JPH0749960B2 - 地磁気による方位測定装置 - Google Patents
地磁気による方位測定装置Info
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- JPH0749960B2 JPH0749960B2 JP59280065A JP28006584A JPH0749960B2 JP H0749960 B2 JPH0749960 B2 JP H0749960B2 JP 59280065 A JP59280065 A JP 59280065A JP 28006584 A JP28006584 A JP 28006584A JP H0749960 B2 JPH0749960 B2 JP H0749960B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は船舶、自動車などに使用される地磁気による
方位測定装置に関する。
方位測定装置に関する。
［従来の技術］ 地磁気による方位測定装置としてよく知られているもの
に磁気コンパスがある。磁気コンパスは安価で構造も簡
単であるが船舶などの移動体に設置して使用する場合、
移動体の傾きに対して上記コンパスを常に水平に保つ必
要があり、そのための装置としてジンバル機構がよく知
られている。
に磁気コンパスがある。磁気コンパスは安価で構造も簡
単であるが船舶などの移動体に設置して使用する場合、
移動体の傾きに対して上記コンパスを常に水平に保つ必
要があり、そのための装置としてジンバル機構がよく知
られている。
また測定方位を電気信号によって検出することができる
方位測定装置としてはフラツクスゲート磁気センサを用
いるものが知られている。第５図にフラツクスゲート磁
気センサの１例を示す。リング状の磁心20には励振用コ
イル21が鎖交的に巻かれており励振用交流電源22から励
振電流が供給されている。２個の検出コイル23,24は互
に直交して磁心20全体の外側に巻かれており、上記フラ
ツクスゲート磁気センサの方位に応じて地磁気の強さの
２方向の方位成分を示す電気信号出力を得ることができ
る。
方位測定装置としてはフラツクスゲート磁気センサを用
いるものが知られている。第５図にフラツクスゲート磁
気センサの１例を示す。リング状の磁心20には励振用コ
イル21が鎖交的に巻かれており励振用交流電源22から励
振電流が供給されている。２個の検出コイル23,24は互
に直交して磁心20全体の外側に巻かれており、上記フラ
ツクスゲート磁気センサの方位に応じて地磁気の強さの
２方向の方位成分を示す電気信号出力を得ることができ
る。
このようなフラツクスゲート磁気センサを用いた方位測
定装置の例は公開特許公報昭57−76410及び昭57−12231
0に開示されている。昭57−76410公報に示されている方
位検出装置は上記フラツクスゲート磁気センサによって
検出した磁北からの方位をデジタル信号として得ること
を目的としている。この方位検出装置の船舶等の移動体
に設置する場合には移動体の傾きによって生じる誤差を
防ぐために上記フラツクスゲート磁気センサを常に水平
に保つためのジンバル装置を必要としていた。
定装置の例は公開特許公報昭57−76410及び昭57−12231
0に開示されている。昭57−76410公報に示されている方
位検出装置は上記フラツクスゲート磁気センサによって
検出した磁北からの方位をデジタル信号として得ること
を目的としている。この方位検出装置の船舶等の移動体
に設置する場合には移動体の傾きによって生じる誤差を
防ぐために上記フラツクスゲート磁気センサを常に水平
に保つためのジンバル装置を必要としていた。
また特開昭57−76410号公報の発明では、フラツクスゲ
ート磁気センサを用いる磁気方位計を設置した自動車な
どの移動体が例えば鉄橋やトンネルなどを通過するさい
地磁気の局部的な乱れによつて測定方位に誤差が生じる
ことの対策が開示されている。この誤差を防ぐために、
上記地磁気の乱れが発生してあらかじめ設定された一定
限度を超えた場合は上記地磁気の乱れが発生する直前の
定常状態における測定方位をラツチ回路によつて保持
し、それによって移動体にとっての通過環境の急変によ
る、方位表示部における表示値の急激な変動を防いでい
た。この先行例においてはジンバル装置に相当する手段
は有しないが、上記移動体が傾いて測定方位が変動した
場合には傾く直前の方位値を保持するよう構成し、それ
によつて傾きによつて生ずる誤差の影響を避ける必要が
あった。
ート磁気センサを用いる磁気方位計を設置した自動車な
どの移動体が例えば鉄橋やトンネルなどを通過するさい
地磁気の局部的な乱れによつて測定方位に誤差が生じる
ことの対策が開示されている。この誤差を防ぐために、
上記地磁気の乱れが発生してあらかじめ設定された一定
限度を超えた場合は上記地磁気の乱れが発生する直前の
定常状態における測定方位をラツチ回路によつて保持
し、それによって移動体にとっての通過環境の急変によ
る、方位表示部における表示値の急激な変動を防いでい
た。この先行例においてはジンバル装置に相当する手段
は有しないが、上記移動体が傾いて測定方位が変動した
場合には傾く直前の方位値を保持するよう構成し、それ
によつて傾きによつて生ずる誤差の影響を避ける必要が
あった。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の地磁気による方位測定装置は船舶等の移動体に設
置して使用する場合移動体の傾きによつて生ずる測定誤
差を防ぐために常に水平に保持しなければならない。水
平に保持するための装置として知られているジンバル装
置は一般に金属材料を用いて可動部を構成した構造体で
あるため可動部には無視できない摩擦と慣性が存在し、
これらの影響によつて移動体が加速度を有する動揺や振
動をする場合にはジンバル装置は直ちに応動することが
できず測定誤差を生ずる場合があった。また機構部は高
精度加工を要するため高価であり、その保守にも多大の
コストを要していた。
置して使用する場合移動体の傾きによつて生ずる測定誤
差を防ぐために常に水平に保持しなければならない。水
平に保持するための装置として知られているジンバル装
置は一般に金属材料を用いて可動部を構成した構造体で
あるため可動部には無視できない摩擦と慣性が存在し、
これらの影響によつて移動体が加速度を有する動揺や振
動をする場合にはジンバル装置は直ちに応動することが
できず測定誤差を生ずる場合があった。また機構部は高
精度加工を要するため高価であり、その保守にも多大の
コストを要していた。
さらに方位測定装置を小型化する場合にジンバル装置の
小型化が困難なため装置全体の小型化を不可能にしてい
た。特開昭57−122320による磁気方位計においてはジン
バル装置を用いないものの移動体が傾いている状態では
方位の測定をせず、傾く直前の方位値を保持しているに
過ぎないため、例えば上記移動体の傾きが長時間継続す
る場合には表示されている方位値は実際には誤差を生じ
ていることになる。
小型化が困難なため装置全体の小型化を不可能にしてい
た。特開昭57−122320による磁気方位計においてはジン
バル装置を用いないものの移動体が傾いている状態では
方位の測定をせず、傾く直前の方位値を保持しているに
過ぎないため、例えば上記移動体の傾きが長時間継続す
る場合には表示されている方位値は実際には誤差を生じ
ていることになる。
［問題点を解決するための手段］ 本発明にかかる地磁気による方位測定装置は次のものを
具備している。
具備している。
地球上を移動する移動体（30）に固定され、所定の位置
における既知の地磁気ベクトル（Ｇ）の前記移動体（3
0）の針路方位水平軸（ｘ）の方向の成分の値を検出す
る第１のコイル（２）、地磁気ベクトル（Ｇ）の針路方
位水平軸（ｘ）に直交する直交水平軸（ｙ）の方向の成
分の値を検出する第２のコイル（３）及び第３のコイル
（６）、及び地磁気ベクトル（Ｇ）の移動体（30）の垂
直軸（ｚ）の方向の成分の値を検出する第４のコイル
（７）、 前記第１のコイル（２）及び第２のコイル（３）に所定
周波数の交流磁界を与える第１の励振手段（4,9）及び
第３のコイル（６）及び第４のコイル（７）に前記所定
周波数の他の交流磁界を与える第２の励振手段（5,10）
であって前記第１第２第３及び第４のコイルと共にフラ
ツクスゲート型磁力計のコイル部を構成するもの、 第１及び第２の励振手段に前記所定周波数の交流信号を
供給する励振発振器（10A）、 前記第１のコイル（２）、第２のコイル（３）、第３の
コイル（６）及び第４のコイル（７）のそれぞれに対し
て設けられ、それぞれのコイルの出力信号が入力され前
記所定周波数の交流信号の第２高調波信号がそれぞれ出
力される各帯域フィルタ（11）、 第１のコイル（２）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記針路方位水平軸（ｘ）の方向
の成分の値を表す第１の検出信号値（EX）を出力する第
１の同期整流回路（13X）、 第２のコイル（３）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記直交水平軸（ｙ）方向の成分
の値を表す第２の検出信号値（EY）を出力する第２の同
期整流回路（13Yx）、 第３のコイル（６）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記直交水平軸（ｙ）方向の成分
の値を表す第３の検出信号値（EYz）を出力する第３の
同期整流回路（13Yz）、 第２の検出信号値（EY）と第３の検出信号値（EYz）に
基づいて、地磁気ベクトルの同じ水平軸方向の成分に対
する第１の励振手段（4,9）と第２の励振手段（5,10）
の特性の差による検出出力の変動値を検出し、それに基
づくレベル補償信号を出力するレベル補償回路（12）、 第４のコイル（７）の出力信号の第２の高調波信号から
地磁気ベクトル（Ｇ）の前記垂直軸（ｚ）の方向の成分
の値を表す第４の検出信号値（EZ）であって前記レベル
補償回路（12）のレベル補償信号により制御された信号
値を出力する第４の同期整流回路（13Z）、及び 上記第１の検出信号値（EX）、第２の検出信号値（E
Y）、第４の検出信号値（EZ）、地磁気ベクトル（Ｇ）
の値及び伏角（Ｉ）の値に基づいて、移動体（30）の針
路方位（θ）、傾きの回転軸（ｘ′）の方位（Ａ）及び
回転軸（ｘ′）の回りの傾き角（Ｂ）を求める演算を行
なう演算装置であって、 前記所定の位置における前記地磁気ベクトル（Ｇ）の値
及び既知の伏角（Ｉ）の値に基づいて地磁気ベクトル
（Ｇ）の磁北方向軸（Xo）の方向の水平成分の値（G
Xo）、磁北方向軸（Xo）に直交する水平方向軸（Yo）の
方向における地磁気ベクトル（Ｇ）の水平成分の値（GY
o）、及び鉛直方向軸（Zo）の方向における地磁気ベク
トル（Ｇ）の鉛直成分の値（GZo）、をそれぞれ求める
第１の演算と、 前記第１の検出信号値（EX）、前記第２の検出信号値
（EY）、第４の検出信号値（EZ）、前記第１の演算によ
り得られた地磁気ベクトル（Ｇ）の磁北方向の水平成分
の値（GXo）、磁北方向軸（Xo）に直交する水平方向軸
（Yo）の方向における地磁気ベクトル（Ｇ）の水平成分
の値（GYo）、及び鉛直方向軸（Zo）の方向における地
磁気ベクトル（Ｇ）の鉛直成分の値（GZo）、のそれぞ
れに基づいて、前記移動体（30）の針路方位（θ）、傾
きの回転軸（ｘ′）の方位（Ａ）、回転軸（ｘ′）の回
りの傾き角（Ｂ）によって生じる三次元直交座標（x,y,
z）の、（ｉ）磁北方向軸（Xo）、（ii）磁北方向軸（X
o）に直交する水平方向軸（Yo）及び（iii）鉛直方向軸
（Zo）を有する三次元直交座標からの変化を三次元直交
座標の座標変換演算によって求める第２の演算と、 の演算を行ない、前記針路方位（θ）、傾きの回転軸
（ｘ′）の方位（Ａ）、及び傾き角（Ｂ）の値を求める
演算装置（14）、 を有する。
における既知の地磁気ベクトル（Ｇ）の前記移動体（3
0）の針路方位水平軸（ｘ）の方向の成分の値を検出す
る第１のコイル（２）、地磁気ベクトル（Ｇ）の針路方
位水平軸（ｘ）に直交する直交水平軸（ｙ）の方向の成
分の値を検出する第２のコイル（３）及び第３のコイル
（６）、及び地磁気ベクトル（Ｇ）の移動体（30）の垂
直軸（ｚ）の方向の成分の値を検出する第４のコイル
（７）、 前記第１のコイル（２）及び第２のコイル（３）に所定
周波数の交流磁界を与える第１の励振手段（4,9）及び
第３のコイル（６）及び第４のコイル（７）に前記所定
周波数の他の交流磁界を与える第２の励振手段（5,10）
であって前記第１第２第３及び第４のコイルと共にフラ
ツクスゲート型磁力計のコイル部を構成するもの、 第１及び第２の励振手段に前記所定周波数の交流信号を
供給する励振発振器（10A）、 前記第１のコイル（２）、第２のコイル（３）、第３の
コイル（６）及び第４のコイル（７）のそれぞれに対し
て設けられ、それぞれのコイルの出力信号が入力され前
記所定周波数の交流信号の第２高調波信号がそれぞれ出
力される各帯域フィルタ（11）、 第１のコイル（２）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記針路方位水平軸（ｘ）の方向
の成分の値を表す第１の検出信号値（EX）を出力する第
１の同期整流回路（13X）、 第２のコイル（３）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記直交水平軸（ｙ）方向の成分
の値を表す第２の検出信号値（EY）を出力する第２の同
期整流回路（13Yx）、 第３のコイル（６）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記直交水平軸（ｙ）方向の成分
の値を表す第３の検出信号値（EYz）を出力する第３の
同期整流回路（13Yz）、 第２の検出信号値（EY）と第３の検出信号値（EYz）に
基づいて、地磁気ベクトルの同じ水平軸方向の成分に対
する第１の励振手段（4,9）と第２の励振手段（5,10）
の特性の差による検出出力の変動値を検出し、それに基
づくレベル補償信号を出力するレベル補償回路（12）、 第４のコイル（７）の出力信号の第２の高調波信号から
地磁気ベクトル（Ｇ）の前記垂直軸（ｚ）の方向の成分
の値を表す第４の検出信号値（EZ）であって前記レベル
補償回路（12）のレベル補償信号により制御された信号
値を出力する第４の同期整流回路（13Z）、及び 上記第１の検出信号値（EX）、第２の検出信号値（E
Y）、第４の検出信号値（EZ）、地磁気ベクトル（Ｇ）
の値及び伏角（Ｉ）の値に基づいて、移動体（30）の針
路方位（θ）、傾きの回転軸（ｘ′）の方位（Ａ）及び
回転軸（ｘ′）の回りの傾き角（Ｂ）を求める演算を行
なう演算装置であって、 前記所定の位置における前記地磁気ベクトル（Ｇ）の値
及び既知の伏角（Ｉ）の値に基づいて地磁気ベクトル
（Ｇ）の磁北方向軸（Xo）の方向の水平成分の値（G
Xo）、磁北方向軸（Xo）に直交する水平方向軸（Yo）の
方向における地磁気ベクトル（Ｇ）の水平成分の値（GY
o）、及び鉛直方向軸（Zo）の方向における地磁気ベク
トル（Ｇ）の鉛直成分の値（GZo）、をそれぞれ求める
第１の演算と、 前記第１の検出信号値（EX）、前記第２の検出信号値
（EY）、第４の検出信号値（EZ）、前記第１の演算によ
り得られた地磁気ベクトル（Ｇ）の磁北方向の水平成分
の値（GXo）、磁北方向軸（Xo）に直交する水平方向軸
（Yo）の方向における地磁気ベクトル（Ｇ）の水平成分
の値（GYo）、及び鉛直方向軸（Zo）の方向における地
磁気ベクトル（Ｇ）の鉛直成分の値（GZo）、のそれぞ
れに基づいて、前記移動体（30）の針路方位（θ）、傾
きの回転軸（ｘ′）の方位（Ａ）、回転軸（ｘ′）の回
りの傾き角（Ｂ）によって生じる三次元直交座標（x,y,
z）の、（ｉ）磁北方向軸（Xo）、（ii）磁北方向軸（X
o）に直交する水平方向軸（Yo）及び（iii）鉛直方向軸
（Zo）を有する三次元直交座標からの変化を三次元直交
座標の座標変換演算によって求める第２の演算と、 の演算を行ない、前記針路方位（θ）、傾きの回転軸
（ｘ′）の方位（Ａ）、及び傾き角（Ｂ）の値を求める
演算装置（14）、 を有する。
［作用］ 前記説明のとおり三次元磁気センサにより検出される地
磁気ベクトルＧの針路方位水平軸ｘ、直交水平軸ｙ及び
垂直軸ｚ方向のそれぞれの成分の値を地磁気ベクトルＧ
の伏角Ｉに基づいて、針路方位θ、傾きの回転軸ｘ′の
方位Ａ及び回転軸ｘ′の回りの傾き角Ｂである移動体の
位置方向姿勢を表す三次元直交座標と、磁北を基準とす
る三次元直交座標との間の差を求めることにより、針路
方位θ、傾きの回転軸ｘ′の方位Ａ及び回転軸ｘ′の回
りの傾き角Ｂのそれぞれ値の算出される。
磁気ベクトルＧの針路方位水平軸ｘ、直交水平軸ｙ及び
垂直軸ｚ方向のそれぞれの成分の値を地磁気ベクトルＧ
の伏角Ｉに基づいて、針路方位θ、傾きの回転軸ｘ′の
方位Ａ及び回転軸ｘ′の回りの傾き角Ｂである移動体の
位置方向姿勢を表す三次元直交座標と、磁北を基準とす
る三次元直交座標との間の差を求めることにより、針路
方位θ、傾きの回転軸ｘ′の方位Ａ及び回転軸ｘ′の回
りの傾き角Ｂのそれぞれ値の算出される。
［実施例］ 第２図に本発明において用いる３次元フラツクスゲート
磁気センサを示す。２個のフラツクスゲート磁気センサ
1A及び1Bは次のように移動体に固定する。フラツクスゲ
ート磁気センサ1Aはそのリング状磁心９を第３図Ａに示
す移動体30上に水平にＸ軸を船首方向に一致させて固定
するとともにそのＹ軸を船の両舷側間に水平にし、フラ
ツクスゲート磁気センサ1Bはそのリング状磁心10を第３
図Ａに示す移動体30上に垂直になりかつそのＹ軸をフラ
ツクスゲート1AのＹ軸と一致させるとともに、Ｚ軸は移
動体30の鉛直方向に一致させて固定する。フラツクスゲ
ート磁気センサ1A,1Bのそれぞれのリング状の磁心９、1
0にはそれぞれ励振コイル４及び５が巻かれている。Ｙ
軸に直交する面内で磁心９の外側に巻回されていてＸ軸
の方向に細長く作られたところのＸ軸コイル２、及びＹ
軸に直交する面内で磁心10の外側に巻回されていてＹ軸
の方向に細長く作られたところのＹ軸コイル３は互いに
直交して上記リング状の磁心９の外周に巻かれている。
そしてＹ軸に直交する面内で磁心10の外側に巻回された
Ｚ方向に細長く作られたＺ軸コイル７及びＸ軸に直交す
る面内で磁心10の外側に巻回されていて、Ｙ軸の方向に
細長く作られたところの第２のＹ軸コイル６は、磁心９
と直角に配置された磁心10の外周に互に直交して巻かれ
ている。
磁気センサを示す。２個のフラツクスゲート磁気センサ
1A及び1Bは次のように移動体に固定する。フラツクスゲ
ート磁気センサ1Aはそのリング状磁心９を第３図Ａに示
す移動体30上に水平にＸ軸を船首方向に一致させて固定
するとともにそのＹ軸を船の両舷側間に水平にし、フラ
ツクスゲート磁気センサ1Bはそのリング状磁心10を第３
図Ａに示す移動体30上に垂直になりかつそのＹ軸をフラ
ツクスゲート1AのＹ軸と一致させるとともに、Ｚ軸は移
動体30の鉛直方向に一致させて固定する。フラツクスゲ
ート磁気センサ1A,1Bのそれぞれのリング状の磁心９、1
0にはそれぞれ励振コイル４及び５が巻かれている。Ｙ
軸に直交する面内で磁心９の外側に巻回されていてＸ軸
の方向に細長く作られたところのＸ軸コイル２、及びＹ
軸に直交する面内で磁心10の外側に巻回されていてＹ軸
の方向に細長く作られたところのＹ軸コイル３は互いに
直交して上記リング状の磁心９の外周に巻かれている。
そしてＹ軸に直交する面内で磁心10の外側に巻回された
Ｚ方向に細長く作られたＺ軸コイル７及びＸ軸に直交す
る面内で磁心10の外側に巻回されていて、Ｙ軸の方向に
細長く作られたところの第２のＹ軸コイル６は、磁心９
と直角に配置された磁心10の外周に互に直交して巻かれ
ている。
第１図に本発明の回路の構成を示す。上記２個の励磁コ
イル４、５は磁心９及び10に交流磁界を形成させるため
の励振発振器10Aに接続されており、例えば10KHzの交流
電流が印加されている。地磁気の水平成分を検出するた
めのフラツクスゲート磁気センサ1Aのコイル２の出力は
帯域フイルタ11を経て同期整流信号13Xの入力となり、
コイル３の出力は帯域フイルタ11を経て同期整流回路13
Yxの入力となる。地磁気の垂直成分を検出するフラツク
スゲート磁気センサ1Bのコイル６の出力は帯域フイルタ
11を経て同じく同期整流回路13Yzの入力となり、コイル
７の出力は帯域フイルタ11を経て同期整流回路13Zの入
力となる。同期整流回路13Yxと13Yzの出力はレベル補償
回路12の入力となる。レベル補償回路12の出力は同期整
流回路13Zに入力される。上記同期整流回路13X,13Yx,13
Zの出力である検出信号値EX,EY,EZは演算装置14にデー
タとして入力される。表示器15θ,15A及び15B上記演算
装置14の演算結果を表示する。
イル４、５は磁心９及び10に交流磁界を形成させるため
の励振発振器10Aに接続されており、例えば10KHzの交流
電流が印加されている。地磁気の水平成分を検出するた
めのフラツクスゲート磁気センサ1Aのコイル２の出力は
帯域フイルタ11を経て同期整流信号13Xの入力となり、
コイル３の出力は帯域フイルタ11を経て同期整流回路13
Yxの入力となる。地磁気の垂直成分を検出するフラツク
スゲート磁気センサ1Bのコイル６の出力は帯域フイルタ
11を経て同じく同期整流回路13Yzの入力となり、コイル
７の出力は帯域フイルタ11を経て同期整流回路13Zの入
力となる。同期整流回路13Yxと13Yzの出力はレベル補償
回路12の入力となる。レベル補償回路12の出力は同期整
流回路13Zに入力される。上記同期整流回路13X,13Yx,13
Zの出力である検出信号値EX,EY,EZは演算装置14にデー
タとして入力される。表示器15θ,15A及び15B上記演算
装置14の演算結果を表示する。
次に本実施例の動作について説明する。フラツクスゲー
ト磁気センサの動作原理は公知故省略する。コイル２は
地磁気の水平成分Ｘ成分を検出するコイルであり、コイ
ル３及び６は水平成分のＹ成分を検出するコイルであ
る。またコイル７は鉛直方向の成分を検出する。
ト磁気センサの動作原理は公知故省略する。コイル２は
地磁気の水平成分Ｘ成分を検出するコイルであり、コイ
ル３及び６は水平成分のＹ成分を検出するコイルであ
る。またコイル７は鉛直方向の成分を検出する。
発振器10Aの発振周波数foの励磁電流はフラツクスゲー
ト磁気センサ内で公知の原理によって地磁気による歪を
生じる。この歪量を検出するために各帯域フイルタ11に
よって第２高調波2foを分離する。上記第２高調波は交
流波形の半波のみを取出すための同期整流回路13X,13
Yx,13Yz,13Zに入力される。レベル補償回路12は２個の
磁心９、10の各Ｙ成分を検出するコイル３及び６の出力
を比較して両磁心の寸法及び特性の差によって生じる検
出出力の変動を検出し、その検出信号によって同期整流
回路13Zを制御して、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の検出感度が
均一になるようにする。第４図は同期整流回路13X,13
Yx,13Zの出力信号である検出信号値EX,EY,EZのレベルと
船首方位との関係を示す図であり、「０′」は磁北を表
わす。
ト磁気センサ内で公知の原理によって地磁気による歪を
生じる。この歪量を検出するために各帯域フイルタ11に
よって第２高調波2foを分離する。上記第２高調波は交
流波形の半波のみを取出すための同期整流回路13X,13
Yx,13Yz,13Zに入力される。レベル補償回路12は２個の
磁心９、10の各Ｙ成分を検出するコイル３及び６の出力
を比較して両磁心の寸法及び特性の差によって生じる検
出出力の変動を検出し、その検出信号によって同期整流
回路13Zを制御して、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の検出感度が
均一になるようにする。第４図は同期整流回路13X,13
Yx,13Zの出力信号である検出信号値EX,EY,EZのレベルと
船首方位との関係を示す図であり、「０′」は磁北を表
わす。
検出信号値EX,EY,EZは演算装置14に入力され以下に説明
する演算が行なわれる。演算において用いられるデータ
について以下のように定義する。
する演算が行なわれる。演算において用いられるデータ
について以下のように定義する。
これらの各データは地球上の所定位置に存在する移動体
30におけるものである。
30におけるものである。
Xo:移動体30のある位置での地磁気ベクトルＧの磁北方
向水平軸 Yo:上記位置での磁北方向水平軸Xoに直交し水平な直交
水平方向軸、 Zo:同位置での地球上における鉛直方向軸、 GXo:同位置での上記の地磁気ベクトルＧの磁北方向の水
平成分、 GYo:同位置での上記の直交水平方向軸Yoの方向における
地磁気ベクトルＧの水平成分、 GZo:同位置での鉛直方向軸Zoの方向における地磁気ベク
トルＧの成分、 x:移動体30の針路方位軸（船首方位は実質的に針路方位
に等しいものとする） y:移動体30の針路方位軸ｘに直交する直交水平軸 z:移動体30の垂直軸（例えばマストが真っ直ぐ立ってい
る船ではそのマストの方向の軸） A:移動体30が正常位置（移動体の垂直軸ｚが鉛直である
位置）から回転して傾いたときの水平の回転軸ｘ′の方
位（例えば一定方向に進行中の船体が揺れる場合には、
ピッチング（縦ゆれ）とローリング（横ゆれ）が発生す
る。これらはそれぞれが単独で生じる場合もあるが一般
には両者が同時に発生する場合が多い。ローリングのみ
が生じる場合は船体は船首方位軸ｘのまわりに回転し、
ピッチングのみが生じる場合は船体は直交水平軸ｙの回
りに回転する。両者が共に生じる場合は船体は針路方位
軸ｘと直交水平軸ｙの回りの回転運動の合成運動として
両軸のいづれでもない、例えば第３図Ａでは水平軸ｘ′
の回りに回転するものと考えられる。
向水平軸 Yo:上記位置での磁北方向水平軸Xoに直交し水平な直交
水平方向軸、 Zo:同位置での地球上における鉛直方向軸、 GXo:同位置での上記の地磁気ベクトルＧの磁北方向の水
平成分、 GYo:同位置での上記の直交水平方向軸Yoの方向における
地磁気ベクトルＧの水平成分、 GZo:同位置での鉛直方向軸Zoの方向における地磁気ベク
トルＧの成分、 x:移動体30の針路方位軸（船首方位は実質的に針路方位
に等しいものとする） y:移動体30の針路方位軸ｘに直交する直交水平軸 z:移動体30の垂直軸（例えばマストが真っ直ぐ立ってい
る船ではそのマストの方向の軸） A:移動体30が正常位置（移動体の垂直軸ｚが鉛直である
位置）から回転して傾いたときの水平の回転軸ｘ′の方
位（例えば一定方向に進行中の船体が揺れる場合には、
ピッチング（縦ゆれ）とローリング（横ゆれ）が発生す
る。これらはそれぞれが単独で生じる場合もあるが一般
には両者が同時に発生する場合が多い。ローリングのみ
が生じる場合は船体は船首方位軸ｘのまわりに回転し、
ピッチングのみが生じる場合は船体は直交水平軸ｙの回
りに回転する。両者が共に生じる場合は船体は針路方位
軸ｘと直交水平軸ｙの回りの回転運動の合成運動として
両軸のいづれでもない、例えば第３図Ａでは水平軸ｘ′
の回りに回転するものと考えられる。
B:回転軸ｘ′を軸として回転した回転角度であって、鉛
直方向軸Zoを基準として測定される。
直方向軸Zoを基準として測定される。
θ：磁北方向軸Xoを基準としたときその方位から移動体
30の針路方位のなす角 C:針路方位θの値と方位Ａの値との差の値をＣと定義す
る（Ｃ＝θ−Ａ） 前記の検出信号値EX,EY,EZは地磁気ベクトルＧの鉛直方
向軸Zoの方向の成分GZo、磁北方向軸Xoの方向の水平成
分GXo及び磁北方向軸Xoに直交する水平方向軸Yoの方向
の水平成分GYoの３方向の地磁気成分のそれぞれの値が
３次元磁気センサにより船首方位軸ｘの方向の地磁気の
成分の値、水平軸ｙの方向の成分の値及び垂直値ｚの方
向の成分の値として検出されたデータである。
30の針路方位のなす角 C:針路方位θの値と方位Ａの値との差の値をＣと定義す
る（Ｃ＝θ−Ａ） 前記の検出信号値EX,EY,EZは地磁気ベクトルＧの鉛直方
向軸Zoの方向の成分GZo、磁北方向軸Xoの方向の水平成
分GXo及び磁北方向軸Xoに直交する水平方向軸Yoの方向
の水平成分GYoの３方向の地磁気成分のそれぞれの値が
３次元磁気センサにより船首方位軸ｘの方向の地磁気の
成分の値、水平軸ｙの方向の成分の値及び垂直値ｚの方
向の成分の値として検出されたデータである。
一方水平面と地磁気ベクトルＧのなす角である伏角をＩ
とすると、地磁気ベクトルＧの各成分値GXo,GYo,GZoは
式（１）で表わされる。
とすると、地磁気ベクトルＧの各成分値GXo,GYo,GZoは
式（１）で表わされる。
式（１）における各成分値GXo,GYo,GZoは船首が磁北に
向きかつ全く傾きがない場合の３次元磁気センサの検出
値に対応している。ここに地磁気ベクトルＧの大きさを
１と置くと、式（１）は次の式（1A）で表わされる（地
磁気ベクトルＧの大きさは同一地点では常に一定の値な
ので計算の簡易化のために「１」とする）。
向きかつ全く傾きがない場合の３次元磁気センサの検出
値に対応している。ここに地磁気ベクトルＧの大きさを
１と置くと、式（１）は次の式（1A）で表わされる（地
磁気ベクトルＧの大きさは同一地点では常に一定の値な
ので計算の簡易化のために「１」とする）。
本発明の方位測定装置においては、磁北方向軸Xo、水平
方向軸Yo、鉛直方向軸Zoから成る三次元座標を移動体30
の状態を表す船首方位入軸ｘ、水平軸ｙ、垂直軸ｚから
成る三次元座標に座標変換することによって針路方位
θ、船体の傾きの回転軸ｘ′の方位Ａ、傾き角Ｂを求め
るものである。
方向軸Yo、鉛直方向軸Zoから成る三次元座標を移動体30
の状態を表す船首方位入軸ｘ、水平軸ｙ、垂直軸ｚから
成る三次元座標に座標変換することによって針路方位
θ、船体の傾きの回転軸ｘ′の方位Ａ、傾き角Ｂを求め
るものである。
座標変換の演算の一例について以下に説明する。
一般にP,Q,Rの三軸によって表わされる直交座標を回転
させて、Xn,Yn,Znの三軸によって表わされる新たな直交
座標に変換する場合には、まずＲ軸を回転軸として角度
Ａだけ回転させて新しい２軸をＰ′軸、Ｑ′軸とし、次
にＰ′軸を回転軸として角度Ｂだけ回転させて新しい２
軸をＱ′軸、Zn軸とする、さらにZn軸を回転軸として角
度Ｃだけ回転させて新しい２軸をXn軸、Yn軸とすること
により座標変換を行なう方法が知られており、この場合
における新三次元直交座標のXn,Yn,Znの座標値Xv,Yv,Zv
と旧三次元直交座標P,Q,Rの座標値q,q,rの間にはオイラ
ーの公式により次の（２），（３），（４）式の関係が
成立つことが知られている。
させて、Xn,Yn,Znの三軸によって表わされる新たな直交
座標に変換する場合には、まずＲ軸を回転軸として角度
Ａだけ回転させて新しい２軸をＰ′軸、Ｑ′軸とし、次
にＰ′軸を回転軸として角度Ｂだけ回転させて新しい２
軸をＱ′軸、Zn軸とする、さらにZn軸を回転軸として角
度Ｃだけ回転させて新しい２軸をXn軸、Yn軸とすること
により座標変換を行なう方法が知られており、この場合
における新三次元直交座標のXn,Yn,Znの座標値Xv,Yv,Zv
と旧三次元直交座標P,Q,Rの座標値q,q,rの間にはオイラ
ーの公式により次の（２），（３），（４）式の関係が
成立つことが知られている。
Xv＝ｐ（cosA・cosC−sinA・cosB・sinC） −ｑ(cosA・sinC＋sinA・cosB・cosC)＋ｒ(sinA・sinB)
……（２） Yv＝ｐ（sinA・cosC＋cosA・cosB・sinC） −ｑ(sinA・sinC−cosA・cosB・cosC)−ｒ(cosA・sinB)
……（３） Zv＝psinB sinC＋qsinB cosC＋rcosB ……（４） 上記の変換公式（２），（３），（４）において、旧三
次元直交座標の座標軸P,Q,Rのそれぞれの座標値p,q,rと
して式（1A）に示す各成分値を代入すると式（1B）に示
すように表わされる。
……（２） Yv＝ｐ（sinA・cosC＋cosA・cosB・sinC） −ｑ(sinA・sinC−cosA・cosB・cosC)−ｒ(cosA・sinB)
……（３） Zv＝psinB sinC＋qsinB cosC＋rcosB ……（４） 上記の変換公式（２），（３），（４）において、旧三
次元直交座標の座標軸P,Q,Rのそれぞれの座標値p,q,rと
して式（1A）に示す各成分値を代入すると式（1B）に示
すように表わされる。
移動体30の平面を示す第３図Ａ及び移動体30のｘ′軸の
方向で船尾から見た第３図Ｂに示すように、上記３次元
磁気センサを設置した移動体30において、上記移動体30
が傾くときの回転軸ｘ′を磁北方向軸Xoから時計回りに
計ったＡ度の方向とし、その傾き角をＢ度とすると、移
動体30は回転軸ｘ′を軸としてＢ度だけ回転した姿勢に
あると表すことができる。さらに針路方位水平軸ｘが磁
北方向軸Xoから時計回りに計ったθ度の方向にあるとす
ると、移動体30は移動体30の垂直軸ｚを軸として磁北方
向軸Xoからθ度回転した位置にあると言うことができ
る。
方向で船尾から見た第３図Ｂに示すように、上記３次元
磁気センサを設置した移動体30において、上記移動体30
が傾くときの回転軸ｘ′を磁北方向軸Xoから時計回りに
計ったＡ度の方向とし、その傾き角をＢ度とすると、移
動体30は回転軸ｘ′を軸としてＢ度だけ回転した姿勢に
あると表すことができる。さらに針路方位水平軸ｘが磁
北方向軸Xoから時計回りに計ったθ度の方向にあるとす
ると、移動体30は移動体30の垂直軸ｚを軸として磁北方
向軸Xoからθ度回転した位置にあると言うことができ
る。
上記Ａ度、Ｂ度及び前記の定義によるＣの値を前記オイ
ラーの公式に代入して座標軸を変換すると、３次元磁気
センサによって検出された地磁気の船首方位軸ｘの方
向、水平軸ｙの方向垂直軸ｚの各方向の成分の検出信号
値EX,EY,EZは新三次元直交座標の座標値Xv,Yv,Zvに対応
し、それぞれ次の式（５），（６），（７）により表わ
される。
ラーの公式に代入して座標軸を変換すると、３次元磁気
センサによって検出された地磁気の船首方位軸ｘの方
向、水平軸ｙの方向垂直軸ｚの各方向の成分の検出信号
値EX,EY,EZは新三次元直交座標の座標値Xv,Yv,Zvに対応
し、それぞれ次の式（５），（６），（７）により表わ
される。
Ex＝cos［cosA・cos（θ−Ａ） −sinA・cosB・sin（θ−Ａ）］ ＋sinI・sinA・sinB ……（５） EY＝cosI［sinA・cos（θ−Ａ） ＋cosA・cosB・sin（θ−Ａ）］ −sinI・cosA・sinB ……（６） EZ＝cosI・sinB・sin（θ−Ａ）＋sinI・cosB ……
（７） 伏角Ｉは地球上の位置により決っている値であり伏角線
図により求めることができる。上記の式（５），
（６），（７）を三元連立方程式として第１図における
演算装置14で演算することによりＡ、Ｂ及びθの値を求
めることができる。演算装置14では先ずアナログ信号で
ある検出信号値EX,EY,EZを内蔵されたA/D変換器により
デジタルデータに変換し、その後デジタルデータを演算
する。演算の結果はデジタル表示器15θ,15A,15Bの上に
それぞれ針路方位θ、傾きの回転軸ｘ′の方位Ａ、傾き
角Ｂとして表示される。
（７） 伏角Ｉは地球上の位置により決っている値であり伏角線
図により求めることができる。上記の式（５），
（６），（７）を三元連立方程式として第１図における
演算装置14で演算することによりＡ、Ｂ及びθの値を求
めることができる。演算装置14では先ずアナログ信号で
ある検出信号値EX,EY,EZを内蔵されたA/D変換器により
デジタルデータに変換し、その後デジタルデータを演算
する。演算の結果はデジタル表示器15θ,15A,15Bの上に
それぞれ針路方位θ、傾きの回転軸ｘ′の方位Ａ、傾き
角Ｂとして表示される。
［発明の効果］ 本発明の方位測定装置は移動体に固定したフラツクスゲ
ート磁気センサによって検出される地磁気の水平及び鉛
直成分から移動体の方位、傾き方向、傾き角を知ること
ができるので磁気センサを水平に保つためのジンバル装
置は不要である。さらに上記のごとく方位と同時に傾き
方向、傾き角をも測定することができるのでこれらの測
定値を用いて移動体の姿勢の制御をし、さらにはソーナ
ーなどの測定装置において、船体が傾いた場合でもソー
ナーなどの受発信素子を所定の方向に常に向くよう制御
することができるなど多方面で有効に利用することがで
きる。また磁気センサとしてはフラツクスゲート磁気セ
ンサに限らず、例えば半導体磁気センサなどあらゆる磁
気センサと組合せて構成することも可能であり、このよ
うな場合は極めて小型の方位測定装置を実現することが
できる。
ート磁気センサによって検出される地磁気の水平及び鉛
直成分から移動体の方位、傾き方向、傾き角を知ること
ができるので磁気センサを水平に保つためのジンバル装
置は不要である。さらに上記のごとく方位と同時に傾き
方向、傾き角をも測定することができるのでこれらの測
定値を用いて移動体の姿勢の制御をし、さらにはソーナ
ーなどの測定装置において、船体が傾いた場合でもソー
ナーなどの受発信素子を所定の方向に常に向くよう制御
することができるなど多方面で有効に利用することがで
きる。また磁気センサとしてはフラツクスゲート磁気セ
ンサに限らず、例えば半導体磁気センサなどあらゆる磁
気センサと組合せて構成することも可能であり、このよ
うな場合は極めて小型の方位測定装置を実現することが
できる。
第１図は本発明の方位測定装置のブロツクダイヤグラ
ム、第２図は本発明の方位測定装置に使用される三次元
フラツクスゲート磁気センサの構成図、第３図Ａは本発
明の方位測定装置を設置した移動体の平面図、第３図Ｂ
は本発明の方位測定装置を設置した移動体の略後方から
見た後面図、第４図は三次元フラツクスゲート磁気セン
サの出力を示す図、第５図は従来の磁気方位測定装置に
使用されているフラツクスゲート磁気センサを示す図で
ある。
ム、第２図は本発明の方位測定装置に使用される三次元
フラツクスゲート磁気センサの構成図、第３図Ａは本発
明の方位測定装置を設置した移動体の平面図、第３図Ｂ
は本発明の方位測定装置を設置した移動体の略後方から
見た後面図、第４図は三次元フラツクスゲート磁気セン
サの出力を示す図、第５図は従来の磁気方位測定装置に
使用されているフラツクスゲート磁気センサを示す図で
ある。
Claims (1)
- 【請求項１】地球上を移動する移動体（30）に固定さ
れ、所定の位置における既知の地磁気ベクトル（Ｇ）の
前記移動体（30）の針路方位水平軸（ｘ）の方向の成分
の値を検出する第１のコイル（２）、地磁気ベクトル
（Ｇ）の針路方位水平軸（ｘ）に直交する直交水平軸
（ｙ）の方向の成分の値を検出する第２のコイル（３）
及び第３のコイル（６）、及び地磁気ベクトル（Ｇ）の
移動体（30）の垂直軸（ｚ）の方向の成分の値を検出す
る第４のコイル（７）、 前記第１のコイル（２）及び第２のコイル（３）に所定
周波数の交流磁界を与える第１の励振手段（4,9）及び
第３のコイル（６）及び第４のコイル（７）に前記所定
周波数の他の交流磁界を与える第２の励振手段（5,10）
であって前記第１第２第３及び第４のコイルと共にフラ
ツクスゲート型磁力計のコイル部を構成するもの、 第１及び第２の励振手段に前記所定周波数の交流信号を
供給する励振発振器（10A）、 前記第１のコイル（２）、第２のコイル（３）、第３の
コイル（６）及び第４のコイル（７）のそれぞれに対し
て設けられ、それぞれのコイルの出力信号が入力され前
記所定周波数の交流信号の第２高調波信号がそれぞれ出
力される各帯域フィルタ（11）、 第１のコイル（２）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記針路方位水平軸（ｘ）の方向
の成分の値を表す第１の検出信号値（EX）を出力する第
１の同期整流回路（13X）、 第２のコイル（３）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記直交水平軸（ｙ）方向の成分
の値を表す第２の検出信号値（EY）を出力する第２の同
期整流回路（13Yx）、 第３のコイル（６）の出力信号の第２高調波信号から地
磁気ベクトル（Ｇ）の前記直交水平軸（ｙ）方向の成分
の値を表す第３の検出信号値（EYz）を出力する第３の
同期整流回路（13Yz）、 第２の検出信号値（EY）と第３の検出信号値（EYz）に
基づいて、地磁気ベクトルの同じ水平軸方向の成分に対
する第１の励振手段（4,9）と第２の励振手段（5,10）
の特性の差による検出出力の変動値を検出し、それに基
づくレベル補償信号を出力するレベル補償回路（12）、 第４のコイル（７）の出力信号の第２の高調波信号から
地磁気ベクトル（Ｇ）の前記垂直軸（ｚ）の方向の成分
の値を表す第４の検出信号値（EZ）であって前記レベル
補償回路（12）のレベル補償信号により制御された信号
値を出力する第４の同期整流回路（13Z）、及び 上記第１の検出信号値（EX）、第２の検出信号値（E
Y）、第４の検出信号値（EZ）、地磁気ベクトル（Ｇ）
の値及び伏角（Ｉ）の値に基づいて、移動体（30）の針
路方位（θ）、傾きの回転軸（ｘ′）の方位（Ａ）及び
回転軸（ｘ′）の回りの傾き角（Ｂ）を求める演算を行
なう演算装置であって、 前記所定の位置における前記地磁気ベクトル（Ｇ）の値
及び既知の伏角（Ｉ）の値に基づいて地磁気ベクトル
（Ｇ）の磁北方向軸（Xo）の方向の水平成分の値（G
Xo）、磁北方向軸（Xo）に直交する水平方向軸（Yo）の
方向における地磁気ベクトル（Ｇ）の水平成分の値（GY
o）、及び鉛直方向軸（Zo）の方向における地磁気ベク
トル（Ｇ）の鉛直成分の値（GZo）、をそれぞれ求める
第１の演算と、 前記第１の検出信号値（EX）、前記第２の検出信号値
（EY）、第４の検出信号値（EZ）、前記第１の演算によ
り得られた地磁気ベクトル（Ｇ）の磁北方向の水平成分
の値（GXo）、磁北方向軸（Xo）に直交する水平方向軸
（Yo）の方向における地磁気ベクトル（Ｇ）の水平成分
の値（GYo）、及び鉛直方向軸（Zo）の方向における地
磁気ベクトル（Ｇ）の鉛直成分の値（GZo）、のそれぞ
れに基づいて、前記移動体（30）の針路方位（θ）、傾
きの回転軸（ｘ′）の方位（Ａ）、回転軸（ｘ′）の回
りの傾き角（Ｂ）によって生じる三次元直交座標（x,y,
z）の、（ｉ）磁北方向軸（Xo）、（ii）磁北方向軸（X
o）に直交する水平方向軸（Yo）及び（iii）鉛直方向軸
（Zo）を有する三次元直交座標からの変化を三次元直交
座標の座標変換演算によって求める第２の演算と、 の演算を行ない、前記針路方位（θ）、傾きの回転軸
（ｘ′）の方位（Ａ）、及び傾き角（Ｂ）の値を求める
演算装置（14）、 を有する地磁気による方位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59280065A JPH0749960B2 (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 地磁気による方位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59280065A JPH0749960B2 (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 地磁気による方位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61155915A JPS61155915A (ja) | 1986-07-15 |
| JPH0749960B2 true JPH0749960B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=17619813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59280065A Expired - Lifetime JPH0749960B2 (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 地磁気による方位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0749960B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6327711A (ja) * | 1986-07-21 | 1988-02-05 | Nec Home Electronics Ltd | 方位測定装置 |
| JPH01100206U (ja) * | 1987-12-22 | 1989-07-05 | ||
| JP2642649B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1997-08-20 | 本田技研工業株式会社 | 車体の進行方位検出装置 |
| US7149627B2 (en) | 2002-03-01 | 2006-12-12 | Gentex Corporation | Electronic compass system |
| EP1387146A3 (en) | 2002-07-29 | 2006-05-31 | Yamaha Corporation | Manufacturing method for magnetic sensor and lead frame therefor |
| JP5597917B2 (ja) * | 2008-02-29 | 2014-10-01 | 株式会社島津製作所 | 目標体探査システム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59155714A (ja) * | 1982-10-12 | 1984-09-04 | ロケ マナ リサーチ リミテッド | 輸送機関用電子コンパス |
-
1984
- 1984-12-28 JP JP59280065A patent/JPH0749960B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61155915A (ja) | 1986-07-15 |
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