JP2007163389A - Direction sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地磁気を検出し方位を算出する方位センサに関するものである。 The present invention relates to an orientation sensor that detects geomagnetism and calculates an orientation.
近年、自動車の走行ナビゲーションシステムや、携帯電話を用いた歩行者用ナビゲーションシステムの実用化が急速化している。このようなシステムでは、地磁気を検出し方位を求める方位センサの搭載が必須である。進行方向を検出する方位センサの誤差が直接ナビゲーションシステムの性能にかかわってくるので、磁気センサを方位センサとして使用したシステムでは磁気センサに高い精度が要求される。 In recent years, the practical use of travel navigation systems for automobiles and navigation systems for pedestrians using mobile phones has been accelerated. In such a system, it is essential to mount an orientation sensor that detects geomagnetism and determines the orientation. Since the error of the direction sensor that detects the direction of travel directly affects the performance of the navigation system, a high accuracy is required for the magnetic sensor in a system that uses the magnetic sensor as the direction sensor.
一般にナビゲーションシステム等の機器には金属の部品が搭載されるが、これらの部品は強い磁界の中通過するなどの影響により、それ自体が磁気を帯びることがある。この様な状態を着磁と呼ぶ。 In general, metal parts are mounted on a device such as a navigation system, but these parts may be magnetized by themselves due to the effect of passing through a strong magnetic field. Such a state is called magnetization.
磁気センサが地磁気を検出するときの出力電圧は、着磁が全く無い場合は、基準電圧を中心とした出力電圧が得られる。ところが、機器内に着磁した部品が存在すると、磁気センサの出力は、基準電圧にオフセットが加わった電圧を中心とした出力となってしまう。このようなオフセットを含んだ出力から方位を算出すると実際の方位とは一致しなくなる。 When the magnetic sensor detects geomagnetism, an output voltage centered on the reference voltage is obtained when there is no magnetization. However, if there are magnetized parts in the device, the output of the magnetic sensor is an output centered on a voltage obtained by adding an offset to the reference voltage. If the azimuth is calculated from the output including such an offset, it does not coincide with the actual azimuth.
この方位誤差を補正するため、磁気センサを搭載している機器では機器全体を１回転させ、磁気センサの出力電圧の最大値と最小値の平均を算出して新たな基準電圧（補正値）とする方法を取ることがある。 In order to correct this azimuth error, in the device equipped with the magnetic sensor, the entire device is rotated once, the average of the maximum value and the minimum value of the output voltage of the magnetic sensor is calculated, and a new reference voltage (correction value) May take a way to.
しかし、着磁の状況が変化するたびに機器を回転させ補正するというのはユーザにとって非常に煩わしいという問題があり、従来より機器を回転させずとも磁気センサの数回の出力値よりオフセットを演算により求める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 However, there is a problem that it is very troublesome for the user to rotate and correct the device every time the magnetization status changes, so that the offset is calculated from the output value of the magnetic sensor several times without rotating the device. Has been proposed (for example, see Patent Document 1).
これは、周辺の部品の着磁に応じたオフセットを得て補正する方法であり、具体的には着磁後であっても、その後着磁状態が変化しない間にサンプリングされた相異なる３組の２次元座標値が定める３点を用いて、その３点から所定の距離にあるオフセットとなる２次元座標値（３円の交点）を得て、このオフセットを使用して正しい方位を得ようとするものである。 This is a method of obtaining and correcting an offset according to the magnetization of peripheral components. Specifically, even after magnetization, three different sets of samples sampled while the magnetization state does not change thereafter. Using the three points defined by the two-dimensional coordinate values, obtain a two-dimensional coordinate value (intersection of three circles) that is an offset at a predetermined distance from the three points, and use this offset to obtain the correct orientation It is what.
この方法について、更に詳細に図を用いて説明を行う。図５は、方位センサを含む機器を水平状態下で一周回させたときのＸ軸、Ｙ軸磁気センサの出力の関係を示したものである。横軸VｘがＸ軸の磁気センサの出力であり、縦軸VｙがＹ軸の磁気センサ出力である。一周回させたとき、これら磁気センサ出力は図５において点線で示した軌跡をとる。 This method will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 5 shows the relationship between the outputs of the X-axis and Y-axis magnetic sensors when a device including the azimuth sensor is rotated once in a horizontal state. The horizontal axis Vx is the output of the X-axis magnetic sensor, and the vertical axis Vy is the output of the Y-axis magnetic sensor. When the circuit is rotated once, these magnetic sensor outputs have a locus indicated by a dotted line in FIG.
この図５から、水平状態下でのＸＹ出力グラフは円形状となっていることが判る。また、このときの円の半径は地磁気の水平成分に相当する出力を表しており、円の中心座標はＸ軸の磁気センサ出力とＹ軸の磁気センサ出力の原点に対するオフセットＯ１を示すこととなる。ここで、この出力円上の３点のＡ、Ｂ、Ｃの２次元座標が判ると、３点から等距離の点、すなわち図５に示す実線の３つの円の交点Ｏ１を求めることにより、オフセットを求めることができる。この方法によれば、周辺部品の着磁量が経時的に変化した場合であっても、その都度、着磁に係るオフセットＯ１を取得できるため、機器を水平状態下で
一周回させずともオフセットＯ１を得ることができる。
From FIG. 5, it can be seen that the XY output graph in the horizontal state is circular. The radius of the circle at this time represents an output corresponding to the horizontal component of geomagnetism, and the center coordinates of the circle indicate an offset O1 with respect to the origin of the X-axis magnetic sensor output and the Y-axis magnetic sensor output. . Here, when the two-dimensional coordinates of three points A, B, and C on the output circle are known, by obtaining a point equidistant from the three points, that is, an intersection point O1 of three solid circles shown in FIG. An offset can be determined. According to this method, even when the magnetization amount of the peripheral component changes with time, the offset O1 related to the magnetization can be acquired each time, so that the offset can be performed without making the device circulate in a horizontal state. O1 can be obtained.
また、この考えを３次元に拡張すれば、３次元座標におけるＸＹＺ軸磁気センサの異なる４点の磁気センサ出力から球の中心座標を求めることにより、オフセットを得ることができることは容易に理解できるであろう。 If this idea is extended to three dimensions, it can be easily understood that the offset can be obtained by obtaining the center coordinates of the sphere from the four different magnetic sensor outputs of the XYZ axis magnetic sensor in the three-dimensional coordinates. I will.
しかしながら、特許文献１に示した従来の方位センサは、周囲状況の影響を受けやすい地磁気の測定値、すなわち誤差の大きい磁気センサ出力を用いてオフセットＯ１を算出しているため、算出したオフセットＯ１が真のオフセットからずれてしまうという欠点があった。 However, since the conventional azimuth sensor shown in Patent Document 1 calculates the offset O1 using a measured value of geomagnetism that is easily influenced by the surrounding situation, that is, a magnetic sensor output with a large error, the calculated offset O1 is There was a drawback that it deviated from the true offset.
また、たとえ磁気センサ出力に誤差が少なかった場合でも、測定点の取り方によっては、算出したオフセットＯ１が真のオフセットから大きくずれてしまうという欠点があった。このことを、図６、図７を用いて説明する。図６、図７は、従来の方位センサが示す出力軌跡図である。 Further, even if there is little error in the output of the magnetic sensor, there is a disadvantage that the calculated offset O1 greatly deviates from the true offset depending on how to take the measurement points. This will be described with reference to FIGS. 6 and 7 are output trajectory diagrams shown by the conventional direction sensor.
図６に示すＯ１点が、真のオフセットであるとする。測定点である３点Ａ、Ｂ、Ｃの内のひとつＣ点に僅かに誤差がのり原点方向に移動したとすると、図７のようになる。すなわち、Ｃ点がＣ’点に僅かに移動しただけで、算出されるＯ２点は真のオフセットＯ１点とは大きくずれてしまうことが分かる。この様な、真のオフセットＯ１からずれたオフセットＯ２を用いて、磁気センサ出力をオフセット補正するシステムでは、真の方位を得ることができないことは明白である。 Assume that the point O1 shown in FIG. 6 is a true offset. If there is a slight error at one of the three measurement points A, B, and C and the error moves to the origin, the result is as shown in FIG. That is, it can be seen that the calculated O2 point is greatly deviated from the true offset O1 point by only slightly moving the C point to the C 'point. It is clear that the true orientation cannot be obtained in such a system that offset-corrects the magnetic sensor output using the offset O2 deviated from the true offset O1.
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、地磁気の測定値に誤差が含まれた場合であっても、精度よくオフセットを算出し、真の方位を得ることができる方位センサを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problem, and an orientation sensor that can accurately calculate an offset and obtain a true orientation even when an error is included in a measured value of geomagnetism. It is to provide.
上記目的を達成するため、本発明の方位センサは、基本的に下記に示す構造を採用するものである。 In order to achieve the above object, the azimuth sensor of the present invention basically employs the structure shown below.
本発明の方位センサは、地磁気を検出し方位を算出する方位センサであって、地磁気を検出する検出する磁気センサと、異なる姿勢における磁気センサ出力に基づき、１次オフセットを算出するオフセット算出手段と、オフセット算出手段が算出した１次オフセットを基準として、１次オフセットの算出に使用した姿勢とは異なる姿勢における磁気センサ出力が、予め設定された範囲にあるか否かを判断して、予め設定された範囲以外と判断したときの１次オフセットを破棄した上で、オフセット補正に有効な２次オフセットを出力する信頼性評価手段を有するオフセット処理手段と、２次オフセットを得た後に、磁気センサ出力に対するオフセット補正を行った上で方位を算出する方位算出手段とを有することを特徴とするものである。 An azimuth sensor according to the present invention is a azimuth sensor that detects geomagnetism and calculates an azimuth, and detects a magnetic sensor that detects geomagnetism, and an offset calculation unit that calculates a primary offset based on magnetic sensor outputs in different postures. Based on the primary offset calculated by the offset calculation means, it is determined whether the magnetic sensor output in a posture different from the posture used for calculating the primary offset is within a preset range. An offset processing means having a reliability evaluation means for outputting a secondary offset effective for offset correction after discarding the primary offset when judged to be outside the range, and after obtaining the secondary offset, the magnetic sensor And an azimuth calculating means for calculating the azimuth after performing offset correction on the output.
また、本発明の方位センサは、前述したオフセット処理手段が、信頼性評価手段によって得られる２次オフセットの過去の値に対する今回得られる２次オフセットの変化量を算出し、この変換量が小さくなる様に２次オフセットを修正した３次オフセットを出力するオフセット変化量制限手段をさらに備えることを特徴とするものである。 In the azimuth sensor of the present invention, the offset processing unit described above calculates a change amount of the secondary offset obtained this time with respect to the past value of the secondary offset obtained by the reliability evaluation unit, and this conversion amount becomes small. In this manner, the apparatus further includes an offset change amount limiting means for outputting a tertiary offset obtained by correcting the secondary offset.
また、本発明の方位センサは、前述したオフセット処理手段が、３次オフセットの平均値を算出して４次オフセットを出力する平均手段をさらに備えることを特徴とするものである。 In the azimuth sensor according to the present invention, the offset processing means described above further includes an averaging means for calculating an average value of the third-order offset and outputting a fourth-order offset.
また、本発明の方位センサは、姿勢を検出して傾斜センサ出力を出力する傾斜センサをさらに備え、前述した方位算出手段が、磁気センサ出力とともに傾斜センサ出力を使って方位を得る手段であることを特徴とするものである。 The azimuth sensor according to the present invention further includes a tilt sensor that detects a posture and outputs a tilt sensor output, and the azimuth calculation unit described above is a unit that obtains a azimuth by using the tilt sensor output together with the magnetic sensor output. It is characterized by.
本発明の方位センサは、オフセット処理手段を設けたことにより、誤差を低減した精度の高いオフセットを算出することができる。その結果、精度の高い方位を算出できる。 The azimuth sensor of the present invention can calculate an accurate offset with reduced error by providing the offset processing means. As a result, a highly accurate azimuth can be calculated.
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。
図１は、本発明の方位センサを示す構成図である。図２は、３次元観測座標系における、本発明の方位センサの磁気センサ出力を示す図である。図３は、本発明の方位センサにおけるオフセット処理手段を示す構成図である。図４は、本発明の方位センサにおけるオフセット処理手段のフローチャートである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an orientation sensor of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the magnetic sensor output of the azimuth sensor of the present invention in the three-dimensional observation coordinate system. FIG. 3 is a block diagram showing the offset processing means in the direction sensor of the present invention. FIG. 4 is a flowchart of the offset processing means in the direction sensor of the present invention.
[構造説明：図１]
まず、本発明の方位センサの構成について図１を用いて説明する。
図１において、符号１はＸ、Ｙ、Ｚ軸の磁気を検出する磁気センサを、符号２はＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度を検出する傾斜センサを示している。また、符号３は磁気センサのオフセットを算出するオフセット算出手段を、符号４はオフセットを高精度化するオフセット処理手段を、符号５は方位を算出する方位算出手段を示している。また、符号６は磁気センサ出力を、符号７は傾斜センサ出力を、符号８は方位算出手段によって算出された方位を、符号９はオフセット算出手段によって算出されるオフセットを、符号１０はオフセット処理手段によって高精度化された高精度オフセットを示している。
[Description of structure: Fig. 1]
First, the configuration of the direction sensor of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a magnetic sensor that detects magnetism of the X, Y, and Z axes, and reference numeral 2 denotes an inclination sensor that detects acceleration of the X, Y, and Z axes.
なお、磁気センサ１には、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）やフラックスゲート型の磁気センサを用いることができる。傾斜センサ２には、ピエゾ抵抗型の加速度センサや静電容量型の加速度センサを用いることができる。 The magnetic sensor 1 can be a magnetoresistive element (MR element) or a fluxgate type magnetic sensor. As the tilt sensor 2, a piezoresistive acceleration sensor or a capacitance acceleration sensor can be used.
[動作説明：図1]
次に、本発明の方位センサを構成する各構成要件が果たす機能について図１を用いて説明する。
図１に示す様に、磁気センサ１は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の地磁気を検出して、オフセット算出手段３と方位算出手段５とに磁気センサ出力６をそれぞれ出力する。この磁気センサ出力６は、地磁気による出力に加えて、着磁の影響によるオフセットが含まれたものとなる。傾斜センサ２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度を検出し、傾斜センサ出力７を方位算出手段５に出力する。
[Description of operation: Fig. 1]
Next, the function fulfilled by each component constituting the azimuth sensor of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 1 detects geomagnetism of the X, Y, and Z axes, and outputs a magnetic sensor output 6 to the offset calculation means 3 and the azimuth calculation means 5, respectively. This magnetic sensor output 6 includes an offset due to the influence of magnetization in addition to the output due to geomagnetism. The tilt sensor 2 detects X, Y, and Z-axis accelerations and outputs a tilt sensor output 7 to the azimuth calculating means 5.
オフセット算出手段３は、磁気センサ出力６の情報に基づきオフセット９を算出し、オフセット処理手段にオフセット９を出力する。オフセット処理手段４は、オフセット９を処理して高精度オフセット１０を算出して、方位算出手段５に高精度オフセット１０を出力する。方位算出手段５は、磁気センサ出力６から高精度オフセット１０を差し引き、地磁気のみの出力を抽出してオフセット補正し、さらに傾斜センサ出力７によってこの地磁気のみの出力に対する傾斜補正をした上で、真の方位８を算出する。 The offset calculation means 3 calculates the offset 9 based on the information of the magnetic sensor output 6 and outputs the offset 9 to the offset processing means. The offset processing means 4 processes the offset 9 to calculate a high precision offset 10 and outputs the high precision offset 10 to the azimuth calculation means 5. The azimuth calculating means 5 subtracts the high-precision offset 10 from the magnetic sensor output 6, extracts the output of only the geomagnetism, corrects the offset, and further corrects the inclination of the output of only the geomagnetism by the tilt sensor output 7, The azimuth 8 is calculated.
[動作説明：図２]
次に、本発明の方位センサにおけるオフセット算出手段の動作について図２を用いて説明する。図２は、３次元観測座標系における磁気センサ出力を示す図である。図２において、Ｖｘは磁気センサのＸ軸出力を、Ｖｙは磁気センサのＹ軸出力を、Ｖｚは磁気センサのＺ軸出力を表している。
[Description of operation: Fig. 2]
Next, the operation of the offset calculation means in the direction sensor of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the magnetic sensor output in the three-dimensional observation coordinate system. In FIG. 2, Vx represents the X-axis output of the magnetic sensor, Vy represents the Y-axis output of the magnetic sensor, and Vz represents the Z-axis output of the magnetic sensor.
４つの異なる姿勢における磁気センサ出力を３次元観測座標系にプロットすると、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点のように、原点ＯからずれたＯ１点を中心とした球面上に位置することになる。これは、磁気センサ出力６が地磁気による出力に加えて、着磁の影響によるオフセットを含んでいるためである。一定環境のもとでは地磁気の大きさは変化しないため、線分Ｏ１Ａ、Ｏ１Ｂ、Ｏ１Ｃ、Ｏ１Ｄは同じ大きさであり、ベクトルＯ１Ａ、Ｏ１Ｂ、Ｏ１Ｃ、Ｏ１Ｄがそれぞれの姿勢における地磁気ベクトルである。ここで、Ｏ１点の座標はオフセットに相当する。 When the magnetic sensor outputs in four different postures are plotted in the three-dimensional observation coordinate system, they are located on a spherical surface centered on the point O1 shifted from the origin O, such as points A, B, C, and D. This is because the magnetic sensor output 6 includes an offset due to the influence of magnetization in addition to the output due to geomagnetism. Since the magnitude of geomagnetism does not change under a constant environment, the line segments O1A, O1B, O1C, and O1D have the same magnitude, and the vectors O1A, O1B, O1C, and O1D are geomagnetic vectors in their respective postures. Here, the coordinates of the point O1 correspond to an offset.
そして、図１に示したオフセット算出手段３は、測定点であるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点から演算によりＯ１点を算出する機能を有する。このＯ１点を算出する演算方法は、一般に知られるように、球面上の４点から球の中心座標を求める３元連立方程式を解く方法を用いることができるので、ここでの詳細な説明は割愛する。 The offset calculation means 3 shown in FIG. 1 has a function of calculating the O1 point by calculation from the A, B, C, and D points that are measurement points. As the calculation method for calculating the O1 point, as is generally known, a method of solving a ternary simultaneous equation for obtaining the center coordinates of a sphere from four points on a spherical surface can be used. To do.
[動作説明：図２〜図４、図６〜図８]
次に、本発明の方位センサにおけるオフセット処理手段の動作を図２、図３、図４、図６〜図８を用いて説明する。図３は、本発明の方位センサを構成するオフセット処理手段４を示す構成図である。
[Description of Operation: FIGS. 2 to 4 and FIGS. 6 to 8]
Next, the operation of the offset processing means in the azimuth sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. 2, FIG. 3, FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the offset processing means 4 constituting the azimuth sensor of the present invention.
このオフセット処理手段４は、信頼性判断手段１１と、オフセット変化量制限手段１２と、平均化手段１３と、記憶手段１４とにより構成される。記憶手段１４は、複数のオフセット９を順次記憶するメモリである。 The offset processing unit 4 includes a reliability determining unit 11, an offset change amount limiting unit 12, an averaging unit 13, and a storage unit 14. The storage unit 14 is a memory that sequentially stores a plurality of offsets 9.
次に、本発明の方位センサにおけるオフセット処理手段４の演算手順について説明する。図４は、本発明のオフセット処理手段４のフローチャートである。 Next, the calculation procedure of the offset processing means 4 in the direction sensor of the present invention will be described. FIG. 4 is a flowchart of the offset processing means 4 of the present invention.
このフローチャートに示すオフセット処理手段４は、３つのＳＴＥＰにより構成されている。まず、図３に示した信頼性判断手段１１により、オフセット算出手段３から出力されるオフセット９を用いて、図４に示すＳＴＥＰ１の処理を行う。次に、オフセット変化量制限手段１２により、信頼性判断手段１１からの出力データを用いてＳＴＥＰ２の処理を行う。次に、オフセット変化量制限手段１２により得られた変化量の小さいオフセットのみを用いて平均化手段１３により、ＳＴＥＰ３の処理を行う。
The offset processing means 4 shown in this flowchart is composed of three STEPs. First, the reliability determination means 11 shown in FIG. 3 performs the processing of STEP 1 shown in FIG. 4 using the offset 9 output from the offset calculation means 3. Next, the offset change amount limiting unit 12 performs the processing of STEP 2 using the output data from the reliability determining unit 11. Next, the processing of
次に、上述したＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３までの各ＳＴＥＰで行う内容について詳細に説明をする。まず、ＳＴＥＰ１の処理について説明をする。
ＳＴＥＰ１における信頼性判断手段１１は、オフセット算出手段３が出力したオフセット９の信頼性を評価するものである。この信頼性の評価には、別の姿勢における磁気センサ出力６の測定点を用いる。すなわち、図２に示すように、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点からオフセット算出手段３がＯ１点を算出した場合、別の測定点であるＥ点とＯ１点との距離を計算し、Ｏ１Ｅの距離とＯ１Ａの距離が同程度である場合にＯ１点を信頼性有り、同程度でない場合信頼性無しと判断する。
Next, the contents performed in each of the above STEP 1 to
The reliability judgment unit 11 in STEP 1 evaluates the reliability of the offset 9 output from the offset
ここで同程度とは、例えば距離の差が仮に１０％以内とし、その範囲内にあるデータのみをＳＴＥＰ２に導出し、このステップで信頼性無しと判断された場合は、オフセット算出手段３が出力したオフセット９は破棄される。 Here, for example, if the difference in distance is assumed to be within 10%, only the data within the range is derived to STEP 2, and if it is determined that there is no reliability in this step, the offset calculation means 3 outputs The offset 9 is discarded.
この様に、ＳＴＥＰ１の処理は、磁気センサ出力６に誤差が少なかった場合でも、測定点の取り方によって、算出したオフセットが真のオフセットから大きくずれてしまうという問題に対して、特に効力を発揮する。 As described above, the processing of STEP 1 is particularly effective for the problem that the calculated offset greatly deviates from the true offset depending on how the measurement points are taken even if the error in the magnetic sensor output 6 is small. To do.
この現象について、従来技術の課題欄の説明で使用した図６、図７を用いて説明する。図６、図７は、従来の方位センサが示す出力軌跡図である。
一般に、２次元空間において３点を円周上にもつ円の中心を求めることと、３次元空間において４点を球面上にもつ球の中心を求めることは、連立方程式を解くという同様な手法を用いることができるので、ここでは説明を簡単にするため２次元で説明する。なお、図６、図７において横軸ＶｘがＸ軸の磁気センサの出力であり、縦軸ＶｙがＹ軸の磁気センサ出力を示している。
This phenomenon will be described with reference to FIGS. 6 and 7 used in the description of the problem column of the prior art. 6 and 7 are output trajectory diagrams shown by the conventional direction sensor.
In general, finding the center of a circle with three points on the circumference in two-dimensional space and finding the center of a sphere with four points on the sphere in three-dimensional space are similar methods of solving simultaneous equations. Since it can be used, it will be described in two dimensions for the sake of simplicity. 6 and 7, the horizontal axis Vx indicates the output of the X-axis magnetic sensor, and the vertical axis Vy indicates the output of the Y-axis magnetic sensor.
まず、図６に示すＯ１点が、真のオフセットであるとする。もし、測定点である３点Ａ、Ｂ、Ｃの内のひとつＣ点に僅かに誤差がのり原点方向に移動したとすると、図７のようになる。すなわち、Ｃ点がＣ’点に僅かに移動しただけで、算出されるＯ２点は、真のオフセットＯ１点とは大きくずれてしまうことが本図面から分かる。この様な場合に、ＳＴＥＰ１の処理で、別の点、すなわち図７に示すＤ点とＯ２点の距離を計算し、ＤＯ２の距離とＡＯ２の距離が同程度でなく大きく異なるので、算出したオフセットであるＯ２点を信頼性無しと判断し破棄することでき、信頼性の高いオフセットのみを得ることができる。 First, it is assumed that the point O1 shown in FIG. 6 is a true offset. If there is a slight error at one of the three measurement points A, B, and C and the error moves to the origin, the result is as shown in FIG. That is, it can be seen from this drawing that the calculated O2 point is greatly deviated from the true offset O1 point only by slightly moving the C point to the C 'point. In such a case, the processing of STEP 1 calculates another point, that is, the distance between the point D and the point O 2 shown in FIG. 7, and the distance between the DO 2 and the distance AO 2 is not the same but greatly different. It is possible to determine that the point O2 is not reliable and discard it, and it is possible to obtain only a highly reliable offset.
次に、ＳＴＥＰ２の処理を説明する。
一般に、オフセットは急激に変化を繰り返すことはない。それは、オフセット９が着磁によるものであるためである。そこで、ＳＴＥＰ２におけるオフセット変化量制限手段１２では、記憶手段１４に記憶されている前回のオフセットと今回のオフセットの差により変化量を算出し、予め設定された範囲を越えて変化量が大きい場合には、変化量が小さくなるようにオフセットを修正する。オフセットの修正は、例えば以下の式を用いることができる。
Next, the processing of STEP2 will be described.
In general, the offset does not change rapidly. This is because the offset 9 is due to magnetization. Therefore, the offset change amount limiting unit 12 in STEP 2 calculates the change amount based on the difference between the previous offset stored in the storage unit 14 and the current offset, and when the change amount is large beyond a preset range. Corrects the offset so that the amount of change is small. For example, the following equation can be used to correct the offset.
前回のオフセットを（Ｏｘ１，Ｏｙ１，Ｏｚ１）とし、今回のオフセットを（Ｏｘ２，Ｏｙ２，Ｏｚ２）とすると、修正されたオフセット（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）は、（Ｏｘ１+（Ｏｘ２―Ｏｘ１））／ｋ、（Ｏｙ１+（Ｏｙ２―Ｏｙ１））／ｋ、（Ｏｚ１+（Ｏｚ２―Ｏｚ１））／ｋ）と表すことができる。 If the previous offset is (Ox1, Oy1, Oz1) and the current offset is (Ox2, Oy2, Oz2), the corrected offset (Ox, Oy, Oz) is (Ox1 + (Ox2-Ox1)) / k, (Oy1 + (Oy2-Oy1)) / k, (Oz1 + (Oz2-Oz1)) / k).
ただし、上記式におけるｋは１以上の定数であり、ｋを大きくするとオフセット変化量の制限の度合いが大きくなり、ｋを小さくするその度合いは小さくなる。このように、変化量制限されたオフセットは、順次記憶手段１４（図３参照）に記憶される。 However, k in the above equation is a constant equal to or greater than 1. When k is increased, the degree of restriction of the offset change amount is increased, and the degree of decreasing k is decreased. As described above, the offset with the limited amount of change is sequentially stored in the storage unit 14 (see FIG. 3).
このＳＴＥＰ２の処理は、方位センサを連続して使用している間、オフセットが急激に変化を繰り返すことはないという、実用的な現象に合うようにすることに、特に効力を発揮するものである。 This processing of STEP2 is particularly effective in matching with a practical phenomenon that the offset does not repeat abrupt changes while the azimuth sensor is continuously used. .
次に、ＳＴＥＰ３の処理について説明をする。
ＳＴＥＰ３は、平均化手段１３により、記憶手段１４に記憶された複数のオフセットデータの平均を算出して、目的の高精度オフセット１０を得ることにある。
Next, the processing of
このＳＴＥＰ３の処理は、磁気センサ出力６の誤差により、算出するオフセットに同程度の誤差を発生させるということに関して、特に効力を発揮する。この現象について、先に示した図５、図８を用いて説明する。図８は、この現象を説明するための従来の方位センサが示す出力軌跡図である。なお、ここでの説明も、ＳＴＥＰ１の説明と同様の理由に
より、２次元系で説明する。
The processing of
ＳＴＥＰ１で説明したと同様に、図５に示すＯ１点が、真のオフセットであるとする。測定点である３点Ａ、Ｂ、Ｃの内のひとつＣ点に測定誤差がのり原点方向に移動したとすると、図８のようになる。すなわち、Ｃ点がＣ’点に移動することに連動し、算出されるＯ３点は真のオフセットＯ１点から同程度移動する。この様な場合に、ＳＴＥＰ３の処理で、測定誤差によるオフセットのばらつきを平均化することにより、その測定誤差を低減することができる。
As described in STEP 1, it is assumed that the point O1 shown in FIG. 5 is a true offset. If a measurement error is applied to one of the three measurement points A, B, and C and moves in the direction of the origin, the result is as shown in FIG. That is, in conjunction with the movement of the C point to the C ′ point, the calculated O3 point moves to the same extent from the true offset O1 point. In such a case, the measurement error can be reduced by averaging the offset variation due to the measurement error in
この様に、上記のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の処理により、オフセットは真のオフセットに徐々に近づき、高精度オフセット１０としてオフセット処理手段４から出力される。
In this way, the offset gradually approaches the true offset by the above-described processing of STEP 1 to
なお、上述したオフセット処理手段では、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３まで行う手段として説明をしたが、高精度オフセット１０の精度が若干落ちることとなるが、オフセット算出手段３により得られるオフセット９を信頼性判断手段１１により信頼性評価し、信頼性が高いオフセットを高精度オフセット１０として、方位算出手段５にて方位８を算出する様にしても構わない。また、これに他のオフセット変化量制限手段１２、または平均化手段１３のいずれかを組み合わせた構成とすれば、上記方法に比べより精度が増すので好ましい形態となる。
The offset processing means described above is described as means for performing STEP 1 to
[動作説明：図１]
次に、本発明の方位センサにおける方位算出手段５の動作について図１を用いて説明する。なお、下記に示す方位算出手段は、磁気センサ出力６とともに傾斜センサ出力７を用いて方位８を算出する方法を示すが、本発明の方位センサはこれに限定されるものではなく、先に示した手順にしたがって高精度オフセット１０を得た上で、磁気センサ出力６のみを使って方位算出手段５にて方位８を算出しても構わない。
[Description of operation: Fig. 1]
Next, the operation of the direction calculation means 5 in the direction sensor of the present invention will be described with reference to FIG. The azimuth calculation means shown below shows a method of calculating the azimuth 8 using the tilt sensor output 7 together with the magnetic sensor output 6, but the azimuth sensor of the present invention is not limited to this, and is shown above. After obtaining the high-accuracy offset 10 according to the above procedure, the azimuth 8 may be calculated by the azimuth calculation means 5 using only the magnetic sensor output 6.
まず、方位算出手段５は、磁気センサ出力６から高精度オフセット１０を差し引いて地磁気ベクトルを求める。 First, the azimuth calculating means 5 obtains a geomagnetic vector by subtracting the high-precision offset 10 from the magnetic sensor output 6.
次に、機器の傾斜補正を行うため、傾斜センサ出力７から求めた重力方向がＺ軸に平行になるように、磁気センサ出力６に対する座標変換を行い、変換後の座標系から見た地磁気ベクトルのＸ成分とＹ成分の比より、最終的に真の方位を算出する。 Next, in order to correct the tilt of the device, coordinate conversion is performed on the magnetic sensor output 6 so that the gravitational direction obtained from the tilt sensor output 7 is parallel to the Z axis, and the geomagnetic vector viewed from the converted coordinate system. The true orientation is finally calculated from the ratio of the X component and the Y component.
この座標変換には様々な方法があるが、例えばＹ軸を中心にβ回転させた後、Ｘ軸中心にα回転させる座標変換を用いることができる。この座標変換は一般に知られるように、下記数１により行うことができる。また、数１に示すα、βは、傾斜センサ出力７から求めることができる。
このように、磁気センサ出力６に対する傾斜補正を行うため、機器が傾斜していた場合でも容易に真の方位を算出することができる。 In this way, since the tilt correction is performed on the magnetic sensor output 6, the true azimuth can be easily calculated even when the device is tilted.
そして、本発明の方位センサは、オフセット算出手段３とともにオフセット処理手段４を設けたことにより、誤差を低減した精度の高い高精度オフセット１０を算出することができる。そして、高精度オフセット１０と、磁気センサ出力６を用いて精度の高い方位８を算出できる。 And the azimuth | direction sensor of this invention can calculate the highly accurate high-precision offset 10 which reduced the error by providing the offset process means 4 with the offset calculation means 3. FIG. Then, the high-precision azimuth 8 can be calculated using the high-precision offset 10 and the magnetic sensor output 6.
また、本発明の方位センサでは、傾斜センサ２を設けることによって、地磁気のみの出力に対する傾斜補正も容易に行うことができ、この方位センサを備えた機器が傾斜している場合であっても、精度の良い方位を算出することができる。 Moreover, in the azimuth sensor of the present invention, by providing the tilt sensor 2, tilt correction for the output of only the geomagnetism can be easily performed, and even when a device equipped with this azimuth sensor is tilted, A highly accurate azimuth can be calculated.
本発明の方位センサは、高精度な方位を求められる機器に適用することができる。特に、携帯型の機器に本発明の方位センサを搭載するのに好適である。 The azimuth sensor of the present invention can be applied to a device that requires a highly accurate azimuth. In particular, it is suitable for mounting the orientation sensor of the present invention on a portable device.
１ 磁気センサ
２ 傾斜センサ
３ オフセット算出手段
４ オフセット処理手段
５ 方位算出手段
６ 磁気センサ出力
７ 傾斜センサ出力
８ 方位
９ オフセット
１０ 高精度オフセット
１１ 信頼性判断手段
１２ オフセット変化量制限手段
１３ 平均化手段
１４ 記憶手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor 2
Claims (4)
地磁気を検出して磁気センサ出力を出力する磁気センサと、
異なる姿勢における前記磁気センサ出力に基づき、１次オフセットを算出するオフセット算出手段と、
前記オフセット算出手段が算出した前記１次オフセットを基準として、前記１次オフセットの算出に使用した姿勢とは異なる姿勢における磁気センサ出力が、予め設定された範囲にあるか否かを判断して、前記予め設定された範囲以外と判断したときの前記１次オフセットを破棄した上で、オフセット補正に有効な２次オフセットを出力する信頼性評価手段を有するオフセット処理手段と、
前記２次オフセットを得た後に、前記磁気センサ出力に対するオフセット補正を行った上で方位を算出する方位算出手段と、
を有することを特徴とする方位センサ。 An orientation sensor that detects geomagnetism and calculates an orientation,
A magnetic sensor that detects geomagnetism and outputs a magnetic sensor output;
Offset calculating means for calculating a primary offset based on the magnetic sensor output in different postures;
With reference to the primary offset calculated by the offset calculating means, it is determined whether the magnetic sensor output in a posture different from the posture used for calculating the primary offset is within a preset range, An offset processing means having a reliability evaluation means for outputting a secondary offset effective for offset correction after discarding the primary offset when determined to be outside the preset range;
After obtaining the secondary offset, an azimuth calculating means for calculating an azimuth after performing offset correction on the magnetic sensor output;
An azimuth sensor comprising:
前記方位算出手段は、前記磁気センサ出力とともに前記傾斜センサ出力を使って前記方位を得る手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方位センサ。 A tilt sensor that detects the posture and outputs a tilt sensor output;
The azimuth sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the azimuth calculation means is a means for obtaining the azimuth by using the tilt sensor output together with the magnetic sensor output.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005362578A JP2007163389A (en) | 2005-12-16 | 2005-12-16 | Direction sensor |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014038587A (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-27 | Nintendo Co Ltd | Information processing program, information processing device, information processing system, and attitude calculation method |
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2005
- 2005-12-16 JP JP2005362578A patent/JP2007163389A/en active Pending
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