偏移估計裝置、偏移估計方法、偏移估計程序以及信息處理裝置製造方法
2023-09-19 08:49:00 4
偏移估計裝置、偏移估計方法、偏移估計程序以及信息處理裝置製造方法
【專利摘要】提供一種迅速地估計由地磁傳感器輸出的磁數據的偏移的偏移估計裝置等。偏移估計裝置(40)對由磁傳感器(20)輸出的磁數據的偏移進行估計，包括：旋轉軸計算部，其獲取由磁傳感器(20)檢測出的多個磁數據以及與偏移估計裝置(40)的旋轉量相應的多個角速度數據，在配置多個磁數據的三維坐標空間上，根據多個磁數據中的任意的磁數據群和與該磁數據群對應的各磁數據，來確定表示通過經由磁數據群的平面中心且與平面垂直的直線的多個旋轉軸；以及偏移估計部，其根據多個旋轉軸，對由磁傳感器(20)輸出的磁數據的偏移進行估計。
【專利說明】偏移估計裝置、偏移估計方法、偏移估計程序以及信息處理裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對用於計測方位角的磁傳感器所輸出的磁數據的偏移進行估計的技術。
【背景技術】
[0002]已知一種利用地磁來計測方位角的方位角計測裝置。該方位角計測裝置通常在檢測地磁的同時也檢測由磁體等產生的磁場，因此在計測方位角時,從檢測出的地磁中減去由該磁場引起的信號成分、即偏移而求出方位角。例如在專利文獻I的方位角測量裝置中，使用由三軸磁傳感器檢測出的地磁以及其偏移來計測方位角。
[0003]專利文獻1:日本特開2004-309227號公報
【發明內容】
[0004]發明要解決的問題
[0005]如專利文獻I所公開那樣，以往存在利用地磁與偏移來計測方位角的裝置，但是僅使用在三維空間內使方位角測量裝置進行移動和旋轉等而測量到的地磁數據來估計偏移，因此無法實現在微小的移動和旋轉等的情況下迅速地得到偏移。
[0006]近年來，除了智慧型電話等可攜式終端的普及以外，平板型終端也不斷普及，以磁傳感器為代表的各種傳感器的搭載也不斷發展。但是，在僅使用專利文獻I所公開那樣的磁傳感器的輸出來計算磁傳感器的偏移值的情況下，在微小的移動和旋轉等的情況下難以高精度地估計偏移，需要使終端較大幅地移動和旋轉。
[0007]如果是智慧型電話那樣的小型可攜式終端，則能夠較容易地立體地移動和旋轉，但是平板型終端大於智慧型電話那樣的可攜式終端，因此難以立體地移動和旋轉，從而強烈期望實現即使終端進行更小的移動和旋轉等也能夠計算出磁傳感器所輸出的磁數據的偏移值而能夠計測方位角的方法。
[0008]因此，本發明的目的在於提供一種能夠高精度地估計由地磁傳感器輸出的磁數據的偏移的偏移估計裝置、偏移估計方法以及信息處理裝置。
_9] 用於解決問題的方案
[0010]用於解決上述問題的偏移估計裝置對三軸的地磁檢測部輸出的磁數據的偏移進行估計，該偏移估計裝置具備:第一旋轉軸計算部，其獲取上述地磁檢測部輸出的第一時刻的磁數據和第二時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第一時刻的磁數據和上述第二時刻的磁數據以及相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第一時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第二時刻的磁數據的坐標值時的第一旋轉軸；第二旋轉軸計算部，其獲取上述地磁檢測部輸出的第三時刻的磁數據和第四時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第三時刻的磁數據和上述第四時刻的磁數據以及相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第三時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第四時刻的磁數據的坐標值時的第二旋轉軸；以及偏移估計部，其根據上述第一旋轉軸與上述第二旋轉軸會聚的坐標值，來對上述地磁檢測部的上述磁數據的偏移進行估計。
[0011]在此，也可以是，上述第一旋轉軸計算部進行以下計算:根據作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，來計算上述第一旋轉軸的方向矢量；根據作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據以及上述第一時刻的磁數據和上述第二時刻的磁數據，來計算上述第一旋轉軸上的坐標值；以及根據上述第一旋轉軸的方向矢量和上述第一旋轉軸上的坐標值來計算上述第一旋轉軸。
[0012]或者，也可以是，上述第一旋轉軸計算部根據上述第一時刻的磁數據、上述第二時刻的磁數據以及第五時刻的磁數據、作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第二時刻與上述第五時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，來計算至少兩點以上的上述第一旋轉軸上的坐標值，上述第一旋轉軸計算部根據上述至少兩點以上的上述第一旋轉軸上的坐標值來計算上述第一旋轉軸。
[0013]也可以是，上述第二旋轉軸計算部進行以下計算:根據作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，來計算上述第二旋轉軸的方向矢量；根據作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據以及上述第三時刻的磁數據和上述第四時刻的磁數據，來計算上述第二旋轉軸上的坐標值；以及根據上述第二旋轉軸的方向矢量和上述第二旋轉軸上的坐標值來計算上述第二旋轉軸。
[0014]也可以是，上述第二旋轉軸計算部根據上述第三時刻的磁數據、上述第四時刻的磁數據以及第六時刻的磁數據、作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第四時刻與上述第六時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，來計算至少兩點以上的上述第二旋轉軸上的坐標值，上述第二旋轉軸計算部根據上述至少兩點以上的上述第二旋轉軸上的坐標值來計算上述第二旋轉軸。
[0015]也可以是，上述第一旋轉軸計算部進行以下計算:根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第一時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第一時刻對應的第一方向餘弦矩陣；根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第二時刻對應的第二方向餘弦矩陣；根據上述第一方向餘弦矩陣和上述第二方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的第一差分方向餘弦矩陣；以及根據上述第一差分方向餘弦矩陣和上述第一差分方向餘弦矩陣的轉置矩陣以及上述第一磁數據和上述第二磁數據，來計算上述第一旋轉軸上的坐標值，上述第二旋轉軸計算部進行以下計算:根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第三時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第三時刻對應的第三方向餘弦矩陣；根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第四時刻對應的第四方向餘弦矩陣；根據上述第三方向餘弦矩陣以及上述第四方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的第二差分方向餘弦矩陣；以及根據上述第二差分方向餘弦矩陣和上述第二差分方向餘弦矩陣的轉置矩陣以及上述第三磁數據和上述第四磁數據，來計算上述第二旋轉軸上的坐標值。
[0016]也可以是，根據上述第一差分方向餘弦矩陣來計算上述第一旋轉軸的方向矢量。
[0017]也可以是，根據上述第二差分方向餘弦矩陣來計算上述第二旋轉軸的方向矢量。
[0018]也可以是，上述第一旋轉軸計算部進行以下計算:根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第一時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第一時刻對應的第一方向餘弦矩陣；根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第二時刻對應的第二方向餘弦矩陣；根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第五時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第五時刻對應的第五方向餘弦矩陣；根據上述第一方向餘弦矩陣以及上述第二方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述地磁檢測部的旋轉量相應的第一差分方向餘弦矩陣，根據上述第二方向餘弦矩陣以及上述第五方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第二時刻與上述第五時刻之間的期間的旋轉量相應的第三差分方向餘弦矩陣；根據上述第一差分方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述地磁檢測部的旋轉量相應的第一旋轉角度；根據上述第三差分方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第二時刻與上述第五時刻之間的期間的旋轉量相應的第二旋轉角度；以及根據上述第一旋轉角度、上述第二旋轉角度、上述第一磁數據、上述第二磁數據以及上述第五磁數據，來計算上述第一旋轉軸上的坐標值。
[0019]也可以是，上述第二旋轉軸計算部進行以下計算:根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第三時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第三時刻對應的第三方向餘弦矩陣；根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量數據，來計算與上述第四時刻對應的第四方向餘弦矩陣；根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第六時刻之間的期間的旋轉量數據，來計算與上述第六時刻對應的第六方向餘弦矩陣；根據上述第三方向餘弦矩陣以及上述第四方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的第二差分方向餘弦矩陣；根據上述第四方向餘弦矩陣以及上述第六方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第四時刻與上述第六時刻之間的期間的旋轉量相應的第四差分方向餘弦矩陣；根據上述第二差分方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的第三旋轉角度；根據上述第四差分方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第四時刻與上述第六時刻之間的期間的旋轉量相應的第四旋轉角度；以及根據上述第三旋轉角度、上述第四旋轉角度、上述第三磁數據、上述第四磁數據以及上述第六磁數據，來計算上述第二旋轉軸上的坐標值。
[0020]也可以是，上述旋轉量數據是基於角度數據、角速度數據、角加速度數據的數據。
[0021]用於解決上述問題的偏移估計方法具備以下步驟:第一旋轉軸計算步驟，獲取上述地磁檢測部輸出的第一時刻的磁數據和第二時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第一時刻的磁數據和上述第二時刻的磁數據以及相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第一時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第二時刻的磁數據的坐標值時的第一旋轉軸；第二旋轉軸計算步驟，獲取上述地磁檢測部輸出的第三時刻的磁數據和第四時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第三時刻的磁數據和上述第四時刻的磁數據以及相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第三時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第四時刻的磁數據的坐標值時的第二旋轉軸；以及偏移估計步驟，其根據上述第一旋轉軸與上述第二旋轉軸會聚的坐標值，來對上述地磁檢測部的上述磁數據的偏移進行估計。
[0022]用於解決上述問題的偏移估計程序用於使計算機對三軸的地磁檢測部輸出的磁數據的偏移進行估計，該偏移估計程序的特徵在於，使計算機進行以下動作:獲取上述地磁檢測部輸出的第一時刻的磁數據和第二時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第一時刻的磁數據和上述第二時刻的磁數據以及相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第一時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第二時刻的磁數據的坐標值時的第一旋轉軸；獲取上述地磁檢測部輸出的第三時刻的磁數據和第四時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第三時刻的磁數據和上述第四時刻的磁數據以及相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第三時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第四時刻的磁數據的坐標值時的第二旋轉軸；以及根據上述第一旋轉軸與上述第二旋轉軸會聚的坐標值，對上述地磁檢測部的上述磁數據的偏移進行估計。
[0023]用於解決上述問題的信息處理裝置具備:上述偏移估計裝置；地磁檢測部；以及角速度檢測部。[0024]發明的效果
[0025]根據本發明，能夠高精度地估計由地磁傳感器輸出的磁數據的偏移。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是表示本發明的實施方式所涉及的物理量計測系統的整體概要結構的一例的圖。
[0027]圖2是表示偏移估計裝置的功能的一例的框圖。
[0028]圖3是表示物理量計測裝置中的物理量計測動作的一例的流程圖。
[0029]圖4是示意性地表示在地磁的大小不發生變化的環境下時刻經過時的地磁數據的分布狀況、偏移值以及旋轉軸信息的關係的圖。
[0030]圖5是表示插座單元的應用例的圖。
[0031]圖6是示意性地表示從時刻t+Ι起時間進一步經過的時刻t+2時的測量數據的關係的圖。
[0032]圖7是示意性地表示根據在不同的時刻t、t+l、t+2測量得到的磁數據群以及符合的DCM數據群而計算出的旋轉軸信息和平面等的關係的圖。
[0033]圖8是從多個旋轉軸估計偏移時的示意圖。
[0034]圖9是示意性地表示在地磁的大小不發生變化的環境下時刻經過時的地磁數據的分布狀況、偏移值以及旋轉軸信息的關係的圖。
[0035]圖10在二維平面上表示圖9中的圓平面440的圖。
【具體實施方式】
[0036](第一實施方式)
[0037]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】包含本發明的偏移估計裝置的物理量計測系統的一個實施方式。實施方式所涉及的物理量計測系統100是以下系統:例如被搭載於可攜式電話機、PDA (Personal Digital Assistant:個人數字助理)、平板型終端等可攜式設備,在用戶移動可攜式設備時，用於對作為地磁以外的信號成分的偏移進行估計並計測方位角。
[0038]圖1是表示物理量計測系統100的整體概要結構的一例的圖。
[0039]物理量計測系統100具備物理量計測裝置(方位角計測裝置)10和運算部200。
[0040]物理量計測裝置10具有磁傳感器(地磁檢測部)20、旋轉量傳感器(旋轉量檢測部)21、數據獲取部30以及偏移估計裝置40。
[0041]磁傳感器20用於檢測地磁。在本實施方式中，例如對由X軸方向、Y軸方向以及Z軸方向構成的檢測三個成分的地磁的磁傳感器的情況進行說明，但是也可以是檢測四個成分以上的地磁的磁傳感器。
[0042]旋轉量傳感器21能夠檢測旋轉量並輸出旋轉量數據即可。作為旋轉量，考慮角度、角速度、角加速度等，作為旋轉量數據，考慮角度數據、角速度數據、角加速度數據等。
[0043]旋轉量傳感器的種類並不特別限定，也可以是角度傳感器、加速度傳感器。另外，還能夠使用來自對已知的外部磁場進行檢測的磁傳感器的信息來計算旋轉量，因此也可以將磁傳感器使用於旋轉量傳感器。另外，也可以使用在進行規定的旋轉的情況下發出信號的設備作為旋轉量傳感器。在本實施例中，使用角速度傳感器作為旋轉量傳感器。[0044]數據獲取部30通過反覆獲取由磁傳感器20檢測出的地磁數據以及由角速度傳感器21檢測出的角速度數據，來以數位訊號或者模擬信號獲取由多個地磁數據和多個角速度數據構成的矢量物理量數據群。
[0045]本實施方式的數據獲取部30還在上述矢量物理量數據群為模擬信號的情況下，對其進行放大處理、濾波處理以及A/D變換處理而輸出到偏移估計裝置40，但是也可以不進行A/D變換處理而保持模擬信號的狀態進行輸出。或者，數據獲取部30也可以在A/D變換處理之後例如進行平均化處理等濾波處理。
[0046]對於上述矢量物理量數據群為數位訊號的情況，在數據獲取部30中也可以進行期望的數位訊號處理、例如平均化處理等濾波處理。
[0047]偏移估計裝置40根據上述矢量物理量數據群計算DCM(DireCtionCosineMatrix:方向餘弦矩陣)數據以及各種角數據(橫擺角、傾側角以及俯仰角)。將這些矢量物理量數據群、DCM數據以及各種角數據存儲到偏移估計裝置40內的存儲器。
[0048]而且，偏移估計裝置40使用所存儲的DCM數據群、各種角數據群以及矢量物理量數據群來計算後述的旋轉軸方向矢量以及後述的旋轉軸信息。
[0049]並且，偏移估計裝置40根據計算出的旋轉軸信息群估計矢量物理量數據群所包含的基準點，將估計出的多個基準點中可靠度高的基準點估計為偏移。
[0050]運算部200根據由物理量計測裝置10獲取到的矢量物理量數據群和估計出的偏移來計算系統所需的信息。
[0051 ] 圖2是表示偏移估計裝置40的結構例的圖。
[0052]偏移估計裝置40具有分配部41、DCM計算部42、各種角計算部43、數據選擇部44、旋轉軸計算部45、基準點估計部46、可靠性判斷部47以及參數管理部48。
[0053]分配部41從數據獲取部30獲取矢量物理量數據群D1，根據後級的處理內容，按每個種類分配該矢量物理量數據群D1。在本實施方式中，分配部41將矢量物理量數據群Dl分別輸出到DCM計算部42、各種角計算部43以及數據選擇部44。
[0054]DCM計算部42根據所輸入的矢量物理量數據群計算DCM數據Rl。
[0055]各種角計算部43根據從DCM計算部42輸出的DCM數據Rl來計算各種角數據(橫擺角、傾側角、俯仰角)Al。
[0056]數據選擇部44被輸入來自分配部41的矢量物理量數據群Dl、來自DCM計算部42的DCM數據Rl以及來自各種角計算部43的各種角數據(橫擺角、傾側角、俯仰角)Al並將其例如存儲到存儲器。
[0057]並且，數據選擇部44使用在參數管理部48內設定的參數來判斷上述例如存儲在存儲器中的矢量物理量數據群D1、DCM數據群Rl以及各種角數據(橫擺角、傾側角、俯仰角)群Al是否為規定的條件(適合於後級的基準點估計部46中的處理的數據)。數據選擇部44例如在判斷對象的數據值為參數以下的情況下，判斷為滿足規定的條件，將矢量物理量數據群Dl、DCM數據群Rl以及各種角數據群Al輸出到旋轉軸計算部45。
[0058]旋轉軸計算部45使用矢量物理量數據群Dl、DCM數據群Rl以及各種角數據(橫擺角、傾側角、俯仰角)群Al,計算由旋轉軸的方向矢量以及旋轉中心坐標構成的旋轉軸信息，該旋轉軸的方向矢量由規定的坐標軸系(在本實施方式中，例如三軸)構成。在後文中說明該計算處理。[0059]而且，旋轉軸計算部45判斷計算出的旋轉軸信息是否為適合於後級的基準點估計部46中的處理的數據，在判斷為適合的情況下，將旋轉軸信息例如存儲到存儲器。
[0060]基準點估計部46使用計算出的旋轉軸信息群RL1，使用在參數管理部48中設定的參數，通過分析方法來估計基準點的坐標。在本實施方式中，例如對使用三軸磁傳感器20來檢測地磁的情況進行說明，因此將檢測出的地磁數據群所分布的球面的中心稱為基準點。
[0061]可靠性判斷部47判斷由基準點估計部46估計出的基準點的可靠度(在本實施方式中，例如是否以系統能夠允許的誤差進行了估計)，將判斷為可靠度高的基準點作為偏移而輸出。用於判斷基準點的可靠度的方法可考慮各種方法。然而，存在以下方法:按照後述的參數，計算基準點的可靠性信息，將該可靠性信息與判斷值進行比較而設為可靠度的指標。此外，在本實施方式中，將基準點估計部46和可靠性判斷部47 —起稱為偏移估計部。
[0062]上述判斷值可以是一個也可以是多個。在存在多個判斷值的情況下，也可以根據多個判斷值各自與上述可靠性信息的比較結果，將可靠度劃分為多個分區。在該情況下，也可以僅輸出可靠度為最高分區的情況下的偏移，但是並不限定於此。例如在將可靠度劃分為「優」、「良」、「可」、「不可」這四個分區的情況下，有時不僅限定於「優」而在成為「良」或者「可」的可靠度的情況下也輸出偏移在使用者的便利性方面更理想。
[0063]另外，可靠性判斷部47可以輸出上述可靠性信息或者可靠度，也可以輸出可靠性信息和可靠度兩者。
[0064]參數管理部48對與偏移估計有關的各種參數進行管理。參數管理部48通過根據偏移估計裝置40中的處理狀況來變更與偏移估計有關的各種參數，來對偏移估計裝置40整體的行為進行管理使得估計出符合其處理狀況的最佳偏移。
[0065]作為參數，例如存在測量參數、判斷值、計算參數等，將這些按若干等級保存到表中。
[0066]參數管理部48也可以對照處理狀況從多個等級中選擇一個等級，用以上述選擇的等級表示的參數對物理量計測裝置100的行為進行管理。或者，參數管理部48也可以對照處理狀況使參數的各種項目連續地變化。或者，參數管理部48也可以輸出當前所使用的參數的管理狀態。
[0067]以下，說明本實施方式的物理量計測裝置10的動作。
[0068]首先，參照圖3說明物理量計測處理中的物理量計測裝置10的動作。
[0069]圖3是表示物理量計測裝置10中的物理量計測的動作的流程圖。
[0070]在步驟SI中，檢測由多個成分構成的矢量物理量。具體地說，磁傳感器20檢測由三個成分構成的地磁，並且角速度傳感器21檢測角速度。
[0071]在步驟S2中，數據獲取部30獲取檢測出的矢量物理量。在本實施方式中，為了容易進行偏移估計裝置40中的處理，數據獲取部30例如根據獲取到的數據的種類，進行放大處理、濾波處理以及A/D變換處理。
[0072]在步驟S3中，偏移估計裝置40的分配部41對由數據獲取部30獲取到的多種矢量物理量數據進行分配而輸出到後級。
[0073]在步驟S4中，偏移估計裝置40使用在步驟S3中分配的矢量物理量數據來計算DCM數據以及各種角數據。具體地說，偏移估計裝置40的DCM計算部42根據所輸入的矢量物理量來計算DCM數據Rl，偏移估計裝置40的各種角計算部43根據從DCM計算部42輸出的DCM數據Rl來計算各種角數據(橫擺角、傾側角、俯仰角)A1。
[0074]在步驟S5中，偏移估計裝置40的數據選擇部44判斷在步驟S4中計算出的DCM數據、各種角數據、在步驟S3中分配的矢量物理量數據是否為適合於基準點估計部46中的處理的數據。其結果，在判斷為適合的情況下，數據選擇部44選擇該DCM數據、各種角數據以及矢量物理量數據，例如存儲到存儲器。
[0075]在步驟S6中，偏移估計裝置40的旋轉軸計算部45根據DCM數據群、各種角數據群以及矢量物理量數據群，計算由旋轉軸方向矢量以及旋轉軸上坐標構成的旋轉軸信息。而且，旋轉軸計算部45判斷計算出的旋轉軸信息數據是否為適合於基準點估計部46中的處理的數據。其結果，在判斷為適合的情況下，旋轉軸計算部45將該旋轉軸信息例如存儲到存儲器。
[0076]在步驟S7中，偏移估計裝置40的基準點估計部46使用旋轉軸信息群、根據規定的評價式，對矢量物理量數據群所包含的基準點進行估計。
[0077]在步驟S8中，偏移估計裝置40的可靠性判斷部47判斷估計出的基準點的坐標的可靠度，將判斷為可靠度高的基準點作為偏移而輸出。
[0078][參數管理部的動作]
[0079]接著，說明參數管理部48的動作。
[0080]在參數管理部48中，在檢測出物理量計測裝置10的內部狀態的變化或者物理量計測裝置10的測量環境的變化的情況下，根據其檢測結果變更要使用的參數。
[0081][偏移估計裝置的動作]
[0082]接著，說明偏移估計裝置40的動作。
[0083]在偏移估計裝置40中，根據由數據獲取部30獲取到的至少兩種測量數據中一種測量數據來計算DCM數據，根據計算出的DCM數據來計算橫擺角、傾側角和俯仰角。而且，偏移估計裝置40根據需要而將DCM數據、橫擺角、傾側角、俯仰角以及測量數據例如存儲到存儲器。根據所存儲的DCM數據群、各種角數據群(橫擺角、傾側角、俯仰角)以及測量數據群，按照預先決定的過程對由數據獲取部30輸出的至少兩種數據中的一種數據所包含的基準點進行估計，在進行可靠性的判斷之後，作為偏移而輸出。在此，根據計算出的DCM數據來計算橫擺角、傾側角以及俯仰角。然而，也可以通過其它方法來計算橫擺角、傾側角以及俯仰角，這是顯而易見的。
[0084]在本實施方式中，使用DCM數據群、各種角數據群(橫擺角、傾側角、俯仰角)、測量數據群沿著決定的過程進行運算，由此與僅根據一種測量數據群來對測量數據群所包含的偏移進行估計相比，在三維空間中的微小移動、旋轉、運動時也能夠估計偏移。
[0085]關於用於計算DCM數據以及各種角數據(橫擺角、傾側角、俯仰角)的測量數據，可以是由數據獲取部30獲取到的數據本身，也可以使用為了降低噪聲的影響而對測量數據群實施一些運算處理(例如平均化處理)而得到的數據。另外，關於計算旋轉軸信息時使用的測量數據也同樣，可以直接使用由數據獲取部30獲取到的數據，也可以使用為了降低噪聲的影響而對測量數據群實施一些運算處理(例如平均化處理)而得到的數據。
[0086]並且，關於計算旋轉軸信息時使用的DCM數據、各種角數據(橫擺角、傾側角、俯仰角)也同樣，可以直接使用由DCM計算部42計算出的DCM數據以及由各種角計算部43計算出的各種角數據(橫擺角、傾側角和俯仰角)，也可以使用為了減小計算時產生的誤差、由測量數據內包含的噪聲引起的偏差對計算出的DCM數據群和橫擺角、傾側角、俯仰角數據群實施一些運算處理(例如平均化處理)而得到的數據。
[0087][運算部200的動作]
[0088]圖1示出的物理量計算系統100在運算部200中通常接收由物理量計測裝置10的數據獲取部30獲取到的測量數據以及由基準點估計部40估計出的偏移來計算系統所需的信息。
[0089]例如，磁傳感器20為三軸磁傳感器，在以檢測地磁並計算方位角為目的的方位角計測裝置的情況下，首先根據估計出的偏移以及獲取到的測量數據來計算地磁的值，接著計算方位角。
[0090]具體地說，當將由可靠性判斷部47輸出的偏移設為0=(0X，Oy, Oz)並且將具備物理量計測系統100的可攜式設備例如水平(磁傳感器X測量軸、y測量軸處於水平面上)時的磁測量數據設為M=(Mx，My，Mz)時，通過以下式表示X測量軸相對於磁北的方位Θ。
[0091][式1]
[0092]
【權利要求】
1.一種偏移估計裝置，對三軸的地磁檢測部輸出的磁數據的偏移進行估計，該偏移估計裝置的特徵在於，具備: 第一旋轉軸計算部，其獲取上述地磁檢測部輸出的第一時刻的磁數據和第二時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第一時刻的磁數據和上述第二時刻的磁數據以及相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第一時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第二時刻的磁數據的坐標值時的第一旋轉軸； 第二旋轉軸計算部，其獲取上述地磁檢測部輸出的第三時刻的磁數據和第四時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第三時刻的磁數據和上述第四時刻的磁數據以及相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第三時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第四時刻的磁數據的坐標值時的第二旋轉軸；以及 偏移估計部，其根據上述第一旋轉軸與上述第二旋轉軸會聚的坐標值，來對上述地磁檢測部的上述磁數據的偏移進行估計。
2.根據權利要求1所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 上述第一旋轉軸計算部進行以下計算: 根據作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，來計算上述第一旋轉軸的方向矢量； 根據作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據以及上述第一時刻的磁數據和上述第二時刻的磁數據，來計算上述第一旋轉軸上的坐標值；以及 根據上述第一旋轉軸的方向矢量和上述第一旋轉軸上的坐標值來計算上述第一旋轉軸。
3.根據權利要求1所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 上述第一旋轉軸計算部根據上述第一時刻的磁數據、上述第二時刻的磁數據以及第五時刻的磁數據、作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第二時刻與上述第五時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，來計算至少兩點以上的上述第一旋轉軸上的坐標值， 上述第一旋轉軸計算部根據上述至少兩點以上的上述第一旋轉軸上的坐標值來計算上述第一旋轉軸。
4.根據權利要求1~3中的任一項所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 上述第二旋轉軸計算部進行以下計算: 根據作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，來計算上述第二旋轉軸的方向矢量； 根據作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據以及上述第三時刻的磁數據和上述第四時刻的磁數據，來計算上述第二旋轉軸上的坐標值；以及 根據上述第二旋轉軸的方向矢量和上述第二旋轉軸上的坐標值來計算上述第二旋轉軸。
5.根據權利要求1~3中的任一項所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 上述第二旋轉軸計算部根據上述第三時刻的磁數據、上述第四時刻的磁數據以及第六時刻的磁數據、作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第四時刻與上述第六時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，來計算至少兩點以上的上述第二旋轉軸上的坐標值， 上述第二旋轉軸計算部根據上述至少兩點以上的上述第二旋轉軸上的坐標值來計算上述第二旋轉軸。
6.根據權利要求4或者5所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 上述第一旋轉軸計算部進行以下計算: 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第一時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第一時刻對應的第一方向餘弦矩陣； 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第二時刻對應的第二方向餘弦矩陣； 根據上述第一方向餘弦矩`陣和上述第二方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的第一差分方向餘弦矩陣；以及 根據上述第一差分方向餘弦矩陣和上述第一差分方向餘弦矩陣的轉置矩陣以及上述第一磁數據和上述第二磁數據，來計算上述第一旋轉軸上的坐標值， 上述第二旋轉軸計算部進行以下計算: 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第三時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第三時刻對應的第三方向餘弦矩陣； 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第四時刻對應的第四方向餘弦矩陣； 根據上述第三方向餘弦矩陣以及上述第四方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的第二差分方向餘弦矩陣；以及 根據上述第二差分方向餘弦矩陣和上述第二差分方向餘弦矩陣的轉置矩陣以及上述第三磁數據和上述第四磁數據，來計算上述第二旋轉軸上的坐標值。
7.根據權利要求6所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 根據上述第一差分方向餘弦矩陣來計算上述第一旋轉軸的方向矢量。
8.根據權利要求6或者7所述的偏移估計裝置，其特徵在於，根據上述第二差分方向餘弦矩陣來計算上述第二旋轉軸的方向矢量。
9.根據權利要求3所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 上述第一旋轉軸計算部進行以下計算: 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第一時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第一時刻對應的第一方向餘弦矩陣； 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第二時刻對應的第二方向餘弦矩陣； 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第五時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第五時刻對應的第五方向餘弦矩陣； 根據上述第一方向餘弦矩陣以及上述第二方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述地磁檢測部的旋轉量相應的第一差分方向餘弦矩陣，根據上述第二方向餘弦矩陣以及上述第五方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第二時刻與上述第五時刻之間的期間的旋轉量相應的第三差分方向餘弦矩陣； 根據上述第一差分方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述地磁檢測部的旋轉量相應的第一旋轉角度； 根據上述第三差分方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第二時刻與上述第五時刻之間的期間的旋轉量相應的第二旋轉角度；以及 根據上述第一旋轉角度、 上述第二旋轉角度、上述第一磁數據、上述第二磁數據以及上述第五磁數據，來計算上述第一旋轉軸上的坐標值。
10.根據權利要求5所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 上述第二旋轉軸計算部進行以下計算: 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第三時刻之間的期間的旋轉量數據來計算與上述第三時刻對應的第三方向餘弦矩陣； 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量數據，來計算與上述第四時刻對應的第四方向餘弦矩陣； 根據與上述第一時刻以前的時刻對應的方向餘弦矩陣以及上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻以前的時刻與上述第六時刻之間的期間的旋轉量數據，來計算與上述第六時刻對應的第六方向餘弦矩陣； 根據上述第三方向餘弦矩陣以及上述第四方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的第二差分方向餘弦矩陣； 根據上述第四方向餘弦矩陣以及上述第六方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第四時刻與上述第 六時刻之間的期間的旋轉量相應的第四差分方向餘弦矩陣； 根據上述第二差分方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的第三旋轉角度； 根據上述第四差分方向餘弦矩陣，來計算與上述地磁檢測部在相當於上述第四時刻與上述第六時刻之間的期間的旋轉量相應的第四旋轉角度；以及 根據上述第三旋轉角度、上述第四旋轉角度、上述第三磁數據、上述第四磁數據以及上述第六磁數據，來計算上述第二旋轉軸上的坐標值。
11.根據權利要求1~10中的任一項所述的偏移估計裝置，其特徵在於， 上述旋轉量數據是基於角度數據、角速度數據、角加速度數據中的任一個的數據。
12.—種偏移估計方法，其特徵在於，具備以下步驟: 第一旋轉軸計算步驟，獲取上述地磁檢測部輸出的第一時刻的磁數據和第二時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第一時刻的磁數據和上述第二時刻的磁數據以及相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第一時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第二時刻的磁數據的坐標值時的第一旋轉軸； 第二旋轉軸計算步驟，獲取上述地磁檢測部輸出的第三時刻的磁數據和第四時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第三時刻的磁數據和上述第四時刻的磁數據以及相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第三時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第四時刻的磁數據的坐標值時的第二旋轉軸；以及 偏移估計步驟，其根據上述第一旋轉軸與上述第二旋轉軸會聚的坐標值，來對上述地磁檢測部的上述磁數據的偏移進行估計。
13.一種偏移估計程序，用於使計算機對三軸的地磁檢測部輸出的磁數據的偏移進行估計，該偏移估計程序的特徵在於，使計算機進行以下動作: 獲取上述地磁檢測部輸出的第一時刻的磁數據和第二時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第一時刻的磁數據和上述第二時刻的磁數據以及相當於上述第一時刻與上述第二時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第一時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第二時刻的磁數據的坐標值時的第一旋轉軸； 獲取上述地磁檢測部輸出的第三時刻的磁數據和第四時刻的磁數據以及作為與上述地磁檢測部在相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的旋轉量相應的數據的旋轉量數據，在以上述地磁檢測部輸出的上述磁數據的各軸成分為坐標值的坐標空間上，根據上述第三時刻的磁數據和上述第四時刻的磁數據以及相當於上述第三時刻與上述第四時刻之間的期間的上述旋轉量數據，來計算使基於上述第三時刻的磁數據的坐標值旋轉到基於上述第四時刻的磁數據的坐標值時的第二旋轉軸；以及 根據上述第一旋轉軸與上述第二旋轉軸會聚的坐標值，對上述地磁檢測部的上述磁數據的偏移進行估計。
14.一種信息處理裝置，其特徵在於，具備: 根據權利要求1至11中的任一項所述的偏移估計裝置； 地磁檢測部；以及 角速度檢測部。`
【文檔編號】G01C17/38GK103874904SQ201380003470
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年2月22日 優先權日:2012年2月24日
【發明者】譽田正宏, 山下昌哉 申請人:旭化成株式會社