JP4638670B2 - Azimuth angle measuring method and azimuth angle measuring apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、方位角計測方法および方位角計測装置に関し、より詳細には、磁気センサによって計測された地磁気データから方位角を求める方位角計測方法および方位角計測装置に関するものである。   The present invention relates to an azimuth angle measuring method and an azimuth angle measuring apparatus, and more particularly to an azimuth angle measuring method and an azimuth angle measuring apparatus for obtaining an azimuth angle from geomagnetic data measured by a magnetic sensor.

地磁気を検知して方位角を得る方位角計測装置は、携帯電話でのナビゲーション用途などに使われている。このような方位角計測装置においては、磁気センサが検知する地磁気以外の環境磁界に起因する信号出力や、無信号入力時の信号処理回路の出力分であるオフセット分を差し引いて方位角を求めないと、誤った方位を示してしまうことはよく知られている。   An azimuth measuring device that obtains an azimuth angle by detecting geomagnetism is used for navigation in mobile phones. In such an azimuth measuring device, the azimuth is not obtained by subtracting the signal output caused by the environmental magnetic field other than the geomagnetism detected by the magnetic sensor or the offset that is the output of the signal processing circuit when no signal is input. It is well known that it shows the wrong direction.

オフセット分を求める方法としては、特許文献１では、方位角計測装置を水平に一周してその最大・最小の点を求め、その中点をオフセットの点として求める方法が開示されており、特許文献２に開示されている方法のように、方位角計測装置を直交する任意の３点に向けて取得した地磁気情報から方位計を一回転させたときの出力軌跡の方程式を求め、オフセット分を計算する、などの方法が知られている。   As a method for obtaining the offset, Patent Document 1 discloses a method in which the azimuth measuring device is moved horizontally to obtain the maximum and minimum points, and the midpoint is obtained as the offset point. As in the method disclosed in Fig. 2, the equation of the output trajectory when the azimuth meter is rotated once is calculated from the geomagnetic information acquired by aiming the azimuth measuring device to any three orthogonal points, and the offset is calculated. The method of doing is known.

図６は、従来の方位角計測装置の構成を示すブロック図である。
図６において、方位角計測装置には、２軸磁気センサ１１、磁気センサ駆動電源部１２、マルチプレクサ部１３、増幅部１４、Ａ／Ｄ変換部１５、感度補正情報記憶部１６、感度補正計算部１７、データバッファ部１８、オフセット情報算出部１９、オフセット情報記憶部２０、オフセット補正部２１および方位角計算部２２が設けられている。 FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional azimuth measuring device.
6, the azimuth measuring device includes a biaxial magnetic sensor 11, a magnetic sensor drive power supply unit 12, a multiplexer unit 13, an amplification unit 14, an A / D conversion unit 15, a sensitivity correction information storage unit 16, and a sensitivity correction calculation unit. 17, a data buffer unit 18, an offset information calculation unit 19, an offset information storage unit 20, an offset correction unit 21, and an azimuth angle calculation unit 22 are provided.

２軸磁気センサ１１には、ｘ軸磁気センサＨＥｘおよびｙ軸磁気センサＨＥｙが設けられており、それぞれ地磁気Ｍのｘ方向成分Ｍｘおよびｙ方向成分Ｍｙを検出したセンサ信号を出力するようになっている。磁気センサ駆動電源部１２は、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、およびｙ軸磁気センサＨＥｙの動作に必要な駆動電圧を出力するようになっている。   The biaxial magnetic sensor 11 is provided with an x-axis magnetic sensor HEEx and a y-axis magnetic sensor HEy, and outputs sensor signals that detect the x-direction component Mx and the y-direction component My of the geomagnetism M, respectively. Yes. The magnetic sensor drive power supply unit 12 outputs drive voltages necessary for the operation of the x-axis magnetic sensor HEEx and the y-axis magnetic sensor HEy.

マルチプレクサ部１３は、ｘ軸磁気センサＨＥｘおよびｙ軸磁気センサＨＥｙを切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部１２の出力電圧をｘ軸磁気センサＨＥｘおよびｙ軸磁気センサＨＥｙに時分割で印加し、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、およびｙ軸磁気センサＨＥｙから出力されたセンサ信号を順次出力するようになっている。増幅部１４は、マルチプレクサ部１３から出力されたセンサ信号を順次増幅する。Ａ／Ｄ変換部１５は、増幅部１４によって増幅されたセンサ信号を順次Ａ／Ｄ変換し、ｘ軸地磁気測定データおよびｙ軸地磁気測定データとして順次出力する。   The multiplexer unit 13 is for switching between the x-axis magnetic sensor HEEx and the y-axis magnetic sensor HEy, and applies the output voltage of the magnetic sensor drive power supply unit 12 to the x-axis magnetic sensor HEEx and the y-axis magnetic sensor HEy in a time-sharing manner. The sensor signals output from the x-axis magnetic sensor HEEx and the y-axis magnetic sensor HEy are sequentially output. The amplifying unit 14 sequentially amplifies the sensor signal output from the multiplexer unit 13. The A / D conversion unit 15 sequentially A / D converts the sensor signals amplified by the amplification unit 14 and sequentially outputs them as x-axis geomagnetic measurement data and y-axis geomagnetic measurement data.

感度補正情報記憶部１６は、所定の感度補正情報を記憶する。感度補正計算部１７は、感度補正情報記憶部１６に記憶されている感度補正情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換部１５から出力された地磁気計測データの感度補正を行う。データバッファ部１８は、感度補正計算部１７によって感度補正され、オフセット情報算出に用いる地磁気計測データを所定数保持する。   The sensitivity correction information storage unit 16 stores predetermined sensitivity correction information. The sensitivity correction calculation unit 17 performs sensitivity correction of the geomagnetic measurement data output from the A / D conversion unit 15 based on the sensitivity correction information stored in the sensitivity correction information storage unit 16. The data buffer unit 18 is subjected to sensitivity correction by the sensitivity correction calculation unit 17 and holds a predetermined number of geomagnetic measurement data used for offset information calculation.

オフセット情報算出部１９は、データバッファ部に保持された地磁気計測データを読み出し、オフセット情報を算出する。オフセット情報記憶部２０は、オフセット情報算出部１９から出力されたオフセット情報を記憶する。オフセット補正部２１は、オフセット情報記憶部２０に記憶されているオフセット情報に基づいて、感度補正計算部１７によって感度補正された地磁気計測データのオフセットを補正する。方位角計算部２２は、オフセット補正部２１によってオフセット補正を受けた地磁気計測データに基づいて方位角を算出するようになっている。   The offset information calculation unit 19 reads the geomagnetic measurement data held in the data buffer unit, and calculates offset information. The offset information storage unit 20 stores the offset information output from the offset information calculation unit 19. Based on the offset information stored in the offset information storage unit 20, the offset correction unit 21 corrects the offset of the geomagnetic measurement data whose sensitivity has been corrected by the sensitivity correction calculation unit 17. The azimuth angle calculation unit 22 calculates the azimuth angle based on the geomagnetic measurement data subjected to the offset correction by the offset correction unit 21.

図１は、従来の方位角計測装置において基準点を推定する手順を示すフロー図である。
図１において、オフセット情報算出部１９は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｒｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｙをそれぞれ１０点分格納するためのデータバッファを用意する（ステップＳ１１）。 FIG. 1 is a flowchart showing a procedure for estimating a reference point in a conventional azimuth measuring device.
In FIG. 1, the offset information calculation unit 19 prepares a data buffer for storing the output amplification value Srx of the x-axis hall element HEx and the output amplification value Sry of the y-axis hall element HEy for 10 points, respectively (step S11). .

そして、オフセット情報算出部１９は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙをそれぞれ１０点分取得し（ステップＳ１２、Ｓ１３）、感度補正情報記憶部１９ｂに記憶されている感度補正情報に基づいて、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、およびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙに感度補正係数をそれぞれ乗じ、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、およびｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙを得る。   Then, the offset information calculation unit 19 acquires the output amplification values Srx and Sry of the x-axis hall element HEx and the y-axis hall element HEy for 10 points (steps S12 and S13) and stores them in the sensitivity correction information storage unit 19b. Based on the sensitivity correction information, the output amplification values Srx and Sry of the x-axis hall element HEx and the y-axis hall element HEy are multiplied by the sensitivity correction coefficient, respectively, and the sensitivity of the x-axis hall element HEx and the y-axis hall element HEy is obtained. The corrected output amplification values Sx and Sy are obtained.

そして、オフセット情報算出部１８は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙをそれぞれ１０点分得ると、データバッファから最も古いデータを削除し、残りのデータをシフトし、さらに今回取得した出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙを加える（ステップＳ１４）。   When the offset information calculation unit 18 obtains the output amplification values Sx and Sy after the sensitivity correction of the x-axis hall element HEx and the y-axis hall element HEy for 10 points, the oldest data is deleted from the data buffer, and the remaining And the output amplification values Sx and Sy acquired this time are added (step S14).

次に、オフセット情報算出部１９は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙの過去１０点分を対象として、それら出力増幅値の最大値と最小値とをそれぞれ求め、その最大値と最小値との差分が所定値より大きいかを判断する（ステップＳ１５）。   Next, the offset information calculation unit 19 targets the past 10 points of the output amplification values Sx and Sy after sensitivity correction of the x-axis hall element HEx and the y-axis hall element HEy, and sets the maximum and minimum values of the output amplification values. Each value is obtained, and it is determined whether the difference between the maximum value and the minimum value is larger than a predetermined value (step S15).

そして、ステップＳ１５で求めた最大値と最小値との差分が所定値以下の場合、今回取得した出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙを破棄し、ステップＳ１２に戻って、ｘ軸ホール素子ＨＥｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙを新たに取得する。   If the difference between the maximum value and the minimum value obtained in step S15 is less than or equal to the predetermined value, the output amplification values Sx and Sy acquired this time are discarded, and the process returns to step S12 to return to the x-axis hall element HEx and y-axis hall The output amplification values Srx and Sry of the element HEy are newly acquired.

一方、ステップＳ１５で求めた最大値と最小値との差分が所定値より大きい場合、１０点分の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙをそれぞれｘｙ成分とする点Ｐ11（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）、Ｐ12（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ）、Ｐ13（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ）、・・・からの距離がなるべく等しくなるような基準点Ｃ２の座標（Ｃｘ、Ｃｙ）を推定する（ステップＳ１６）。 On the other hand, when the difference between the maximum value and the minimum value obtained in step S15 is larger than the predetermined value, points P 11 (S1x, S1y), P 12 ( s2x, S2y), P 13 ( S3x, S3y), coordinates of the reference point C2 as the distance from ... becomes possible equal (Cx, Cy) to estimate (step S16).

そして、今回推定した基準点Ｃ２の座標（Ｃｘ、Ｃｙ）と、前回推定した基準点Ｃ２の座標（Ｃｘ、Ｃｙ）との差が所定値より小さいかどうかを判定し（ステップＳ１７）、所定値以上の場合、今回推定した基準点Ｃ２の座標（Ｃｘ、Ｃｙ）を破棄し、ステップＳ１２に戻って、ｘ軸ホール素子ＨＥｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙを新たに取得する。   Then, it is determined whether or not the difference between the coordinates (Cx, Cy) of the reference point C2 estimated this time and the coordinates (Cx, Cy) of the reference point C2 estimated last time is smaller than a predetermined value (step S17). In the above case, the coordinates (Cx, Cy) of the reference point C2 estimated this time are discarded, and the process returns to step S12 to newly acquire the output amplification values Srx, Sry of the x-axis hall element HEx and the y-axis hall element HEy. .

ステップＳ１８では、ステップＳ１６により推定された基準点の座標を、Ｘ軸ホール素子、Ｙ軸ホール素子に対するオフセット値として出力する。   In step S18, the coordinates of the reference point estimated in step S16 are output as offset values for the X-axis Hall element and the Y-axis Hall element.

特許第１４２２９４２号公報Japanese Patent No. 1422942 特開２０００−１３１０６８号公報JP 2000-1331068 A 特許第１６６０６１３号公報Japanese Patent No. 1660613 特許第２５３８７３８号公報Japanese Patent No. 2538738

しかしながら、この方法は方位角計測装置のユーザーに特別な作業を強いるばかりか、一度オフセットを求めた後に環境磁界が変化するなどしてオフセット分が変化した場合などにオフセットを再度計算するべきかどうかの判断をユーザーに委ねているために、方位角表示の信頼性に問題がある。   However, this method not only forces the user of the azimuth measuring device to perform special work, but also whether the offset should be recalculated when the offset changes after the environmental magnetic field changes after obtaining the offset once. Therefore, there is a problem in the reliability of the azimuth angle display.

このような問題の解決策として、磁気センサを任意の方向に向けて取得したデータが２軸センサの場合は円周上に、３軸センサの場合は球面上を分布することを利用して、取得した出力データ群からの距離のばらつきが最小となるような２次元または３次元空間上の基準点の座標を、統計的に、および／または解析的に求め、その点をオフセット値と推定する方法がある。この方法は、たとえば、特許文献３や、特許文献４に開示されている。   As a solution to such a problem, the data acquired by directing the magnetic sensor in an arbitrary direction is distributed on the circumference in the case of a 2-axis sensor, and on the spherical surface in the case of a 3-axis sensor, The coordinates of the reference point on the two-dimensional or three-dimensional space that minimizes the variation in the distance from the acquired output data group are obtained statistically and / or analytically, and the point is estimated as an offset value. There is a way. This method is disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4, for example.

この方法によれば、ユーザーが方位角計測装置を一周させるなどの無理な使い方を強いられたり、意識をして方位角計測装置に対して校正動作を行ったりする必要がないので使い勝手が向上するうえに、環境磁界が変化しても、ユーザーの自然な動きの中で方位角計測装置が検知した磁界の値からオフセット値を求めることが可能であり、さまざまな環境での方位角表示精度が向上する。   According to this method, the user does not have to be forced to use the azimuth measuring device, for example, or consciously perform calibration operation on the azimuth measuring device. In addition, even if the environmental magnetic field changes, it is possible to determine the offset value from the magnetic field value detected by the azimuth measuring device in the natural movement of the user, and the azimuth angle display accuracy in various environments can be obtained. improves.

しかしながら、これらの場合においては、出力データ群の取得において方位角計測装置が２次元空間または３次元空間上で十分に広い範囲を移動していない場合や、取得したデータ群の中に外乱による異常磁界が含まれていたりする場合においては、真の基準点とはまったく異なった座標を基準点と誤推定してしまう場合があった。   However, in these cases, when the azimuth measurement device is not moving in a sufficiently wide range in the two-dimensional space or three-dimensional space in acquiring the output data group, When a magnetic field is included, a coordinate completely different from the true reference point may be erroneously estimated as the reference point.

すなわち、方位角計測装置を手に持ったまま歩くなどの場合、磁気センサ出力は円周上もしくは球面上の一点の近傍で、手ぶれ、体動によるわずかな出力変化の分だけ変化をするので、その変化の中心点などを基準点として誤推定してしまうわけである。   In other words, when walking with the azimuth measuring device in hand, the magnetic sensor output changes on the circumference or in the vicinity of one point on the spherical surface, and changes by the slight output change due to camera shake and body movement. The center point of the change is erroneously estimated as a reference point.

また、取得したデータ群の中に外乱による異常磁界が含まれている場合に、異常データも含むデータ群全体から等距離になる点を求めてしまい、そのために真の基準点からはまったく異なる点を基準点と誤推定してしまうわけである。   In addition, when the acquired data group contains an abnormal magnetic field due to disturbance, the point that is equidistant from the entire data group including the abnormal data is obtained, and therefore it is completely different from the true reference point. Is erroneously estimated as a reference point.

上記フローでの基準点推定の問題点を説明した図が図３および図５である。
図３において、測定点Ｐ１からＰ１０までのデータがバッファ内に蓄積された後に、測定点が平面に描く円周軌跡の中心座標Ｃ０を計算する。ここで求められたＣ０が各軸のオフセット値となる。次に着磁している構造物の近くで測定を行い、地磁気としては異常値である測定値Ｐ１１が得られたとする。従来の方法では、データバッファをひとつ更新して、すなわちＰ１をバッファ内から削除して、Ｐ２からＰ１１までのデータ群を使って円周の中心座標Ｃ１を求める。この場合、Ｐ１１が異常値であるので中心座標Ｃ１は前回の中心座標Ｃ０からずれた位置となり、誤った値となる。したがって、最終的な方位角度には誤差が生じることになる。 FIGS. 3 and 5 are diagrams illustrating the problem of reference point estimation in the above flow.
In FIG. 3, after the data from the measurement points P1 to P10 are accumulated in the buffer, the center coordinates C0 of the circumferential locus drawn on the plane by the measurement points are calculated. C0 obtained here becomes an offset value of each axis. Next, it is assumed that measurement is performed near the magnetized structure, and a measured value P11 that is an abnormal value as geomagnetism is obtained. In the conventional method, one data buffer is updated, that is, P1 is deleted from the buffer, and the center coordinate C1 of the circumference is obtained using the data group from P2 to P11. In this case, since P11 is an abnormal value, the center coordinate C1 is shifted from the previous center coordinate C0 and becomes an incorrect value. Therefore, an error occurs in the final azimuth angle.

次に地磁気として正しい測定値Ｐ１２が得られた場合、再びデータバッファをひとつ更新してＰ３からＰ１２までのデータ群を使って円周の中心座標Ｃ２を求める。この場合に、異常値であるＰ１１はバッファに残ったままであるため、前述と同様にＰ１１の影響を受けて中心座標Ｃ２は正しい中心座標であるＣ０とは異なる位置となってしまう。   Next, when the correct measurement value P12 is obtained as the geomagnetism, the data buffer is updated once again, and the center coordinate C2 of the circumference is obtained using the data group from P3 to P12. In this case, since the abnormal value P11 remains in the buffer, the central coordinate C2 is different from the correct central coordinate C0 under the influence of P11 as described above.

このように異常データＰ１１がバッファ内に蓄積されると、円周の中心座標を求める際、常に異常データの影響が反映され、正しいオフセット値が求められない。このような正しいオフセット値が求められない期間は異常データがバッファ内から削除されるまで続くことになる。   When the abnormal data P11 is accumulated in the buffer in this way, the influence of the abnormal data is always reflected when the center coordinate of the circumference is obtained, and a correct offset value cannot be obtained. Such a period in which a correct offset value is not obtained continues until abnormal data is deleted from the buffer.

一方、方位角計測装置を手に持ったまま歩くなど、空間上を広く移動していない場合は、ホール素子出力の描く軌跡は、図５に示すように円周上の1点の近傍に集約される。   On the other hand, if you do not move widely in space, such as walking with the azimuth measuring device in your hand, the locus drawn by the Hall element output is gathered near one point on the circumference as shown in FIG. Is done.

今、測定点Ｐ１からＰ９は円周上の1点の近傍に集約されたデータであり、記憶されている正しい円周の中心座標はＣ０であったとする。次の測定で、上記円周上で離れた位置のデータＰ１０が測定値として得られた場合、Ｐ１からＰ１０までのデータ群を使って円周の中心座標Ｃ１を求めることとなる。   Now, it is assumed that the measurement points P1 to P9 are data collected in the vicinity of one point on the circumference, and the stored center coordinates of the correct circumference are C0. In the next measurement, when data P10 at a position separated on the circumference is obtained as a measurement value, the center coordinate C1 of the circumference is obtained using the data group from P1 to P10.

この場合、Ｐ１からＰ９までのデータは近傍のデータであり、Ｐ１０が同じく近傍のデータであった場合はＳ１５で示される各ホール素子の出力の最大値、最小値を評価するステップで排除される場合が多いが、Ｐ１０が円周上で離れた位置である場合は最大値と最小値との差が所定値を超えてしまうので有効なデータ群であると判定されてしまう。   In this case, the data from P1 to P9 are neighboring data, and if P10 is also neighboring data, it is excluded in the step of evaluating the maximum value and the minimum value of each Hall element shown in S15. In many cases, however, if P10 is at a position distant from the circumference, the difference between the maximum value and the minimum value exceeds a predetermined value, so that it is determined that the data group is an effective data group.

この場合は、円周の一点近傍とＰ１０が示す円周上で離れた位置の磁界データとから円周の中心座標Ｃ１を求めてしまい、間違ったオフセットを求めてしまうことになる。   In this case, the center coordinate C1 of the circumference is obtained from the vicinity of one point of the circumference and the magnetic field data at positions separated on the circumference indicated by P10, and an incorrect offset is obtained.

引き続いて、地磁気としては異常値である測定値Ｐ１１が得られたとする。この場合は、Ｐ１はバッファから削除されてＰ２からＰ１１までのデータ群から円周の中心座標Ｃ２を求めることになる。   Subsequently, it is assumed that a measurement value P11 that is an abnormal value is obtained as the geomagnetism. In this case, P1 is deleted from the buffer, and the center coordinate C2 of the circumference is obtained from the data group from P2 to P11.

Ｐ１１は円周上に存在しない異常データであり、これを用いて求められた円周の中心座標は、正しい円周の中心座標Ｃ０と異なってしまう。   P11 is anomalous data that does not exist on the circumference, and the center coordinates of the circumference obtained using this data are different from the center coordinates C0 of the correct circumference.

なお、２軸の磁気センサ出力が２次元平面上に円周軌跡を描く場合について説明しているが、３軸の磁気センサ出力が３次元平面状に球面軌跡を描く場合においても、まったく同じ議論がなりたつ。   In addition, although the case where a 2-axis magnetic sensor output draws a circular locus on a two-dimensional plane has been described, the exact same argument also applies when a 3-axis magnetic sensor output draws a spherical locus on a three-dimensional plane. It became.

本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、２軸または３軸の磁気センサより取得した出力データ群からの距離のばらつきが最小となるような２次元または３次元空間上の基準点の座標を、統計的に、および、または解析的に求める方法において、取得したデータ群の中に外乱による異常磁界が含まれている場合や、出力データ群の取得において方位角計測装置が２次元空間または３次元空間上で十分に広い範囲を移動していない場合などにおいても、真の基準点とはまったく異なった座標を基準点と誤推定しないような方位角計測方法および方位角計測装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to provide a two-dimensional configuration that minimizes the variation in distance from the output data group obtained from a biaxial or triaxial magnetic sensor. Or in the method of obtaining the coordinates of the reference point in the three-dimensional space statistically and / or analytically, if the acquired data group contains an abnormal magnetic field due to disturbance, or the output data group is acquired. Even when the azimuth measuring device does not move in a sufficiently wide range in a two-dimensional space or a three-dimensional space, an azimuth that does not erroneously estimate a coordinate that is completely different from the true reference point as a reference point. It is in providing a measuring method and an azimuth measuring device.

本発明は、２軸の地磁気検出手段における検出方向を所定の平面上にあるよう保ちながら該検出方向を変化させる、または３軸の地磁気検出手段における検出方向を３次元空間において変化させながら、前記検出方向が変化した時の前記２軸または３軸の地磁気検出手段からの出力データを所定回数以上取得するステップと、前記２軸の地磁気検出手段からの出力データを成分とする２次元座標上、または前記３軸の地磁気検出手段からの出力データを成分とする３次元座標上において、前記取得された２軸または３軸の地磁気検出手段からの出力データからなる出力データ群からの距離のばらつきが最小になるような位置の座標を基準点として推定するステップと、前記推定した基準点を中心とし、前記出力データ群の各々が円周を形成する円の半径距離を算出するステップと、前記算出した半径距離が地磁気ベクトル強度に基づいて定められる範囲外かどうかを判断するステップと、前記判断の結果前記算出した半径距離が前記範囲外の場合、前記推定した基準点を破棄するステップとを具えたことを特徴とする。 The present invention changes the detection direction while keeping the detection direction in the two-axis geomagnetic detection means on a predetermined plane, or changes the detection direction in the three-axis geomagnetic detection means in a three-dimensional space. A step of obtaining output data from the biaxial or triaxial geomagnetism detection means when the detection direction changes more than a predetermined number of times, on a two-dimensional coordinate having the output data from the biaxial geomagnetism detection means as a component; Or, on a three-dimensional coordinate having the output data from the three-axis geomagnetic detection means as a component, there is a variation in distance from the output data group consisting of the acquired output data from the two-axis or three-axis geomagnetic detection means. Estimating the coordinates of the position that minimizes as a reference point, and centering on the estimated reference point, each of the output data groups forms a circumference Calculating a radial distance of the circle, the steps of radial distance the calculated to determine if outside the range is determined based on the geomagnetic vector magnitude, when the radius distance the calculated result of the determination is out of the range, And a step of discarding the estimated reference point.

前記地磁気ベクトルの強度が、２０μＴから６０μＴであることを特徴とする。
The strength of the geomagnetic vector is 20 μT to 60 μT.

前記基準点の座標は、オフセット情報であることを特徴とする。
The coordinates of the reference point are offset information.

本発明は、地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出手段と、前記２軸の地磁気検出手段の検出方向が所定の平面上にあるよう保ちながら該検出方向が変化した時の前記地磁気検出手段からの２軸の出力データ、または前記３軸の地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の前記地磁気検出手段からの３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段と、前記２軸の出力データを各軸方向成分とする２次元座標上、または前記３軸の出力データを各軸方向成分とする３次元座標上において、前記出力データ取得手段によって得られた２軸または３軸の出力データ群からの距離のばらつきが最小になるような位置の座標を基準点として推定する基準点推定手段と、前記推定した基準点を中心とし、前記出力データ群の各々が円周を形成する円の半径距離を算出する半径距離算出手段と、前記半径距離算出手段により算出された半径距離が地磁気ベクトル強度に基づいて定められる範囲外かどうかを判断する半径距離判断手段とを具え、前記判断の結果、前記半径距離算出手段により算出された半径距離が前記範囲外の場合、前記基準点を破棄することを特徴とする。

The present invention provides a biaxial or triaxial geomagnetic detection means for detecting geomagnetism, and the geomagnetic detection when the detection direction changes while keeping the detection direction of the biaxial geomagnetic detection means on a predetermined plane. 2-axis output data from the means, or 3-axis output data from the geomagnetism detection means when the orientation of the 3-axis geomagnetism detection means changes in a three-dimensional space is obtained repeatedly for a predetermined number of times. Obtained by the output data acquisition means on a two-dimensional coordinate having the two-axis output data as each axial direction component or on a three-dimensional coordinate having the three-axis output data as each axial direction component. Centering on the estimated reference point, the reference point estimating means for estimating the coordinate of the position where the variation in distance from the 2-axis or 3-axis output data group is minimized as the reference point, Determining a radial distance calculating means for each of the force data group to calculate the radial distance of the circle forming the circumference, whether outside radial distance calculated by the radial distance calculating means is determined on the basis of the geomagnetic vector magnitude to comprise a radial distance determining means, a result of the determination, if the radial distance that is calculated by the radial distance calculation means is outside said range, characterized in that discarding the reference point.

本発明によれば、方位角計測装置が２次元空間または３次元空間上で十分に広い範囲を移動していない場合などにおいて、磁気センサからの出力が円周上、もしくは球面上の一点を中心とした狭い範囲に分布している場合には、求まった基準点から出力データまでの距離が通常地磁気出力として期待できる大きさよりも大きかったり小さかったりするので、その場合は求まった基準点を破棄するようにすることで基準点を誤推定しないので、
正しい方位角を演算・表示する。 According to the present invention, when the azimuth measuring device does not move in a sufficiently wide range in the two-dimensional space or the three-dimensional space, the output from the magnetic sensor is centered on one point on the circumference or the spherical surface. If the distribution is in a narrow range, the distance from the determined reference point to the output data may be larger or smaller than the size expected for normal geomagnetic output. In that case, the determined reference point is discarded. By doing so, the reference point is not erroneously estimated.
Calculate and display the correct azimuth.

また、本発明によれば、磁気センサからの出力に異常値が含まれた場合でも、出力データから既知の基準点との距離を計算し、その距離が通常地磁気出力として期待できる大きさよりも大きかったり小さかったりする場合には、方位角計測装置はその出力値を有効なデータとは認識しないで破棄するために、オフセット磁界成分を計算する際に基準点を誤推定しないので、正しい方位角を演算・表示する。   In addition, according to the present invention, even when an abnormal value is included in the output from the magnetic sensor, the distance from the known reference point is calculated from the output data, and the distance is larger than the size that can be expected as the normal geomagnetic output. When the offset magnetic field component is calculated, the azimuth measuring device discards the output value without recognizing it as valid data. Calculate and display.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図７は、本発明の一実施形態に係る方位角測定装置の概略構成を示すブロック図である。
図７において、背景技術に記載の図１と同様である部分については同じ符号を付すと共に説明は省略し、ここでは、本発明に特徴的な部分を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of an azimuth measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
7, parts similar to those in FIG. 1 described in the background art are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and here, characteristic parts of the present invention will be described in detail.

同図において、方位角計測装置には、２軸磁気センサ１１、磁気センサ駆動電源部１２、マルチプレクサ部１３、増幅部１４、Ａ／Ｄ変換部１５、感度補正情報記憶部１６、感度補正計算部１７、データバッファ部１８、オフセット情報算出部１９、オフセット情報記憶部２０、オフセット補正部２１および方位角計算部２２に加え、距離判定部（第一の距離判定部）２３と半径距離判定部（第二の距離判定部）２４が設けられている。   In the figure, the azimuth measuring device includes a biaxial magnetic sensor 11, a magnetic sensor drive power supply unit 12, a multiplexer unit 13, an amplification unit 14, an A / D conversion unit 15, a sensitivity correction information storage unit 16, and a sensitivity correction calculation unit. 17, a data buffer unit 18, an offset information calculation unit 19, an offset information storage unit 20, an offset correction unit 21, and an azimuth angle calculation unit 22, a distance determination unit (first distance determination unit) 23, and a radial distance determination unit ( A second distance determining unit) 24 is provided.

また、同図に示す方位角計測装置は、方位各計測装置全体を制御する制御部（不図示）を有しており、この制御部は、制御を実行するＣＰＵとこのＣＰＵの制御プログラム（例えば、図２に示す如き制御手順を含む）を格納したＲＯＭと、ＣＰＵの作業領域を提供するＲＡＭとを有し、図７に示す各構成もこの制御部によって統合して制御される。   Further, the azimuth measuring device shown in FIG. 1 has a control unit (not shown) for controlling the whole azimuth measuring device, and this control unit includes a CPU for executing control and a control program for the CPU (for example, 2 including a control procedure as shown in FIG. 2 and a RAM that provides a work area for the CPU. The components shown in FIG. 7 are also integrated and controlled by this control unit.

距離判定部２３は、２軸磁気センサ１１で取得され、感度補正計算部１７より出力されたデータと、オフセット情報記憶部２０に記憶されているオフセット情報との距離を算出し、その距離の大きさが地磁気ベクトル強度として妥当かどうか判定する。   The distance determination unit 23 calculates the distance between the data acquired by the biaxial magnetic sensor 11 and output from the sensitivity correction calculation unit 17 and the offset information stored in the offset information storage unit 20, and the magnitude of the distance is calculated. Is determined to be appropriate as the geomagnetic vector intensity.

半径距離判定部２４は、オフセット情報算出部１９でオフセット情報を算出した際に導出される、データバッファ部１８に保持された地磁気計測データ群とオフセット情報とが成す方位円の半径距離に対して、地磁気ベクトル強度として妥当かどうか判定する。   The radial distance determination unit 24 calculates the radial distance of the azimuth circle formed by the geomagnetic measurement data group held in the data buffer unit 18 and the offset information, which is derived when the offset information is calculated by the offset information calculation unit 19. Then, it is determined whether the geomagnetic vector intensity is appropriate.

なお、２軸磁気センサ１１のｘ軸ホール素子ＨＥｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙは、地磁気を検出するためのもので、例えば、ＩｎＳｂやＩｎＡｓ、ＧａＡｓなどの化合物半導体系あるいはＳｉモノリシック系であることが好ましい。   Note that the x-axis Hall element HEEx and the y-axis Hall element HEy of the biaxial magnetic sensor 11 are for detecting geomagnetism, and may be, for example, a compound semiconductor system such as InSb, InAs, and GaAs, or a Si monolithic system. preferable.

２軸磁気センサ１１で取得された地磁気情報は、マルチプレクサ部１３を経由し、増幅部１４で増幅される。ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｒｘは、以下の（１）式で表すことができ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｙは、以下の（２）式で表すことができる。
Ｓｒｘ＝ａｘ・Ｍｘ＋Ｃｒｘ ・・・（１）
Ｓｒｙ＝ａｙ・Ｍｙ＋Ｃｒｙ ・・・（２）
ただし、ａｘは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの感度、Ｃｒｘは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘのオフセット、ａｙは、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度、Ｃｒｙは、ｙ軸ホール素子ＨＥｙのオフセット、Ｍｘは、地磁気Ｍのｘ方向成分、Ｍｙは、地磁気Ｍのｙ方向成分である。 The geomagnetic information acquired by the biaxial magnetic sensor 11 is amplified by the amplifying unit 14 via the multiplexer unit 13. The output amplification value Srx of the x-axis Hall element HEx can be expressed by the following expression (1), and the output amplification value Sry of the y-axis Hall element HEy can be expressed by the following expression (2).
Srx = ax · Mx + Crx (1)
Sry = ay · My + Cry (2)
Where ax is the sensitivity of the x-axis hall element HEx, Crx is the offset of the x-axis hall element HEx, ay is the sensitivity of the y-axis hall element HEy, Cry is the offset of the y-axis hall element HEy, and Mx is the geomagnetism. The x-direction component of M, My is the y-direction component of geomagnetism M.

ホール素子出力増幅値は、Ａ／Ｄ変換部１５でディジタル情報になり、感度補正計算部１７で個々のホール素子の感度の差異が補正される。
感度補正後のｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙは、距離判定部２３に入力される。オフセット情報記憶部２０にすでにオフセット情報が記憶されている場合は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙとオフセット情報までの距離とが評価され、地磁気信号として期待される距離値に対して妥当かどうかが判定される。 The Hall element output amplification value is converted into digital information by the A / D converter 15 and the sensitivity correction calculation unit 17 corrects the difference in sensitivity of the individual Hall elements.
The output amplification value Sx of the x-axis hall element HEx and the output amplification value Sy of the y-axis hall element HEy after sensitivity correction are input to the distance determination unit 23. When the offset information is already stored in the offset information storage unit 20, the output amplification value Sx of the x-axis hall element HEx, the output amplification value Sy of the y-axis hall element HEy, and the distance to the offset information are evaluated, and the geomagnetism It is determined whether it is appropriate for the expected distance value as a signal.

上述の判定が妥当でなかった場合は、感度補正後のｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙはデータバッファ部１８に入力されずに破棄され、また方位角計算部２２でも演算はされない。   If the above determination is not valid, the output amplification value Sx of the x-axis hall element HEx and the output amplification value Sy of the y-axis hall element HEy after sensitivity correction are discarded without being input to the data buffer unit 18, and The azimuth calculation unit 22 does not perform calculation.

上述の判定が妥当であった場合およびオフセット情報記憶部２０にオフセット情報が記憶されていない場合は、感度補正後のｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙはデータバッファ部１８に入力される。
データバッファ部１８に所定数のデータが入力されていなければ、方位角計算部２２では方位角の演算をせず、再び２軸磁気センサ１１で、地磁気情報を取得する。データバッファ部１８に所定数のデータが入力されていれば、オフセット情報算出部１９ではデータバッファ部１８内のデータからオフセット情報を算出し、算出されたオフセット情報はオフセット情報記憶部２０に記憶される。 When the above determination is valid and when the offset information is not stored in the offset information storage unit 20, the output amplification value Sx of the x-axis hall element HEx and the output amplification value of the y-axis hall element HEy after sensitivity correction. Sy is input to the data buffer unit 18.
If a predetermined number of data is not input to the data buffer unit 18, the azimuth angle calculation unit 22 does not calculate the azimuth angle, and the biaxial magnetic sensor 11 again acquires geomagnetic information. If a predetermined number of data is input to the data buffer unit 18, the offset information calculation unit 19 calculates offset information from the data in the data buffer unit 18, and the calculated offset information is stored in the offset information storage unit 20. The

オフセット情報算出部１９でオフセット情報を算出した際に導出される、データバッファ部１８に保持された地磁気計測データ群とオフセット情報とが成す方位円の半径距離が地磁気ベクトル強度として妥当かどうかを半径距離判定部２４が判定し、妥当であった場合は、最新の感度補正後のｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙは、オフセット情報記憶部２０で記憶されるとともに、オフセット補正部２１に入力される。オフセット補正された地磁気計測データに基づき、方位角計算部２２にて方位角が演算され、その演算をもとに、方位角情報が出力される。   It is determined whether the radius distance of the azimuth circle formed by the geomagnetic measurement data group held in the data buffer unit 18 and the offset information, which is derived when the offset information calculation unit 19 calculates the offset information, is valid as the geomagnetic vector intensity. When the distance determination unit 24 determines and is appropriate, the output amplification value Sx of the x-axis hall element HEx and the output amplification value Sy of the y-axis hall element HEy after the latest sensitivity correction are stored in the offset information storage unit 20. While being stored, it is input to the offset correction unit 21. An azimuth angle is calculated by the azimuth angle calculation unit 22 based on the offset-corrected geomagnetic measurement data, and azimuth angle information is output based on the calculation.

以下で、オフセット情報算出部１９でのオフセット情報の算出方法を説明する。
感度補正後のｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙは、以下の（３）、（４）式のように表すことができる。
Ｓｘ＝ａ０／ａｘ・Ｓｒｘ＝ａ０・Ｍｘ＋Ｃｘ ・・・（３）
Ｓｙ＝ａ０／ａｙ・Ｓｒｙ＝ａ０・Ｍｙ＋Ｃｙ ・・・（４）
ただし、ａ０／ａｘは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの感度補正係数、ａ０／ａｙは、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度補正係数、ａ０は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度補正後の感度である。 Hereinafter, a method for calculating offset information in the offset information calculation unit 19 will be described.
The output amplification value Sx of the x-axis hall element HEx and the output amplification value Sy of the y-axis hall element HEy after sensitivity correction can be expressed as the following equations (3) and (4).
Sx = a0 / ax · Srx = a0 · Mx + Cx (3)
Sy = a0 / ay · Sry = a0 · My + Cy (4)
However, a0 / ax is the sensitivity correction coefficient of the x-axis hall element HEx, a0 / ay is the sensitivity correction coefficient of the y-axis hall element HEy, and a0 is the sensitivity correction of the x-axis hall element HEEx and y-axis hall element HEy. Sensitivity.

また、Ｃｘは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの感度補正後のオフセット、Ｃｙは、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度補正後のオフセットであり、
Ｃｘ＝ａ０／ａｘ・Ｃｒｘ
Ｃｙ＝ａ０／ａｙ・Ｃｒｙ
である。 Cx is the offset after sensitivity correction of the x-axis hall element HEx, Cy is the offset after sensitivity correction of the y-axis hall element HEy,
Cx = a0 / ax · Crx
Cy = a0 / ay · Cry
It is.

例えば、方位角計測装置の向きが、ｘ、ｙ軸が所定の平面上にあるよう保ちながら変化した時に、感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙとして、（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）、（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ）、（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ）、・・・という値がそれぞれ得られたものとすると、これらの値で特定される点Ｐ1（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）、Ｐ2（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ）、Ｐ3（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ）、・・・をｘｙ座標上にそれぞれ配置する。 For example, when the orientation of the azimuth measuring device changes while keeping the x and y axes on a predetermined plane, (S1x, S1y), (S2x, S2y) are output amplification values Sx, Sy after sensitivity correction. ), (S3x, S3y),..., Points P 1 (S1x, S1y), P 2 (S2x, S2y), P 3 (S3x) specified by these values. , S3y),... Are arranged on the xy coordinates.

ここで、（３）、（４）式を変形すると、
（Ｓｘ−Ｃｘ）／ａ０＝Ｍｘ ・・・（５）
（Ｓｙ−Ｃｙ）／ａ０＝Ｍｙ ・・・（６）
となる。 Here, when the equations (3) and (4) are transformed,
(Sx−Cx) / a0 = Mx (5)
(Sy-Cy) / a0 = My (6)
It becomes.

一方、携帯電話等の方位角計測装置を備えた装置は、ｘ、ｙ軸を含む平面上で回転するから、
（Ｍｘ2＋Ｍｙ2）＝ｃｏｎｓｔ ・・・（７）
が成り立つ。 On the other hand, since a device equipped with an azimuth measuring device such as a mobile phone rotates on a plane including the x and y axes,
(Mx 2 + My 2 ) = const (7)
Holds.

従って、
（（Ｓｘ−Ｃｘ）／ａ０）2＋（（Ｓｙ−Ｃｙ）／ａ０）2
＝Ｍｘ2＋Ｍｙ2 ・・・（８）
となる。 Therefore,
((Sx−Cx) / a0) 2 + ((Sy−Cy) / a0) 2
= Mx 2 + My 2 (8)
It becomes.

ここで、   here,

Figure 0004638670
Figure 0004638670

と置くと、
（Ｓｘ−Ｃｘ）2＋（Ｓｙ−Ｃ）2＝ｒ2 ・・・（９）
が成り立つ。 And put
(Sx−Cx) 2 + (Sy−C) 2 = r 2 (9)
Holds.

従って、感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙで特定される点Ｐ1（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）、Ｐ2（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ）、Ｐ3（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ）、・・・は、いずれもｘ軸ホール素子ＨＥｘのオフセットＣｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙのオフセットＣｙをｘｙ成分とする基準点Ｃ１（Ｃｘ、Ｃｙ）から等しい距離に位置することになる。 Therefore, the points P 1 (S1x, S1y), P 2 (S2x, S2y), P 3 (S3x, S3y),... Specified by the output amplification values Sx, Sy after sensitivity correction are all x-axis. The offset Cx of the Hall element HEx and the offset Cy of the y-axis Hall element HEy are located at the same distance from the reference point C1 (Cx, Cy) having the xy component.

基準点Ｃ１（Ｃｘ、Ｃｙ）は、Ｐ1（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）、Ｐ2（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ）、Ｐ3（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ）、・・・から推定することができ、種々の計算方法がある。感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙには何らかの誤差が含まれているので、データ取得数をなるべく多くして、基準点Ｃ１（Ｃｘ、Ｃｙ）からＰ1（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）、Ｐ2（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ）、Ｐ3（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ）、・・・までの距離のばらつきが最小になるよう統計的手法を用いて計算するのが望ましい。
例えば、データ取得数は４以上、好ましくは１０以上とする。 The reference point C1 (Cx, Cy) can be estimated from P 1 (S1x, S1y), P 2 (S2x, S2y), P 3 (S3x, S3y), etc., and there are various calculation methods. . Since the output amplification values Sx and Sy after the sensitivity correction include some error, the number of data acquisition is increased as much as possible, and the reference points C1 (Cx, Cy) to P 1 (S1x, S1y), P 2 ( S2x, S2y), P 3 (S3x, S3y),... Are desirably calculated using a statistical method so as to minimize the variation in distance.
For example, the number of data acquisition is 4 or more, preferably 10 or more.

統計的手法とは、たとえば、最小自乗法により距離のばらつきが最小になる点を求める方法がある。その解法としては、ニュートン・ラプソン法を用いたり、基準点の座標を解とする連立一次方程式を解くこと等が挙げられる。   The statistical method includes, for example, a method for obtaining a point at which the variation in distance is minimized by the method of least squares. Examples of the solution include Newton-Raphson method and solving simultaneous linear equations using the coordinates of the reference point as a solution.

また、４点以上のデータ群から任意の３点を選び、その３点を通る円周の中心を求め、データ群から得られた複数個の中心データに対してさまざまな方法、たとえば平均したり、最小自乗法で中心値を推定するなどの方法を用いても良い。   Also, select any three points from four or more data groups, find the center of the circle that passes through the three points, and perform various methods such as averaging on multiple center data obtained from the data group. Alternatively, a method of estimating the center value by the method of least squares may be used.

図２は、本発明の一実施形態に係る基準点を推定する手順を示すフロー図である。
オフセット情報算出部１９は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｒｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｙ（ＳｒｘとＳｒｙとを総じて測定データとも呼ぶ）をそれぞれ１０点分格納するためのデータバッファを用意する（ステップＳ２１）。 FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for estimating a reference point according to an embodiment of the present invention.
The offset information calculation unit 19 is data for storing the output amplification value Srx of the x-axis hall element HEx and the output amplification value Sry of the y-axis hall element HEy (Srx and Sry are collectively referred to as measurement data) for 10 points. A buffer is prepared (step S21).

そして、オフセット情報算出部１９は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙをそれぞれ１０点分取得する（ステップＳ２２，Ｓ２３）。   Then, the offset information calculation unit 19 acquires the output amplification values Srx and Sry of the x-axis hall element HEx and the y-axis hall element HEy for 10 points, respectively (steps S22 and S23).

所望の数のデータ数がそろった後、ステップＳ２４にてすでに基準点の座標が一回以上求められているかどうかの判定を行う。オフセット値を求める初期段階で一度も基準点が求められていない時はステップＳ２８に移行する。
すでに基準点が求められている場合には、ステップＳ２５にて基準点と最新の測定データとの距離を計算する。次にステップＳ２６にてステップＳ２５での計算結果から正しく地磁気を測定したかどうかの判定を行う。その結果、最新の測定データが地磁気として妥当な大きさであれば測定データを有効と判定し、ステップＳ２７へ移行する。 After the desired number of data has been prepared, it is determined in step S24 whether or not the coordinates of the reference point have already been obtained at least once. If the reference point has not been obtained even at the initial stage of obtaining the offset value, the process proceeds to step S28.
If the reference point has already been obtained, the distance between the reference point and the latest measurement data is calculated in step S25. Next, in step S26, it is determined whether the geomagnetism is correctly measured from the calculation result in step S25. As a result, if the latest measurement data has a reasonable size as geomagnetism, it is determined that the measurement data is valid, and the process proceeds to step S27.

地磁気として妥当ではないと判定した場合は、最新の測定データを破棄しステップＳ２２へ移行して新たな測定を実施する。   If it is determined that the geomagnetism is not appropriate, the latest measurement data is discarded, and the process proceeds to step S22 to perform a new measurement.

ステップＳ２７では、データバッファ部１８の最も古いデータを削除し、データシフトの後に最新の測定データを追加する。   In step S27, the oldest data in the data buffer unit 18 is deleted, and the latest measurement data is added after the data shift.

ステップＳ２８では、データバッファ１８部内部のホール素子出力データの最大値、最小値が所定の値より大きいかどうかを判定する。所定の値より小さければ、最新の測定データを破棄してステップＳ２２へ移行して新たな測定を実施する。所定の値より大きければ、ステップＳ２９に移行する。   In step S28, it is determined whether the maximum value and the minimum value of the Hall element output data in the data buffer 18 section are larger than a predetermined value. If it is smaller than the predetermined value, the latest measurement data is discarded and the process proceeds to step S22 to perform a new measurement. If it is larger than the predetermined value, the process proceeds to step S29.

ステップＳ２９では、データバッファ部１８内部のホール素子出力データ群からの距離がなるべく等しくなるような基準点を推定するとともに、データ群が成す方位円から基準点までの半径距離となる値がひとつ算出される。   In step S29, a reference point is estimated such that the distance from the Hall element output data group in the data buffer unit 18 is as equal as possible, and one value that is a radial distance from the azimuth circle formed by the data group to the reference point is calculated. Is done.

次に、ステップＳ３０において、ステップＳ２９にて算出された半径距離を評価し、地磁気サイズとして妥当か否かを判定する。妥当でないと判定された場合は、最新の測定データを破棄してステップＳ２２へ移行して新たな測定を実施する。妥当であると判定された場合は、ステップＳ３１に移行する。   Next, in step S30, the radial distance calculated in step S29 is evaluated to determine whether or not the geomagnetic size is appropriate. If it is determined to be invalid, the latest measurement data is discarded, and the process proceeds to step S22 to perform a new measurement. If it is determined to be valid, the process proceeds to step S31.

ステップＳ３１では、推定された基準点の座標を採用して、Ｘ、Ｙ各素子のオフセット値として出力をする。   In step S31, the estimated coordinates of the reference point are adopted and output as offset values of the X and Y elements.

なお、ステップＳ２４での判定結果、Ｎｏと判定された場合、すなわち、基準点を一回以上求めていない場合は、ステップＳ３１で出力されたオフセット値は、次のオフセット値推定工程におけるステップＳ２４での判定の際の初期値としてデータバッファ部１８に設定される。一方、ステップＳ２４での判定結果、Ｙｅｓと判定された場合、すなわち、すでに基準点を一回以上求めている場合は、前の測定で出力されたオフセット値は、ステップＳ３１で出力されたオフセット値に更新される。   When the determination result in step S24 is No, that is, when the reference point has not been obtained once or more, the offset value output in step S31 is the step S24 in the next offset value estimation step. Is set in the data buffer unit 18 as an initial value for the determination. On the other hand, if the determination result in step S24 is Yes, that is, if the reference point has already been obtained once or more, the offset value output in the previous measurement is the offset value output in step S31. Updated to

次に、本実施形態のアルゴリズムの具体的な効果を図４を使って説明する。
図４において、測定点Ｐ１からＰ１０までのデータがバッファ内に蓄積された後、円周の中心座標Ｃ０を計算する。ここで求められたＣ０が各軸のオフセット値となる。次にＰ１１の測定点が得られた時点ですでに求められているオフセット値（Ｃ０）を使ってＣ０とＰ１１の距離を計算し、地磁気ベクトルの大きさとして妥当な値が得られているかを評価する。その結果、測定値が地磁気ベクトルの大きさとしては異常値であると判断された場合、Ｐ１１は破棄され、オフセット値は計算されずに、オフセット値としてＣ０の座標を再び使用する。 Next, specific effects of the algorithm of this embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, after the data from the measurement points P1 to P10 are accumulated in the buffer, the center coordinate C0 of the circumference is calculated. C0 obtained here becomes an offset value of each axis. Next, the distance between C0 and P11 is calculated using the offset value (C0) already obtained when the measurement point of P11 is obtained, and whether or not a reasonable value is obtained as the magnitude of the geomagnetic vector. evaluate. As a result, when it is determined that the measured value is an abnormal value as the magnitude of the geomagnetic vector, P11 is discarded, and the offset value is not calculated, and the coordinates of C0 are used again as the offset value.

その後Ｐ１２が測定され、地磁気測定値として地磁気ベクトルの大きさが妥当と判断された場合に、Ｐ２〜Ｐ１０とＰ１２によって再度円周の中心座標を計算により推定する。推定された中心座標Ｃ２と測定点までの距離を評価し、地磁気ベクトルの大きさとして妥当であると判断された場合には、推定された中心座標Ｃ２を最新のオフセット値として採用する。地磁気ベクトルの大きさとして妥当でないと判断された場合は、Ｐ１２は破棄され、オフセット値は計算されずに、オフセット値としてＣ０の座標を再び使用するものである。   Thereafter, P12 is measured, and when it is determined that the magnitude of the geomagnetic vector is appropriate as a geomagnetic measurement value, the center coordinates of the circumference are estimated again by calculation using P2 to P10 and P12. The estimated distance between the center coordinate C2 and the measurement point is evaluated, and if it is determined that the magnitude of the geomagnetic vector is appropriate, the estimated center coordinate C2 is adopted as the latest offset value. If it is determined that the magnitude of the geomagnetic vector is not appropriate, P12 is discarded and the offset value is not calculated, and the coordinates of C0 are used again as the offset value.

以上のフローを用いることで、磁気センサ測定値として異常値が計測された場合でも、地磁気ベクトルの大きさをもとに地磁気サイズとして妥当かどうか評価することで、その異常値を含めた磁気センサ測定値からオフセットは計算されない。   By using the above flow, even if an abnormal value is measured as a magnetic sensor measurement value, the magnetic sensor including the abnormal value is evaluated by evaluating whether the geomagnetic size is valid based on the magnitude of the geomagnetic vector. No offset is calculated from the measured value.

さらに、図５で示されるような方位角計測装置を手に持ったまま歩くなど、空間上を広く移動していない場合においては、測定点Ｐ1〜Ｐ１０またはＰ２からＰ１１と計算されたオフセット値とで形成される方位円の半径である、半径距離の大きさを評価し、半径距離が地磁気ベクトルとしては異常値であった場合にはオフセット値を破棄するので、オフセット値を誤推定することが少なくなる。   Further, in the case where the azimuth measuring device as shown in FIG. 5 is not moved widely in space, such as walking with the hand, the offset value calculated as the measurement points P1 to P10 or P2 to P11 is If the radius distance is an abnormal value as a geomagnetic vector, the offset value is discarded, so the offset value may be estimated incorrectly. Less.

なお、本実施形態では、地磁気検出手段として２軸磁気センサを用いた形態について説明したが、３軸磁気センサを用いた形態であっても良い。   In the present embodiment, the form using the biaxial magnetic sensor as the geomagnetic detection means has been described. However, the form using the triaxial magnetic sensor may be used.

地磁気ベクトルの大きさの値としては日本国内での標準値として約５０μＴ程度とされている。しかしながら都市部などではビル内の鉄骨や地下構造物の影響により標準値以外の地磁気ベクトルの大きさも観測されるための妥当な範囲としては約２０μＴから６０μＴ程度とするのが適している。３軸磁気センサを用いる場合は、上記数字をそのまま用いることが好ましい。２軸の磁気センサであって、磁気ベクトルを水平面に投影した値を用いる場合は、もともと水平面での地磁気ベクトルの大きさが３０μＴであるが、センサを傾けた場合には５０μＴとなる場合も考えられるため、妥当な範囲は１５μＴから６０μＴとすることが好ましい。   The value of the magnitude of the geomagnetic vector is about 50 μT as a standard value in Japan. However, in an urban area or the like, a suitable range for observing the magnitude of a geomagnetic vector other than the standard value due to the effects of steel frames and underground structures in the building is suitably about 20 μT to 60 μT. When using a three-axis magnetic sensor, the above numbers are preferably used as they are. In the case of a biaxial magnetic sensor using a value obtained by projecting a magnetic vector onto a horizontal plane, the magnitude of the geomagnetic vector on the horizontal plane is originally 30 μT, but it may be 50 μT when the sensor is tilted. Therefore, the reasonable range is preferably 15 μT to 60 μT.

また、上記フローにおいては、測定データと記憶されてあるオフセット値との距離や測定されたデータ群と計算されたオフセット値とで形成される方位円の半径距離が地磁気ベクトルに比べて異常であった場合は最新の測定データや計算された基準点を破棄するようにしているが、そうではなくてデータバッファのデータ群のうちのいくつかのデータや、データ群すべてを破棄するようにしても良い。   In the above flow, the distance between the measured data and the stored offset value and the radial distance of the azimuth circle formed by the measured data group and the calculated offset value are abnormal compared to the geomagnetic vector. If it is, the latest measurement data and the calculated reference point are discarded, but instead, some of the data groups in the data buffer or all the data groups may be discarded. good.

本実施形態において、磁気センサとしては、ホール素子について述べているが、ホール素子に限らず、ＭＲ素子やＭＩ素子、フラックスゲートなど何でもよい。   In the present embodiment, the Hall sensor is described as the magnetic sensor. However, the magnetic sensor is not limited to the Hall element, but may be anything such as an MR element, an MI element, or a flux gate.

（その他の実施形態）
第１の実施形態では、出力データとすでに求められたオフセットとの距離や、求められた半径距離が、例えば、地磁気ベクトルの大きさに比べて妥当か否かを判断しているが、それらを混合させた方法も考えられる。 (Other embodiments)
In the first embodiment, it is determined whether the distance between the output data and the already obtained offset or the obtained radial distance is appropriate compared to the magnitude of the geomagnetic vector, for example. A mixed method is also conceivable.

すなわち、出力データ群から半径距離とオフセット値とが求められた際に、出力データ群を構成する個々のデータと計算されたオフセット値との距離を求め、個々のデータとオフセット値との距離と半径距離との差を評価する。   That is, when the radial distance and the offset value are obtained from the output data group, the distance between the individual data constituting the output data group and the calculated offset value is obtained, and the distance between the individual data and the offset value is calculated. Evaluate the difference from the radial distance.

データ群の個々のデータとオフセット値との距離のばらつきが大きかったり、個々のデータとオフセット値との距離と半径距離との差が大きいものが混合していると、測定データ群の中に異常データや雑音が紛れ込んでいる可能性があり、それらのデータから求められたオフセット値は、信頼性が低いとみて破棄するなどの判断を考えられる。   If there is a large variation in the distance between the individual data in the data group and the offset value, or there is a large difference between the distance between the individual data and the offset value and the radial distance, there will be an abnormality in the measured data group. There is a possibility that data and noise are mixed in, and it can be considered that the offset value obtained from the data is discarded because it has low reliability.

ばらつきの判断指標としては、個々のデータとオフセット値との距離と半径距離との差をとり、その最大値と最小値との差と半径距離との比を取ることが好ましいが、その他にも最大値と最小値との差そのものを用いたり、標準偏差を用いるなど、様々な方法を用いることができる。   As an index for determining the variation, it is preferable to take the difference between the distance between each data and the offset value and the radial distance, and take the ratio between the difference between the maximum value and the minimum value and the radial distance. Various methods such as using the difference between the maximum value and the minimum value itself or using the standard deviation can be used.

本発明は、磁気センサを用いた方位角センサに関するものであり、さらに言えば、方位角センサで地磁気方位を計測する場合に、取得された磁界データが適切でなかった場合に、適切でないデータをもとに誤ったオフセット値を求めることを少なくし、方位角計測精度の劣化を防ぐものである。   The present invention relates to an azimuth angle sensor using a magnetic sensor, and more specifically, when measuring the geomagnetic azimuth with an azimuth angle sensor, if the acquired magnetic field data is not appropriate, inappropriate data is obtained. In this way, it is possible to reduce the need to obtain an erroneous offset value and to prevent deterioration of the azimuth measurement accuracy.

従来の方位角計測装置において基準点を推定する手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure which estimates a reference point in the conventional azimuth measuring device. 本発明の一実施形態に係る基準点を推定する手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure which estimates the reference point which concerns on one Embodiment of this invention. 従来の基準点推定についての問題点を説明した図である。It is a figure explaining the problem about the conventional reference point estimation. 本発明の一実施形態に係るアルゴリズムの効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the algorithm concerning one embodiment of the present invention. 従来の基準点推定についての問題点を説明した図である。It is a figure explaining the problem about the conventional reference point estimation. 従来の方位角計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional azimuth measuring device. 本発明の一実施形態に係る方位角測定装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the azimuth measuring device which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１ ２軸磁気センサ
１２ 磁気センサ駆動電源部
１３ マルチプレクサ部
１４ 増幅部
１５ Ａ／Ｄ変換部
１６ 感度補正情報記憶部
１７ 感度補正部
１８ データバッファ部
１９ オフセット情報算出部
２０ オフセット情報記憶部
２１ オフセット補正部
２２ 方位角計算部
２３ 第一の距離判定部
２４ 第二の距離判定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Biaxial magnetic sensor 12 Magnetic sensor drive power supply part 13 Multiplexer part 14 Amplification part 15 A / D conversion part 16 Sensitivity correction information storage part 17 Sensitivity correction part 18 Data buffer part 19 Offset information calculation part 20 Offset information storage part 21 Offset correction Unit 22 azimuth calculation unit 23 first distance determination unit 24 second distance determination unit

Claims (6)

２軸の地磁気検出手段における検出方向を所定の平面上にあるよう保ちながら該検出方向を変化させる、または３軸の地磁気検出手段における検出方向を３次元空間において変化させながら、前記検出方向が変化した時の前記２軸または３軸の地磁気検出手段からの出力データを所定回数以上取得するステップと、
前記２軸の地磁気検出手段からの出力データを成分とする２次元座標上、または前記３軸の地磁気検出手段からの出力データを成分とする３次元座標上において、前記取得された２軸または３軸の地磁気検出手段からの出力データからなる出力データ群からの距離のばらつきが最小になるような位置の座標を基準点として推定するステップと、
前記推定した基準点を中心とし、前記出力データ群の各々が円周を形成する円の半径距離を算出するステップと、
前記算出した半径距離が地磁気ベクトル強度に基づいて定められる範囲外かどうかを判断するステップと、
前記判断の結果前記算出した半径距離が前記範囲外の場合、前記推定した基準点を破棄するステップと
を具えたことを特徴とする方位角計測方法。 The detection direction is changed while changing the detection direction in the three-dimensional space while changing the detection direction in the three-axis geomagnetic detection means while keeping the detection direction in the biaxial geomagnetic detection means on a predetermined plane. Obtaining the output data from the two-axis or three-axis geomagnetism detection means at a predetermined number of times,
On the two-dimensional coordinates having the output data from the two-axis geomagnetic detection means as a component, or on the three-dimensional coordinates having the output data from the three-axis geomagnetism detection means as a component, the acquired two axes or three Estimating a coordinate of a position that minimizes variation in distance from the output data group consisting of output data from the geomagnetic detection means of the axis as a reference point;
Centering on the estimated reference point and calculating a radial distance of a circle in which each of the output data groups forms a circumference;
Determining whether the calculated radial distance is outside a range determined based on geomagnetic vector strength ;
If the radial distance the calculated result of the determination is out of the range, azimuth measuring method, characterized in that it comprises the steps discarding the reference point described above estimation. 前記地磁気ベクトルの強度が、２０μＴから６０μＴであることを特徴とする請求項１記載の方位角計測方法。 The intensity of the geomagnetic vector, azimuth measuring method according to claim 1, characterized in that the 60μT from 20MyuT. 前記基準点の座標は、オフセット情報であることを特徴とする請求項１または２記載の方位角計測方法。   The azimuth angle measuring method according to claim 1 or 2, wherein the coordinates of the reference point are offset information. 地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出手段と、
前記２軸の地磁気検出手段の検出方向が所定の平面上にあるよう保ちながら該検出方向が変化した時の前記地磁気検出手段からの２軸の出力データ、または前記３軸の地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の前記地磁気検出手段からの３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段と、
前記２軸の出力データを各軸方向成分とする２次元座標上、または前記３軸の出力データを各軸方向成分とする３次元座標上において、前記出力データ取得手段によって得られた２軸または３軸の出力データ群からの距離のばらつきが最小になるような位置の座標を基準点として推定する基準点推定手段と、
前記推定した基準点を中心とし、前記出力データ群の各々が円周を形成する円の半径距離を算出する半径距離算出手段と、
前記半径距離算出手段により算出された半径距離が地磁気ベクトル強度に基づいて定められる範囲外かどうかを判断する半径距離判断手段と
を具え、
前記判断の結果、前記半径距離算出手段により算出された半径距離が前記範囲外の場合、前記基準点を破棄することを特徴とする方位角計測装置。 2-axis or 3-axis geomagnetism detecting means for detecting geomagnetism;
The biaxial output data from the geomagnetism detection means when the detection direction changes while keeping the detection direction of the biaxial geomagnetism detection means on a predetermined plane, or the direction of the triaxial geomagnetism detection means Output data acquisition means for repeatedly acquiring the three-axis output data from the geomagnetism detection means when it changes in a three-dimensional space over a predetermined number of times;
Two-dimensional coordinates obtained by the output data acquisition means on two-dimensional coordinates having the two-axis output data as axial components, or on three-dimensional coordinates having the three-axis output data as axial components. A reference point estimating means for estimating, as a reference point, coordinates of a position at which a variation in distance from the three-axis output data group is minimized;
Radial distance calculation means for calculating the radial distance of a circle centering on the estimated reference point and each of the output data groups forming a circumference;
Radial distance determination means for determining whether the radial distance calculated by the radial distance calculation means is out of a range determined based on geomagnetic vector strength ,
A result of the determination, if the radial distance that is calculated by the radial distance calculation means is outside the range, azimuth measuring apparatus characterized by discarding the reference point. 前記地磁気ベクトルの強度が、２０μＴから６０μＴであることを特徴とする請求項４に記載の方位角計測装置。 The azimuth measuring apparatus according to claim 4 , wherein the geomagnetic vector has an intensity of 20 to 60 µT. 前記基準点の座標は、オフセット情報であることを特徴とする請求項４または５記載の方位角計測装置。   The azimuth measuring apparatus according to claim 4 or 5, wherein the coordinates of the reference point are offset information.
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