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JP2014219340A - Offset correction method and offset correction device - Google Patents

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JP2014219340A JP2013099939A JP2013099939A JP2014219340A JP 2014219340 A JP2014219340 A JP 2014219340A JP 2013099939 A JP2013099939 A JP 2013099939A JP 2013099939 A JP2013099939 A JP 2013099939A JP 2014219340 A JP2014219340 A JP 2014219340A
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イメイ 丁
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Abstract

【課題】地磁気センサーのオフセットを適切に補正することができるオフセット補正方法を提供する。【解決手段】オフセット補正方法は、移動体に設置された地磁気センサーの第1の時刻における第1の検出結果と、前記移動体に設置されたジャイロセンサーの、前記第1の時刻から前記第1の時刻よりも後の第2の時刻までの検出結果とを用いて、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することと、前記予測された検出結果と、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの第2の検出結果とを比較して、前記比較の結果が所定範囲以内であるか否かを判定することと、前記比較の結果が所定範囲以内でないと判定した場合に、前記予測された検出結果を用いてに基づいて、該地磁気センサーの出力のオフセットを補正することと、を含む。【選択図】図5An offset correction method capable of appropriately correcting an offset of a geomagnetic sensor is provided. An offset correction method includes: a first detection result at a first time of a geomagnetic sensor installed on a moving body; and a first detection time of the gyro sensor installed on the moving body from the first time. The detection result of the geomagnetic sensor at the second time using the detection results up to a second time later than the time of the first time, the predicted detection result, and the second time And comparing with the second detection result of the geomagnetic sensor in determining whether the result of the comparison is within a predetermined range, and when determining that the result of the comparison is not within the predetermined range, Correcting the offset of the output of the geomagnetic sensor based on using the predicted detection result. [Selection] Figure 5

Description

本発明は、オフセット補正方法及びオフセット補正装置に関するものである。   The present invention relates to an offset correction method and an offset correction apparatus.

ナビゲーションシステムや測位システムにおいて、地磁気センサーやジャイロセンサーの出力から算出された方位角を用いて、基準位置からの相対移動量を推定することが行われている。正しい方位角を算出するためには、地磁気センサーの出力からオフセットを除く補正が必要である。そのため、予め地磁気センサーのキャリブレーションを行い、オフセットを補正することが一般的である。   In a navigation system or a positioning system, an amount of relative movement from a reference position is estimated using an azimuth angle calculated from the output of a geomagnetic sensor or a gyro sensor. In order to calculate the correct azimuth, it is necessary to correct the offset from the output of the geomagnetic sensor. Therefore, it is common to calibrate the geomagnetic sensor in advance and correct the offset.

しかし、地磁気センサーが搭載された端末機器内の部品の温度変化や端末機器が置かれた環境の変化などに起因する着磁の変化に伴って、オフセットが変化してしまう問題がある。キャリブレーションを行えばオフセットを補正できるが、ユーザーの利用状況によっては、端末機器の使用を中断してその場で再度キャリブレーションを行う余裕がない虞がある。   However, there is a problem that the offset changes due to a change in magnetization caused by a change in temperature of components in the terminal device on which the geomagnetic sensor is mounted or a change in environment where the terminal device is placed. If calibration is performed, the offset can be corrected. However, depending on the use situation of the user, there is a possibility that the use of the terminal device is interrupted and there is no room for performing calibration again on the spot.

そこで、特許文献1では、ジャイロセンサーの検出値の微小時間における変化量と地磁気センサーの検出値の微小時間における変化量との差分を用いて地磁気センサーのオフセット誤差を補正することが提案されている。   Therefore, in Patent Document 1, it is proposed to correct the offset error of the geomagnetic sensor by using the difference between the change amount of the detection value of the gyro sensor in the minute time and the change amount of the detection value of the geomagnetic sensor in the minute time. .

特開2011−112500号公報JP 2011-112500 A

しかしながら、特許文献1では、地磁気センサー及びジャイロセンサーのうち一方で直進判別を行い、直進の場合には判別に用いなかったセンサーを、非直進の場合には判別に用いたセンサーを補正している。地磁気センサーは着磁等、外部の磁場変化の影響を受けやすいため直進判別自体が不適切となり、適切な補正結果が得られない虞がある。適切に補正ができないと、適切に方位を求めることができない虞がある。   However, in Patent Document 1, one of the geomagnetic sensor and the gyro sensor performs straight-ahead determination, and a sensor that is not used for determination in the case of straight-ahead travel is corrected for a sensor that is used for determination in the case of non-straight-ahead travel. . Since the geomagnetic sensor is easily affected by external magnetic field changes such as magnetization, the straight traveling determination itself becomes inappropriate, and there is a possibility that an appropriate correction result cannot be obtained. If the correction cannot be made properly, there is a possibility that the direction cannot be obtained appropriately.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地磁気センサーのオフセットを適切に補正できる新たな手法を提案することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to propose a new technique capable of appropriately correcting the offset of the geomagnetic sensor.

[適用例1]本適用例に係るオフセット補正方法は、移動体に設置された地磁気センサーの第1の時刻における第1の検出結果と、前記移動体に設置されたジャイロセンサーの、前記第1の時刻から前記第1の時刻よりも後の第2の時刻までの検出結果とを用いて、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することと、前記予測された検出結果と、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの第2の検出結果とを比較して、前記比較の結果が所定範囲以内であるか否かを判定することと、前記比較の結果が所定範囲以内でないと判定した場合に、前記予測された検出結果を用いて前記地磁気センサーの出力のオフセットを補正することと、を含む。   Application Example 1 The offset correction method according to this application example includes the first detection result of the first time of the geomagnetic sensor installed in the moving body and the first detection result of the gyro sensor installed in the moving body. The detection result of the geomagnetic sensor at the second time using the detection result from the time until the second time after the first time, and the predicted detection result; , Comparing the second detection result of the geomagnetic sensor at the second time to determine whether the comparison result is within a predetermined range, and the comparison result is not within the predetermined range The offset of the output of the geomagnetic sensor is corrected using the predicted detection result.

本適用例によれば、地磁気センサーの第1の時刻における第1の検出結果と、ジャイロセンサーの、第1の時刻から第1の時刻よりも後の第2の時刻までの検出結果とを用いて、第2の時刻における地磁気センサーの検出結果を予測する。ジャイロセンサーは着磁の影響は受けない。したがって、ジャイロセンサーの第1の時刻から第2の時刻までの検出結果を利用して予測した地磁気センサーの第2の時刻における結果は、地磁気センサーのオフセットに着磁の影響による変化が無かった場合の検出結果に相当すると言える。予測された検出結果と第2の検出結果とを比較した結果が所定範囲以内でなければ、オフセットが変化したと考えられる。そこで、予測された検出結果を用いることで、より適切にオフセットを補正できる。なお、本明細書において「(地磁気センサーの出力の)オフセット」とは、地磁気センサーの出力に含まれる、真値(地球の磁場によって生じる真の地磁気ベクトル)に対する誤差を意味する。   According to this application example, the first detection result at the first time of the geomagnetic sensor and the detection result of the gyro sensor from the first time to the second time after the first time are used. Thus, the detection result of the geomagnetic sensor at the second time is predicted. The gyro sensor is not affected by magnetization. Therefore, the result at the second time of the geomagnetic sensor predicted using the detection result from the first time to the second time of the gyro sensor is the case where the offset of the geomagnetic sensor has not changed due to the influence of magnetization. It can be said that it corresponds to the detection result of. If the result of comparing the predicted detection result with the second detection result is not within the predetermined range, it is considered that the offset has changed. Therefore, the offset can be corrected more appropriately by using the predicted detection result. In this specification, “offset (of the output of the geomagnetic sensor)” means an error with respect to a true value (a true geomagnetic vector generated by the earth's magnetic field) included in the output of the geomagnetic sensor.

[適用例2]上記適用例に記載のオフセット補正方法は、前記比較の結果が前記所定範囲以内であると判定した場合に、前記第2の検出結果を用いてジャイロセンサーのバイアスを補正することを含んでもよい。   Application Example 2 In the offset correction method described in the application example, when it is determined that the comparison result is within the predetermined range, the bias of the gyro sensor is corrected using the second detection result. May be included.

本適用例によれば、比較の結果が所定範囲以内であると判定した場合に、第2の検出結果を用いてジャイロセンサーのバイアスを補正する。比較の結果が所定範囲以内である場合の第2の検出結果は適切であるので、第2の検出結果を用いることで、ジャイロセンサーのバイアスをより正確に補正できる。これにより、補正したジャイロセンサーの検出結果を以降の予測に用いた場合に、より正確に予測を行うことができる。なお、本明細書において「(ジャイロセンサー又は加速度センサーの)バイアス」とは、ジャイロセンサー(又は加速度センサー)のゼロ点バイアスを意味する。すなわち、ジャイロセンサー(又は加速度センサー)が静止している状態において生じる出力を意味する。   According to this application example, when it is determined that the comparison result is within the predetermined range, the bias of the gyro sensor is corrected using the second detection result. Since the second detection result when the comparison result is within the predetermined range is appropriate, the bias of the gyro sensor can be corrected more accurately by using the second detection result. Thereby, when the corrected detection result of the gyro sensor is used for the subsequent prediction, the prediction can be performed more accurately. In this specification, “bias (of a gyro sensor or acceleration sensor)” means a zero point bias of the gyro sensor (or acceleration sensor). That is, it means an output generated when the gyro sensor (or acceleration sensor) is stationary.

[適用例3]上記適用例に記載のオフセット補正方法は、さらに、前記比較の結果が前記所定範囲以内でないと判定した場合に、前記予測された検出結果と、前記第2の時刻から前記第2の時刻よりも後の第3の時刻までの前記ジャイロセンサーの検出結果とを用いて、前記第3の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することを含んでもよい。   Application Example 3 In the offset correction method described in the application example described above, when it is determined that the comparison result is not within the predetermined range, the offset detection method and the second time are used to determine the first detection result. The detection result of the geomagnetic sensor at the third time may be predicted using the detection result of the gyro sensor up to a third time after the second time.

本適用例によれば、比較の結果が所定範囲以内でないと判定した場合に、予測された検出結果を用いて第3の時刻における検出結果を予測する。比較の結果が所定範囲以内でない場合には、予測された検出結果は第2の検出結果よりも適切であるので、予測された検出結果を第3の時刻における予測に用いることで、より適切な予測を行うことができる。   According to this application example, when it is determined that the comparison result is not within the predetermined range, the detection result at the third time is predicted using the predicted detection result. If the comparison result is not within the predetermined range, the predicted detection result is more appropriate than the second detection result. Therefore, by using the predicted detection result for prediction at the third time, it is more appropriate. Predictions can be made.

[適用例4]上記適用例に記載のオフセット補正方法は、さらに、前記比較の結果が前記所定範囲以内でないと判定した場合に、前記補正されたオフセットを用いて前記第2の時刻における地磁気センサーの出力を補正し、新たな第2の検出結果を得ることと、前記新たな第2の検出結果と、前記第2の時刻から前記第2の時刻よりも後の第3の時刻までの前記ジャイロセンサーの検出結果とを用いて、前記第3の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することを含んでもよい。   Application Example 4 In the offset correction method according to the application example, the geomagnetic sensor at the second time using the corrected offset when it is determined that the comparison result is not within the predetermined range. To obtain a new second detection result, the new second detection result, and the third time after the second time to the third time after the second time. The detection result of the geomagnetic sensor at the third time may be predicted using the detection result of the gyro sensor.

本適用例によれば、比較の結果が所定範囲以内でないと判定した場合に、補正されたオフセットを用いて第2の時刻における地磁気センサーの出力を補正する。そして、得られた新たな第2の検出結果を用いて第3の時刻における検出結果を予測する。補正されたオフセットは補正前のオフセットよりも適切であるので、新たな第2の検出結果を第3の時刻における予測に用いることで、適切な予測を行うことができる。   According to this application example, when it is determined that the comparison result is not within the predetermined range, the output of the geomagnetic sensor at the second time is corrected using the corrected offset. Then, the detection result at the third time is predicted using the obtained new second detection result. Since the corrected offset is more appropriate than the offset before correction, an appropriate prediction can be performed by using the new second detection result for prediction at the third time.

[適用例5]上記適用例に記載のオフセット補正方法は、さらに、前記比較の結果が前記所定範囲以内であると判定した場合に、前記第2の検出結果と、前記第2の時刻から前記第2の時刻よりも後の第3の時刻までの前記ジャイロセンサーの検出結果とを用いて、前記第3の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することを含んでもよい。   Application Example 5 In the offset correction method described in the application example, when it is determined that the result of the comparison is within the predetermined range, the offset detection method includes the second detection result and the second time. The detection result of the geomagnetic sensor at the third time may be predicted using the detection result of the gyro sensor up to the third time after the second time.

本適用例によれば、比較の結果が所定範囲以内であると判定した場合に、第2の検出結果を用いて、第3の時刻における地磁気センサーの検出結果を予測する。第3の時刻における予測に地磁気センサーの検出結果を用いることで、予測された検出結果にジャイロセンサーのバイアスが累積して予測精度が低下することを抑制できる。   According to this application example, when it is determined that the comparison result is within the predetermined range, the detection result of the geomagnetic sensor at the third time is predicted using the second detection result. By using the detection result of the geomagnetic sensor for the prediction at the third time, it is possible to suppress the prediction accuracy from being lowered due to accumulation of the bias of the gyro sensor in the predicted detection result.

[適用例6]本適用例に係るオフセット補正装置は、移動体に設置された地磁気センサーの第1の時刻における第1の検出結果と、前記移動体に設置されたジャイロセンサーの、前記第1の時刻から前記第1の時刻よりも後の第2の時刻までの検出結果とを用いて、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測する地磁気予測部と、前記地磁気予測部によって前記予測された検出結果と、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの第2の検出結果とを比較して、前記比較の結果が所定範囲以内であるか否かを判定する地磁気オフセット判定部と、前記地磁気オフセット判定部によって前記比較の結果が所定範囲以内でないと判定された場合に、前記予測された検出結果を用いて前記地磁気センサーの出力のオフセットを補正するオフセット補正部と、を含む。   Application Example 6 The offset correction apparatus according to this application example includes the first detection result at the first time of the geomagnetic sensor installed on the moving body, and the first gyro sensor installed on the moving body. And a geomagnetism prediction unit that predicts a detection result of the geomagnetic sensor at the second time using a detection result from the time to a second time after the first time, and the geomagnetism prediction unit. A geomagnetic offset determination unit that compares the predicted detection result with a second detection result of the geomagnetic sensor at the second time and determines whether the comparison result is within a predetermined range; When the geomagnetic offset determination unit determines that the result of the comparison is not within a predetermined range, the offset of the output of the geomagnetic sensor is calculated using the predicted detection result. Comprising an offset correction unit positive for the.

本適用例によれば、地磁気予測部は、地磁気センサーの第1の時刻における第1の検出結果と、ジャイロセンサーの、第1の時刻から第1の時刻よりも後の第2の時刻までの検出結果とを用いて、第2の時刻における地磁気センサーの検出結果を予測する。ジャイロセンサーは地磁気センサーと比較して、バイアスの変動が小さく安定的である。また、着磁の影響は受けない。したがって、ジャイロセンサーの第1の時刻から第2の時刻までの検出結果を利用して予測した地磁気センサーの第2の時刻における結果は、地磁気センサーのオフセットが適切に補正された場合の検出結果に相当すると言える。予測された検出結果と第2の検出結果とを地磁気オフセット判定部が比較した結果が所定範囲以内でなければ、オフセットが変化したと考えられる。そこで、予測された検出結果に基づいてオフセット補正部がオフセットを補正することで、より適切なオフセットを得ることができる。   According to this application example, the geomagnetism prediction unit includes the first detection result of the geomagnetic sensor at the first time and the gyro sensor from the first time to the second time after the first time. The detection result of the geomagnetic sensor at the second time is predicted using the detection result. The gyro sensor is less stable and less stable than the geomagnetic sensor. Also, it is not affected by magnetization. Therefore, the result at the second time of the geomagnetic sensor predicted using the detection result from the first time to the second time of the gyro sensor is the detection result when the offset of the geomagnetic sensor is appropriately corrected. It can be said that it is equivalent. If the result of comparison between the predicted detection result and the second detection result by the geomagnetic offset determination unit is not within a predetermined range, it is considered that the offset has changed. Therefore, the offset correction unit corrects the offset based on the predicted detection result, so that a more appropriate offset can be obtained.

第1実施形態に係るナビゲーション装置をユーザーが装着した様子及びナビゲーション装置の概略構成の説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a state in which a user wears a navigation device according to a first embodiment and a schematic configuration of the navigation device. ナビゲーション装置の機能構成を示すブロック図。The block diagram which shows the function structure of a navigation apparatus. 処理部を機能ブロックとして表した概念図。The conceptual diagram which represented the process part as a functional block. 移動軌跡算出処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of a movement locus | trajectory calculation process. 方位算出処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of an azimuth | direction calculation process. (A)は比較例の移動軌跡を示す図、(B)は比較例において算出された方位角を示す図。(A) is a figure which shows the movement locus | trajectory of a comparative example, (B) is a figure which shows the azimuth | direction angle calculated in the comparative example. 第1の実施例における移動軌跡を示す図。The figure which shows the movement locus | trajectory in 1st Example. (A)は第1の実施例において地磁気センサーの検出結果(実測値)から算出された方位角を示す図、(B)は第1の実施例において予測値から算出された方位角との比較を示す図。(A) is a figure which shows the azimuth calculated from the detection result (actual value) of the geomagnetic sensor in the first embodiment, and (B) is a comparison with the azimuth calculated from the predicted value in the first embodiment. FIG. 第1の実施例における地磁気センサーの検出結果(実測値)と予測値との比較を示す図。(A)はX軸、(B)はY軸、(C)はZ軸に対応する。The figure which shows the comparison with the detection result (actual value) of the geomagnetic sensor in 1st Example, and a predicted value. (A) corresponds to the X axis, (B) corresponds to the Y axis, and (C) corresponds to the Z axis. 第2の実施例における移動軌跡を示す図。The figure which shows the movement locus | trajectory in 2nd Example. 第2の実施例における地磁気センサーの補正値と予測値との比較を示す図。(A)はX軸、(B)はY軸、(C)はZ軸に対応する。The figure which shows the comparison with the correction value and prediction value of a geomagnetic sensor in a 2nd Example. (A) corresponds to the X axis, (B) corresponds to the Y axis, and (C) corresponds to the Z axis.

以下、図面を参照して、電子機器の一種である携帯型のナビゲーション装置に本発明を適用した場合の実施形態について説明する。ただし、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけではない。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。   Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment when the present invention is applied to a portable navigation device which is a kind of electronic apparatus will be described. However, embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the embodiments described below. Note that the drawings to be used are appropriately enlarged or reduced so that the part to be described can be recognized.

(第1実施形態)
1.概略構成
図1は、本実施形態に係る携帯型のナビゲーション装置1を歩行者であるユーザーが装着した様子及びナビゲーション装置1の概略構成の説明図である。ナビゲーション装置1は、操作部20からの指示操作に従って、歩行者であるユーザーの歩幅の推定や移動方向の推定、移動軌跡の算出等を行う機能を有する電子機器であり、図1に示すように例えばユーザーの腰(右腰又は左腰)に装着されて使用される。
(First embodiment)
1. Schematic Configuration FIG. 1 is an explanatory diagram of a state in which a portable navigation device 1 according to this embodiment is worn by a user who is a pedestrian and a schematic configuration of the navigation device 1. The navigation device 1 is an electronic device having a function of estimating a stride of a user who is a pedestrian, estimating a moving direction, calculating a moving trajectory, and the like according to an instruction operation from the operation unit 20, as shown in FIG. For example, it is used by being worn on the user's waist (right waist or left waist).

ナビゲーション装置1は、加速度センサー41、ジャイロセンサー43、及び地磁気センサー42を有するセンサー部40を具備している。そして、加速度センサー41によって検出された加速度ベクトルの成分(以下、単に「加速度」と称する。)に基づいてユーザーの歩行を検出し、当該加速度と歩幅との相関関係を表すモデル式に従って歩幅を推定する。また、地磁気センサー42によって検出された地磁気ベクトルと、ジャイロセンサー43によって検出された角速度とに基づいてユーザーの移動方向を推定する。そして、推定した歩幅及び移動方向を用いてユーザーの位置を逐次的に算出していくことでユーザーの移動軌跡を算出し、表示部30に表示させる。   The navigation device 1 includes a sensor unit 40 having an acceleration sensor 41, a gyro sensor 43, and a geomagnetic sensor 42. Then, the user's walking is detected based on the component of the acceleration vector detected by the acceleration sensor 41 (hereinafter simply referred to as “acceleration”), and the stride is estimated in accordance with a model formula representing the correlation between the acceleration and the stride. To do. Further, the moving direction of the user is estimated based on the geomagnetic vector detected by the geomagnetic sensor 42 and the angular velocity detected by the gyro sensor 43. Then, the user's movement trajectory is calculated by sequentially calculating the user's position using the estimated stride and movement direction, and is displayed on the display unit 30.

加速度センサー41は、ユーザーの加速度ベクトルを検出するセンサーであり、直交3軸の加速度ベクトルを検出する。加速度センサー41は歪みゲージ式や圧電式のいずれであってもよく、またMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサーであってもよい。また、ジャイロセンサー43はユーザーの角速度を検出するセンサーであり、直交3軸の角速度を検出する。ジャイロセンサー43は加速度センサー41と軸方向が同一となるように配置設定されている。   The acceleration sensor 41 is a sensor that detects a user's acceleration vector, and detects an acceleration vector of three orthogonal axes. The acceleration sensor 41 may be either a strain gauge type or a piezoelectric type, and may be a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor. The gyro sensor 43 is a sensor that detects the angular velocity of the user, and detects the angular velocity of three orthogonal axes. The gyro sensor 43 is arranged and set so as to have the same axial direction as the acceleration sensor 41.

地磁気センサー42は、地球の磁場に基づく地磁気ベクトルを検出するセンサーであり、直交3軸の磁束密度を検出する。地磁気センサー42はMR(Magneto resistive)素子を用いたものやMI(Magneto impedance)素子を用いたもののいずれであってもよく、またホール素子を用いたものであってもよい。地磁気センサー42は加速度センサー41と軸方向が同一となるように配置設定されている。なお、図1では、加速度センサー41、ジャイロセンサー43、及び地磁気センサー42を独立したセンサーとして図示しているが、加速度センサー41、ジャイロセンサー43、及び地磁気センサー42は一体型のセンサーであってもよい。   The geomagnetic sensor 42 is a sensor that detects a geomagnetic vector based on the earth's magnetic field, and detects the magnetic flux density of three orthogonal axes. The geomagnetic sensor 42 may be either one using an MR (Magneto resistive) element or one using an MI (Magneto impedance) element, or may be one using a Hall element. The geomagnetic sensor 42 is arranged and set so as to have the same axial direction as the acceleration sensor 41. In FIG. 1, the acceleration sensor 41, the gyro sensor 43, and the geomagnetic sensor 42 are illustrated as independent sensors. However, the acceleration sensor 41, the gyro sensor 43, and the geomagnetic sensor 42 may be integrated sensors. Good.

本実施形態では、ユーザーから見て前後方向の前方向を「X軸の正方向」、左右方向の右方向を「Y軸の正方向」、上下方向(鉛直方向)の下方向を「Z軸の正方向」とする直交3軸の座標系として説明する。また、説明を分かり易くするために、加速度センサー41、ジャイロセンサー43、及び地磁気センサー42の検出軸の軸方向及び各軸の正方向を、X軸、Y軸、Z軸の軸方向及び正方向と同じとして説明する。ただし、実際には異なっていてもよいのは勿論である。加速度センサー41、ジャイロセンサー43、及び地磁気センサー42の検出軸と、X軸、Y軸、Z軸の軸方向とは相対的な関係でユーザーに固定されるため、行列計算によって、加速度センサー41、ジャイロセンサー43、及び地磁気センサー42の検出結果から、X,Y,Zそれぞれの値を算出することができる。なお、これらのセンサーの座標系を以下では「センサー座標系」と称する。センサーの座標系は、一般にb−frame(body frame)と称される座標系である。   In this embodiment, when viewed from the user, the forward direction in the front-rear direction is the “positive direction of the X axis”, the right direction in the horizontal direction is the “positive direction of the Y axis”, and the downward direction (vertical direction) is the “Z axis. This will be described as an orthogonal three-axis coordinate system with a “positive direction”. In order to make the explanation easy to understand, the axial directions of the detection axes of the acceleration sensor 41, the gyro sensor 43, and the geomagnetic sensor 42 and the positive directions of the respective axes are defined as the X axis, the Y axis, the Z axis, and the positive direction. It is explained as the same. Of course, it may be different in practice. Since the detection axes of the acceleration sensor 41, the gyro sensor 43, and the geomagnetic sensor 42 and the axial directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis are fixed to the user in a relative relationship, the acceleration sensor 41, From the detection results of the gyro sensor 43 and the geomagnetic sensor 42, the respective values of X, Y, and Z can be calculated. Hereinafter, the coordinate system of these sensors is referred to as a “sensor coordinate system”. The coordinate system of the sensor is a coordinate system generally referred to as b-frame (body frame).

2.機能構成
図2は、ナビゲーション装置1の機能構成を示すブロック図である。ナビゲーション装置1は、処理部10と、操作部20と、表示部30と、センサー部40と、記憶部60とを備え、各部がバス70で接続されたコンピューターシステムである。
2. Functional Configuration FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the navigation device 1. The navigation device 1 is a computer system that includes a processing unit 10, an operation unit 20, a display unit 30, a sensor unit 40, and a storage unit 60, and each unit is connected by a bus 70.

処理部10は、記憶部60に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従ってナビゲーション装置1の各部を統括的に制御する機能部であり、例えばCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサーにより実現される。本実施形態では、処理部10は、記憶部60に記憶されている移動軌跡算出プログラム601に従ってユーザーの移動軌跡を算出して、表示部30に表示させる。   The processing unit 10 is a functional unit that comprehensively controls each unit of the navigation device 1 according to various programs such as a system program stored in the storage unit 60, and is realized by a processor such as a CPU (Central Processing Unit). . In the present embodiment, the processing unit 10 calculates a user's movement locus according to the movement locus calculation program 601 stored in the storage unit 60 and causes the display unit 30 to display the movement locus.

操作部20は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号を処理部10に出力する。この操作部20の操作により、移動軌跡算出の開始指示操作や、リセット指示操作、電源切断指示操作等の各種指示入力がなされる。   The operation unit 20 is an input device configured by, for example, a touch panel or a button switch, and outputs a pressed key or button signal to the processing unit 10. By operating the operation unit 20, various instruction inputs such as a movement locus calculation start instruction operation, a reset instruction operation, and a power-off instruction operation are performed.

表示部30は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成され、処理部10から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部30には、移動軌跡や時刻情報等が表示される。   The display unit 30 is configured by an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and is a display device that performs various displays based on display signals input from the processing unit 10. The display unit 30 displays a movement locus, time information, and the like.

センサー部40は、ユーザーの歩行状態を検出するためのセンサーを有する機能部であり、例えば加速度センサー41、ジャイロセンサー43、及び地磁気センサー42を備えて構成される。加速度センサー41、ジャイロセンサー43、及び地磁気センサー42が検出した値は、処理部10に随時出力される(以下、「出力」と称する)。   The sensor unit 40 is a functional unit having a sensor for detecting a user's walking state, and includes an acceleration sensor 41, a gyro sensor 43, and a geomagnetic sensor 42, for example. Values detected by the acceleration sensor 41, the gyro sensor 43, and the geomagnetic sensor 42 are output to the processing unit 10 as needed (hereinafter referred to as “output”).

記憶部60は、例えばROM(Read Only Memory)やフラッシュROM、RAM(Random Access Memory)等のメモリーを備えた記憶装置であり、処理部10がナビゲーション装置1を制御するためのシステムプログラムや、移動軌跡算出機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。また、処理部10により実行されるシステムプログラム、各種処理プログラム、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを形成している。   The storage unit 60 is a storage device including a memory such as a ROM (Read Only Memory), a flash ROM, or a RAM (Random Access Memory), for example, and a system program for the processing unit 10 to control the navigation device 1 or a movement Various programs and data for realizing the locus calculation function are stored. Further, a work area for temporarily storing a system program executed by the processing unit 10, various processing programs, data being processed in various processing, processing results, and the like is formed.

3.データ構成
記憶部60には、プログラムとして、処理部10により読み出され、移動軌跡算出処理として実行される移動軌跡算出プログラム601が記憶されている。また、移動軌跡算出プログラム601には、オフセット補正処理(図5参照)として実行されるオフセット補正プログラム610がサブルーチンとして含まれている。さらに、予め定められたデータとして、歩行速度域判定用テーブル602と、閾値周波数決定用テーブル603と、相関モデル式データ604とが記憶されている。また、随時更新されるデータとして、センサーデータ605と、推定歩幅データ606と、歩行方向データ607と、移動軌跡データ609と、オフセットデータ611とが記憶される。
3. The data configuration storage unit 60 stores a movement locus calculation program 601 that is read by the processing unit 10 and executed as a movement locus calculation process as a program. Further, the movement locus calculation program 601 includes an offset correction program 610 executed as an offset correction process (see FIG. 5) as a subroutine. Furthermore, a walking speed range determination table 602, a threshold frequency determination table 603, and correlation model expression data 604 are stored as predetermined data. Further, sensor data 605, estimated stride data 606, walking direction data 607, movement trajectory data 609, and offset data 611 are stored as data updated as needed.

移動軌跡算出処理とは、処理部10が、加速度センサー41の検出結果に基づいて歩行検出及び歩幅推定を行い、また、方位算出処理によって方位を算出し、推定した歩幅及び方位を用いてユーザーの移動軌跡を算出する処理である。方位算出処理とは、処理部10が、ジャイロセンサー43の角速度を利用して地磁気センサー42の検出結果の変化を予測し、予測した検出結果に基づいて方位を算出する処理である。移動軌跡算出処理においては、オフセット補正処理によって補正されたオフセットを用いて方位算出処理を行う。オフセット補正処理、移動軌跡算出処理、及び方位算出処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。   In the movement trajectory calculation process, the processing unit 10 performs walking detection and stride estimation based on the detection result of the acceleration sensor 41, calculates an azimuth by the azimuth calculation process, and uses the estimated stride and azimuth. This is a process of calculating a movement trajectory. The azimuth calculation process is a process in which the processing unit 10 uses the angular velocity of the gyro sensor 43 to predict a change in the detection result of the geomagnetic sensor 42 and calculates the azimuth based on the predicted detection result. In the movement trajectory calculation process, the azimuth calculation process is performed using the offset corrected by the offset correction process. The offset correction process, the movement trajectory calculation process, and the azimuth calculation process will be described later in detail using a flowchart.

図3は、処理部10を機能ブロックとして表した概念図である。処理部10は、歩行速度判定部11と、フィルター処理部12と、歩行検出部13と、歩幅推定部14と、歩行方向推定部(方位算出装置)15と、移動軌跡算出部16とを備えて構成される。各機能部は、それぞれを独立した回路として構成することも可能であるし、プロセッサーを用いてデジタル演算処理することでソフトウェア処理として構成することも可能である。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing the processing unit 10 as a functional block. The processing unit 10 includes a walking speed determination unit 11, a filter processing unit 12, a walking detection unit 13, a stride estimation unit 14, a walking direction estimation unit (orientation calculation device) 15, and a movement trajectory calculation unit 16. Configured. Each functional unit can be configured as an independent circuit, or can be configured as software processing by performing digital arithmetic processing using a processor.

歩行速度判定部11は、加速度センサー41によって検出されたZ軸の加速度の振幅、及び、歩行検出部13により検出された一歩に要する時間に基づいて、ユーザーの歩行速度域を判定する機能部である。   The walking speed determination unit 11 is a functional unit that determines the walking speed range of the user based on the amplitude of the Z-axis acceleration detected by the acceleration sensor 41 and the time required for one step detected by the walking detection unit 13. is there.

フィルター処理部12は、加速度センサー41、地磁気センサー42、及びジャイロセンサー43により検出された加速度ベクトル、地磁気ベクトル、及び角速度に対するフィルター処理を行って低周波成分を抽出する機能部である。フィルター処理部12は、歩行速度判定部11から出力された歩行速度域に応じて閾値周波数を可変に設定してフィルター処理を行ってもよい。   The filter processing unit 12 is a functional unit that extracts low-frequency components by performing filter processing on the acceleration vector, the geomagnetic vector, and the angular velocity detected by the acceleration sensor 41, the geomagnetic sensor 42, and the gyro sensor 43. The filter processing unit 12 may perform the filtering process by variably setting the threshold frequency according to the walking speed range output from the walking speed determination unit 11.

歩行検出部13は、フィルター処理部12から出力されたZ軸の加速度のピークを検出することでユーザーの歩行を検出する機能部である。歩幅推定部14は、歩行検出部13により一歩が検出された場合に、フィルター処理部12から出力されたZ軸の加速度を用いて、記憶部60に記憶された相関モデル式に従って歩幅を推定する機能部である。   The walking detection unit 13 is a functional unit that detects the user's walking by detecting the peak of the Z-axis acceleration output from the filter processing unit 12. The stride estimation unit 14 estimates the stride according to the correlation model expression stored in the storage unit 60 using the Z-axis acceleration output from the filter processing unit 12 when one step is detected by the walk detection unit 13. It is a functional part.

歩行方向推定部15は、フィルター処理部12から出力された地磁気ベクトル及び角速度を用いてユーザーの歩行方向(方位角)を推定する機能部である。移動軌跡算出部16は、歩幅推定部14から出力された歩幅と、歩行方向推定部15から出力された歩行方向とを用いて、ユーザーの移動軌跡を算出する機能部である。   The walking direction estimation unit 15 is a functional unit that estimates the user's walking direction (azimuth angle) using the geomagnetic vector and the angular velocity output from the filter processing unit 12. The movement trajectory calculation unit 16 is a functional unit that calculates a user's movement trajectory using the stride output from the stride estimation unit 14 and the walking direction output from the walking direction estimation unit 15.

本実施形態に係る歩行方向推定部15は、地磁気予測部17と、地磁気オフセット判定部18と、地磁気オフセット補正部19と、方位算出部23と、を含む。   The walking direction estimation unit 15 according to the present embodiment includes a geomagnetic prediction unit 17, a geomagnetic offset determination unit 18, a geomagnetic offset correction unit 19, and an orientation calculation unit 23.

地磁気予測部17は、第1の時刻における地磁気センサー42の検出結果(第1の検出結果)と、第1の時刻から第1の時刻よりも後の第2の時刻までのジャイロセンサー43の検出結果(角速度)とを用いて、第2の時刻における地磁気センサー42の検出結果(第2の検出結果)を予測する。   The geomagnetism prediction unit 17 detects the detection result (first detection result) of the geomagnetic sensor 42 at the first time and the detection of the gyro sensor 43 from the first time to the second time after the first time. The detection result (second detection result) of the geomagnetic sensor 42 at the second time is predicted using the result (angular velocity).

地磁気オフセット判定部18は、地磁気予測部17によって予測された第2の検出結果(予測された検出結果)と、第2の時刻における地磁気センサー42の検出結果(第2の検出結果)とを比較し、比較結果が所定範囲以内であるか否かを判定する。   The geomagnetic offset determination unit 18 compares the second detection result (predicted detection result) predicted by the geomagnetism prediction unit 17 with the detection result (second detection result) of the geomagnetic sensor 42 at the second time. Then, it is determined whether or not the comparison result is within a predetermined range.

地磁気オフセット補正部19は、地磁気オフセット判定部18によって比較結果が所定範囲以内でないと判定された場合に、予測された検出結果を用いて、地磁気センサー42の出力に含まれるオフセットを補正する。   The geomagnetic offset correction unit 19 corrects the offset included in the output of the geomagnetic sensor 42 using the predicted detection result when the geomagnetic offset determination unit 18 determines that the comparison result is not within the predetermined range.

方位算出部23は、地磁気オフセット補正部の補正結果に基づいて、第2の時刻におけるユーザーの方位(方位角)を算出する。   The azimuth calculation unit 23 calculates the azimuth (azimuth angle) of the user at the second time based on the correction result of the geomagnetic offset correction unit.

4.処理の流れ
図4は、移動軌跡算出処理の流れを示すフローチャートである。図5は、方位算出処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態に係る移動軌跡算出処理及びオフセット補正処理は、それぞれ記憶部60に記憶されている移動軌跡算出プログラム601及びオフセット補正プログラム610が処理部10によって読み出されて実行されることで、ナビゲーション装置1において実行される。移動軌跡算出処理は、処理部10が、操作部20を介してユーザーにより電源投入操作がなされたことを検出した場合に実行を開始する処理である。以下の方位算出処理においては、センサー部40の出力値が記憶部60のセンサーデータ605に随時更新・記憶されるものとして説明する。
4). Process Flow FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the movement trajectory calculation process. FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the azimuth calculation process. The movement trajectory calculation process and the offset correction process according to the present embodiment are performed by reading and executing the movement trajectory calculation program 601 and the offset correction program 610 stored in the storage unit 60, respectively. It is executed in the device 1. The movement trajectory calculation process is a process of starting execution when the processing unit 10 detects that a power-on operation has been performed by the user via the operation unit 20. In the following azimuth calculation processing, it is assumed that the output value of the sensor unit 40 is updated and stored as needed in the sensor data 605 of the storage unit 60.

移動軌跡算出処理(図4)において、まず、フィルター処理部12は、設定されている閾値周波数で、加速度センサー41、地磁気センサー42、及びジャイロセンサー43の各軸の出力値に対するフィルター処理を開始する(ステップA1)。   In the movement trajectory calculation process (FIG. 4), first, the filter processing unit 12 starts the filter process for the output values of the axes of the acceleration sensor 41, the geomagnetic sensor 42, and the gyro sensor 43 at the set threshold frequency. (Step A1).

次に、ステップA2において、センサー部40のキャリブレーションを行う。具体的には、処理部10は、加速度センサー41及びジャイロセンサー43のバイアス、並びに、地磁気センサー42の出力に含まれるオフセットを推定し、記憶部60のオフセットデータ611に記憶させる。これらのバイアス及びオフセットの推定は、公知の手法によって行うことができる。例えば、地磁気センサー42のオフセットは、地磁気センサー42の姿勢(地磁気センサー42が搭載されたナビゲーション装置1の姿勢)を3次元空間において変化させて得られる地磁気センサー42の出力と、既知である磁力(地球上の位置によって定められる)とを用いて推定できる。なお、本明細書においては、補正が施されたセンサー部40の出力を「検出結果」と称する。   Next, in step A2, the sensor unit 40 is calibrated. Specifically, the processing unit 10 estimates the bias included in the acceleration sensor 41 and the gyro sensor 43 and the offset included in the output of the geomagnetic sensor 42 and stores the offset in the offset data 611 of the storage unit 60. These biases and offsets can be estimated by a known method. For example, the offset of the geomagnetic sensor 42 includes the output of the geomagnetic sensor 42 obtained by changing the attitude of the geomagnetic sensor 42 (the attitude of the navigation device 1 on which the geomagnetic sensor 42 is mounted) in a three-dimensional space, and a known magnetic force ( (Determined by the position on the earth). In the present specification, the output of the sensor unit 40 subjected to the correction is referred to as “detection result”.

地磁気センサー42のオフセット及びジャイロセンサー43のバイアスがオフセットデータ611に記憶されると、オフセット補正処理(ステップA3)、方位算出処理(ステップA4)及び歩行検出処理(ステップA5)が開始される。   When the offset of the geomagnetic sensor 42 and the bias of the gyro sensor 43 are stored in the offset data 611, an offset correction process (step A3), an azimuth calculation process (step A4), and a walking detection process (step A5) are started.

まず、図5を参照してオフセット補正処理(図4のステップA3)を説明する。オフセット補正処理は、歩行方向推定部15が行う処理である。地磁気予測部17は、地磁気ベクトルの予測を行う(ステップS20)。具体的には、式(1−1)及び式(1−2)に従って、時刻tk(第1の時刻)における地磁気センサー42の検出結果と、時刻tk+1におけるジャイロセンサー43の検出結果(時刻tkから時刻tk+1までの角度変化)とを用いて、時刻tk+1における地磁気センサー42の検出結果を予測する(なお、予測された検出結果を予測結果とも称する)。 First, the offset correction process (step A3 in FIG. 4) will be described with reference to FIG. The offset correction process is a process performed by the walking direction estimation unit 15. The geomagnetism prediction unit 17 performs geomagnetic vector prediction (step S20). Specifically, the detection result of the geomagnetic sensor 42 at the time t k (first time) and the detection result of the gyro sensor 43 at the time t k + 1 according to the expressions (1-1) and (1-2). (A change in angle from time t k to time t k + 1 ) is used to predict a detection result of the geomagnetic sensor 42 at time t k + 1 (the predicted detection result is also referred to as a prediction result).

本明細書における数式では、地磁気ベクトルの成分を小文字の“m”で、角速度の各成分を小文字の“ω”で表す。また、対応する各軸の成分を下付きの小文字の添え字で示す。例えば、mxはX軸方向に対応する地磁気ベクトルの成分である。また、単位行列を大文字の“I”で、転置行列を上付きの大文字“T”で表す。Δtはジャイロセンサー43が角速度を出力する時間間隔(時刻tkから時刻tk+1までの時間間隔)を、exp()は自然対数の底e(=2.71828・・・)の、()内の値によるべき乗を示す。 In the mathematical expressions in this specification, the component of the geomagnetic vector is represented by a small letter “m”, and each component of the angular velocity is represented by a small letter “ω”. In addition, the corresponding component of each axis is indicated by a lowercase subscript. For example, mx is a component of the geomagnetic vector corresponding to the X-axis direction. Further, the unit matrix is represented by an uppercase “I” and the transposed matrix is represented by a superscript “T”. Δt is a time interval (time interval from time t k to time t k + 1 ) at which the gyro sensor 43 outputs an angular velocity, and exp () is a natural logarithm base e (= 2.71828...) ) Indicates the power of the value in parentheses.

式(1−1)は地球上の位置によらず地磁力が一定であると仮定した近似式である。実際には地球上の位置によって地磁力は異なるが、移動体(歩行者や自動車)の移動範囲であれば地磁力変化は微小であるので、一定と仮定することができる。   Expression (1-1) is an approximate expression assuming that the geomagnetic force is constant regardless of the position on the earth. Actually, the geomagnetic force differs depending on the position on the earth, but since the change in the geomagnetic force is minute within the moving range of the moving body (pedestrian or car), it can be assumed to be constant.

次に、地磁気予測部17は、所定時刻に達したか否かを判定する(ステップS30)。所定時刻(第2の時刻)に達していないと判定された場合は、ステップS20に戻って(ステップS30:No)再度予測を行う。ステップS30から戻って予測を行う場合は、前回(時刻tk+1)の予測結果と今回(時刻tk+2)のジャイロセンサー43の検出結果とを用いて予測を行う。 Next, the geomagnetism prediction unit 17 determines whether or not a predetermined time has been reached (step S30). If it is determined that the predetermined time (second time) has not been reached, the process returns to step S20 (step S30: No) and prediction is performed again. When the prediction is made after returning from step S30, the prediction is performed using the prediction result of the previous time (time t k + 1 ) and the detection result of the gyro sensor 43 of the current time (time t k + 2 ).

1回予測を行った結果を用いて、すなわち時刻tk+1を第2の時刻として以降の処理を行っても良いが、一般に、1回の検出で得られる角速度は非常に小さい。すると、1個の検出結果(角速度)から予測される地磁気ベクトルは毎回ほぼ一定になる(変化が限りなくゼロに近くなる)ので、実際の角度変化が反映できず、正確な補正ができない虞がある。予測を繰り返してジャイロセンサー43の検出結果を所定時間分蓄積させることで、より正確に地磁気の検出結果を予測できる。所定時間は、移動体の方位角の変化が検出できる程度であればよく、例えば、歩行者の場合、0.5秒としてもよいし、1秒としてもよい。また、時間にかえて、歩行検出部13が一歩を検出したタイミングとしてもよいし、予測を行った回数(例えば50回)を判定してもよい。 Although the subsequent processing may be performed using the result of the one-time prediction, that is, the time t k + 1 as the second time, in general, the angular velocity obtained by one detection is very small. Then, since the geomagnetic vector predicted from one detection result (angular velocity) becomes almost constant each time (changes are close to zero), the actual angular change cannot be reflected and there is a possibility that correct correction cannot be performed. is there. By repeating the prediction and accumulating the detection result of the gyro sensor 43 for a predetermined time, the detection result of geomagnetism can be predicted more accurately. The predetermined time only needs to be such that a change in the azimuth angle of the moving body can be detected. For example, in the case of a pedestrian, the predetermined time may be 0.5 seconds or 1 second. Moreover, it is good also as the timing which the walk detection part 13 detected 1 step instead of time, and you may determine the frequency | count (for example, 50 times) which performed prediction.

上記の予測は、第1の時刻から第2の時刻までの相対的な角度変化を第1の時刻(時刻tk)における地磁気ベクトル(絶対的な方位角を示す情報)に加味するものであると言える。第1の時刻から第2の時刻までの角度変化を用いているので、直進の(方位角変化がない)場合でも、非直進(方位角変化がある)場合でも、地磁気センサー42の検出結果を適切に予測できる。また、移動体が移動している場合でも、静止している場合でも予測ができる。そのため、ユーザーに装着したナビゲーション装置1を取り外して再度キャリブレーションを行う必要がない。 In the above prediction, a relative angle change from the first time to the second time is added to the geomagnetic vector (information indicating the absolute azimuth angle) at the first time (time t k ). It can be said. Since the angle change from the first time to the second time is used, the detection result of the geomagnetic sensor 42 can be obtained regardless of whether the vehicle travels straight (no azimuth change) or non-straight (change azimuth). Can be predicted appropriately. In addition, prediction can be performed even when the moving body is moving or stationary. Therefore, there is no need to remove the navigation device 1 attached to the user and perform calibration again.

所定時間に達したと判定したならば(ステップS30:Yes)、ステップS40において、地磁気オフセット判定部18は、第2の時刻における予測結果と、第2の時刻における地磁気センサー42の検出結果とを比較する。具体的には、第2の時刻における地磁気ベクトルの各成分について、予測結果と検出結果との差を計算する。ここで計算する差は、各成分の差であっても、当該差の絶対値であってもよい。また、各成分の差の2乗和であってもよい。   If it is determined that the predetermined time has been reached (step S30: Yes), in step S40, the geomagnetic offset determination unit 18 obtains the prediction result at the second time and the detection result of the geomagnetic sensor 42 at the second time. Compare. Specifically, the difference between the prediction result and the detection result is calculated for each component of the geomagnetic vector at the second time. The difference calculated here may be a difference between the components or an absolute value of the difference. Moreover, the sum of squares of the difference of each component may be sufficient.

次に、ステップS50において、地磁気オフセット判定部18は、ステップS40の比較結果が所定範囲以内であるか否かを判定する。具体的には、例えば、ステップS40で得られた地磁気ベクトルの各成分の差の絶対値と閾値とをそれぞれ比較して、閾値に対する大小を判定する。つまり、X軸成分、Y軸成分、Z軸成分をそれぞれ閾値と比較して、いずれも閾値以下であれば所定範囲以内であると判定する。所定範囲は最終的に要求される方位角の精度等に応じて設定することができるが、例えば、絶対値で0μT(Tesla)以上5μT以下である。閾値として設定する場合は、5μTとすればよい。また、差の2乗和を用いて判定を行う場合は、所定範囲の値も2乗和にして比較すればよい(例えば、所定範囲が絶対値で0μT以上5μT以下であれば、2乗和は75μTである)。   Next, in step S50, the geomagnetic offset determination unit 18 determines whether or not the comparison result in step S40 is within a predetermined range. Specifically, for example, the absolute value of the difference between the components of the geomagnetic vector obtained in step S40 is compared with the threshold value, and the magnitude of the threshold value is determined. That is, the X-axis component, the Y-axis component, and the Z-axis component are each compared with a threshold value, and if all are equal to or less than the threshold value, it is determined that they are within a predetermined range. The predetermined range can be set according to the accuracy of the azimuth angle that is finally required, and is, for example, 0 μT (Tesla) or more and 5 μT or less in absolute value. When it is set as the threshold, it may be 5 μT. When the determination is performed using the square sum of the differences, the values in the predetermined range may be compared with the square sum (for example, if the predetermined range is an absolute value of 0 μT to 5 μT, the sum of squares). Is 75 μT).

ジャイロセンサー43の出力は着磁に影響されない。つまり、ジャイロセンサー43の検出結果は着磁に影響されない。そのため、ジャイロセンサー43の検出結果を用いることで、オフセットの補正が適切である場合に得られるはずの地磁気センサー42の検出結果を精度良く予測できる。地磁気センサー42のオフセットに変化がない(無視できる程度である)場合、予測された検出結果と地磁気センサー42の実際の出力から得られた検出結果とはほぼ一致する。着磁の変化等に影響されて地磁気センサー42のオフセットが変化すると、両者の差は大きくなる。つまり、差が閾値よりも大きければ(所定範囲以内でなければ)、地磁気センサー42のオフセットが変化したと判断できる。   The output of the gyro sensor 43 is not affected by the magnetization. That is, the detection result of the gyro sensor 43 is not affected by the magnetization. Therefore, by using the detection result of the gyro sensor 43, the detection result of the geomagnetic sensor 42 that should be obtained when the offset correction is appropriate can be accurately predicted. When there is no change in the offset of the geomagnetic sensor 42 (which is negligible), the predicted detection result and the detection result obtained from the actual output of the geomagnetic sensor 42 substantially coincide. If the offset of the geomagnetic sensor 42 changes due to a change in magnetization or the like, the difference between the two increases. That is, if the difference is larger than the threshold (if not within the predetermined range), it can be determined that the offset of the geomagnetic sensor 42 has changed.

所定範囲以内でないと判定した場合(ステップS50:No)は、ステップS60へ進む。所定範囲以内であると判定した場合(ステップS50:Yes)は、ステップS70へ進む。   If it is determined that it is not within the predetermined range (step S50: No), the process proceeds to step S60. When it determines with it being within the predetermined range (step S50: Yes), it progresses to step S70.

ステップS60において、地磁気オフセット補正部19は、ステップS50の比較結果を用いて、地磁気センサー42のオフセットを補正(更新)する。具体的には、オフセットデータ611に記憶されている地磁気センサー42のオフセットに比較結果(差)を加算して、ステップS80へ進む。   In step S60, the geomagnetic offset correction unit 19 corrects (updates) the offset of the geomagnetic sensor 42 using the comparison result in step S50. Specifically, the comparison result (difference) is added to the offset of the geomagnetic sensor 42 stored in the offset data 611, and the process proceeds to step S80.

ステップS50において所定範囲以内であると判定した場合(ステップS50:Yes)は、ステップS70へ進む。ステップS70において、ジャイロセンサー43のバイアスを推定する。具体的には、第2の時刻における地磁気センサー42の検出結果を用いてジャイロセンサー43のバイアスを推定し、推定されたバイアスによって、オフセットデータ611に記憶されたジャイロセンサー43のバイアスを更新する。   When it determines with it being within the predetermined range in step S50 (step S50: Yes), it progresses to step S70. In step S70, the bias of the gyro sensor 43 is estimated. Specifically, the bias of the gyro sensor 43 is estimated using the detection result of the geomagnetic sensor 42 at the second time, and the bias of the gyro sensor 43 stored in the offset data 611 is updated with the estimated bias.

バイアスの推定は公知の手法を用いることができる。例えば、後述する式(2)に従って求めた第2の時刻における方位角を観測値としてカルマンフィルター演算を行ってバイアスを推定することができる。第2の時刻における地磁気センサー42の検出結果(地磁気ベクトル)を観測値としてもよい。地磁気センサー42のオフセットに変化がない、すなわち地磁気センサー42の検出結果が適切である場合に、当該検出結果を用いてジャイロセンサー43のバイアスを推定することで、より正確なバイアスを推定できる。また、バイアスが変動した場合に、補正がされないために適切な検出結果が得られなくなることを抑止できる。バイアスが更新されたら、ステップS80へ進む。   A known method can be used to estimate the bias. For example, the bias can be estimated by performing a Kalman filter calculation using the azimuth angle at the second time obtained according to Equation (2) described later as an observed value. The detection result (geomagnetic vector) of the geomagnetic sensor 42 at the second time may be an observed value. When there is no change in the offset of the geomagnetic sensor 42, that is, when the detection result of the geomagnetic sensor 42 is appropriate, a more accurate bias can be estimated by estimating the bias of the gyro sensor 43 using the detection result. In addition, when the bias changes, it is possible to prevent an appropriate detection result from being obtained because correction is not performed. When the bias is updated, the process proceeds to step S80.

次に、ステップS80において、歩行方向推定部15は、オフセット補正処理を終了するか否かを判定する。オフセット補正処理を終了すると判定した場合(ステップS80:Yes)は、オフセット補正処理を終了する。オフセット補正処理を終了しないと判定した場合(ステップS80:No)は、ステップS20へ戻る。   Next, in step S80, the walking direction estimation unit 15 determines whether to end the offset correction process. If it is determined that the offset correction process is to be terminated (step S80: Yes), the offset correction process is terminated. If it is determined not to end the offset correction process (step S80: No), the process returns to step S20.

ステップS20へ戻ったならば、次の予測を開始する。ステップS50において所定範囲以内であると判定された場合には、地磁気センサー42の検出結果を用いて次の予測を開始する。ステップS50において所定範囲以内でないと判定された場合には、第2の時刻における予測結果を用いて次の予測を開始する。第2の時刻から予測を開始したならば、第3の時刻まで予測を行い(ステップS30)、第3の時刻の予測結果と検出結果を比較する(ステップS40)。   If it returns to step S20, the next prediction will be started. If it is determined in step S50 that it is within the predetermined range, the next prediction is started using the detection result of the geomagnetic sensor 42. If it is determined in step S50 that it is not within the predetermined range, the next prediction is started using the prediction result at the second time. If the prediction is started from the second time, the prediction is performed until the third time (step S30), and the prediction result at the third time is compared with the detection result (step S40).

本実施形態において、ステップS50において所定範囲以内でないと判定された場合は、オフセットに変化があった場合であると言える。オフセットに変化があった場合には、第2の時刻における検出結果にはオフセットが含まれる。そのため、ジャイロセンサー43の検出結果に基づいて予測した検出結果を用いて次の予測を行うことで、より正確な予測を行うことができる。   In this embodiment, when it is determined in step S50 that it is not within the predetermined range, it can be said that there is a change in the offset. When there is a change in the offset, the detection result at the second time includes the offset. Therefore, more accurate prediction can be performed by performing the next prediction using the detection result predicted based on the detection result of the gyro sensor 43.

一方、ステップS50において所定範囲以内であると判定された場合は、オフセットが変化していないか変化が許容できる程度である場合と言える。したがって、地磁気センサー42の検出結果は適切な値である。ジャイロセンサー43の検出結果には、通常、わずかながらバイアスが残存している。ステップS30によって、このバイアスが所定期間分累積されているため、先の予測結果をもとにさらに予測を繰り返すと、徐々にバイアスが累積され、無視できない大きさとなる虞がある。地磁気センサー42の検出結果を用いること、すなわち予測結果を次回の所定期間分の予測に用いないことで、ジャイロセンサー43のバイアスが予測結果に蓄積することを抑制できる。   On the other hand, if it is determined in step S50 that it is within the predetermined range, it can be said that the offset is not changed or the change is acceptable. Therefore, the detection result of the geomagnetic sensor 42 is an appropriate value. Usually, a slight bias remains in the detection result of the gyro sensor 43. Since this bias is accumulated for a predetermined period in step S30, if the prediction is further repeated based on the previous prediction result, the bias is gradually accumulated and there is a possibility that the magnitude cannot be ignored. By using the detection result of the geomagnetic sensor 42, that is, by not using the prediction result for prediction for the next predetermined period, accumulation of the bias of the gyro sensor 43 in the prediction result can be suppressed.

図4の移動軌跡算出処理に戻り、方位算出処理(ステップA4)及び歩行検出処理(ステップA5)を説明する。ステップA4において、方位算出部23は方位角を算出する。具体的には、方位算出部23は、ステップS50の判定結果に基づいて、以下の式(2)に従って方位角を算出し、記憶部60の歩行方向データ607に記憶する。本実施形態においては、歩行検出処理(ステップA5)で歩行が検出された時刻における方位角を算出する。方位算出部23は、センサーデータ605に記憶されている地磁気センサー42の出力を、オフセットデータ611に記憶されたオフセットで補正して、得られた検出結果(新たな第2の検出結果)を用いて方位角を算出する。すなわち、ステップS50において所定範囲以内でないと判定した場合(ステップS50:No)には、ステップS60で更新されたオフセットを用いて方位角が算出される。   Returning to the movement trajectory calculation process of FIG. 4, the azimuth calculation process (step A4) and the walking detection process (step A5) will be described. In step A4, the bearing calculation unit 23 calculates the bearing angle. Specifically, the azimuth calculation unit 23 calculates an azimuth angle according to the following equation (2) based on the determination result of step S 50, and stores it in the walking direction data 607 of the storage unit 60. In the present embodiment, the azimuth at the time when walking is detected in the walking detection process (step A5) is calculated. The bearing calculation unit 23 corrects the output of the geomagnetic sensor 42 stored in the sensor data 605 with the offset stored in the offset data 611 and uses the obtained detection result (new second detection result). To calculate the azimuth. That is, if it is determined in step S50 that it is not within the predetermined range (step S50: No), the azimuth angle is calculated using the offset updated in step S60.

ここで、“Ψ”は方位角、“θ”はジャイロセンサー43の検出結果から求められたロール角、“φ”はジャイロセンサー43の検出結果から求められたピッチ角である。 Here, “Ψ” is an azimuth angle, “θ” is a roll angle obtained from the detection result of the gyro sensor 43, and “φ” is a pitch angle obtained from the detection result of the gyro sensor 43.

なお、式(2)から求められる方位角は、磁北をN(North)としたNED(North East Down)座標系でのN方向に対するセンサー座標系の回転角である。真北(北極点の方向)からの磁北の偏角を補正すれば、真北を基準とした方位角を算出することも可能である。   In addition, the azimuth angle calculated | required from Formula (2) is a rotation angle of the sensor coordinate system with respect to the N direction in the NED (North East Down) coordinate system which made magnetic north N (North). By correcting the magnetic north declination from true north (the direction of the north pole), it is possible to calculate the azimuth angle based on true north.

式(2)におけるロール角及びピッチ角は、NED座標系からの回転角である。第2の時刻における方位角を求める場合には、第1の時刻から第2の時刻までの角速度を積分した値を用いる。   The roll angle and pitch angle in Equation (2) are rotation angles from the NED coordinate system. When obtaining the azimuth angle at the second time, a value obtained by integrating the angular velocities from the first time to the second time is used.

図4に戻り、ステップA5において、歩行検出部13は、フィルター処理及びバイアス補正が施された後のZ軸の加速度からピークを検出したか否かを判定し、ピークを検出した場合は、一歩と判定して歩数を更新する。そして、歩行検出部13は、前回ピークから今回ピークまでの時間を一歩に要する時間として算出する。   Returning to FIG. 4, in step A5, the gait detector 13 determines whether or not a peak is detected from the Z-axis acceleration after the filtering process and the bias correction are performed. And the number of steps is updated. Then, the walking detector 13 calculates the time from the previous peak to the current peak as the time required for one step.

次に、歩行速度判定部11は、記憶部60に記憶されている歩行速度域判定用テーブル602を参照してユーザーの歩行速度域を判定する(ステップA6)。歩行速度域判定用テーブル602は、判定条件である歩行速度域をZ軸の加速度の振幅又は一歩に要する時間と、3段階の歩行速度域(「低速」「中速」「高速」)とが対応付けられたテーブルである。歩行速度判定部11は、Z軸の加速度の振幅とステップA5で算出された一歩に要する時間とに対応する歩行速度域を判定する。   Next, the walking speed determination unit 11 determines the walking speed range of the user with reference to the walking speed range determination table 602 stored in the storage unit 60 (step A6). The walking speed range determination table 602 includes the walking speed range, which is a determination condition, of the amplitude of the Z-axis acceleration or the time required for one step and three steps of walking speed ranges (“low speed”, “medium speed”, “high speed”). It is an associated table. The walking speed determination unit 11 determines a walking speed range corresponding to the amplitude of the Z-axis acceleration and the time required for one step calculated in step A5.

次に、歩幅推定部14は、記憶部60に記憶されている相関モデル式データ604を参照し、ユーザーの歩幅を推測する(ステップA7)。相関モデル式データ604には、歩行速度域と歩幅推測モデル式データとが対応付けて記憶されている。歩行速度域と歩幅推測モデル式との関係及び歩幅推測モデル式は公知であるので説明を省略する。歩幅推定部14は、ステップA6で判定した歩行速度域に対応付けられた歩幅推測モデル式データを選択する。そして、選択した歩幅推測モデル式データに従ってユーザーの歩幅を推測し、記憶部60の推定歩幅データ606を更新する。   Next, the stride length estimation unit 14 refers to the correlation model equation data 604 stored in the storage unit 60, and estimates the stride of the user (Step A7). The correlation model formula data 604 stores a walking speed range and stride estimation model formula data in association with each other. Since the relationship between the walking speed range and the stride estimation model formula and the stride estimation model formula are known, the description thereof will be omitted. The stride estimation unit 14 selects stride estimation model formula data associated with the walking speed range determined in step A6. Then, the user's stride is estimated according to the selected stride estimation model expression data, and the estimated stride data 606 in the storage unit 60 is updated.

次に、移動軌跡算出部16は、移動軌跡データ609に記憶されている最新の位置と、推定歩幅データ606に記憶されている歩幅と、歩行方向データ607に記憶されている歩行方向とを用いて、現在のユーザーの位置及び速度を算出する(ステップA8)。移動軌跡データには、算出結果の出力時刻と、算出された位置、速度、及び歩行方向が記憶される。なお、移動開始時の位置(絶対位置)は、公知の手法によって得ることができる。例えば、ナビゲーション装置1の外部との通信によって絶対位置を取得してもよい。そして、移動軌跡算出部16は、算出した位置、速度、歩行方向で記憶部60の移動軌跡データ609を更新する(ステップA9)。   Next, the movement trajectory calculation unit 16 uses the latest position stored in the movement trajectory data 609, the stride stored in the estimated stride data 606, and the walking direction stored in the walking direction data 607. Then, the current position and speed of the user are calculated (step A8). The movement locus data stores the output time of the calculation result, the calculated position, speed, and walking direction. The position (absolute position) at the start of movement can be obtained by a known method. For example, the absolute position may be acquired by communication with the outside of the navigation device 1. Then, the movement trajectory calculation unit 16 updates the movement trajectory data 609 in the storage unit 60 with the calculated position, speed, and walking direction (step A9).

次に、ステップA10において、移動軌跡算出部16は、移動軌跡算出処理を終了するか否かを判定する。移動軌跡算出処理を終了すると判定した場合(ステップA10:Yes)は、移動軌跡算出処理を終了する。移動軌跡算出処理を終了しないと判定した場合(ステップA10:No)は、ステップA4(及びステップA5)へ戻る。   Next, in step A10, the movement trajectory calculation unit 16 determines whether or not to end the movement trajectory calculation process. When it is determined that the movement trajectory calculation process is to be ended (step A10: Yes), the movement trajectory calculation process is ended. If it is determined not to end the movement trajectory calculation process (step A10: No), the process returns to step A4 (and step A5).

5.実施例
本実施形態のナビゲーション装置1を装着した被験者に以下の歩行試験を歩行してもらい、移動軌跡を算出する実験を行った。歩行試験ルートは、起点から北向き(真北から約11.3度)に真っ直ぐ60mを歩行し、180度方向転換して、南向き(真北から約−168.7度)に真っ直ぐ60mを歩行して、終点に到着するルートである。
5. Example An experiment in which a subject wearing the navigation device 1 of the present embodiment walks the following walking test and calculates a movement trajectory was performed. The walking test route walks 60m straight from the starting point to the north (approximately 11.3 degrees from true north), turns 180 degrees, and travels 60m straight to the south (approximately -168.7 degrees from true north). It is a route that walks and arrives at the end point.

まず、比較例として、地磁気センサー42の検出結果を用いて算出した方位角及び歩幅の積分結果から移動軌跡を算出した。   First, as a comparative example, the movement locus was calculated from the integration result of the azimuth angle and the stride calculated using the detection result of the geomagnetic sensor 42.

図6(A)は、比較例の移動軌跡を示す図、図6(B)は比較例における地磁気センサーの検出結果から算出した方位角を示す図である。図6(A)に示された記号“N”は真北の方向を表す。以下の図においても同様である。歩行開始前に、センサー部40のキャリブレーションを行って、予め地磁気センサー42のオフセットを算出した。しかし、図6(A)に示すように、移動軌跡の途中から方位角がずれ始めたている。また、図6(B)に示すように、後半(方向転換後)の方位角のばらつきが大きくて不安定である。これらの結果から、地磁気センサー42は歩行中に何らかの影響を受けてオフセットに変化が発生し、検出結果に真値からのずれが発生したと考えられる。   FIG. 6A is a diagram showing a movement trajectory of the comparative example, and FIG. 6B is a diagram showing an azimuth angle calculated from the detection result of the geomagnetic sensor in the comparative example. The symbol “N” shown in FIG. 6A represents the direction of true north. The same applies to the following drawings. Before the start of walking, the sensor unit 40 was calibrated, and the offset of the geomagnetic sensor 42 was calculated in advance. However, as shown in FIG. 6A, the azimuth angle starts to shift from the middle of the movement locus. Further, as shown in FIG. 6B, the variation in the azimuth angle in the second half (after the direction change) is large and unstable. From these results, it is considered that the geomagnetic sensor 42 is affected by some influence during walking, and the offset changes, and the detection result deviates from the true value.

一方、第1の実施例として、ジャイロセンサー43から計測された角速度を用いて、地磁気センサー42の検出結果の予測を行い、予測された検出結果そのものを用いて移動軌跡を算出した。   On the other hand, as a first embodiment, the detection result of the geomagnetic sensor 42 is predicted using the angular velocity measured from the gyro sensor 43, and the movement locus is calculated using the predicted detection result itself.

図7は、第1の実施例の移動軌跡を示す図である。図7に示すように、移動軌跡は実際の歩行試験ルートとほぼ一致し、方位角のずれが目視でほぼ分からない程度であった。予測された地磁気センサー42の3軸成分から算出された方位角は、真値とほぼ一致したと推測できる。   FIG. 7 is a diagram showing a movement locus of the first embodiment. As shown in FIG. 7, the movement trajectory almost coincided with the actual walking test route, and the deviation of the azimuth angle was almost unknown. It can be estimated that the azimuth angle calculated from the predicted three-axis components of the geomagnetic sensor 42 substantially coincides with the true value.

図8は、第1の実施例における方位角の算出結果を示す図である。図8(A)は、地磁気センサーの検出結果から算出した方位角を示す図である。図8(B)は予測された地磁気センサー42の検出結果から算出した方位角を示す図である。図8(A)と図8(B)とを比較すると、歩行の前半(方向転換前)は、図8(A)の方が少し右上がりの傾向であり、後半(方向転換後)は、図8(B)の方が安定的でばらつきも小さい。このことから、予測された検出結果を用いることで、オフセットの変化によって方位角の算出精度が低下することを回避し、方位角を算出できることが分かる。しかし、予測を繰り返すと、ジャイロセンサー43の角速度の誤差が累積することにより地磁気センサー42の検出結果の予測精度が低下する虞がある。   FIG. 8 is a diagram showing the calculation result of the azimuth angle in the first embodiment. FIG. 8A is a diagram showing the azimuth angle calculated from the detection result of the geomagnetic sensor. FIG. 8B shows the azimuth angle calculated from the predicted detection result of the geomagnetic sensor 42. Comparing FIG. 8 (A) and FIG. 8 (B), in the first half of the walk (before the direction change), FIG. 8 (A) tends to rise slightly to the right, and the second half (after the direction change) FIG. 8B is more stable and has less variation. From this, it can be seen that by using the predicted detection result, it is possible to avoid the deterioration of the azimuth calculation accuracy due to the change in the offset and to calculate the azimuth. However, if the prediction is repeated, the error in the angular velocity of the gyro sensor 43 accumulates, and the prediction accuracy of the detection result of the geomagnetic sensor 42 may decrease.

図9は、第1の実施例における地磁気ベクトルの各成分を示す図である。図9において、Mは地磁気センサー42の検出結果の成分(実測値M)、Pは予測された地磁気ベクトルの成分である(予測値P)。図9(A)は、X軸方向の成分の実測値Mと予測値Pとの比較であり、図9(B)は、Y軸方向の成分の実測値Mと予測値Pとの比較であり、図9(C)は、Z軸方向の成分の実測値Mと予測値Pとの比較である。程度は異なるが、いずれの軸においても後半に実測値Mと予測値Pとの差が大きくなっている。X軸の正方向が被験者の前方向であるので、X軸方向の成分の変化は進行方向の変化を表すので、180度方向転換している本実施例では、検出結果が正しければグラフは0μTの点を挟んでほぼ回転対称となる。図9(A)に示すように、予測値Pは前半が約−40μT、後半が約+40μTで、被験者の動きを反映した結果であった。一方、実測値Mは、前半が約−40μT、後半が約+15μTで、前半と後半が非対称であった。この結果から、実測値Mと比べて、予測値Pの方が正しいことが分かった。地磁気センサー42の3軸成分の実測値Mには、何らかの影響を受けて、地磁気センサー42の出力のオフセットにずれが発生したと考えられる。   FIG. 9 is a diagram showing each component of the geomagnetic vector in the first embodiment. In FIG. 9, M is a component of the detection result of the geomagnetic sensor 42 (actual value M), and P is a component of the predicted geomagnetic vector (predicted value P). 9A shows a comparison between the actual measurement value M of the component in the X-axis direction and the predicted value P, and FIG. 9B shows a comparison between the actual measurement value M of the component in the Y-axis direction and the predicted value P. FIG. 9C is a comparison between the actual measurement value M and the predicted value P of the component in the Z-axis direction. Although the degree is different, the difference between the actual measurement value M and the predicted value P increases in the latter half of any axis. Since the positive direction of the X-axis is the forward direction of the subject, the change in the component in the X-axis direction represents the change in the traveling direction. Therefore, in this embodiment where the direction is changed by 180 degrees, the graph is 0 μT if the detection result is correct. It is almost rotationally symmetric with respect to this point. As shown in FIG. 9 (A), the predicted value P is about −40 μT in the first half and about +40 μT in the second half, which is a result reflecting the movement of the subject. On the other hand, the measured value M was about -40 μT in the first half and about +15 μT in the second half, and the first half and the second half were asymmetric. From this result, it was found that the predicted value P was more correct than the actually measured value M. It is considered that the measured value M of the three-axis component of the geomagnetic sensor 42 is affected by some influence, and the offset of the output of the geomagnetic sensor 42 has shifted.

さらに、第2の実施例として、実施形態で説明した方法で移動軌跡を算出した。つまり、予測された地磁気センサー42の検出結果と地磁気センサーの実際の検出結果とを比較して、比較結果が所定範囲以内でないと判定されたら、地磁気センサー42のオフセットを補正して、移動軌跡を算出した。   Furthermore, as a second example, the movement trajectory was calculated by the method described in the embodiment. That is, the predicted detection result of the geomagnetic sensor 42 is compared with the actual detection result of the geomagnetic sensor, and if it is determined that the comparison result is not within the predetermined range, the offset of the geomagnetic sensor 42 is corrected and the movement trajectory is determined. Calculated.

図10は、第2の実施例の移動軌跡を示す図である。移動軌跡80は、第2の実施例の移動軌跡である。移動軌跡82は、第1の実施例の移動軌跡である。図10から、2つの実施例の移動軌跡はほぼ一致していることが分かる。したがって、本実施形態の方法で地磁気センサー42のオフセットを補正することで、正しい方位角を得ることができたことが分かる。   FIG. 10 is a diagram illustrating a movement locus of the second embodiment. The movement locus 80 is the movement locus of the second embodiment. The movement locus 82 is the movement locus of the first embodiment. From FIG. 10, it can be seen that the movement trajectories of the two examples are almost the same. Therefore, it can be seen that the correct azimuth angle can be obtained by correcting the offset of the geomagnetic sensor 42 by the method of the present embodiment.

図11は、第2の実施例における地磁気ベクトルの各成分を示す図である。図11において、Cは実測値Mを本実施形態の方法で補正した値(補正値C)である。符号Pは図9と同様であるので説明を省略する。図11(A)は、X軸方向の補正値Cと予測値Pとの比較であり、図11(B)は、Y軸方向の補正値Cと予測値Pとの比較であり、図11(C)は、Z軸方向の補正値Cと予測値Pとの比較である。図11(A)、(B)、(C)に示すように、予測結果を利用してオフセットを補正したことで、図9と比較して、補正値Cが予測値Pに近づいていることが分かる。   FIG. 11 is a diagram showing each component of the geomagnetic vector in the second embodiment. In FIG. 11, C is a value (correction value C) obtained by correcting the actual measurement value M by the method of this embodiment. Reference numeral P is the same as in FIG. 11A shows a comparison between the correction value C in the X-axis direction and the predicted value P, and FIG. 11B shows a comparison between the correction value C in the Y-axis direction and the predicted value P. FIG. (C) is a comparison between the correction value C in the Z-axis direction and the predicted value P. As shown in FIGS. 11A, 11 </ b> B, and 11 </ b> C, the correction value C approaches the predicted value P as compared with FIG. 9 by correcting the offset using the prediction result. I understand.

6.変形例
なお、本発明を適用可能な実施形態は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、変形例について説明する。なお、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
6). The embodiment to which the present invention is applicable is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Hereinafter, modified examples will be described. In addition, about the structure same as the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and repeated description is abbreviate | omitted.

(変形例1)
上記実施形態では、オフセットを更新した場合に、第2の時刻における予測結果を用いて次の予測を開始したが、センサーデータ605に記憶された第2の時刻における地磁気センサー42の出力を、更新されたオフセットで補正して、得られた検出結果を用いて方位角を算出してもよい。これにより、第2の時刻における予測結果を用いて次の予測を行う場合と同様の結果を得ることができる。
(Modification 1)
In the above embodiment, when the offset is updated, the next prediction is started using the prediction result at the second time, but the output of the geomagnetic sensor 42 at the second time stored in the sensor data 605 is updated. The azimuth angle may be calculated using the detection result obtained by correcting with the offset. Thereby, the result similar to the case where the next prediction is performed using the prediction result at the second time can be obtained.

(変形例2)
上記実施形態では、直交3軸の地磁気ベクトルを検出する地磁気センサー42を用いているが、傾きを考慮せず、平面上(2次元)で方位角を考える場合、地磁気センサー42はX軸方向及びY軸方向の地磁気成分が検出できればよい。地磁気センサーがX軸方向及びY軸方向の成分を検出する場合、地磁気の成分と姿勢角との関係式は式(3)で表される。式(3)を式(1−1)に代入して得られる式(4)を用いて地磁気センサー42の検出結果を予測することができる。
(Modification 2)
In the above embodiment, the geomagnetic sensor 42 that detects orthogonal three-axis geomagnetic vectors is used. However, when the azimuth is considered on a plane (two dimensions) without considering the tilt, the geomagnetic sensor 42 It is only necessary to detect the geomagnetic component in the Y-axis direction. When the geomagnetic sensor detects components in the X-axis direction and the Y-axis direction, a relational expression between the geomagnetic component and the posture angle is expressed by Expression (3). The detection result of the geomagnetic sensor 42 can be predicted using the equation (4) obtained by substituting the equation (3) into the equation (1-1).

ここで、δΨ=ωZ*Δtである。 Here, δΨ = ω Z * Δt.

(変形例3)
上記実施形態では、ジャイロセンサー43からの検出結果が得られる毎に地磁気センサー42の検出結果の予測を行うこととしたが、地磁気センサー42のオフセットを補正するタイミングでのみ予測を行ってもよい。すなわち、予測を行う頻度はジャイロセンサー43の出力頻度よりも少なくてもよい。以下に、本変形例の予測に用いる式を示す。予測を行うタイミング(間隔)は、実施形態の所定時間と同様である。第1の時刻(ここでは時刻t=1)から第2の時刻(ここでは時刻tk+1)まで、角度(姿勢)変化を式(5)によって計算しておき、第2の時刻において式(6)を用いて予測を行う。
(Modification 3)
In the above embodiment, the detection result of the geomagnetic sensor 42 is predicted every time the detection result from the gyro sensor 43 is obtained. However, the prediction may be performed only at the timing of correcting the offset of the geomagnetic sensor 42. That is, the frequency of performing the prediction may be less than the output frequency of the gyro sensor 43. Below, the formula used for prediction of this modification is shown. The timing (interval) for performing the prediction is the same as the predetermined time in the embodiment. From the first time (here, time t = 1) to the second time (here, time t k + 1 ), the angle (posture) change is calculated by equation (5), and the equation at the second time is calculated. Prediction is performed using (6).

ここで、[Δθ]kは、式(1−2)と同様である。 Here, [Δθ] k is the same as in equation (1-2).

自動車など、角速度に急激な変動が少ない移動体を対象とする場合、ジャイロセンサー43の検出結果1個毎に式(5)の計算を行うかわりに、10個の検出結果を各軸の成分毎に平均したものを各軸の角速度ωとして用いてもよい。平均することで計算量が軽減される。   When a mobile object such as an automobile, which has a small change in angular velocity, is used as a target, instead of calculating Equation (5) for each detection result of the gyro sensor 43, 10 detection results are calculated for each axis component. You may use what was averaged as angular velocity (omega) of each axis | shaft. The amount of calculation is reduced by averaging.

(変形例4)
上記実施形態では、ジャイロセンサー43の検出結果から求めたロール角及びピッチ角を用いて方位角を算出した(式(2))が、加速度センサー41の検出結果を用いて方位角を算出してもよい。例えば、移動体が静止しているときの加速度センサー41の各軸の検出結果と重力加速度ベクトルとから、NED(North East Down)座標系からセンサー座標系への回転角(ロール及びピッチ)を算出することができる。
(Modification 4)
In the above embodiment, the azimuth angle is calculated using the roll angle and the pitch angle obtained from the detection result of the gyro sensor 43 (Equation (2)), but the azimuth angle is calculated using the detection result of the acceleration sensor 41. Also good. For example, the rotation angle (roll and pitch) from the NED (North East Down) coordinate system to the sensor coordinate system is calculated from the detection result of each axis of the acceleration sensor 41 and the gravitational acceleration vector when the moving body is stationary. can do.

(変形例5)
上記実施形態では、移動体として人(すなわち歩行者)を例示しているが、方位算出装置を自動車に搭載してもよい。自転車に搭載してもよい。また、自律歩行ロボットや、動物に装着してもよい。方位算出装置を人が携帯すれば、自動車に乗車する場合、自転車に乗る場合、徒歩で行動する場合、のいずれにおいても移動体とみなされる。
(Modification 5)
In the said embodiment, although the person (namely, pedestrian) is illustrated as a moving body, you may mount an azimuth | direction calculation apparatus in a motor vehicle. It may be mounted on a bicycle. Moreover, you may mount | wear with an autonomous walking robot or an animal. If the azimuth calculating device is carried by a person, the vehicle is regarded as a moving body in any case of riding in a car, riding a bicycle, or acting on foot.

(変形例6)
上記実施形態では、歩行検出を行い、歩行速度と歩幅を推定して移動軌跡を算出したが、移動軌跡算出処理のうち、方位算出処理以外の処理は公知の慣性航法演算によって行うことができる。例えば、加速度センサー41の検出結果と方位算出処理で求めた方位とを用いて、予測演算及び積分等によって速度ベクトルと位置を算出することで移動軌跡を算出してもよい。
(Modification 6)
In the above-described embodiment, walking detection is performed, and a walking trajectory is calculated by estimating walking speed and stride. However, processing other than the azimuth calculation processing in the moving trajectory calculation processing can be performed by a known inertial navigation calculation. For example, the movement trajectory may be calculated by calculating the velocity vector and the position by prediction calculation, integration, or the like using the detection result of the acceleration sensor 41 and the direction obtained by the direction calculation process.

(変形例7)
上記実施形態では、絶対位置を外部との通信によって取得するものとしたが、GPS(Global Positioning System)を利用してもよい。この場合、ナビゲーション装置1はさらに、GPS位置算出部(図示せず)を含んで構成される。GPS位置算出部は、測位用衛星の一種であるGPS衛星から発信されているGPS衛星信号を利用して、所定の時間間隔(例えば1秒に1回)でユーザーの位置、移動速度及び移動方向を算出する位置算出回路である。GPS位置算出部は、ナビゲーション装置1とGPS衛星間の擬似距離を利用した公知の位置算出計算を行ってユーザーの絶対位置を算出する。
(Modification 7)
In the above embodiment, the absolute position is acquired by communication with the outside, but GPS (Global Positioning System) may be used. In this case, the navigation device 1 further includes a GPS position calculation unit (not shown). The GPS position calculation unit uses a GPS satellite signal transmitted from a GPS satellite, which is a kind of positioning satellite, at a predetermined time interval (for example, once per second), the user's position, moving speed, and moving direction. This is a position calculation circuit for calculating. The GPS position calculation unit calculates the absolute position of the user by performing a known position calculation calculation using a pseudo distance between the navigation device 1 and the GPS satellite.

また、GPS位置算出部を用いて、ナビゲーション装置1及びGPS衛星の移動に伴うドップラー周波数の時間変化を利用した公知の移動速度・移動方向算出計算を行って、ユーザーの移動速度及び移動方向を算出してもよい。算出した移動速度、移動方向、絶対位置を用いて、移動軌跡算出処理における歩行速度や位置の補正、慣性航法演算におけるバイアス等の推定を行ってもよい。   In addition, using the GPS position calculation unit, the user's moving speed and moving direction are calculated by performing a known moving speed / moving direction calculation calculation using the time change of the Doppler frequency accompanying the movement of the navigation device 1 and the GPS satellite. May be. Using the calculated moving speed, moving direction, and absolute position, the walking speed and position may be corrected in the movement trajectory calculation process, and a bias in inertial navigation calculation may be estimated.

(変形例8)
上記実施形態では、ナビゲーション装置1は移動軌跡を表示する表示部30を有する構成としたが、表示部30は無くてもよい。表示部30を設けない場合、近距離無線通信によって移動軌跡データ609に記憶された情報を送信して、スマートフォン、腕時計型の表示装置等の携帯機器に移動軌跡を表示させてもよい。音声によって軌跡や位置の情報をユーザーに通知してもよい。
(Modification 8)
In the above embodiment, the navigation device 1 has the display unit 30 that displays the movement trajectory, but the display unit 30 may not be provided. When the display unit 30 is not provided, information stored in the movement locus data 609 may be transmitted by short-range wireless communication, and the movement locus may be displayed on a mobile device such as a smartphone or a wristwatch type display device. The user may be notified of locus and position information by voice.

(変形例9)
上記実施形態では、ナビゲーション装置1は方位算出装置(歩行方向推定部15)及び移動軌跡算出部16を含むものとして説明したが、方位算出装置を独立の機器としてもよい。例えば、方位算出装置は地磁気センサー42と、ジャイロセンサー43と、方位算出プログラムを実行する処理部10とを含む機器として構成することができる。また、地磁気センサー42及びジャイロセンサー43を用いて出力を記録し、パーソナルコンピューター等によって当該出力を用いて後から方位算出処理を実行することも可能である。
(Modification 9)
In the above embodiment, the navigation device 1 has been described as including the azimuth calculation device (walking direction estimation unit 15) and the movement trajectory calculation unit 16, but the azimuth calculation device may be an independent device. For example, the azimuth calculation device can be configured as a device including the geomagnetic sensor 42, the gyro sensor 43, and the processing unit 10 that executes the azimuth calculation program. It is also possible to record the output using the geomagnetic sensor 42 and the gyro sensor 43 and execute the azimuth calculation process later using the output using a personal computer or the like.

1…ナビゲーション装置 10…処理部 11…歩行速度判定部 12…フィルター処理部 13…歩行検出部 14…歩幅推定部 15…歩行方向推定部(方位算出装置) 16…移動軌跡算出部 17…地磁気予測部 18…地磁気オフセット判定部 19…地磁気オフセット補正部 20…操作部 23…方位算出部 30…表示部 40…センサー部 41…加速度センサー 42…地磁気センサー 43…ジャイロセンサー 60…記憶部 70…バス 80,82…移動軌跡 601…移動軌跡算出プログラム 602…歩行速度域判定用テーブル 603…閾値周波数決定用テーブル 604…相関モデル式データ 605…センサーデータ 606…推定歩幅データ 607…歩行方向データ 609…移動軌跡データ 610…オフセット補正プログラム 611…オフセットデータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Navigation apparatus 10 ... Processing part 11 ... Walking speed determination part 12 ... Filter processing part 13 ... Walking detection part 14 ... Stride estimation part 15 ... Walking direction estimation part (orientation calculation apparatus) 16 ... Movement locus calculation part 17 ... Geomagnetic prediction Unit 18: Geomagnetic offset determination unit 19 ... Geomagnetic offset correction unit 20 ... Operation unit 23 ... Direction calculation unit 30 ... Display unit 40 ... Sensor unit 41 ... Acceleration sensor 42 ... Geomagnetic sensor 43 ... Gyro sensor 60 ... Storage unit 70 ... Bus 80 , 82 ... Movement locus 601 ... Movement locus calculation program 602 ... Walking speed range determination table 603 ... Threshold frequency determination table 604 ... Correlation model formula data 605 ... Sensor data 606 ... Estimated step length data 607 ... Walking direction data 609 ... Movement locus Data 610 ... Offset correction Program 611: Offset data.

Claims (6)

移動体に設置された地磁気センサーの第1の時刻における第1の検出結果と、前記移動体に設置されたジャイロセンサーの、前記第1の時刻から前記第1の時刻よりも後の第2の時刻までの検出結果とを用いて、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することと、
前記予測された検出結果と、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの第2の検出結果とを比較して、前記比較の結果が所定範囲以内であるか否かを判定することと、
前記比較の結果が所定範囲以内でないと判定した場合に、前記予測された検出結果を用いて前記地磁気センサーの出力のオフセットを補正することと、
を含む、
オフセット補正方法。
The first detection result at the first time of the geomagnetic sensor installed on the moving body and the second of the gyro sensor installed on the moving body after the first time from the first time Predicting the detection result of the geomagnetic sensor at the second time using the detection result up to the time;
Comparing the predicted detection result with a second detection result of the geomagnetic sensor at the second time to determine whether the result of the comparison is within a predetermined range;
When it is determined that the result of the comparison is not within a predetermined range, the offset of the output of the geomagnetic sensor is corrected using the predicted detection result;
including,
Offset correction method.
請求項1に記載のオフセット補正方法において、
前記比較の結果が前記所定範囲以内であると判定した場合に、前記第2の検出結果を用いてジャイロセンサーのバイアスを補正することを含む、
オフセット補正方法。
The offset correction method according to claim 1,
Correcting the gyro sensor bias using the second detection result when it is determined that the result of the comparison is within the predetermined range;
Offset correction method.
請求項1又は2に記載のオフセット補正方法において、さらに、
前記比較の結果が前記所定範囲以内でないと判定した場合に、前記予測された検出結果と、前記第2の時刻から前記第2の時刻よりも後の第3の時刻までの前記ジャイロセンサーの検出結果とを用いて、前記第3の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することと、を含む、
オフセット補正方法。
The offset correction method according to claim 1, further comprising:
When it is determined that the comparison result is not within the predetermined range, the predicted detection result and detection of the gyro sensor from the second time to a third time after the second time Using the result to predict the detection result of the geomagnetic sensor at the third time,
Offset correction method.
請求項1又は2に記載のオフセット補正方法において、さらに、
前記比較の結果が前記所定範囲以内でないと判定した場合に、前記補正されたオフセットを用いて前記第2の時刻における地磁気センサーの出力を補正し、新たな第2の検出結果を得ることと、
前記新たな第2の検出結果と、前記第2の時刻から前記第2の時刻よりも後の第3の時刻までの前記ジャイロセンサーの検出結果とを用いて、前記第3の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することを含む、
オフセット補正方法。
The offset correction method according to claim 1, further comprising:
When it is determined that the result of the comparison is not within the predetermined range, the output of the geomagnetic sensor at the second time is corrected using the corrected offset to obtain a new second detection result;
The geomagnetism at the third time using the new second detection result and the detection result of the gyro sensor from the second time to a third time after the second time. Including predicting sensor detection results,
Offset correction method.
請求項1〜4のいずれか一項に記載のオフセット補正方法において、さらに、
前記比較の結果が前記所定範囲以内であると判定した場合に、前記第2の検出結果と、前記第2の時刻から前記第2の時刻よりも後の第3の時刻までの前記ジャイロセンサーの検出結果とを用いて、前記第3の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測することを含む、
オフセット補正方法。
In the offset correction method according to any one of claims 1 to 4,
When it is determined that the result of the comparison is within the predetermined range, the second detection result and the gyro sensor from the second time to a third time after the second time. Using the detection result to predict the detection result of the geomagnetic sensor at the third time,
Offset correction method.
移動体に設置された地磁気センサーの第1の時刻における第1の検出結果と、前記移動体に設置されたジャイロセンサーの、前記第1の時刻から前記第1の時刻よりも後の第2の時刻までの検出結果とを用いて、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの検出結果を予測する地磁気予測部と、
前記地磁気予測部によって前記予測された検出結果と、前記第2の時刻における前記地磁気センサーの第2の検出結果とを比較して、前記比較の結果が所定範囲以内であるか否かを判定する地磁気オフセット判定部と、
前記地磁気オフセット判定部によって前記比較の結果が所定範囲以内でないと判定された場合に、前記予測された検出結果を用いて前記地磁気センサーの出力のオフセットを補正するオフセット補正部と、
を含む、
オフセット補正装置。
The first detection result at the first time of the geomagnetic sensor installed on the moving body and the second of the gyro sensor installed on the moving body after the first time from the first time A geomagnetism prediction unit that predicts the detection result of the geomagnetic sensor at the second time using the detection results up to the time;
The detection result predicted by the geomagnetism prediction unit is compared with the second detection result of the geomagnetic sensor at the second time to determine whether the comparison result is within a predetermined range. A geomagnetic offset determination unit;
An offset correction unit that corrects an offset of the output of the geomagnetic sensor using the predicted detection result when the geomagnetic offset determination unit determines that the comparison result is not within a predetermined range;
including,
Offset correction device.
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