特開平11−118892号公報参照)などを用いることができる。   As the magnetic sensors 4a, 4b, 4c constituting the magnetic detection means, for example, an MR (Magneto Resistive) sensor, a GIG (Granular in Gap) sensor, a Hall element, a fluxgate type magnetic sensor (Japanese Patent Laid-Open No. 9-43322). And Japanese Patent Laid-Open No. 11-118892).

以下の説明においては、電子機器1の姿勢に応じて変化する前記x’y’z’直交座標系のx’軸とy’軸とが地面に対して平行となる水平面(x’y’平面(地平面))を形成しており、y軸’が真北を向き且つ前記x’軸とy軸’の双方に直交するz’軸が鉛直方向(重力方向)を向いた状態をxyz直交座標系の基準としている。   In the following description, a horizontal plane (x′y ′ plane) in which the x ′ axis and the y ′ axis of the x′y′z ′ orthogonal coordinate system that changes according to the attitude of the electronic device 1 are parallel to the ground. (Horizontal plane)), and the z-axis perpendicular to both the x 'axis and the y axis' is perpendicular to the vertical direction (gravity direction). The coordinate system is used as a standard.

また符号Hx、Hy、Hzは、電子機器1に搭載された前記3軸型磁気センサが検知した地磁気ベクトルHのx軸成分,y軸成分およびz軸成分の大きさ(磁界の強さ)を意味している。また符号H’は前記地磁気ベクトルHを前記地平面(xy平面)に投影したときの水平成分を示すとともに、磁北の向きを示している。   Symbols Hx, Hy, and Hz indicate the magnitudes (magnetic field strengths) of the x-axis component, the y-axis component, and the z-axis component of the geomagnetic vector H detected by the three-axis magnetic sensor mounted on the electronic device 1. I mean. Reference numeral H ′ indicates a horizontal component when the geomagnetic vector H is projected onto the ground plane (xy plane) and indicates the direction of magnetic north.

図1および図3に示す方位角θは、基準とするy’軸と磁北(地磁気ベクトルの水平成分H’)とが成す角である。また方位角θ’は、基準とするy’軸と真北とが成す角であり、本発明の方位計測装置が最終的に求めようとする角度である。   The azimuth angle θ shown in FIGS. 1 and 3 is an angle formed by the reference y ′ axis and magnetic north (the horizontal component H ′ of the geomagnetic vector). The azimuth angle θ ′ is an angle formed by the reference y ′ axis and true north, and is the angle that the azimuth measuring apparatus of the present invention finally seeks.

さらに図4に示す符号αは、電子機器1をx’軸(x軸)回りに回転させたときに前記y軸(または地平面(xy平面))と回転後のy’軸(またはx’y’平面)とが成す姿勢角(以下ピッチ角という。)を意味する。また図5に示す符号βは電子機器1をy’軸(y軸)回りに回転させたときに前記x軸(または地平面(xy平面))と回転後のx’軸(またはx’y’平面)とが成す姿勢角(以下ロール角という。)を意味している。   Further, the symbol α shown in FIG. 4 indicates the y axis (or the ground plane (xy plane)) and the rotated y ′ axis (or x ′) when the electronic apparatus 1 is rotated around the x ′ axis (x axis). It means a posture angle (hereinafter referred to as a pitch angle) formed by y ′ plane. 5 indicates the x axis (or the ground plane (xy plane)) and the rotated x ′ axis (or x′y) when the electronic apparatus 1 is rotated about the y ′ axis (y axis). It means the posture angle (hereinafter referred to as roll angle) formed by the 'plane'.

ここで、図3に示す符号ηは前記地平面(xy平面)と前記地平面を突っ切る地磁気ベクトルHとが成す角であり、伏角(下向きをプラスとする)を意味している。ただし、前記伏角ηは場所によって異なる値であり、緯度が高くなるほど大きな値となる傾向がある。   Here, the symbol η shown in FIG. 3 is an angle formed by the ground plane (xy plane) and the geomagnetic vector H that cuts through the ground plane, and means a dip angle (downward is a plus). However, the dip angle η is a value that varies depending on the location, and tends to increase as the latitude increases.

伏角ηの値は、例えば任意の測定位置に対応する伏角ηデータを図示しないメモリ手段に記憶させておき、電子機器1に設けられたGPS(汎地球測位システム)を構築する人工衛星を介して現在の測定位置を入手するとともに、前記現在の測定位置に対応する前記伏角ηを内部の前記メモリ手段から読み出すことで入手することが可能である。あるいは前記電子機器1が携帯電話機の場合には、通話やメールの際に接続される中継局の位置から携帯電話機が使用されている地域(現在の測定位置)を割り出し、前記中継局を介して前記伏角ηに関するデータを外部から入手することが可能であり、図2に示す前記方位計測装置2は前記前記伏角ηに関するデータを取得するための伏角及び偏角取得手段20を有している。なお、本発明においては、以下に示すように伏角ηのデータを直接用いていないので前記伏角ηの入手は必ずしも必要なものではない。   The value of the dip angle η is stored, for example, in a memory means (not shown) corresponding to an arbitrary measurement position, via an artificial satellite that constructs a GPS (Global Positioning System) provided in the electronic device 1. While obtaining the current measurement position, it is possible to obtain it by reading the dip angle η corresponding to the current measurement position from the internal memory means. Alternatively, in the case where the electronic device 1 is a mobile phone, an area (current measurement position) where the mobile phone is used is determined from the position of the relay station connected during a call or mail, and through the relay station Data concerning the dip angle η can be obtained from the outside, and the azimuth measuring device 2 shown in FIG. 2 has a dip angle and declination obtaining means 20 for obtaining data concerning the dip angle η. In the present invention, as shown below, since the data of the dip angle η is not directly used, it is not always necessary to obtain the dip angle η.

まず、最も簡単な場合、すなわちxyz直交座標系の中心に電子機器1が置かれ、且つ前記ピッチ角αとロール角βが共にα=β=0°の場合にける磁北に対する方位角θの検出方法について説明する。なお、ピッチ角αおよびロール角βは共に0°であるから、xyz直交座標系とx’y’z’直交座標系とは一致した状態にある。   First, in the simplest case, that is, when the electronic apparatus 1 is placed at the center of the xyz orthogonal coordinate system and the pitch angle α and the roll angle β are both α = β = 0 °, detection of the azimuth angle θ with respect to magnetic north is detected. A method will be described. Since the pitch angle α and the roll angle β are both 0 °, the xyz orthogonal coordinate system and the x′y′z ′ orthogonal coordinate system are in agreement.

このとき、前記方位計測装置が検出した地磁気ベクトルHのx’y’z’直交座標系の各成分はxyz直交座標系の各成分と同じであるから、この場合の地磁気ベクトルHの各成分をそれぞれHx、Hy、Hzとすると、前記各成分Hx、Hy、Hzは方位角θと伏角ηを用いることにより、以下の数5のように表わすことができる。   At this time, each component of the x'y'z 'orthogonal coordinate system of the geomagnetic vector H detected by the azimuth measuring device is the same as each component of the xyz orthogonal coordinate system. Assuming that Hx, Hy, and Hz are respectively used, the components Hx, Hy, and Hz can be expressed as the following Expression 5 by using the azimuth angle θ and the dip angle η.

Figure 2006226810
Figure 2006226810

前記方位角θは、図1および図3に示すようにy’軸(この場合はy軸と一致する)と地磁気ベクトルの水平成分H’との成す角であるから、以下の数6として表わすことができる。   As shown in FIGS. 1 and 3, the azimuth angle θ is an angle formed by the y ′ axis (in this case, coincident with the y axis) and the horizontal component H ′ of the geomagnetic vector. be able to.

Figure 2006226810
Figure 2006226810

この式においては伏角ηは消去されてしまうので、前記伏角ηを知らなくとも方位角θを求めることは可能である。   In this equation, the dip angle η is deleted, so it is possible to obtain the azimuth angle θ without knowing the dip angle η.

以上のように、ピッチ角αとロール角βが共にα=β=0°の場合、すなわち電子機器1を地平面(xy平面)に対して平行に置いた状態では、前記磁気センサ4aから検出された磁気データX(x’軸方向の磁界の強さ)を地磁気ベクトルに換算した値Hxと、前記磁気センサ4bから検出された磁気データY(y’軸方向の磁界の強さ)を地磁気ベクトルに換算した値Hyとから方位角θを求めることが可能である。同様に電子機器1をyz平面に対して平行に置いた状態では、磁気データYの換算値Hyおよび磁気データZの換算値Hzとから方位角θを求めることが可能であり、電子機器1をzx平面に対して平行に置いた状態では、磁気データZの換算値Hxおよび磁気データXの換算値Hxとから方位角θを求めることが可能である。この点を一般化すると、前記電子機器1がいずれかの平面上にある場合には、前記3つの磁気センサ4a,4b,4cのうちから少なくとも2つの磁気データを取得することができれば、それらの換算値から方位角θを求めることが可能である。   As described above, when the pitch angle α and the roll angle β are both α = β = 0 °, that is, when the electronic apparatus 1 is placed parallel to the ground plane (xy plane), the detection is performed from the magnetic sensor 4a. The value Hx obtained by converting the magnetic data X (the magnetic field strength in the x′-axis direction) into a geomagnetic vector and the magnetic data Y (the magnetic field strength in the y′-axis direction) detected from the magnetic sensor 4b The azimuth angle θ can be obtained from the value Hy converted to a vector. Similarly, when the electronic device 1 is placed parallel to the yz plane, the azimuth angle θ can be obtained from the converted value Hy of the magnetic data Y and the converted value Hz of the magnetic data Z. In a state of being placed parallel to the zx plane, the azimuth angle θ can be obtained from the converted value Hx of the magnetic data Z and the converted value Hx of the magnetic data X. To generalize this point, when the electronic device 1 is on any plane, if at least two magnetic data can be acquired from the three magnetic sensors 4a, 4b, 4c, those The azimuth angle θ can be obtained from the converted value.

ところで電子機器1の内部には、磁石やコイルなど磁界を発生させる部品が搭載されており、これらの部品が発生した内部磁界を前記3つの磁気センサ4a,4b,4cが検出してしまうと、正しい方位角θを求めることが困難になる。   By the way, components that generate a magnetic field such as magnets and coils are mounted inside the electronic device 1, and when the three magnetic sensors 4a, 4b, and 4c detect the internal magnetic fields generated by these components, It becomes difficult to obtain the correct azimuth angle θ.

そこで、内部磁界による影響を最小に抑えるためのキャリブレーションが必要となり、以下にはその方法について説明する。   Therefore, calibration is required to minimize the influence of the internal magnetic field, and the method will be described below.

図6は本発明における実施の形態としてのキャリブレーションの方法を説明するための図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining a calibration method as an embodiment of the present invention.

上記ように、前記磁気検出手段3は、常に所定のサンプリング周期で前記磁気データX,Y,Zの検出を行っている。   As described above, the magnetic detection means 3 always detects the magnetic data X, Y, Z at a predetermined sampling period.

まず、前記磁気検出手段3を構成する磁気センサ4a,4b,4cが磁石やコイルなどの内部磁界の影響を全く受けない理想的な場合において説明する。このような理想的な条件下で前記電子機器1をxy平面上でz軸回りに回転させた場合において、前記磁気センサ4aを介して出力される磁気データXの換算値を横軸にとり、且つ前記磁気センサ4bを介して出力される磁気データYと換算値を縦軸にとってリサージュ波形を求める。すると図6に一点鎖線で示すような原点O(0,0)を中心とし所定の半径r(r=(Hx+Hy1/2)からなる円弧状の基準軌跡C1を得ることができる。なお、このときの方位角を示すθは上記数6である。 First, a description will be given of an ideal case where the magnetic sensors 4a, 4b, 4c constituting the magnetic detection means 3 are not affected by an internal magnetic field such as a magnet or a coil. When the electronic device 1 is rotated around the z axis on the xy plane under such ideal conditions, the horizontal axis represents the converted value of the magnetic data X output through the magnetic sensor 4a, and A Lissajous waveform is obtained by using the magnetic data Y output through the magnetic sensor 4b and the converted value as the vertical axis. Then, an arc-shaped reference trajectory C1 having a predetermined radius r (r = (Hx 2 + Hy 2 ) 1/2 ) centered on the origin O (0, 0) as shown by a one-dot chain line in FIG. 6 can be obtained. . Note that θ indicating the azimuth angle at this time is the above formula 6.

次に、内部磁界による影響を受けた状態において、上記同様に電子機器1をxy平面上でz軸回りに回転させたときのリサージュ波形を求めてみると、図6に点線で示すような円状又は円弧状の検出軌跡C2となる。   Next, when the Lissajous waveform is obtained when the electronic device 1 is rotated around the z-axis on the xy plane in the same manner as described above under the influence of the internal magnetic field, a circle as indicated by a dotted line in FIG. 6 is obtained. Or arc-shaped detection locus C2.

前記基準軌跡C1と検出軌跡C2とを比較すると、両軌跡C1,C2の半径はほぼ一致するものの、検出軌跡C2の中心は原点Oから距離Lだけずれたものであることがわかる。すなわち、前記距離Lが前記内部磁界に基づいて前記磁気センサ4a,4bに重畳している誤差の大きさを示している。したがって、この距離Lを求めて前記検出軌跡C2から前記距離Lを除去することにより、電子機器1のキャリブレーションを行うことができる。   Comparing the reference trajectory C1 and the detection trajectory C2, it can be seen that the centers of the detection trajectories C2 are offset from the origin O by a distance L, although the radii of both the trajectories C1 and C2 are substantially the same. That is, the distance L indicates the magnitude of the error superimposed on the magnetic sensors 4a and 4b based on the internal magnetic field. Therefore, the electronic device 1 can be calibrated by obtaining the distance L and removing the distance L from the detection locus C2.

そこで、前記検出軌跡C2の中心座標を求めることが必要となるが、以下においては円弧状の検出軌跡C2上の任意の3点の座標をP(x,y)、Q(x,y)、R(x,y)とし、この3点から前記検出軌跡C2の中心点Gの中心座標(xg,yg)を求める方法について説明する。なお、図8はオフセット補償値を算出するためのフローチャートである。 Therefore, although it is necessary to obtain the center coordinates of the detection locus C2, in the following, the coordinates of any three points on the arc-shaped detection locus C2 are P (x 1 , y 1 ), Q (x 2 , A method for obtaining the center coordinates (xg, yg) of the center point G of the detection locus C2 from these three points will be described assuming that y 2 ) and R (x 3 , y 3 ). FIG. 8 is a flowchart for calculating the offset compensation value.

図8に示すように、ST1では電子機器1をxy面に対し水平面に設置する。このとき、前記制御手段11の命令により、前記磁気検出手段3では前記切換手段6、増幅手段7およびA/D変換手段8が駆動されており、前記磁気センサ4a,4b,4cに対応する磁気データ(X,Y,Z)が所定のサンプリング周期で出力されている(ST2)。なお、電子機器1はxy面に対し水平であるため、Z=0として以後の説明においては省略する。   As shown in FIG. 8, in ST1, the electronic device 1 is installed on a horizontal plane with respect to the xy plane. At this time, the switching means 6, the amplifying means 7 and the A / D conversion means 8 are driven in the magnetism detecting means 3 by the command of the control means 11, and the magnetism corresponding to the magnetic sensors 4a, 4b and 4c is driven. Data (X, Y, Z) is output at a predetermined sampling period (ST2). Since the electronic device 1 is horizontal with respect to the xy plane, Z = 0 is omitted in the following description.

この状態において、方位計測装置2を搭載した電子機器1に対しZ軸回りの回転が与えられると(ST3)、磁気データZには変化は生じないか又はその変化量が小さいが、磁気データXおよびYには大きな変化が生じる。   In this state, when rotation about the Z-axis is given to the electronic device 1 on which the azimuth measuring device 2 is mounted (ST3), the magnetic data Z does not change or the amount of change is small, but the magnetic data X A large change occurs in Y and Y.

前記方位計測装置2では、所定のサンプリング周期で出力されて来る磁気データ(X,Y)を所定のデータ量ごと(例えば、10ヶごと)に継続的に随時前記メモリ手段12に取り込んでいる。あるいは、前記磁気データ(X,Y,Z)を構成する2つ以上の要素に大きな変化が生じたことを検知したとおきに、前記制御手段11の指令を受けて前記磁気データ(X,Y)をメモリ手段12に取り込むようにしてもよい。   In the azimuth measuring device 2, magnetic data (X, Y) output at a predetermined sampling period is continuously taken into the memory means 12 every predetermined amount of data (for example, every 10). Alternatively, when it is detected that a large change has occurred in two or more elements constituting the magnetic data (X, Y, Z), the magnetic data (X, Y) is received in response to an instruction from the control means 11. ) May be taken into the memory means 12.

そして、制御手段11は前記メモリ手段12に記憶された磁気データ(X,Y)の数量が2を超えた(3以上)と判断した場合(ST4)には、以下のST5に示すような方法でオフセット補償値を算出する。したがって、磁気データを継続的に取得しているケースでは常にオフセット補償値を算出している(ただし、この場合には電子機器1に回転が加えられていないため、出力されるオフセット補償値は常に0である。)か、あるいは大きな変化に起因して磁気データ(X,Y)を取得するケースでは、大きな変化があったときに始めてオフセット補償値が算出されることになる。   When the control means 11 determines that the quantity of magnetic data (X, Y) stored in the memory means 12 exceeds 2 (3 or more) (ST4), a method as shown in ST5 below. To calculate the offset compensation value. Therefore, in the case where magnetic data is continuously acquired, the offset compensation value is always calculated (however, in this case, since the electronic device 1 is not rotated, the output offset compensation value is always In the case where the magnetic data (X, Y) is acquired due to a large change, the offset compensation value is calculated only when there is a large change.

ここで、前記メモリ手段12に記憶されている3つの磁気データ(X,Y,Z)に対応する座標はP(x,y)、Q(x,y)、R(x,y)である。 Here, the coordinates corresponding to the three magnetic data (X, Y, Z) stored in the memory means 12 are P (x 1 , y 1 ), Q (x 2 , y 2 ), R (x 3 , Y 3 ).

ST5では、補正演算手段9が、図6に示すように任意の2つの座標P,Qを通る直線(PQ線)に垂直に交差するとともに前記2つの座標P,Q間を二等分する点pを通る第1の垂直二等分線Mを求める。なお、xy平面座標上において前記第1の垂直二等分線Mを表す直線の方程式は以下の数7となる。   In ST5, the correction calculation means 9 intersects perpendicularly with a straight line (PQ line) passing through arbitrary two coordinates P and Q as shown in FIG. 6 and bisects the two coordinates P and Q. Find the first vertical bisector M through p. It should be noted that the equation of a straight line representing the first vertical bisector M on the xy plane coordinates is given by Equation 7 below.

Figure 2006226810
Figure 2006226810

同様に任意の2つの座標Q,Rを通る直線(QR線)に垂直に交差するとともに、前記2つの座標Q,Rを二等分する点qを通る第2の垂直二等分線Nを以下の数8に示す直線の方程式として求める。   Similarly, a second perpendicular bisector N passing through a point q that perpendicularly intersects a straight line (QR line) passing through arbitrary two coordinates Q and R and also bisects the two coordinates Q and R is defined as follows. It is obtained as a linear equation shown in the following equation (8).

Figure 2006226810
Figure 2006226810

よって、前記第1の垂直二等分線M(数7)と前記第2の垂直二等分線N(数8)の解を求めることにより、前記検出軌跡C2の中心点Gの座標(xg,yg)を求めることができる。この点は、円周上の2点を通る2以上の直線の各垂直二等分線は一点で交差し、前記交差する点(交点)は円の中心点を示すという定義から導き出せる。しかも、中心点(中心座標)を導出するには、検出軌跡C2の中心角は90°以下でもよいため、従来のように方位計測装置2を搭載した電子機器1を180°以上回転させる必要がないため、キャリブレーションを容易に行うことができる。   Therefore, by obtaining a solution of the first vertical bisector M (Equation 7) and the second vertical bisector N (Equation 8), the coordinates (xg) of the center point G of the detection locus C2 are obtained. , Yg). This point can be derived from the definition that two perpendicular bisectors of two or more straight lines passing through two points on the circumference intersect at one point, and the intersecting point (intersection point) indicates the center point of the circle. In addition, in order to derive the center point (center coordinates), the center angle of the detection locus C2 may be 90 ° or less, and thus it is necessary to rotate the electronic device 1 on which the orientation measuring device 2 is mounted 180 ° or more as in the past. Therefore, calibration can be performed easily.

次に、制御手段11は補正演算手段9に前記ST5の内容を繰り返させることにより、複数の中心点Gの座標(中心座標)を求めるとともに、これらを平均化した中心点の平均座標(xgav.,ygav.)を求める。このとき、前記中心点の平均座標Gav.のうち、前記xgav.がx軸方向のオフセット補償値であり、前記ygav.がy軸方向のオフセット補償値となる。なお、このオフセット補償値xgav.及びygav.は前記メモリ手段12に記憶される。 Next, the control unit 11 causes the correction calculation unit 9 to repeat the contents of ST5 so as to obtain the coordinates (center coordinates) of the plurality of center points G, and average the average coordinates (xg av ) of the center points. ., seek yg av.). At this time, among the average coordinates Gav. Of the center point, xg av. Is an offset compensation value in the x-axis direction, and yg av. Is an offset compensation value in the y-axis direction. The offset compensation values xg av. And yg av. Are stored in the memory means 12.

そして、円弧状の検出軌跡C2上の任意の3点の座標P(x,y)、Q(x,y)、R(x,y)からそれぞれ前記x軸方向のオフセット補償値xgav.および前記y軸方向のオフセット補償値ygav.を除去すると、検出軌跡C2を内部磁界の影響を無くし原点を中心とする円弧状の基準軌跡C1に変換すること、すなわちキャリブレーションすることができる。 Then, the offsets in the x-axis direction are respectively determined from the coordinates P (x 1 , y 1 ), Q (x 2 , y 2 ), and R (x 3 , y 3 ) of any three points on the arc-shaped detection locus C2. When the compensation value xg av. And the offset compensation value yg av. In the y-axis direction are removed, the detection trajectory C2 is converted into an arc-shaped reference trajectory C1 centered on the origin by eliminating the influence of the internal magnetic field, that is, calibration. can do.

次に、方位計測装置2では、操作者の操作に応じて方位角の測定が行われる。このとき、前記補正演算手段9は磁気検出手段3から出力される磁気データ(X,Y)から、前記メモリ手段12に記憶されている前記オフセット補償値(xgav.,ygav.)を除去した補償後の磁気データ(X−xgav.,Y−ygav.)を求める。さらに補正演算手段9は、前記補償後の磁気データ(X−xgav.,Y−ygav.)を地磁気ベクトルHの成分Hx,Hyに以下の数9のようにして換算する。 Next, in the azimuth measuring apparatus 2, the azimuth angle is measured according to the operation of the operator. At this time, the correction calculation means 9 removes the offset compensation values (xg av. , Yg av. ) Stored in the memory means 12 from the magnetic data (X, Y) output from the magnetic detection means 3 . The compensated magnetic data (X-xg av. , Y-yg av. ) Is obtained. Further, the correction calculation means 9 converts the compensated magnetic data (X-xg av. , Y-yg av. ) Into the components Hx and Hy of the geomagnetic vector H as shown in the following formula 9.

Figure 2006226810
ただし、k1,k2は任意の定数(換算係数)である。
Figure 2006226810
However, k1 and k2 are arbitrary constants (conversion coefficients).

そして、方位演算手段10が前記換算値Hx,Hyを上記数6に代入することによって補償後の方位角θを方位計測装置2の方位出力として算出する。以上により、前記内部磁界の影響のない、または影響の少ない精度の高い方位角θを得ることができる。   Then, the azimuth calculating means 10 calculates the compensated azimuth angle θ as the azimuth output of the azimuth measuring device 2 by substituting the converted values Hx and Hy into the above formula 6. As described above, it is possible to obtain a highly accurate azimuth angle θ which is not influenced by the internal magnetic field or has little effect.

また、その他のキャリブレーション方法としては、非線形最小二乗法と楕円方程式による手法を用いることもできる。   As another calibration method, a method using a nonlinear least square method and an elliptic equation can also be used.

図7は本発明における他の実施の形態としてのキャリブレーションの方法を説明するための図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining a calibration method according to another embodiment of the present invention.

この方法では、電子機器1をxy平面上でz軸回りに回転させたときの形成される検出軌跡(リサージュ波形)E1が、円弧状軌跡の一種である楕円軌跡になると仮定して行う。   In this method, the detection locus (Lissajous waveform) E1 formed when the electronic device 1 is rotated about the z-axis on the xy plane is assumed to be an elliptical locus which is a kind of arcuate locus.

すなわち、以下の数10に示す楕円方程式の基づく関数F(x,y)に、磁気データ(X,Y)に対応する座標であるとともに前記検出軌跡(楕円軌跡)E1を形成する複数の座標(x,y)、(x,y)、(x,y)・・・を代入したときに、関数F(x,y)=0を満たす係数a,xおよび係数b、yを求める。 In other words, a function F (x, y) based on the elliptic equation shown in Equation 10 below is a coordinate corresponding to the magnetic data (X, Y) and a plurality of coordinates (ellipse locus) E1 forming the detection locus (elliptic locus) E1. The coefficients a, xg and b satisfying the function F (x, y) = 0 when x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ), (x 3 , y 3 ). , Y g .

Figure 2006226810
Figure 2006226810

ただし、図7に示すように係数a、bの一方が楕円の長径を他方が短径を示し、係数x、yは楕円の中心座標(中心点)を示している。なお、前記係数a,xを求めるときには前記係数b,yを既知の値とし、また前記係数b,yを求めるときには前記係数a,xを既知の値として行う。 However, as shown in FIG. 7, one of the coefficients a and b indicates the major axis of the ellipse and the other indicates the minor axis, and the coefficients x g and y g indicate the center coordinates (center point) of the ellipse. Incidentally, the coefficients a, and a known value of the coefficient b, y g when seeking x g, also the coefficient b, and when determining the y g do the coefficients a, a x g as a known value.

なお、非線形最小二乗法の解法は、ヤコビアン行列から正規直交行列を形成し、ガウス・ニュートン法で前記係数a,xまたは前記係数b,yを収束させる方法を用いることが可能である。 As a solution of the nonlinear least square method, it is possible to use a method of forming an orthonormal matrix from a Jacobian matrix and converging the coefficients a, x g or the coefficients b, y g by the Gauss-Newton method.

そして、このような方法から求まる中心座標(x,y)のうち、前記xがx軸方向のオフセット補償値を、前記yがy軸方向のオフセット補償値を示しており、これらオフセット補償値x及びyは前記メモリ手段12に記憶される。 Of the center coordinates (x g , y g ) obtained from such a method, the x g represents the offset compensation value in the x-axis direction, and the y g represents the offset compensation value in the y-axis direction. The offset compensation values x g and y g are stored in the memory means 12.

また制御手段11は、補正演算手段9にこれらの工程を繰り返させることにより、複数の中心座標(x,y)からこれらを平均化した中心点の平均座標Gav.(xgav.,ygav.)を求めるようにすることが好ましい。このとき、前記中心点の平均座標Gav.のうち、前記xgav.がx軸方向のオフセット補償値であり、前記ygav.がy軸方向のオフセット補償値となる。なお、このオフセット補償値xgav.及びygav.は上記同様に前記メモリ手段12に記憶される。 Further, the control unit 11 causes the correction calculation unit 9 to repeat these steps, thereby averaging the average coordinates Gav. (Xg av. , Yg) of the center points obtained by averaging these from a plurality of center coordinates (x g , y g ) . av. ) is preferred. At this time, among the average coordinates Gav. Of the center point, xg av. Is an offset compensation value in the x-axis direction, and yg av. Is an offset compensation value in the y-axis direction. The offset compensation values xg av. And yg av. Are stored in the memory means 12 as described above.

よって、前記補正演算手段9は、上記同様に磁気検出手段3から出力される磁気データ(X,Y)から前記メモリ手段12に記憶されている前記オフセット補償値(xgav.,ygav.)を除去した補償後の磁気データ(X−xgav.,Y−ygav.)を求めることにより、前記検出軌跡E1を原点(0,0)を中心とする楕円状の基準軌跡E0に変換すること、すなわちキャリブレーションすることが可能である。 Therefore, the correction calculation means 9 uses the offset compensation values (xg av. , Yg av. ) Stored in the memory means 12 from the magnetic data (X, Y) output from the magnetic detection means 3 as described above . Is obtained by obtaining the compensated magnetic data (X-xg av. , Y-yg av. ), And the detected locus E1 is converted into an elliptical reference locus E0 centered at the origin (0, 0). That is, it is possible to calibrate.

そして、上記同様に数9、数6を用いることにより補償後の方位角θを方位計測装置2の方位出力として算出することが可能となる。   Then, by using the equations 9 and 6 as described above, the compensated azimuth angle θ can be calculated as the azimuth output of the azimuth measuring apparatus 2.

なお、上記実施の形態では、電子機器1をz軸回りに回転させた場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、電子機器1をx軸回りまたはy軸回りに回転させた場合にも上記同様の方法を用いることにより、キャリブレーションすることができ、内部磁界の影響のない、または影響の少ない精度の高い方位角θを得ることが可能である。   In the above embodiment, the case where the electronic device 1 is rotated about the z axis has been described. However, the present invention is not limited to this, and the electronic device 1 is rotated about the x axis or the y axis. In this case, calibration can be performed by using the same method as described above, and it is possible to obtain a highly accurate azimuth angle θ that is not affected by the internal magnetic field or has little effect.

方位計測装置を搭載した電子機器と方位角との関係を2次元的に示す平面図、A plan view two-dimensionally showing the relationship between an azimuth angle and an electronic device equipped with an azimuth measuring device; 方位計測装置の構成を示すブロック図、Block diagram showing the configuration of the bearing measuring device, 傾斜補正の原理を3次元的に説明するための方位解析図、Orientation analysis diagram to explain the principle of tilt correction three-dimensionally, x軸回りにピッチ角αだけ傾斜させた状態を2次元的に示す電子機器の側面図、A side view of an electronic device that two-dimensionally shows a state in which the pitch angle α is inclined about the x-axis; y軸回りロール角βだけ回転させた状態を2次元的に示す電子機器の底面図、a bottom view of an electronic device that two-dimensionally shows a state rotated by a roll angle β around the y-axis; 本発明における実施の形態としてのキャリブレーションの方法を説明するための図、The figure for demonstrating the method of the calibration as embodiment in this invention, 本発明における他の実施の形態としてのキャリブレーションの方法を説明するための図、The figure for demonstrating the method of the calibration as other embodiment in this invention, オフセット補償値を算出するためのフローチャート、A flowchart for calculating an offset compensation value;

符号の説明Explanation of symbols

1 電子機器
2 方位計測装置(3軸型電子コンパス)
3 磁気検出手段
4a,4b,4c 磁気センサ
6 切換手段
7 増幅手段
8 A/D変換手段
9 補正演算手段
10 方位演算手段
11 制御手段
12 メモリ手段
20 伏角及び偏角取得手段
C1 円弧状の基準軌跡
C2 円弧状の検出軌跡
E1 楕円状の基準軌跡
E2 楕円状の検出軌跡
H 地磁気ベクトル
H’ 地磁気ベクトルの水平成分
Hx 地磁気ベクトルHのx軸成分の換算値
Hy 地磁気ベクトルHのy軸成分の換算値
Hz 地磁気ベクトルHのz軸成分の換算値
M 第1の垂直二等分線
N 第2の垂直二等分線
x’,y’,z’ 電子機器に固定された直交座標系(x’y’z’直交座標系)
x,y,z 直交座標系(x’y’平面が地平面、z’軸が鉛直方向となる時の電子機器に固定された座標系)
xgav.,ygav. オフセット補償値の平均
X,Y,Z 磁気データ(磁気センサの出力)
α 電子機器の実際のピッチ角(姿勢角)
β ロール角(姿勢角)
η 伏角
θ 磁北に対する方位角
1 Electronic equipment 2 Direction measuring device (3-axis electronic compass)
3 Magnetic detecting means 4a, 4b, 4c Magnetic sensor 6 Switching means 7 Amplifying means 8 A / D converting means 9 Correction calculating means 10 Direction calculating means 11 Control means 12 Memory means 20 Depression and declination obtaining means C1 Arc-shaped reference locus C2 Arc-shaped detection trajectory E1 Elliptical reference trajectory E2 Elliptical detection trajectory H Geomagnetic vector H 'Horizontal component Hx of geomagnetic vector Hx conversion value of x-axis component of geomagnetic vector H Hy-converted value of y-axis component of geomagnetic vector H Hz Conversion value M of z-axis component of geomagnetic vector H First vertical bisector N Second vertical bisector x ′, y ′, z ′ Cartesian coordinate system (x′y fixed to electronic device) 'z' Cartesian coordinate system)
x, y, z Cartesian coordinate system (coordinate system fixed to the electronic device when the x′y ′ plane is the ground plane and the z ′ axis is the vertical direction)
xg av. , yg av. Average X, Y, Z of offset compensation values Magnetic data (magnetic sensor output)
α Actual pitch angle (posture angle) of electronic equipment
β Roll angle (Attitude angle)
η Depression angle θ Azimuth to magnetic north

Claims (7)

原点で直交する少なくとも2軸に沿う方向に発生する地磁気の検出が可能な磁気検出手段と、前記磁気検出手段が検出した3点以上の磁気データによって形成される円弧状または楕円状の検出軌跡からその中心点を算出するとともに、この検出軌跡を前記原点を中心とする基準軌跡に変換するオフセット補正値を算出する補正演算手段と、磁気データから前記オフセット補正値を除去してから補正後の方位角を算出する方位演算手段と、前記各手段の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする方位計測装置。   From a magnetic detection means capable of detecting geomagnetism generated in a direction along at least two axes orthogonal to each other at the origin, and an arc-shaped or elliptical detection locus formed by three or more magnetic data detected by the magnetic detection means A correction calculation means for calculating an offset correction value for calculating the center point and converting the detected locus into a reference locus centered on the origin, and an orientation after correction after removing the offset correction value from the magnetic data An azimuth measuring apparatus comprising: an azimuth calculating means for calculating an angle; and a control means for controlling operations of the respective means. 前記磁気検出手段は、所定のサンプリング周期で継続的に前記磁気データを取得しており、前記補正演算手段は継続的に前記オフセット補正値を算出するとともに、前記方位演算手段が継続的に補正後の方位角を算出することを特徴とする請求項1記載の方位計測装置。   The magnetic detection unit continuously acquires the magnetic data at a predetermined sampling period, the correction calculation unit continuously calculates the offset correction value, and the azimuth calculation unit continuously corrects the correction value. The azimuth measuring apparatus according to claim 1, wherein the azimuth angle is calculated. 前記磁気検出手段は、所定のサンプリング周期で継続的に前記磁気データを取得しており、前記磁気データが変化したときに、前記補正演算手段がオフセット補正値を算出するとともに、方位演算手段が補正後の方位角を算出することを特徴とする請求項1記載の方位計測装置。   The magnetic detection means continuously acquires the magnetic data at a predetermined sampling period, and when the magnetic data changes, the correction calculation means calculates an offset correction value, and the azimuth calculation means corrects it. The azimuth measuring apparatus according to claim 1, wherein a subsequent azimuth angle is calculated. 前記補正演算手段が、前記3点以上の磁気データのうち、任意の2点間を結ぶ直線に対する第1の垂直二等分線と、前記任意の2点とは異なる他の2点間を結ぶ直線に対する第2の垂直二等分線とを求めるとともに、前記第1の垂直二等分線と第2の垂直二等分線との交点を前記基準軌跡の中心点に設定することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の方位計測装置。   The correction calculation means connects a first perpendicular bisector of a straight line connecting any two points among the three or more points of magnetic data and another two points different from the two arbitrary points. A second vertical bisector with respect to the straight line is obtained, and an intersection of the first vertical bisector and the second vertical bisector is set as a center point of the reference trajectory. The direction measuring device according to any one of claims 1 to 3. 複数の磁気データから任意の2点を多数抽出し、それぞれの2点間を結ぶ直線ごとに垂直二等分線を多数設定するとともに、前記多数の垂直二等分線が交差する複数の交点の座標を平均化したものを前記中心点の平均座標とすることを特徴とする請求項4記載の方位計測装置。   A number of arbitrary two points are extracted from a plurality of magnetic data, and a number of vertical bisectors are set for each straight line connecting the two points, and a plurality of intersections at which the plurality of vertical bisectors intersect are set. 5. The direction measuring apparatus according to claim 4, wherein an average coordinate is used as an average coordinate of the center point. 前記補正演算手段は、前記検出軌跡を形成する磁気データに対応する座標を以下の数1に示す関数F(x,y)に代入したときに、前記関数F(x,y)=0を満たす係数a,b,xおよびyを求めるとともに、このとき求めた前記xをx軸方向のオフセット補償値とし、且つ前記yをy軸方向のオフセット補償値とすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の方位計測装置。
Figure 2006226810
The correction calculation means satisfies the function F (x, y) = 0 when the coordinates corresponding to the magnetic data forming the detection locus are substituted into the function F (x, y) expressed by the following formula 1. coefficients a, b, along with determining the x g and y g, the x g determined this time as an offset compensation value in the x axis direction, and characterized in that said y g and the offset compensation value in the y-axis direction The direction measuring device according to any one of claims 1 to 3.
Figure 2006226810
前記中心点と原点との間の距離のうちx軸成分のオフセット補償値の平均をxgav.、y軸成分のオフセット補償値の平均をygav.とし、かつ前記磁気検出手段から出力される磁気データを(X,Y)としたときに、前記方位演算手段における方位角θの算出が以下の数2で行われることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の方位計測装置。
Figure 2006226810
ただし、Hx,HyはHx=k1・(X−xgav.)、Hy=k2・(Y−ygav.)であり、k1,k2は任意の定数である。
Of the distance between the center point and the origin, the average of the offset compensation value of the x-axis component is xg av. , The average of the offset compensation value of the y-axis component is yg av. And is output from the magnetic detection means . 7. The azimuth according to claim 1, wherein when the magnetic data is (X, Y), the azimuth angle θ in the azimuth calculation means is calculated by the following formula 2. Measuring device.
Figure 2006226810
However, Hx and Hy are Hx = k1 · (X−xg av. ) And Hy = k2 · (Y−yg av. ), And k1 and k2 are arbitrary constants.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008111445A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-18 Alps Electric Co., Ltd. Direction calculation program and electronic compass
WO2008146757A1 (en) 2007-05-24 2008-12-04 Asahi Kasei Emd Corporation Physical amount measuring device and physical amount measuring method
WO2010058594A1 (en) 2008-11-20 2010-05-27 旭化成エレクトロニクス株式会社 Physical quantity measurement device and physical quantity measurement method
WO2010103966A1 (en) * 2009-03-10 2010-09-16 アルプス電気株式会社 Geomagnetism detection device
WO2011037117A1 (en) * 2009-09-26 2011-03-31 アルプス電気株式会社 Geomagnetism detection device
JP2011185862A (en) * 2010-03-10 2011-09-22 Alps Electric Co Ltd Magnetic field detector
WO2014119824A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 (주)코어센스 Apparatus for correcting azimuth of three-axis mems geomagnetic sensor, and method for correction
JP2015215238A (en) * 2014-05-09 2015-12-03 アルプス電気株式会社 Geomagnetism detector
JP2016061766A (en) * 2014-09-22 2016-04-25 カシオ計算機株式会社 Electronic device, sensor calibration method, and sensor calibration program
JP2018146407A (en) * 2017-03-06 2018-09-20 株式会社トプコン Acquisition method of rotation center of rotary member in construction work machine

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101806595B (en) * 2010-04-19 2012-01-04 美新半导体(无锡)有限公司 Two-dimensional electronic compass calibration algorithm
US8843338B2 (en) 2011-07-29 2014-09-23 Nokia Corporation Processing Data for Calibration

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05215553A (en) * 1992-02-03 1993-08-24 Nec Home Electron Ltd Navigation apparatus
JP3751056B2 (en) * 1995-08-31 2006-03-01 古野電気株式会社 Electronic compass
JP2000131068A (en) * 1998-10-23 2000-05-12 Citizen Watch Co Ltd Electronic declinometer and its correction value calculation method

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8577636B2 (en) 2007-03-06 2013-11-05 Alps Electric Co., Ltd. Azimuth calculation program and electronic compass
JPWO2008111445A1 (en) * 2007-03-06 2010-06-24 アルプス電気株式会社 Direction calculation program and electronic compass
JP4558840B2 (en) * 2007-03-06 2010-10-06 アルプス電気株式会社 Electronic compass
WO2008111445A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-18 Alps Electric Co., Ltd. Direction calculation program and electronic compass
JP4787359B2 (en) * 2007-05-24 2011-10-05 旭化成エレクトロニクス株式会社 Physical quantity measuring apparatus and physical quantity measuring method
WO2008146757A1 (en) 2007-05-24 2008-12-04 Asahi Kasei Emd Corporation Physical amount measuring device and physical amount measuring method
JPWO2008146757A1 (en) * 2007-05-24 2010-08-19 旭化成エレクトロニクス株式会社 Physical quantity measuring apparatus and physical quantity measuring method
EP2543961A1 (en) 2007-05-24 2013-01-09 Asahi Kasei EMD Corporation Physical amount measuring device and physical amount measuring method
JP2012058257A (en) * 2008-11-20 2012-03-22 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Physical quantity measurement device and physical quantity measurement method
US8768649B2 (en) 2008-11-20 2014-07-01 Asahi Kasei Microdevices Corporation Physical amount measuring device and physical amount measuring method
WO2010058594A1 (en) 2008-11-20 2010-05-27 旭化成エレクトロニクス株式会社 Physical quantity measurement device and physical quantity measurement method
JP4908637B2 (en) * 2008-11-20 2012-04-04 旭化成エレクトロニクス株式会社 Physical quantity measuring apparatus and physical quantity measuring method
JPWO2010103966A1 (en) * 2009-03-10 2012-09-13 アルプス電気株式会社 Geomagnetic detector
WO2010103966A1 (en) * 2009-03-10 2010-09-16 アルプス電気株式会社 Geomagnetism detection device
CN102510994A (en) * 2009-09-26 2012-06-20 阿尔卑斯电气株式会社 Geomagnetism detection device
WO2011037117A1 (en) * 2009-09-26 2011-03-31 アルプス電気株式会社 Geomagnetism detection device
CN102510994B (en) * 2009-09-26 2014-01-08 阿尔卑斯电气株式会社 Geomagnetic detection device
JP5469670B2 (en) * 2009-09-26 2014-04-16 アルプス電気株式会社 Geomagnetic detector
JP2011185862A (en) * 2010-03-10 2011-09-22 Alps Electric Co Ltd Magnetic field detector
WO2014119824A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 (주)코어센스 Apparatus for correcting azimuth of three-axis mems geomagnetic sensor, and method for correction
JP2015215238A (en) * 2014-05-09 2015-12-03 アルプス電気株式会社 Geomagnetism detector
JP2016061766A (en) * 2014-09-22 2016-04-25 カシオ計算機株式会社 Electronic device, sensor calibration method, and sensor calibration program
JP2018146407A (en) * 2017-03-06 2018-09-20 株式会社トプコン Acquisition method of rotation center of rotary member in construction work machine

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