JPH08178687A - 姿勢検出方法及び装置 - Google Patents

姿勢検出方法及び装置

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JPH08178687A
JPH08178687A JP6322919A JP32291994A JPH08178687A JP H08178687 A JPH08178687 A JP H08178687A JP 6322919 A JP6322919 A JP 6322919A JP 32291994 A JP32291994 A JP 32291994A JP H08178687 A JPH08178687 A JP H08178687A
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JP
Japan
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angle
moving body
temporary
pitching
azimuth
Prior art date
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Pending
Application number
JP6322919A
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English (en)
Inventor
Takahiro Kato
隆宏 加藤
Seishi Yamanaka
清史 山中
Yoshiaki Matsumoto
義明 松本
Masaki Kurihara
正樹 栗原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高価な可動部を有する測定器を用いることな
く、移動体の姿勢が傾いても移動体の正確な方位角を検
出し得る姿勢検出方法及び装置を提供する。 【構成】 地磁気センサ２は移動体に備えられ、自らの
内部を通過する地磁気の磁束密度の変化により仮方位角
を検出する。振動ジャイロ１４は移動体のロール角を検
出し、振動ジャイロ１８は移動体のピッチ角を検出す
る。ソフトウェアジンバルは、ピッチ角と所定の第１係
数を乗ずることにより仮方位角に対するピッチングする
方向への仮偏位角による第１補正量を決定し、ロール角
と所定の第２係数を乗ずることにより仮方位角に対する
ロール角による第２補正量を決定し、第１補正量及び第
２補正量に基づいて仮方位角を補正し、移動体の姿勢の
乱れを取り除いた方位角を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、地磁気センサ、差動ジ
ャイロ、傾斜計等を用いて自動車、航空機等の移動体の
姿勢検出するための姿勢検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、自動車等の移動体の上で衛星放
送を受信するためには、常に自らの車体の向きを検出
し、アンテナの方向を衛星に追従させる必要がある。
【０００３】これら移動体の姿勢状態を特定するのに、
図８に示すように、移動体の中心軸方向をｘ（ローリン
グ）軸、水平方向をｙ（ピッチング）軸、垂直方向をｚ
（ヨー）軸とする座標系と、ヨー軸の回りのヨーイング
する方向への偏位角（ヨー角（yaw ））、ピッチング軸
の回りのピッチングする方向への偏位角（ピッチ角（pi
tch ））、ローリング軸の回りのローリングする方向へ
の偏位角（ロール角（roll））という主要３角度を用い
る。
【０００４】絶対座標系として、水平面における東方向
をＸ軸、北方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸としたとき、ヨ
ー角は移動体の中心軸を絶対座標系のＸ−Ｙ面に正射影
したときのＸ軸とローリング軸の水平面への正射影との
なす角であり、ピッチ角はローリング軸と水平面とのな
す角であり、ロール角はピッチング軸と水平面移動体と
のなす角である。
【０００５】従来、移動体座標系の主要３角度を測定す
るために、地磁気センサ、ジャイロ装置等を用いた姿勢
検出装置が用いられていた。これら従来の姿勢検出装置
では、ヨーイング方向を検出するために地磁気センサの
出力とジャイロ出力を用い、ピッチング方向及びローリ
ング方向の姿勢を検出するためにジャイロ出力等を用い
ていた。
【０００６】ここで、地磁気センサは絶対的な方位角を
装置に与えるので装置内で重要な位置を占める。地磁気
センサは水平状態での使用を基準としているので、この
地磁気センサに傾きが生ずると、装置の出力に多大に誤
差が生ずる。
【０００７】そこで、地磁気センサの水平状態を保つた
めに、いわゆるジンバル（gimbal）機構を利用した水平
儀が用いられていた。また、上記ジンバル機構を利用し
ない姿勢検出装置として、移動体の主要３角度のそれぞ
れの角度を検出するジャイロと、主要３角度の方向に加
わる加速度の影響を加速度計により検出し、ジャイロの
出力を加速度計の検出した加速度により補正するとい
う、特公平４−５５２４８号公報に記載の発明があっ
た。
【０００８】当該発明は、地磁気センサの出力とジャイ
ロの出力に基づいて行ったマトリクス演算により得られ
た方位角信号とを比較して、両者の差が少なくなる方向
へマトリクス演算を収束させていくものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、地磁気
センサの出力を基本として方位角を得る従来技術では、
地磁気センサを水平に保つためにジンバル機構を必要と
した。ジンバル機構は高い精度を必要とするために高価
なものであるため経済性が低く、装置全体のサイズも大
きいものになっていた。
【００１０】また、加速度を測定してマトリクス演算を
行う特許公報記載の発明では、ヨー角の出力を補正する
ことは行われているが、基準となる地磁気センサが傾い
ている場合に地磁気センサの出力がシフトし、正確な磁
気的方位角を示さなくなるという点が考慮されていなか
った。このため、長時間にわたり移動体の姿勢が傾いて
いる場合には、出力される方位角に誤差を生ずる危険が
あった。
【００１１】そこで、本発明の目的は、高価な可動部を
有する測定器を用いることなく、移動体の姿勢が傾いて
も移動体の正確な方位角を検出し得る姿勢検出方法及び
装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、移動体（例えば、自動車）に備えられ、所定のタイ
ミング毎（例えば、２５〔msec〕毎）に、自らの内部を
通過する地磁気の磁束密度の変化により方位角を測定す
る地磁気測定手段（例えば、検出コイルにより地磁気の
強さを測定する地磁気センサ）を有する姿勢検出装置の
姿勢検出方法であって、移動体がローリングするときの
ロール角及び移動体がピッチングするときのピッチ角を
検出し、ロール角及びピッチ角に基づいてロール角及び
ピッチ角による移動体の姿勢の乱れ（例えば、水平面か
らの移動体の偏位角）によって生ずる地磁気測定手段の
出力の誤差を補償する。
【００１３】請求項２に記載の発明は、移動体（例え
ば、自動車）に備えられ、自らの内部を通過する地磁気
の磁束密度の変化により仮方位角を検出する地磁気検出
手段（例えば、検出コイルにより地磁気の強さを測定す
る地磁気センサ）と、移動体のピッチ角を検出するピッ
チ角検出手段と、移動体のロール角を検出するロール角
検出手段と、ピッチ角と所定の第１係数を乗ずることに
より仮方位角に対するピッチングする方向への仮偏位角
による第１補正量を決定し、ロール角と所定の第２係数
を乗ずることにより仮方位角に対するロール角による第
２補正量を決定し、第１補正量及び第２補正量に基づい
て仮方位角を補正し、方位角を生成する地磁気方位補正
手段（例えば、ソフトウェアによる疑似ジンバル機構）
と、を備えて構成される。
【００１４】請求項３に記載の発明は、移動体（例え
ば、自動車）に備えられ自らの内部を通過する地磁気の
磁束密度の変化により仮方位角を検出する地磁気検出手
段（例えば、検出コイルにより地磁気の強さを測定する
地磁気センサ）と、移動体のピッチングする方向への角
速度を検出するピッチ角速度検出手段と、移動体のロー
リングする方向への角速度を検出するロール角速度検出
手段と、移動体のピッチング軸に垂直な平面に投映した
移動体に加わる加速度成分と重力加速度との合成ベクト
ルが、移動体のローリング軸となす傾斜角を検出するピ
ッチング傾斜角検出手段（例えば、傾斜計）と、移動体
のローリング軸に垂直な平面に投映した移動体に加わる
加速度成分と重力加速度との合成ベクトルが、移動体の
ピッチング軸となす傾斜角を検出するローリング傾斜角
検出手段（例えば、傾斜計）と、移動体の移動により移
動体に加わる加速度を測定する加速度測定手段と、移動
体の移動により移動体に加わる遠心力を測定する遠心力
測定手段と、ピッチングする方向への角速度の積分値に
基づいてピッチングする方向への仮偏位角を計算し、ロ
ーリングする方向への角速度の積分値に基づいてローリ
ングする方向への仮偏位角を計算する仮偏位角計算手段
と、加速度に対応させてピッチングする方向への仮偏位
角に対するピッチングする方向への傾斜角による補正量
を規定するピッチング重み付け係数を決定し、ピッチン
グ重み付け係数に基づいて加速度の影響を取り除いたピ
ッチ角を出力するピッチング重み付け演算手段と、遠心
力に対応させてローリングする方向への仮偏位角に対す
るローリングする方向への傾斜角による補正量を規定す
るローリング重み付け係数を決定し、ローリング重み付
け係数に基づいて遠心力の影響を取り除いたロール角を
出力するローリング重み付け演算手段と、ピッチ角と所
定の第１係数を乗ずることにより仮方位角に対するピッ
チングする方向への仮偏位角による第１補正量を決定
し、ロール角と所定の第２係数を乗ずることにより仮方
位角に対するロール角による第２補正量を決定し、第１
補正量及び第２補正量に基づいて仮方位角を補正し、方
位角を生成する地磁気方位補正手段（例えば、ソフトウ
ェアによる疑似ジンバル機構）と、を備えて構成され
る。
【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項２又は請
求項３に記載の姿勢検出装置において、ピッチングする
方向への仮偏位角をθanp とし、ピッチングする方向へ
の傾斜角をθmnp とし、ピッチング重み付け係数をＪp
としたとき、補正されたピッチ角θp は、 θp ＝θanp ＋Ｊp ・（θmnp −θanp ） （０≦
Ｊp ≦１） という関係により算出される。
【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項２又は請
求項３に記載の姿勢検出装置において、ローリングする
方向への仮偏位角をθanr とし、ローリングする方向へ
の傾斜角をθmnr とし、ローリング重み付け係数をＪr
としたとき、補正されたロール角θr は、 θr ＝θanr ＋Ｊr ・（θmnr −θanr ） （０≦
Ｊr ≦１） という関係により算出される。
【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項２乃至請
求項５に記載の姿勢検出装置において、仮方位角の座標
を（ｘ、ｙ）とし、第１係数又は第２係数をＪとし、ピ
ッチ角をθp とし、ロール角をθr とたとき、移動体の
姿勢の乱れを取り除いた方位角の座標（Ｘ，Ｙ）は、 Ｘ＝ｘ＋Ｊ・θr Ｙ＝ｙ−Ｊ・θp という関係により算出される。
【００１８】
【作用】請求項１に記載の発明によれば、地磁気測定手
段（例えば、検出コイルにより地磁気の強さを測定する
地磁気センサ）は、移動体（例えば、自動車）の所定の
タイミング毎（例えば、２５〔msec〕毎）に、自らの内
部を通過する地磁気の磁束密度の変化により方位角を測
定する。
【００１９】そのとき、移動体がローリングするときの
ロール角及び移動体がピッチングするときのピッチ角を
検出する。そして、ロール角及びピッチ角に基づいてロ
ール角及びピッチ角による移動体の姿勢の乱れ（例え
ば、水平面からの移動体の偏位角）によって生ずる地磁
気測定手段の出力の誤差を補償する。
【００２０】請求項２に記載の発明によれば、地磁気検
出手段（例えば、検出コイルにより地磁気の強さを測定
する地磁気センサ）は移動体（例えば、自動車）に備え
られ、自らの内部を通過する地磁気の磁束密度の変化に
より仮方位角を検出する。
【００２１】ピッチ角検出手段は移動体のピッチ角を検
出し、ロール偏位角検出手段は移動体のロール角を検出
する。地磁気方位補正手段は、ピッチ角と所定の第１係
数を乗ずることにより仮方位角に対するピッチングする
方向への仮偏位角による第１補正量を決定する。ロール
角と所定の第２係数を乗ずることにより仮方位角に対す
るロール角による第２補正量を決定する。そして、第１
補正量及び第２補正量に基づいて仮方位角を補正し、移
動体の姿勢の乱れを取り除いた方位角を生成する。
【００２２】請求項３に記載の発明によれば、地磁気検
出手段（例えば、検出コイルにより地磁気の強さを測定
する地磁気センサ）は、移動体（例えば、自動車）に備
えられ自らの内部を通過する地磁気の磁束密度の変化に
より仮方位角を検出する。
【００２３】ピッチ角速度検出手段は移動体のピッチン
グする方向への角速度を検出し、ロール角速度検出手段
は移動体のローリングする方向への角速度を検出する。
また、ピッチング傾斜角検出手段は、例えば、振子と筐
体との相対角を検出する傾斜計である。移動体のピッチ
ング軸に垂直な平面に投映した移動体に加わる加速度成
分と重力加速度との合成ベクトルと、移動体のローリン
グ軸と、の間の傾斜角を検出する。
【００２４】ローリング傾斜角検出手段は、例えば、振
子と筐体との相対角を検出する傾斜計である。移動体の
ローリング軸に垂直な平面に投映した移動体に加わる加
速度成分と重力加速度との合成ベクトルと、移動体のピ
ッチング軸と、の間の傾斜角を検出する。
【００２５】一方、加速度測定手段は移動体の移動によ
り移動体に加わる加速度を測定し、遠心力測定手段は移
動体の移動により移動体に加わる遠心力を測定する。そ
して、仮偏位角計算手段は、ピッチングする方向への角
速度の積分値に基づいてピッチングする方向への仮偏位
角を計算し、ローリングする方向への角速度の積分値に
基づいてローリングする方向への仮偏位角を計算する。
【００２６】さらに、ピッチング重み付け演算手段は、
加速度に対応させてピッチングする方向への仮偏位角に
対するピッチングする方向への傾斜角による補正量を規
定するピッチング重み付け係数を決定し、ピッチング重
み付け係数に基づいて加速度の影響を取り除いたピッチ
角を出力する。
【００２７】ローリング重み付け演算手段は、遠心力に
対応させてローリングする方向への仮偏位角に対するロ
ーリングする方向への傾斜角による補正量を規定するロ
ーリング重み付け係数を決定し、ローリング重み付け係
数に基づいて遠心力の影響を取り除いたロール角を出力
する。
【００２８】最後に、地磁気方位補正手段は、ピッチ角
と第１係数を乗ずることにより仮方位角に対するピッチ
ングする方向への仮偏位角による第１補正量を決定し、
ロール角と第２係数を乗ずることにより仮方位角に対す
るロール角による第２補正量を決定し、第１補正量及び
第２補正量に基づいて仮方位角を補正し、移動体の姿勢
の乱れを取り除いた方位角を生成する。
【００２９】請求項４に記載の発明によれば、加速度が
所定値以上のときはピッチング重み付け係数をゼロと
し、加速度が加わると誤差を多く含む傾斜角θmnp の影
響を排除し短時間の偏位に正確に動作する仮偏位角θ
anp のみを出力するので、正確な偏位角を算出する。
【００３０】請求項５に記載の発明によれば、遠心力が
所定値以上のときはローリング重み付け係数をゼロと
し、遠心力が加わると誤差を多く含む傾斜角θmnr の影
響を排除し短時間の偏位に正確に動作する仮偏位角θ
anr のみを出力するので、正確な偏位角を算出する。
【００３１】請求項６に記載の発明によれば、ピッチ角
θp 又はロール角θr がゼロでないとき、所定の関係に
より仮偏位角の座標（ｘ，ｙ）を移動体の姿勢の乱れを
取り除いた方位角の座標（Ｘ，Ｙ）に収束させる。
【００３２】
【実施例】本発明の姿勢検出方法及び装置に係る好適な
実施例を図面を参照して説明する。
【００３３】本実施例は本発明の姿勢検出装置をＢＳア
ンテナ等のアンテナ追従装置に適用するものである。 （Ｉ）構成の説明 システム構成 図２に、本実施例のアンテナ追従装置の全体図を示す。
【００３４】図２に示すように、本実施例のアンテナ追
従装置は、自動車等の移動体に搭載されることを想定し
たものであり、移動体（ここでは自動車とする。）の姿
勢を検出する姿勢検出装置１００と、姿勢検出装置１０
０の検出した自動車の姿勢に対応してアンテナを向ける
べき方角を指定し、システムを制御するコントローラ２
００と、アンテナ本体３００-1を含みコントローラ２０
０の制御によりアンテナ本体３００-1を任意の方位角、
又は、任意の仰角に向けることが可能なアンテナメカ３
００と、を備えて構成される。 姿勢検出装置の構成 図１に本発明の第１実施例の構成を示す。
【００３５】図１に示すように、本実施例の姿勢検出装
置１００は、自動車の姿勢を表示するための主要３角度
（ヨー（yaw ）、ピッチ（pitch ）、ロール（roll））
のそれぞれの角度を検出した後座標演算を行い、出力す
るものである。
【００３６】ヨー角を検出する系統は、地磁気センサ２
と振動ジャイロ８がセンサとして働く。地磁気センサ２
は電子的に地磁気方位を検出するもので、互いに直交す
る二つの検出コイルを有している。地磁気センサ２は、
二つの検出コイルの内部を通過する磁束密度を検出し地
磁気の方向を検出するため、通常は水平状態で使用す
る。
【００３７】ソフトウェアジンバル３は、地磁気センサ
２の出力を、ピッチ、ロールの角度に基づいて疑似的に
完全な水平状態で出力された地磁気方位データに補正す
るもので、従来の水平儀（機構的ジンバル）に代わるも
のである。このソフトウェアジンバル３は、本発明の主
要部であり、請求項２及び請求項３に記載した地磁気方
位補正手段に相当するものである。動作の詳細は後述す
る。
【００３８】地磁気方位計算回路４は、ソフトウェアジ
ンバル３の出力した補正した地磁気方位角から金属体で
ある自動車の車体への着磁により生ずる磁界の影響を除
去して、実際の地磁気方位を検出する。
【００３９】着磁ベクトル更新回路５は、着磁補正によ
り得られた着磁ベクトルを短周期（例えば、２５〔mse
c〕）で更新する。重み付け加算回路６は、地磁気方位
検出系統に影響する外乱の影響を除去しヨー角θmny を
真値θy に収束させるための重み付け計算を行う。
【００４０】着磁補正回路７は、重み付け計算により得
られるヨー角の真値に基づいて地磁気センサ２に影響を
与えている車体の着磁の影響を除去するための着磁ベク
トルを出力する。
【００４１】振動ジャイロ８は、固有共振周波数で振動
する内部の音叉又は多角柱に働くコリオリの力を圧電素
子で検出し、振動ジャイロが備え付けられている移動体
の角速度を検出する。回転角度はこれを積分回路で積分
することで得られる。
【００４２】オフセットリセット回路９は、積分により
角度を検出するために検出値にオフセットを保持し易い
振動ジャイロのオフセットを自動車の直進進行時、停止
時にリセットする。詳しくは後述する。
【００４３】積分回路１０は、振動ジャイロ９の計測し
たヨー方向の角速度データを積分し、ヨー角に相当する
電圧値を出力する。ピッチ角を検出する系統は、傾斜計
１１と振動ジャイロ１４がセンサとして働く。
【００４４】傾斜計１１は自動車のピッチング方向への
傾斜を検出する。但し、この角度データは加速度の影響
を受けるため、振動ジャイロ１４の出力データと併せて
判断しなければならない。傾斜計１１は、振り子の傾き
で姿勢を検出するが、短時間で自動車の姿勢を検出する
必要があるため特殊なアルゴリズムを必要とする。則
ち、通常、傾斜計では、角度が変化すると内部の振り子
が振動しながら真値に収束して行くのに対し、本実施例
の傾斜計は、振り子の振動の極大値をサンプリグし、短
時間に真値を予測するというアルゴリズムを用いる。
【００４５】ロール角が０°以外のときにピッチ角には
誤差を含むことになるので、ロール影響補正回路１２
は、別途検出したロール角によりこの誤差を補正する。
重み付け加算回路１３は、請求項３に記載のピッチング
重み付け演算手段に相当し、加速度データ及び傾斜計１
７の出力したデータθmnp を利用して、絶対座標角度計
算回路１の出力したピッチ仮角度θanp から加速度の影
響を取り除き、ピッチ角の真値θp を出力する。詳しく
は後述する。
【００４６】振動ジャイロ１４は、ピッチング方向の自
動車の角速度を検出する。オフセットリセット回路１５
は、オフセットリセット回路９の動作と同様に、振動ジ
ャイロ１４の出力に含まれるオフセット成分を除去す
る。
【００４７】積分回路１６は、振動ジャイロ１４の検出
した角速度を積分し、自動車のピッチ角に相当する電圧
値を出力する。ロール角を検出する系統は、傾斜計１７
と振動ジャイロ１８がセンサとして働く。
【００４８】傾斜計１７は、自動車のローリング方向へ
の傾斜角を検出する。動作内容は傾斜計１１と同様に短
期間に傾斜状態を検出可能なものとする。ローリング方
向への傾斜計はピッチ角やヨー角の影響を受けないの
で、ロール角の系統で設けたロール影響補正回路１２の
ように他の角の影響を除去する構成が必要ない。但し、
この検出値は、自動車が曲がるときに働く遠心力の影響
を受けている。
【００４９】重み付け回路２１は、請求項３に記載のロ
ーリング重み付け演算手段に相当し、遠心力データ及び
傾斜計１７の出力したデータθmnr を用いて、絶対座標
角度計算回路１の出力したロール仮角度θanr から遠心
力の影響を取り除き、ロール角の真値θr を出力する。
詳しくは後述する。
【００５０】振動ジャイロ１８は、ローリング方向の自
動車の角速度を検出する。オフセットリセット回路１９
は、オフセットリセット回路９の動作と同様に、振動ジ
ャイロ１８の出力に含まれるオフセット成分を除去す
る。
【００５１】積分回路２０は、振動ジャイロ１８の検出
した角速度を積分し、自動車のロール角に相当する電圧
値を出力する。絶対座標角度計算回路１は、積分回路１
０の出力したヨーイング方向の角速度の積分電圧値、積
分回路１６の出力したピッチング方向の角速度の積分電
圧値及び積分回路２０の出力したローリング方向の角速
度の積分電圧値を入力し、振動ジャイロから得られた角
度として仮角度（θany 、θanp 、θanr ）を出力す
る。
【００５２】遠心力計算回路２６は、エンジン制御系か
ら伝達される車速パルスＰv より当該自動車の進行方向
に対して直角方向（横方向）への遠心力を算出する。加
速度計算回路２７は、車速パルスＰv の変化率に基づい
て当該自動車の進行方向への加速度を計算する。なお、
加速度計算回路は車速パルスＰv の変化率によらず、直
接加速度による力を検出して加速度を得る加速度計を用
いてもよい。
【００５３】上記のようにして得られた主要３角度の真
値は、更に座標変換される。通常、放送衛星の位置は絶
対座標系、則ち、大地を基準として放送衛星を観察した
ときの座標で与えられる。自動車からこの放送衛星の方
角を得るためには、姿勢検出回路１００で得た自動車の
主要角度に基づいて、与えられる放送衛星の絶対座標系
での位置を移動体座標系における相対位置に変換する必
要がある。
【００５４】そこで、座標変換回路２２は、重み付け回
路６、１３及び２１から供給された補正後の３軸デー
タ、則ち、ヨー角θy 、ピッチ角θp 、ロール角θr を
入力する。そして、コントローラ２００から与えられる
受信目標となる放送衛星に関する方位角、仰角を表す絶
対座標データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて、移動体座標系
から放送衛星を見た場合の相対座標（ｘ，ｙ，ｚ）を出
力する。
【００５５】オイラー角変換回路２４は、相対座標
（ｘ，ｙ，ｚ）をオイラー角に変換し、車体座標系から
放送衛星を見た相対的な方位角、仰角を出力する。シリ
アル通信回路２５は、相対的な方位角データ、仰角デー
タをコードとしてアンテナメカ３００に通信する。 アンテナメカの構成 アンテナメカ３００は、マイコン３０と、周辺ハードウ
ェア３１と、実際にアンテナ本体３００-1を駆動するモ
ータ４５と、モータ４６の回転角を検出するエンコーダ
４６と、を備える。
【００５６】マイコン３０は、位置制御器４０を含む。
位置制御器４０は、エンコーダ４６から出力される二相
のパルスと、アンテナ本体３００-1のメカ基準位置（則
ち、仰角方向ではアンテナ可動範囲の上限と下限の範
囲、方位角方向では正面方向）によって、自動車に対す
るアンテナ本体３００-1の現在位置を得る。また、姿勢
検出装置１００から主要３軸データを得て、目標となる
放送衛星の方向と現在位置との差に比例する値をＤ／Ａ
コンバータより出力する。
【００５７】速度制御器４１は、速度検出部４７を含
み、比例積分制御を行う。則ち、速度制御器４１は、位
置制御器４０からの速度指令と速度検出部４７からのフ
ィードバック信号を入力し、方向信号と振幅信号とに二
分割して出力する。方向信号はアンテナ本体３００-1を
回転させる方向を指定するもので、電力増幅器４４に極
性指定信号として出力される。振幅信号は駆動速度を定
めるもので電流制御器４３に供給される。
【００５８】速度検出部４７は、エンコーダ４６から得
られる二相パルスの移相差を検出しアップダウンパルス
を生成し、これを周波数−電圧（Ｆ／Ｖ）変換すること
により速度と回転方向に比例した電圧を出力する。
【００５９】電流制御器４３は、内部のＰＷＭ回路にて
速度制御器４１からの振幅信号をＰＷＭ変調し、モータ
４５を駆動するのに適する制御信号波形にする。この制
御信号はスイッチング音として人間に感知されることの
ない周波数（例えば、２０〔kHz 〕）とする。
【００６０】電力増幅器４４は、速度制御器４１からの
方向信号と電流制御器４３からのＰＷＭ信号とを入力
し、トランジスタをスイッチング動作させて、モータ４
５を方向信号で指定される方向にＰＷＭ信号で定まる電
力で駆動する。
【００６１】モータ４５は直流モータで構成され、エン
コーダ４６により所定量（例えば、１２０パルス／回
転）の２相パルスを出力する。 （ＩＩ）動作の説明 次に動作を説明する。
【００６２】図１に示すように、本実施例の姿勢検出装
置１００は、主要３軸の各角度当たり２つのセンサを用
いて自動車の姿勢を検出する。本実施例では、各軸の振
動ジャイロの出力を基本とし、振動ジャイロと異なる特
性を有するセンサを利用することにより、加速度や遠心
力の影響を取り除いた真値の３軸角度データを得る。そ
して、補正した真値のピッチ角、ロール角を用いて、最
終的に傾いた状態で使用される地磁気センサの出力を補
正する。
【００６３】例えば、振動ジャイロは角速度を感知する
ため短時間の変化には反応するが、積分が必要であるた
め、オフセット、誤差が生じ易い。則ち、検出データの
高周波成分が正確である。
【００６４】これに対し、ヨーイング方向に関しては、
地磁気センサは正確に地磁気の方角を検出するが、自動
車の姿勢が変化し検出コイルが水準状態から偏位すると
補正が必要となる。換言すれば、長期間のデータ、則
ち、検出データの低周波成分は正確な値を示すといえ
る。
【００６５】また、ピッチング方向、ローリング方向に
関し、傾斜計は自動車全体に加速度や遠心力が加わると
傾斜角が大きく変化するが、地磁気センサと同様に低周
波成分は正確である。
【００６６】本実施例では、以上述べたような高周波成
分に対して正確なセンサ（振動ジャイロ）と低周波成分
に対して正確なセンサ（地磁気センサ、傾斜計）との性
質の相違を利用して、正確な真値の角度データを得る。
具体的には、振動ジャイロの出力を主要なデータとし
て、地磁気センサ、傾斜計から得られる値を所定の計算
式で収束演算等を行い、最終的に真値に収束させる。
【００６７】以下、ヨーイング方向、ピッチング方向、
ローリング方向に共通の振動ジャイロの累積誤差及びオ
フセットを排除するための動作を説明し、更に、ピッチ
角、ロール角における加速度、遠心力に応じた重み付け
加算の係数設定動作と、ヨー角における補正（ソフトウ
ェアジンバル）について説明する。 振動ジャイロの一般的な出力補正 振動ジャイロにより検出される３軸データ（以下「仮角
度」とする。）は、ｉ）オフセットリセット、ii）重み
付け加算、という２つの補正がなされる。 ｉ）オフセットリセット 振動ジャイロ８、１４、１８の出力はオフセットリセッ
ト回路９、１５、１９にてオフセットのリセットがなさ
れる。
【００６８】上記したように、振動ジャイロは積分して
角度を得るため、検出値に僅かな誤差が含まれている
と、累積誤差となって大きな検出角度のズレを生ずる。
そのため、本実施例では車速パルスにより自動車の速度
を検出し、（ａ）自動車が停止状態の場合、（ｂ）定速
度走行状態の場合、のそれぞれの状態を検出し、オフセ
ットリセットを行う。
【００６９】（ａ）停止状態でのオフセットリセット 各オフセットリセット回路は、車速パルスより一定期間
自動車が停止していることを検出すると、その停止が検
出された期間の振動ジャイロ出力の平均値をオフセット
補正量と判断する。
【００７０】但し、自動車の停止直後や発振直前では車
速パルスＰv は「０」を示していても、自動車が車速パ
ルスに現れないようなゆっくりとした速度で移動してい
る場合があるので、上記平均値の算出は停止期間の前後
０．５〔sec 〕を除く。また、振動ジャイロの出力変動
が激しい場合、地磁気センサ２、傾斜計１１、１７の変
動が激しい場合は安定状態でない可能性があるため、オ
フセット補正を行わない。
【００７１】また、通常の安定停止状態であるときは、
以下に示すような重み付け加算演算を繰り返して真値の
データに収束させる演算を行う。則ち、オフセットリセ
ット回路は、停止検出期間から前後０．５〔sec 〕を取
り除いた期間中に振動ジャイロから入力された出力の標
準偏差を取り、例えば、以下のような条件を満足する場
合にオフセット補正量の更新を行う。
【００７２】・停止状態（車速パルスＰv ＝「０」） ・振動ジャイロの出力の標準偏差＜０．１２ ・地磁気方位角、傾斜角の変化量＜０．３５〔deg/sec
〕 オフセット補正量は、オフセット補正量をＷoff 、振動
ジャイロの出力をＷiとすると、例えば式（１）に従っ
て行われる。
【００７３】
【数１】 （ｂ）定速走行状態でのオフセットリセット 地磁気センサ２又は傾斜計１１、１７により、角度変動
が少ない状態で走行していることが検出されると、オフ
セットリセット回路は振動ジャイロの出力の上記停止状
態でのオフセット補正量の計算と同様にして、オフセッ
ト補正量を算出する。
【００７４】例えば、以下の条件を満足するとき、オフ
セットリセット回路はオフセットリセットをする。 ・ヨーイング方向の角度変動量＜１．０〔deg 〕 ・ピッチング方向の角度変動量＜１．５〔deg 〕 但し、この場合は上記（ａ）とは異なり、あくまで走行
中であって、絶えず自動車の状態は変動していくことを
考えて演算する。例えば、ｎ回目のオフセットの更新演
算において、オフセット補正量をＷoff(n)’、振動ジャ
イロの出力をＷ i(n)’とすると、式（２）に示すように
一定の長期間にわたって収束させる演算とする。
【００７５】
【数２】 ii）重み付け加算 さて、本発明の特徴の一つである重み付け加算について
説明する。
【００７６】振動ジャイロは角速度を出力するため、角
度を算出するためには、振動ジャイロの出力たる角速度
を積分しなければならない。いま、ｎ回目の角速度の更
新演算において、ジャイロより得られる出力を
Ｗi( n)’、振動ジャイロのオフセット量をＷoff(n)、ジ
ャイロゲインをＧ、ジャイロゲインの補正量をＧｋ
(n-1) とすると、振動ジャイロの相対角速度Ｗ(n) は、 Ｗ(n) ＝Ｇｋ(n-1) ・Ｇ・（Ｗ(n) ’−Ｗoff(n)） で表される。ここで、Ｗ(n) ’＝Ｗoff(n)であれば、ジ
ャイロの出力を積分しても累積誤差を生じないが、Ａ／
Ｄ変換ですでにＷ(n) ’に誤差を含んでいるため、Ｗ
(n) ’＝Ｗoff(n)とするのは困難である。
【００７７】更に、θn-1 を前回演算時の絶対角度とす
ると今回の振動ジャイロの絶対角度θanは、 θan＝θn-1 ＋Ｗ(n) …（３） という関係で累積され算出される。このため、相対角速
度Ｗ(n) に誤差が含まれていると、短いサイクル（例え
ば、２５〔msec〕毎）で誤差が累積されてしまう。
【００７８】上記の如く振動ジャイロの出力信号のみを
用いると、絶対角度を得る際に誤差が生じることを避け
ることができない。よって、本実施例では、振動ジャイ
ロの累積誤差を補正するものとして、ヨー角では地磁気
センサの出力、ピッチ角とロール角では傾斜計の出力を
用い、振動ジャイロのおける累積誤差を収束させるよう
な重み付け加算を行う。
【００７９】式（３）に本発明で使用する重み付け演算
の関数を示す。 θn ＝θan＋Ｊ・（θmn−θan） …（４） （０≦Ｊ≦１） θn は目標とする角度の真値である。θanには、振動ジ
ャイロ８、１４、１８の出力を絶対座標角度計算回路１
で角度に変換したヨーイング方向仮角度θany、ピッチ
ング方向仮角度θanp 、ローリング方向仮角度θanr が
代入される。Ｊは重み付け係数であり、遠心力計算回路
２６により検出される遠心力又は加速度計算回路２７に
より検出される加速度、地磁気の外乱強度等に応じて変
化する値が入力される。θmnには、地磁気センサ２で検
出される仮方位データθmny 、傾斜計１１で検出される
傾斜角θmnp 、傾斜計１７で検出される傾斜角θmnr が
代入される。
【００８０】上記式（３）、（４）を用いて、式（４）
がθmnに収束することを示す。簡単のため、自動車は直
進走行状態であると仮定する。直進状態では、以下の条
件が成立する。
【００８１】Ｗ(n) ＝０ θmn ＝θm ここで、θm は一定値である。
【００８２】式（３）より、 θan＝θn-1 となり、これを式（４）に代入して式（５）を得る。
【００８３】 θm ＝θn-1 ＋Ｊ（θm −θn-1 ） ＝（１−Ｊ）θn-1 ＋Ｊθm …（５） 式（５）の両辺からθm を差し引くと、 θn −θm ＝（１−Ｊ）θn-1 −（１−Ｊ）θm ＝（１−Ｊ）（θn-1 −θm ） ＝（１−Ｊ）2 （θn-2 −θm ） ・ ・ ＝（１−Ｊ）n-1 （θ1 −θm ）…（６） となる。ここで、０＜（１−Ｊ）＜１となるようなＪを
設定すると、式（６）はｎ→∞で、
【００８４】
【数３】 となる。この重み付け加算の演算を繰り返すことで、θ
n はθm に収束することがわかる。 ピッチ角の補正 ピッチング方向の角度は、自動車の加速、減速により生
ずる加速度により傾斜計１１の検出角度に変動が生ずる
ため、式（４）による補正を行う前に自動車の加速度を
検出する必要がある。
【００８５】図４に加速度の検出原理図を示す。図４に
示すように、ジャイロの検出方向に対して加速度が加わ
ると、重力と加速度との合成力が振り子に加わる。この
ときの加速度ａと重力Ｇと振り子の角度θとの関係は ａ＝ｔａｎθ・Ｇ となる。則ち、図４に示すθが誤差角度として傾斜計１
１に余計に加わることになる。
【００８６】そこで、加速度を検出し誤差角度θが一定
以下の場合にだけ計測を行うようにすれば、加速・減速
による加速度の影響を受けずに測定が行える。例えば、
誤差角度を１°とすると、姿勢検出を禁止すべき加速度
ａinh は ａinh ≧ｔａｎ（１°）・９．８〔ｍ／ｓ2 〕＝０．１
７〔ｍ／ｓ2 〕 というように、検出を禁止すべき加速度を得ることがで
きる。
【００８７】そして、重み付け加算の演算では加速度の
値に応じて式（４）における係数Ｊを変更する。例え
ば、 停止中 ：車速パルスＰv ＝０でＪp ＝１ 通常運転：加速度ａ＜０．１７でＪp ＝０．００１ 加速中 ：加速度ａ≧０．１７でＪp ＝０ というように、係数Ｊp を設定する。
【００８８】従って、重み付け加算回路１３は、車速パ
ルスＰv の変化率により加速度を算出する加速度計算回
路２７の出力をパラメータとして、上記の条件に従い係
数Ｊを適宜変更して式（８）に基づいて計算を行う。
【００８９】 θp ＝θanp ＋Ｊp ・（θmnp −θanp ） …（８） （０≦Ｊp ≦１） これによれば、停止中は、静止状態での精度のよい傾斜
計１１の出力がそのままピッチ角度とされる。通常運転
中は振動ジャイロ１４の出力に基づくピッチ仮角度を傾
斜計１１の出力する正確な長周期の角度に徐々に収束さ
せ、加速度の変化が激しいときは振動ジャイロ１４の出
力のみで短期の角度検出を行う。 ロール角の補正 ローリング方向の角度は、自動車が曲がるときに生ずる
遠心力によって、傾斜計１７の検出角度に変動が生ずる
ため、補正を行う前に自動車の遠心力を検出する必要が
ある。
【００９０】図５に遠心力の検出原理説明図を示す。図
５に示すように、自動車が所定の回転半径ｒでカーブす
るとき、遠心力Ｆが働く。このときの遠心力Ｆによる加
速度は、Ｆ＝ｍ・ｒ・ｗ2 により得られる。また、角速
度と接線方向の速度ｖとの関係はｖ＝ｒ・ｗであるか
ら、横方向の加速度ａは、 Ｆ＝ｍ・ａ＝ｍ・ｒ・ｗ2 ＝ｍ・ｖ・ｗ ∴ａ＝ｖ・ｗ …（９） により、車速パルスＰv による速度ｖと、ヨーイング方
向の角速度ｗが判れば算出できる。
【００９１】よって、加速度と傾斜計１７に及ぼす誤差
角度との関係は図４に示した通りなので、遠心力計算回
路２６は式（６）に基づいて自動車の横方向に対する加
速度を計算する。重み付け加算回路２１は、例えば下記
の条件に基づいて係数Ｊr を適宜変更し、式（１０）に
基づいてロール角度の真値θr を得ることができる。
【００９２】停止中 ：車速パルスＰv ＝０でＪp ＝１ 通常運転：加速度ａ＜０．１７でＪp ＝０．００１ 加速中 ：加速度ａ≧０．１７でＪp ＝０ θr ＝θanr ＋Ｊr ・（θmnr −θanr ） …（１０） （０≦Ｊr ≦１） ヨー角の補正 ヨーイング方向の角度を検出のためには、振動ジャイロ
８の出力補正に地磁気センサ２の出力を用いる。しか
し、ピッチ角とロール角が存在している場合、則ち、絶
対座標系のＸ−Ｙ平面と同じ面に移動体座標系のｘ−ｙ
軸がない場合は、地磁気センサの検出コイルを通過する
磁束数が変化するため、地磁気センサに誤差を生じてし
まう。
【００９３】ソフトウェアジンバル３では、真値として
得られたピッチ角θp とロール角θ r とを用いて地磁気
センサの誤差を補正する。図６にソフトウェアジンバル
で行われる地磁気センサの出力補正の原理説明図を示
す。
【００９４】図６において円Ｃ0 は磁気円を示す。磁気
円というのは、地磁気センサを移動体に搭載して一定時
間走行しながら、地磁気センサのｘ軸の検出コイルから
の電圧とｙ軸の検出コイルからの電圧とをｘ−ｙ座標系
に順次プロットしていくことにより、プロットの集合と
して描かれる一定の半径の円のことをいう。磁北とこの
ｘ−ｙ座標系の特定方向を一致させることにより、プロ
ットのそれぞれは、例えばｙ軸の正方向を「北」とした
場合の方角を示すことになる。則ち、地磁気センサの出
力はヨーイング方向の角度を示している。
【００９５】さて、地磁気は水平面に対して所定の伏角
（例えば、関東周辺では５０°）を有しているため、自
動車に地磁気センサを搭載した際、自動車の姿勢が変化
すると、ｘ軸、ｙ軸のそれぞれの検出コイルを通過する
磁束数が変化する。
【００９６】例えば、自動車に備えられた地磁気センサ
が水平状態でＰ0 の出力を示しているときに自動車の姿
勢がピッチング方向、ローリング方向に乱れると、図６
の原点Ｐ0 を中心とする座標軸で示されるような出力の
変化を示す。則ち、自動車が水平状態のとき角度θのヨ
ー角を示している場合、ピッチング方向に−２０°偏位
すると地磁気センサのプロットは点Ｐ1 に移動し、ヨー
角はθp に変化する。また、ローリング方向に＋２０°
偏位すると地磁気センサのプロットは点Ｐ2 に移動し、
ヨー角はθr に変化する。さらに、ピッチング方向に−
２０°、ローリング方向に−２０°偏位したときはプロ
ットは点Ｐ3 に移動し、ヨー角はθprに変化する。
【００９７】上記の性質に鑑み、姿勢の乱れた自動車上
で得られる地磁気センサの出力を水平状態での正規の出
力に補正するための演算式を導くことができる。ｘを地
磁気センサのｘ軸検出コイルからの出力、ｙを地磁気セ
ンサのｙ軸検出コイルからの出力、ｒを使用する地磁気
センサ固有の磁気円の半径、φp をピッチ角、φr をロ
ール角、ピッチ角又はロール角が１°傾く度に磁気円の
半径の何パーセントの割合で図６に示すような地磁気セ
ンサのプロットが移動するかを示す変換定数をＪとする
と、補正後の地磁気センサの出力（Ｘ，Ｙ）は、 Ｘ＝ｘ＋Ｊ・φr ・ｒ Ｙ＝ｙ−Ｊ・φp ・ｒ …（１１） という関係により導くことができる。変換定数は、例え
ば、伏角５０°の状態であって磁気円の半径が３４〔m
m〕とすると、３０°のピッチ角又はロール角の偏位で
プロットが１７．５〔mm〕移動することが測定されてい
るので、 Ｊ＝（１７．５／３４）×（１／３０）＝１．７〔%/de
g 〕 となる。この定数は伏角により徐々に変化するので、変
換定数のテーブル等を用意し、地磁気センサの使用地域
により定数の値を適宜変更していくことになる。
【００９８】誤差のない真値のピッチ角、ロール角を用
いれば、式（１１）によりジンバル機構等を用いなくて
も、正確なロール角を得ることができる。本実施例で
は、ソフトウェアジンバル回路３が、地磁気センサ２か
らの出力ｘ、ｙを入力し、加速度、遠心力の影響を取り
除いたθp 、θr を式（１１）に代入する。そして、内
部に保持する変換定数Ｊと磁気円の半径を用いて、ソフ
トウェアによる演算で疑似的に水平状態の地磁気センサ
出力を生成する。従って、ソフトウェアジンバル回路３
の作用により、高価なジンバル機構を用いることなく、
ジンバル機構を備えた地磁気センサとほぼ同等の出力を
得ることができる。 着磁補正 自動車の車体に着磁が発生すると地磁気センサは、正確
な出力を得ることができないため、着磁補正の必要があ
る。着磁補正とは、地磁気センサや自動車の車体が磁化
された場合（着磁という。）に、この着磁による磁界が
あっても、着磁がないときと同一の方位角を示すことが
できるよう、磁気円の中心座標を移動する補正をいう。
【００９９】図７に着磁補正の概念図を示す。例えば、
図７に示すように、着磁する前の磁気円の中心座標（着
磁ベクトル）が（ｘd 、ｙd ）で与えられる場合に、ヨ
ー角θを指し示すとき地磁気センサのｘ軸検知コイル及
びｙ軸検知コイルそれぞれからの出力はプロット（Ｘ，
Ｙ）であるとする。ここで、この状態で車体又は地磁気
センサに着磁することにより、所定の向きと大きさの磁
界Ｂが地磁気センサに与えられる場合、地磁気センサか
ら得られる出力によりプロットは、プロット（Ｘ，Ｙ）
に向かうベクトルと磁界Ｂとの合成した位置（Ｘ’，
Ｙ’）に現れる。このとき、検出されるヨー角はθ’と
なり、地磁気センサの指し示す方位角に誤差が生ずる。
【０１００】これを補正するには、着磁前の着磁ベクト
ル（ｘd 、ｙd ）を着磁後の着磁ベクトル（ｘd ’、ｙ
d ’）に変化させれば、磁界Ｂが存在していても、得ら
れるヨー角はθとなり着磁前の値を示すことになる。
【０１０１】本実施例では、振動ジャイロ８を中心に式
（４）に準ずる収束演算の式（１１）により算出される
ヨー角θy θy ＝θany ＋Ｊy ・（θmny −θany ） …（１２） （０≦Ｊy ≦１） と、ソフトウェアジンバル回路３にて水平状態に変換さ
れた地磁気センサにより得られる仮のヨー角θmny と、
の間に相違が生じたとき、着磁ベクトルが変更された
（着磁した）と判断する。重み付け加算回路６は式（１
１）における準ずる重み付け加算の演算として係数Ｊy
＝０とし、振動ジャイロの値のみによりヨー角θy を算
出する。そして、振動ジャイロ８による累積誤差が蓄積
する前に、着磁補正回路７が着磁ベクトルの微調整を試
みる。地磁気方位計算回路４の出力がヨー角θy にほぼ
収束するのを条件として、着磁ベクトル更新回路５が着
磁ベクトルを新たな値に更新する。着磁ベクトルの更新
が終了すると、重み付け加算回路６は、再び、収束係数
を適当な値（例えば、Ｊy ＝０．００１）として重み付
け加算演算を行う。 （III ）実施例の効果 上記の如く、本実施例によれば、自動車の急発振や、急
停車、カーブにより、自動車の進行方向や左右方向に加
速度が働いても、遠心力計算回路、加速度計算回路がこ
れら加速度成分を検知し、重み付け加算回路が収束係数
の変更を行うので、安定した走行状態のときのみ地磁気
センサ、傾斜計と振動ジャイロとの併用による精度の高
い姿勢検出動作が行える。従って、出力されるヨー角、
ピッチ角、ロール角は、自動車の走行状態によらず大き
な変動を生じないので、これを座標変換することによ
り、常に衛星の方向にアンテナを向けることができ、良
好な受信状態が維持できる。
【０１０２】
【発明の効果】以上の通り、請求項１乃至請求項６に記
載の本発明によれば、移動体の姿勢に乱れによる地磁気
センサの値を水平状態等の正規の状態での値に補正する
ように構成したので、移動体がどのような動きをしてい
ても真値の移動体の方位角を検出できる。このため、車
載用追尾アンテナの為の姿勢検出の他、ＲＶ車への搭載
も考えられる。
【０１０３】請求項３に記載の発明によれば、上記効果
の他、ピッチング方向、ローリング方向に係る加速、減
速による加速度、カーブ走行による遠心力の影響を取り
除いたピッチ角度、ロール角度を得ることができる。
【０１０４】請求項４に記載の発明によれば、上記効果
の他、加速度の量に応じて最適な収束係数を選ぶことが
でき、移動体が安定しているときは速い収束、安定度が
少ないときは遅い収束というように、最適な収束特性を
得ることができる。
【０１０５】請求項５に記載の発明によれば、上記効果
の他、遠心力の量に応じて最適な収束係数を選ぶことが
でき、移動体が安定しているときは速い収束、安定度が
少ないときは遅い収束というように、最適な収束特性を
得ることができる。
【０１０６】請求項６に記載の発明によれば、第１係数
及び第２係数を地磁気方位検出手段の特性に応じて適当
に選ぶ、ピッチ角、ロール角を用いて簡単に水平状態で
の正確な地磁気方位を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の姿勢検出装置を示す構成図である。
【図２】実施例のアンテナ追従装置の全体図である。
【図３】実施例のアンテナサーボ系の構成図である。
【図４】加速度の検出原理図である。
【図５】遠心力の検出原理図である。
【図６】地磁気センサの出力補正の原理説明図である。
【図７】着磁補正の原理説明図である。
【図８】ヨー・ピッチ・ロールの説明図である。
【符号の説明】
１…絶対座標角度計算回路 ２…地磁気センサ ３…ソフトウェアジンバル ４…地磁気方位計算回路 ５…着磁ベクトル補正回路 ６、１３、２１…重み付け計算回路 ７…着磁補正回路 ８、１４、１８…振動ジャイロ ９、１５、１９…オフセットリセット回路 １０、１６…積分回路 １１、１７…傾斜計 １２…ロール影響補正回路 ２２…座標変換回路 ２３…ベクトル変換回路 ２４…オイラー角変換回路 ２５…シリアル通信回路 ２６…遠心力計算回路 ２７…加速度計算回路 ３０…マイコン ３１…ハードウェア ４０…位置制御器 ４１…速度制御器 ４３…電流制御器 ４４…電力増幅器 ４５…モータ ４６…エンコーダ ４７…速度検出部 １００…姿勢検出回路 ２００…コントローラ ３００…アンテナメカ ３００-1…アンテナ本体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 正樹 埼玉県川越市大字山田字西町25番地１ パ イオニア株式会社川越工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 移動体に備えられ自らの内部を通過する
    地磁気の磁束密度の変化により方位角を測定する地磁気
    測定手段を有する姿勢検出装置の姿勢検出方法であっ
    て、 所定のタイミング毎に、当該移動体がローリングすると
    きのロール角及び当該移動体がピッチングするときのピ
    ッチ角を検出し、当該ロール角及び当該ピッチ角に基づ
    いて当該ロール角及び当該ピッチ角による当該移動体の
    姿勢の乱れによって生ずる前記地磁気測定手段の出力の
    誤差を補償することを特徴とする姿勢検出方法。
  2. 【請求項２】 移動体に備えられ自らの内部を通過する
    地磁気の磁束密度の変化により仮方位角を検出する地磁
    気検出手段と、 当該移動体のピッチングするときのピッチ角を検出する
    ピッチ角検出手段と、 移動体のローリングするときのロール角を検出するロー
    ル角検出手段と、 前記ピッチ角と所定の第１係数を乗ずることにより前記
    仮方位角に対する前記ピッチ角による第１補正量を決定
    し、前記ロール角と所定の第２係数を乗ずることにより
    前記仮方位角に対する前記ロール角による第２補正量を
    決定し、当該第１補正量及び当該第２補正量に基づいて
    前記仮方位角を補正し、方位角を生成する地磁気方位補
    正手段と、 を備えたことを特徴とする姿勢検出装置。
  3. 【請求項３】 移動体に備えられ自らの内部を通過する
    地磁気の磁束密度の変化により仮方位角を検出する地磁
    気検出手段と、 当該移動体のピッチングする方向への角速度を検出する
    ピッチ角速度検出手段と、 当該移動体のローリングする方向への角速度を検出する
    ロール角速度検出手段と、 当該移動体のピッチング軸に垂直な平面に投映した当該
    移動体に加わる加速度成分と重力加速度との合成ベクト
    ルが、当該移動体のローリング軸となす傾斜角を検出す
    るピッチング傾斜角検出手段と、 当該移動体のローリング軸に垂直な平面に投映した当該
    移動体に加わる加速度成分と重力加速度との合成ベクト
    ルが、当該移動体のピッチング軸となす傾斜角を検出す
    るローリング傾斜角検出手段と、 当該移動体の移動により当該移動体に加わる加速度を測
    定する加速度測定手段と、 当該移動体の移動により当該移動体に加わる遠心力を測
    定する遠心力測定手段と、 前記ピッチングする方向への角速度の積分値に基づいて
    ピッチングする方向への仮偏位角を計算し、前記ローリ
    ングする方向への角速度の積分値に基づいてローリング
    する方向への仮偏位角を計算する仮偏位角計算手段と、 前記加速度に対応させて前記ピッチングする方向への仮
    偏位角に対する前記ピッチングする方向への傾斜角によ
    る補正量を規定するピッチング重み付け係数を決定し、
    当該ピッチング重み付け係数に基づいて前記加速度の影
    響を取り除いたピッチ角を出力するピッチング重み付け
    演算手段と、 前記遠心力に対応させて前記ローリングする方向への仮
    偏位角に対する前記ローリングする方向への傾斜角によ
    る補正量を規定するローリング重み付け係数を決定し、
    当該ローリング重み付け係数に基づいて前記遠心力の影
    響を取り除いたロール角を出力するローリング重み付け
    演算手段と、 前記ピッチ角と所定の第１係数を乗ずることにより前記
    仮方位角に対する前記ピッチングする方向への仮偏位角
    による第１補正量を決定し、前記ロール角と所定の第２
    係数を乗ずることにより前記仮方位角に対する前記ロー
    ル角による第２補正量を決定し、当該第１補正量及び当
    該第２補正量に基づいて前記仮方位角を補正し、方位角
    を生成する地磁気方位補正手段と、 を備えたことを特徴とする姿勢検出装置。
  4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３に記載の姿勢検出
    装置において、 前記ピッチングする方向への仮偏位角をθanp とし、前
    記ピッチングする方向への傾斜角をθmnp とし、前記ピ
    ッチング重み付け係数をＪp としたとき、前記補正され
    たピッチ角θp は、 θp ＝θanp ＋Ｊp ・（θmnp −θanp ） （０≦
    Ｊp ≦１） という関係により算出されることを特徴とする姿勢検出
    装置。
  5. 【請求項５】 請求項２又は請求項３に記載の姿勢検出
    装置において、 前記ローリングする方向への仮偏位角をθanr とし、前
    記ローリングする方向への傾斜角をθmnr とし、前記ロ
    ーリング重み付け係数をＪr としたとき、前記補正され
    たロール角θr は、 θr ＝θanr ＋Ｊr ・（θmnr −θanr ） （０≦
    Ｊr ≦１） という関係により算出されることを特徴とする姿勢検出
    装置。
  6. 【請求項６】 請求項２乃至請求項５に記載の姿勢検出
    装置において、 前記仮方位角の座標を（ｘ、ｙ）とし、前記第１係数又
    は前記第２係数をＪとし、前記ピッチ角をθp とし、前
    記ロール角をθr とたとき、当該移動体の姿勢の乱れを
    取り除いた方位角の座標（Ｘ，Ｙ）は、 Ｘ＝ｘ＋Ｊ・θr Ｙ＝ｙ−Ｊ・θp という関係により算出されることを特徴とする姿勢検出
    装置。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310644A (ja) * 2001-03-28 2002-10-23 Robert Bosch Gmbh 車両の角度位置測定方法
JP2004212162A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Tokimec Inc ジャイロ装置
KR100738152B1 (ko) * 1999-06-30 2007-07-10 데카 프로덕츠 리미티드 파트너쉽 차량 제어에 사용되는 피치 상태 신호를 생성하기 위한 방법, 차량의 피치 상태를 결정하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체, 차량의 피치 상태를 결정하기 위한 장치 및 상태 평가기
WO2007148818A1 (ja) 2006-06-23 2007-12-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 姿勢角検出装置と姿勢角検出方法
JP2008032591A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Alpine Electronics Inc 角速度算出装置およびそのオフセット決定方法並びに車両停車検出装置
JP2008542782A (ja) * 2005-08-01 2008-11-27 トヨタ自動車株式会社 角速度センサの零点補正装置および補正方法
JP2009244095A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Nissan Motor Co Ltd 車輪入力測定装置および車輪入力測定方法
JP2010516534A (ja) * 2007-01-30 2010-05-20 コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ロールレートセンサの信号のずれを求めるための方法と装置
JP2011059020A (ja) * 2009-09-11 2011-03-24 Chiba Inst Of Technology 三次元姿勢推定装置、三次元姿勢推定方法及び三次元姿勢推定プログラム
JP2011064594A (ja) * 2009-09-17 2011-03-31 Sony Corp 角速度補正装置、角速度補正方法、ナビゲーション装置及びナビゲーション機能付携帯電話機
JP2011185868A (ja) * 2010-03-10 2011-09-22 Alps Electric Co Ltd 方位検知装置
RU2476823C2 (ru) * 2007-12-21 2013-02-27 Сажем Дефанс Секюрите Способ измерения при помощи гироскопической системы
JP2019078560A (ja) * 2017-10-20 2019-05-23 シャープ株式会社 ジャイロセンサのオフセット補正装置、オフセット補正プログラム、歩行者自律航法装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100738152B1 (ko) * 1999-06-30 2007-07-10 데카 프로덕츠 리미티드 파트너쉽 차량 제어에 사용되는 피치 상태 신호를 생성하기 위한 방법, 차량의 피치 상태를 결정하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체, 차량의 피치 상태를 결정하기 위한 장치 및 상태 평가기
JP2002310644A (ja) * 2001-03-28 2002-10-23 Robert Bosch Gmbh 車両の角度位置測定方法
JP4546695B2 (ja) * 2002-12-27 2010-09-15 東京計器株式会社 ジャイロ装置
JP2004212162A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Tokimec Inc ジャイロ装置
JP2008542782A (ja) * 2005-08-01 2008-11-27 トヨタ自動車株式会社 角速度センサの零点補正装置および補正方法
WO2007148818A1 (ja) 2006-06-23 2007-12-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 姿勢角検出装置と姿勢角検出方法
US8200452B2 (en) 2006-06-23 2012-06-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Attitude-angle detecting apparatus and attitude-angle detecting method
JP2008032591A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Alpine Electronics Inc 角速度算出装置およびそのオフセット決定方法並びに車両停車検出装置
US8131418B2 (en) 2006-07-31 2012-03-06 Alpine Electronics, Inc. Angular velocity calculating device, offset determination method for the same, and vehicle stopping detecting device
JP2010516534A (ja) * 2007-01-30 2010-05-20 コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ロールレートセンサの信号のずれを求めるための方法と装置
RU2476823C2 (ru) * 2007-12-21 2013-02-27 Сажем Дефанс Секюрите Способ измерения при помощи гироскопической системы
JP2009244095A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Nissan Motor Co Ltd 車輪入力測定装置および車輪入力測定方法
JP2011059020A (ja) * 2009-09-11 2011-03-24 Chiba Inst Of Technology 三次元姿勢推定装置、三次元姿勢推定方法及び三次元姿勢推定プログラム
JP2011064594A (ja) * 2009-09-17 2011-03-31 Sony Corp 角速度補正装置、角速度補正方法、ナビゲーション装置及びナビゲーション機能付携帯電話機
JP2011185868A (ja) * 2010-03-10 2011-09-22 Alps Electric Co Ltd 方位検知装置
JP2019078560A (ja) * 2017-10-20 2019-05-23 シャープ株式会社 ジャイロセンサのオフセット補正装置、オフセット補正プログラム、歩行者自律航法装置

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