地磁気センサー及びその方位角の算出方法
【課題】 ３軸の加速度センサーを含む地磁気センサーを提供する。
【解決手段】
本発明の地磁気センサーは、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、再調整されたピッチ角及びロール角と地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部と、を含む。これにより、ピッチ角及びロール角を精密に測定して方位角の演算に使うことができる。
【解決手段】
本発明の地磁気センサーは、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、再調整されたピッチ角及びロール角と地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部と、を含む。これにより、ピッチ角及びロール角を精密に測定して方位角の演算に使うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地磁気センサー及びその方位角の算出方法に関し、より詳細には３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を領域ごとに正確に算出した後、方位角の演算に用いる地磁気センサー及びその方位角の算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地磁気センサーとは、人が感じられない地球磁気の強さおよび方向を測定する装置のことを意味する。特に、フラックスゲートを用いて地磁気を測定するセンサーのことをフラックスゲート型地磁気センサーと呼ぶ。
【０００３】
フラックスゲート型地磁気センサーとは、パーマロイのような透磁率の高い材料を磁芯として使用し、その磁芯を巻いた駆動コイルにより励起磁場を加え、その磁芯の磁気飽和および非線形磁気特性に応じて発生する外部磁場に比例の２次高調波成分を測定することにより、外部磁場のサイズおよび方向を測定する装置のことを意味する。
【０００４】
係るフラックスゲート型地磁気センサーは１９３０年代の末に開発されたもので、他の形態の地磁気センサーと比較すると、感度がよく、経済的であり、相対的に小型で製造できる長所を持つ。
【０００５】
特に、最近になって、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）技術が発展するにつれ、これを用いて低消費電力型の超小型フラックスゲートセンサーを製造することができるようになり、携帯、ＰＤＡ、ノートＰＣなどの各種の携帯型電子機器にも内蔵されている。
【０００６】
一方、地磁気センサーは、一般的に２軸又は３軸のフラックスゲートを用いる。地磁気センサーを用いて方位角を測定する過程で地磁気センサーが傾くと、方位角の測定が間違う余地がある。このため、傾斜角、つまりピッチ角やロール角を用いて方位角を補償するアルゴリズムを行うことが一般的である。これにより、従来の地磁気センサーでは、２軸の加速度センサーを用いてピッチ角とロール角を演算して方位角の補償作業に利用した。この場合、傾きの測定範囲は±９０°に限定される。
【０００７】
また、従来の地磁気センサーでは加速度センサーのＸ軸の値及びＹ軸の値にｓｉｎ−１（）関数を適用してピッチ角及びロール角の演算を行った。しかし、６０°以上傾くとｓｉｎ関数の特性上、信号の傾きがだんだんフラットになる。この場合、加速度センサーの出力値をデジタル値に変換するＡＤＣ（アナログツデジタルコンバータ）の分解能が充分でないと傾斜角を正確に得ることができない問題点があった。
【０００８】
詳細には、＋９０°以上に傾いた場合、即ち１２０°程度傾くと＋１２０°に認識できず＋６０°に認識してしまう問題点があった。
【０００９】
このように、算出されたピッチ角及びロール角の値に誤差が生じると、方位角の補償作業が正常に行われにくくなるので、結果的に方位角自体に誤差が生じ得る問題点があった。
【特許文献１】日本公開特許第２００２−１９６０５５号公報
【特許文献２】米国特許第６８１３５８４号公報
【特許文献３】日本公開特許第２００５−１９５４１０号公報
【特許文献４】日本公開特許第２００３−０４２７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前述の問題点を解決するために提出されたもので、本発明の目的は、３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算し、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を再調整することで正確なピッチ角及びロール角を算出した後、算出されたピッチ角及びロール角を用いて方位角を精密に補償する地磁気センサー及びその方位角の算出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するための本発明の一実施形態に係る地磁気センサーは、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、前記Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部と、を含む。
【００１２】
好ましくは、前記傾き測定モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を予め設定された範囲で正規化させ、前記傾き演算部に提供することができる。
また好ましくは、前記傾き演算部は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを１次演算することができる。
【００１３】
より好ましくは、前記傾き演算部は、前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記２次演算を行うことができる。
【００１４】
一方、前記傾き演算部は、前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹ値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記２次演算を行うことができる。
【００１５】
好ましくは、前記地磁気検出モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を予め設定された範囲で正規化させ、前記制御部に提供することができる。
【００１６】
また好ましくは、前記制御部は、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。
【００１７】
一方、本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法は、（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールとを用いて、方位角を演算するステップと、を含む。
【００１８】
好ましくは、前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。
【００１９】
好ましくは、前記（ｂ）ステップは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを１次演算することができる。
【００２０】
より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することができる。
【００２１】
より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することができる。
【００２２】
一方、前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。
【００２３】
また、前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。
【００２４】
一方、本発明の一実施形態に係る少なくとも一つのコンピューター記録媒体は、（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算するステップと、を含む。
【００２５】
好ましくは、前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。
【００２６】
また好ましくは、前記（ｂ）ステップは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを１次演算することができる。
【００２７】
より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することができる。
【００２８】
より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することができる。
【００２９】
一方、前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。
【００３０】
また、前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を精密に測定することができる。つまり、Ｘ軸及びＹ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を再調整する２次演算を行う。これにより、ＡＤＣの分解能が高くない状況においてもピッチ角及びロール角を精密に測定することができる。結果的に正確な方位角を算出することができる。また、ピッチ角及びロール角の測定範囲も従来の±９０°から±１８０°に拡張される。
【００３２】
また、本発明の一実施形態はコンピューター記録媒体などのような媒体上のコンピューター記録コード／命令を実行することで遂行されることができる。媒体は、コンピューター記録コードの保存又は伝送を可能にするある媒体又はその媒体に相当するものである。
【００３３】
一方、コンピューター記録コード／命令は、多様な手段、例えば磁気記憶媒体（プロッピーディスク、ハードディスク、磁気テープなど）、光学記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭｓ、ＤＶＤなど）、磁気光学媒体（プロプティカルディスクなど）、ハードウェア記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ）、命令及びデータ構造などを含む搬送波伝送信号のような記憶／伝送媒体上に記録／伝送されることができる。
【００３４】
記憶／伝送媒体は、有線伝送又は無線伝送（インターネットを通じた伝送など）を含む。この場合、有線記憶／伝送媒体は光学線又は金属線などを含む。
【００３５】
媒体は分散された方式でコンピューター記録コード／命令が記憶／伝送されて実行されるようにするための分散したネットワークになり得る。コンピューター記録コード／命令は少なくとも一つ以上のプロセッサによって実行されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態に係る地磁気センサーの構成を示すブロック図である。同図によると、本地磁気センサー１００は、地磁気測定モジュール１１０、傾き測定モジュール１２０、傾き演算部１３０、制御部１４０を含む。
【００３８】
地磁気測定モジュール１１０は、外部地磁気に対応される大きさの電圧値を出力する。詳細には、地磁気測定モジュール１１０は、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを含むことができる。これにより、各軸のフラックスゲートに電気信号を印加し、地磁気に対応される出力値を得ることができる。
【００３９】
傾き測定モジュール１２０は、地磁気センサー１００本体の傾きに対応される大きさの電圧値を出力する。詳細には、傾き測定モジュール１２０は、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備える。これにより、各軸の加速度センサーに電気信号を印加し、傾きに対応される各軸の加速度センサーの出力値を得ることができる。
【００４０】
図２は、傾き測定モジュール１２０構成の一例を示すブロック図である。同図によると、傾き測定モジュール１２０は、３軸の加速度センサー１２２、信号処理部１２３、傾き測定制御部１２４、メモリ部１２５を含む。
【００４１】
３軸の加速度センサー１２２は、相互異なる方向に配置され相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーからなる。
【００４２】
信号処理部１２３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーそれぞれの出力値をデジタル値に変換して傾き測定制御部１２４に提供する。
【００４３】
傾き測定制御部１２４は、信号処理部１２３を介して受信されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値それぞれを予め設定された範囲の値にマッピングさせる正規化作業を行う。正規化範囲は−１乃至１になり得る。正規化は下記の式を用いて行うことができる。
【００４４】
【数１３】
（式１）において、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｏｆｆｓｅｔ、ＡＹｏｆｆｓｅｔ、ＡＺｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸＳｃａｌｅ、ＡＹＳｃａｌｅ、ＡＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値を意味する。
【００４５】
前述のように−１乃至＋１の範囲内の値にマッピングするために、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍが＋１以上であると＋１に固定させ、−１以下であると−１に固定させることが好ましい。
【００４６】
各加速度センサーのオフセット値及びスケール値は、以前の正規化作業過程で用いられた値をメモリ部１２５に保存しておいた後、そのまま読み出して使うことができる。
【００４７】
または、オフセット値及びスケール値は下記の式を用いて直接演算することもできる。
【００４８】
【数１４】
（式２）において、ＡＸｍａｘ、ＡＹｍａｘ、ＡＺｍａｘはそれぞれＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗの最大値、ＡＸｍｉｎ、ＡＹｍｉｎ、ＡＺｍｉｎはそれぞれＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗの最小値を意味する。ＡＸｍａｘ、ＡＹｍａｘ、ＡＺｍａｘ、ＡＸｍｉｎ、ＡＹｍｉｎ、ＡＺｍｉｎは方位角の測定のための準備段階において、地磁気センサー１００を少なくとも１回以上を回転させながら測定されたＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗのうち最大値、最小値を算出してメモリ部１２５に保存しておくことができる。これにより、正規化過程でメモリ部１２５から読み出して使うことができる。
【００４９】
また、図１に戻って、傾き演算部１３０は、傾き測定モジュール１２０から正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を受信し、１次的にピッチ角及びロール角を演算する。１次演算されるピッチ角及びロール角は下記の式のように示すことができる。
【００５０】
【数１５】
（式３）において、θＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角を意味する。
【００５１】
一方、（式３）においてｃｏｓΦＹ、ｃｏｓθＸは分母に位置する。従って、θＸやΦＹが９０°になると分母が０になるため、数式計算に誤りが発生する。これを防止するために、θＸやΦＹが９０°である場合は８９°又は９１°に代置させて数式に適用する。
【００５２】
ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍ、ＡＺｍｏｄは正規化範囲、即ち±１の範囲を超えないようにサチュレーションさせる。つまり、＋１以上であると＋１に固定させ、−１以下であると−１に固定させて（式３）に代入する。
【００５３】
一方、（式３）は実施形態に応じて異なり得る。つまり、θＺはｃｏｓ−１（ＡＺｎｏｒｍ）を用いて演算することができる。
【００５４】
傾き演算部１３０は、１次演算されたθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺの大きさの関係に応じてピッチ角及びロール角を最終決定する２次演算を行う。詳細には、傾き演算部１３０は、θＸ、θＺを組み合わせてピッチ角を算出し、ΦＹ、ΦＺを組み合わせてロール角を算出する。
【００５５】
ます、ピッチ角を算出するために、傾き演算部１３０は、θＸの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する。θＸの値が０°乃至４５°の範囲内であると、θＺが０°以上であるかを判断する。判断結果、θＺが０°以上であると、θＸをそのままピッチ角として決定する。一方、θＺが０°未満であると１８０°−θＸを演算して、その結果値をピッチ角と決定する。前述のように、ｓｉｎ−１（）関数を用いて演算を行う場合、４５°を基点に分解能が落ちるようになる。Ｙ軸を基準軸にしてＸ軸の加速度センサーを傾けるとＺ軸も共に傾くようになる。Ｘ軸の加速度センサーが４５°以上傾くとθＺが０°未満になるので、この場合は１８０°−θＸをピッチ角として決定すれば正確なピッチ角を算出することができる。こうした原理に従い、Ｚ軸の加速度センサーで測定したピッチ角θＺ及びロール角ΦＺを用いてピッチ角及びロール角に対する２次演算を行うことができる。
【００５６】
一方、θＸの値が４５°以上であると判断されると、ΦＹが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺを演算して、その結果値をピッチ角と決定する。
【００５７】
θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内であると判断されると、θＺが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、θＺが０°以上であるとθＸをピッチ角として決定し、θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定する。
【００５８】
θＸの値が−４５°未満であると判断されると、ΦＹが４５°以上であるか否かを判断する。ΦＹが４５°以上であるとθＸをピッチ角として決定し、ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定する。このような方式でピッチ角を最終確定することができる。
【００５９】
次に、ロール角を算出するために、まずΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である否かを判断する。ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内であると、ΦＺが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、ΦＺが０°以上であるとΦＹをそのままロール角として決定する。一方、ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定する。
【００６０】
一方。ΦＹの値が４５°以上であると判断されると、θＸが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、θＸが４５°以上であるとΦＹをロール角として決定する。一方、θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定する。
【００６１】
一方、ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内であると判断されると、ΦＺが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、ΦＺが０°以上であるとΦＹをそのままロール角として決定する。一方、ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定する。
【００６２】
また、ΦＹの値が−４５°未満であると判断されると、θＸが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、θＸが４５°以上であるとΦＹをロール角として決定する。一方、θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定する。このような方式でロール角を最終確定することができる。
【００６３】
制御部１４０は、２次演算して再調整されたピッチ角及びロール角を用いて方位角を演算することができる。方位角を演算するために、地磁気測定モジュール１１０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を下記の式のように正規化した後、制御部１４０に提供する。
【００６４】
【数１６】
ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｒａｗ、Ｙｒａｗ、Ｚｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値を意味する。
【００６５】
Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔ、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅは、地磁気測定モジュール１１０自体のメモリ（図示せず）に保存されていることもあり、（式２）と同様の演算式を用いて直接演算することもできる。地磁気測定モジュール１１０の細部構成は、従来の技術によって公知されており、図２の傾き測定モジュール１２０の構成と類似しているので、図示及び説明は省略する。
【００６６】
制御部１４０は、再調整されたピッチ角及びロール角と正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を下記の式に代入して方位角を演算することができる。
【００６７】
【数１７】
（式５）において、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角を意味する。（式５）は、水平面に垂直したＺ軸の値を負数に設定した場合に該当する式である。つまり、前述の（式５）は、図３に示すように３軸の地磁気センサー１００が配置された状態で、３軸の地球北半球で地表面に水平で置かれた場合に有効な式である。この場合、Ｚ軸の正規化（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）された値が負数になる。
【００６８】
一方、前述の（式３）及び（式５）は、地磁気測定モジュール１１０内の３軸フラックスゲート、傾き測定モジュール１２０内の３軸加速度センサー１２２の軸の配置形態に応じてその符号が異なることがある。一方、（式３）及び（式５）において、方位角を演算するとき、ピッチ角が９０°を超過する場合は数式の符号が変わって適用される。例えば、ピッチ角が１２０°の場合、地磁気センサー１００の信号のうちＸ軸及びＹ軸の信号は符号（Ｓｉｇｎ）を変え、傾斜（加速度センサー）の場合はθ＝θ−１８０°に変更して数式に適用する。
【００６９】
図３は、３軸フラックスゲート及び３軸加速度センサー１２２の軸の配置形態の一例を示す模式図である。同図によると、地磁気センサー１００上において地磁気測定モジュール１１０及び傾き測定モジュール１２０のそれぞれのＸ軸は、地磁気センサー１００の進行方向に従って配置され、Ｙ軸は地磁気センサー１００が置かれた平面上でＸ軸と垂直の方向に従って配置され、Ｚ軸は地磁気センサー１００の上側の方向に従って配置され、Ｘ軸及びＹ軸とそれぞれ垂直をなす。前述の（式３）と（式５）は、軸が図３のように配置された場合に適用される式である。
【００７０】
図４は、ピッチ角の領域を全体的に示すグラフである。ピッチ角の領域はθＸの大きさに応じて全部４つの大領域（Ｐ１〜Ｐ４）に区分され、各大領域はまた２つの小領域（ａ、ｂ）に区部される。
【００７１】
これにより、０°≦θＸ＜４５°、θＺ≧０°であると、大領域Ｐ１のａ領域、即ちＰ１−ａ領域と認識し、θＸをそのままピッチ角として決定する。一方、０°≦θＸ＜４５°、θＺ≦０°であると、Ｐ１−ｂ領域と認識し、１８０°−θＸをピッチ角として決定する。
【００７２】
θＸ≧４５、θＺ≧０°であると、Ｐ２−ａ領域と認識し、θＸをそのままピッチ角として決定する。一方、θＸ≧４５°、θＺ＜０°であると、Ｐ２−ｂ領域と認識し、９０°−θＺをピッチ角として決定する。
【００７３】
−４５≦θＸ＜０°、θＺ＜０°であると、Ｐ３−ａ領域と認識し、−１８０°−θＸをピッチ角として決定する。−４５°≦θＸ＜０°、θＺ≧０°であると、Ｐ３−ｂ領域と認識し、θＸをそのままピッチ角として決定する。
【００７４】
一方、θＸ＜−４５°の場合は、大領域Ｐ４と認識する。この場合、小領域はθＺの大きさに応じて決定される。つまり、θＸ＜−４５°、θＺ＜０°であると、Ｐ４−ａ領域と認識する。Ｐ４−ａの領域上で、ΦＹ≧４５°であるとθＸをそのままピッチ角として決定し、ΦＹ＜４５°であると、θＺ−９０°をピッチ角として決定する。一方、θＸ＜−４５°、θＺ≧０°であると、Ｐ４−ｂ領域と認識する。Ｐ４−ｂの領域上で、ΦＹ≧４５°であるとθＸをそのままピッチ角として決定し、ΦＹ＜４５°であると、 θＺ−９０°をピッチ角として決定する。
【００７５】
図５は、ロール角の領域を全体的に示すグラフである。ロール角の領域はΦＹの大きさに応じて全部４つの大領域（Ｒ１〜Ｒ４）に区分され、各大領域はまた２つの小領域（ａ、ｂ）に区部される。
【００７６】
これにより、０°≦ΦＹ＜４５°、ΦＺ≧０°であると、大領域Ｒ１のａ領域、即ちＲ１−ａ領域と認識し、ΦＹをそのままロール角として決定する。一方、０°≦ΦＹ＜４５°、ΦＺ＜０°であると、Ｒ１−ｂ領域と認識し、１８０°−ΦＹをロール角として決定する。
【００７７】
ΦＹ≧４５、ΦＺ≧０°であると、Ｒ２−ａ領域と認識し、ΦＹをそのままロール角として決定する。一方、ΦＹ≧４５°、ΦＺ＜０°であると、Ｐ２−ｂ領域と認識し、９０°−ΦＺをロール角として決定する。
【００７８】
−４５≦ΦＹ＜０°、ΦＺ＜０°であると、Ｒ３−ａ領域と認識し、−１８０°−ΦＹをロール角として決定する。−４５°≦ΦＹ＜０°、ΦＺ≧０°であると、Ｒ３−ｂ領域と認識し、ΦＹをそのままロール角として決定する。
【００７９】
一方、ΦＹ＜−４５°の場合は、大領域Ｒ４と認識する。この場合、小領域はΦＺの大きさに応じて決定される。つまり、ΦＹ＜−４５°、ΦＺ＜０°であると、Ｒ４−ａ領域と認識する。Ｒ４−ａの領域上で、θＸ≧４５°であるとΦＹをそのままロール角として決定し、θＸ＜４５°であると、ΦＺ−９０°をロール角として決定する。
【００８０】
一方、ΦＹ＜−４５°、ΦＺ≧０°であると、Ｒ４−ｂ領域と認識する。Ｒ４−ｂの領域上で、θＸ≧４５°であるとΦＹをそのままロール角として決定し、θＸ＜４５°であると、ΦＺ−９０°をロール角として決定する。
【００８１】
図４及び図５によると、ピッチ角及びロール角をそれぞれ±１８０°の範囲で測定できることが分かる。
【００８２】
図６は、本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法を説明するためのフローチャートである。同図によると、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出して正規化した後（Ｓ６１０）、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次的に演算する（Ｓ６２０）。詳細には、θＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを１次的に算出する。
【００８３】
次いで、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを再調整する２次演算を行う（Ｓ６３０）。
【００８４】
２次演算結果、ピッチ角及びロール角が最終決定されると、再調整されたピッチ角及びロール角とＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの正規化された出力値とを用いて方位角を演算する（Ｓ６４０）。方位角演算は前述の（式５）を用いて行うことができる。
【００８５】
図７は、図６の方位角算出方法のうち、ピッチ角を算出する方法を具体的に説明するためのフローチャートである。同図によると、まずＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの値を正規化させ、所定範囲の値にマッピングさせる（Ｓ７１０）。正規化は前述の（式１）を用いて行うことができる。
【００８６】
これにより、θＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺが１次的に算出されると（Ｓ７１５）、θＸの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ７２０）。θＸの値が０°乃至４５°の範囲内であると、θＺが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ７２５）。判断結果、θＺが０°以上であると、θＸをピッチ角として決定し（Ｓ７３０）、θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定する（Ｓ７３５）。
【００８７】
一方、θＸの値が０°乃至４５°の範囲内ではないと、４５°以上の値であるかを判断する（Ｓ７４０）。判断結果が４５°以上であると、ΦＹが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ７４５）。判断結果、ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し（Ｓ７５０）、ΦＹが４５°以上であるとθＸをピッチ角として決定する（Ｓ７５５）。
【００８８】
一方、θＸの値が０°乃至４５°内ではなく、４５°以上でもない場合、−４５°乃至０°内の値であるか否かを判断する（Ｓ７６０）。判断結果、θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内であると、θＺが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ７６５）。θＺが０°以上であるとθＸをピッチ角として決定し（Ｓ７７０）、θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定する（Ｓ７７５）。
【００８９】
一方、θＸの値が−４５°乃至０°内でもないと判断されると、θＸの値が−４５°未満であることを確認する（Ｓ７８０）。それから、ΦＹが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ７８５）。判断結果、ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し（Ｓ７９０）、ΦＹが４５°以上であるとθＸをピッチ角として決定する（Ｓ７９５）。
【００９０】
図８は、図６の方位角算出方法のうち、ロール角を算出する方法を具体的に説明するためのフローチャートである。同図によると、まずＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの値を正規化させ、所定範囲の値にマッピングさせる（Ｓ８１０）。正規化は前述の（式１）を用いて行うことができる。
【００９１】
これにより、θＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺが１次的に算出されると（Ｓ８１５）、ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ８２０）。判断結果、ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内であると、ΦＺが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ８２５）。判断結果、ΦＺが０°以上であると、ΦＹをロール角として決定し（Ｓ８３０）、ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定する（Ｓ８３５）。
【００９２】
一方、ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内ではないと、４５°以上の値であるかを判断する（Ｓ８４０）。判断結果が４５°以上であると、θＸが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ８４５）。判断結果、θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角と決定し（Ｓ８５０）、θＸが４５°以上であるとΦＹをロール角として決定する（Ｓ８５５）。
【００９３】
一方、ΦＹの値が０°乃至４５°内ではなく、４５°以上でもない場合、−４５°乃至０°内の値であるか否かを判断する（Ｓ８６０）。判断結果、ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内であると、ΦＺが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ８６５）。ΦＺが０°以上であるとΦＹをロール角として決定し（Ｓ８７０）、ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定する（Ｓ８７５）。
【００９４】
一方、ΦＹの値が−４５°乃至０°内でもないと判断されると、ΦＹの値が−４５°未満であることを確認する（Ｓ８８０）。それから、θＸが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ８８５）。判断結果、θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し（Ｓ８９０）、θＸが４５°以上であるとΦＹをロール角として決定する（Ｓ８９５）。
【００９５】
一方、本願発明に係る方位角の算出は、方位角算出方法を行うための少なくとも一つのプロセッサを制御する命令を保存するコンピューター記録媒体を利用することもできる。
【００９６】
これにより、ａｒｃｓｉｎ関数の分解能が悪くなる領域においても、ピッチ角及びロール角を正確に算出して方位角を補償することができるようになる。
【００９７】
以上、本発明の好適な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の技術的範囲は前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に基づいて定められ、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば誰もが多様な変形実施が可能であることは勿論のことであり、該変更した技術は特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態に係る地磁気センサーの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の地磁気センサーに用いられる傾き測定モジュール構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図１の地磁気センサーにおいて、地磁気測定モジュール及び傾き測定モジュールの３軸配置の一例を示す模式図である。
【図４】ピッチ角の再調整領域を示す模式図である。
【図５】ロール角の再調整領域を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６の方位角の算出方法に用いられるピッチ角算出方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図６の方位角の算出方法に用いられるロール角算出方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９９】
１００ 地磁気センサー
１１０ 地磁気測定モジュール
１２０ 傾き測定モジュール
１３０ 傾き演算部
１４０ 制御部
１２２ ３軸加速度センサー
１２３ 信号処理部
１２４ 傾き測定制御部
１２５ メモリ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は地磁気センサー及びその方位角の算出方法に関し、より詳細には３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を領域ごとに正確に算出した後、方位角の演算に用いる地磁気センサー及びその方位角の算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地磁気センサーとは、人が感じられない地球磁気の強さおよび方向を測定する装置のことを意味する。特に、フラックスゲートを用いて地磁気を測定するセンサーのことをフラックスゲート型地磁気センサーと呼ぶ。
【０００３】
フラックスゲート型地磁気センサーとは、パーマロイのような透磁率の高い材料を磁芯として使用し、その磁芯を巻いた駆動コイルにより励起磁場を加え、その磁芯の磁気飽和および非線形磁気特性に応じて発生する外部磁場に比例の２次高調波成分を測定することにより、外部磁場のサイズおよび方向を測定する装置のことを意味する。
【０００４】
係るフラックスゲート型地磁気センサーは１９３０年代の末に開発されたもので、他の形態の地磁気センサーと比較すると、感度がよく、経済的であり、相対的に小型で製造できる長所を持つ。
【０００５】
特に、最近になって、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）技術が発展するにつれ、これを用いて低消費電力型の超小型フラックスゲートセンサーを製造することができるようになり、携帯、ＰＤＡ、ノートＰＣなどの各種の携帯型電子機器にも内蔵されている。
【０００６】
一方、地磁気センサーは、一般的に２軸又は３軸のフラックスゲートを用いる。地磁気センサーを用いて方位角を測定する過程で地磁気センサーが傾くと、方位角の測定が間違う余地がある。このため、傾斜角、つまりピッチ角やロール角を用いて方位角を補償するアルゴリズムを行うことが一般的である。これにより、従来の地磁気センサーでは、２軸の加速度センサーを用いてピッチ角とロール角を演算して方位角の補償作業に利用した。この場合、傾きの測定範囲は±９０°に限定される。
【０００７】
また、従来の地磁気センサーでは加速度センサーのＸ軸の値及びＹ軸の値にｓｉｎ−１（）関数を適用してピッチ角及びロール角の演算を行った。しかし、６０°以上傾くとｓｉｎ関数の特性上、信号の傾きがだんだんフラットになる。この場合、加速度センサーの出力値をデジタル値に変換するＡＤＣ（アナログツデジタルコンバータ）の分解能が充分でないと傾斜角を正確に得ることができない問題点があった。
【０００８】
詳細には、＋９０°以上に傾いた場合、即ち１２０°程度傾くと＋１２０°に認識できず＋６０°に認識してしまう問題点があった。
【０００９】
このように、算出されたピッチ角及びロール角の値に誤差が生じると、方位角の補償作業が正常に行われにくくなるので、結果的に方位角自体に誤差が生じ得る問題点があった。
【特許文献１】日本公開特許第２００２−１９６０５５号公報
【特許文献２】米国特許第６８１３５８４号公報
【特許文献３】日本公開特許第２００５−１９５４１０号公報
【特許文献４】日本公開特許第２００３−０４２７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前述の問題点を解決するために提出されたもので、本発明の目的は、３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算し、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を再調整することで正確なピッチ角及びロール角を算出した後、算出されたピッチ角及びロール角を用いて方位角を精密に補償する地磁気センサー及びその方位角の算出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するための本発明の一実施形態に係る地磁気センサーは、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、前記Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部と、を含む。
【００１２】
好ましくは、前記傾き測定モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を予め設定された範囲で正規化させ、前記傾き演算部に提供することができる。
また好ましくは、前記傾き演算部は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを１次演算することができる。
【００１３】
より好ましくは、前記傾き演算部は、前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記２次演算を行うことができる。
【００１４】
一方、前記傾き演算部は、前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹ値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記２次演算を行うことができる。
【００１５】
好ましくは、前記地磁気検出モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を予め設定された範囲で正規化させ、前記制御部に提供することができる。
【００１６】
また好ましくは、前記制御部は、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。
【００１７】
一方、本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法は、（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールとを用いて、方位角を演算するステップと、を含む。
【００１８】
好ましくは、前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。
【００１９】
好ましくは、前記（ｂ）ステップは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを１次演算することができる。
【００２０】
より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することができる。
【００２１】
より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することができる。
【００２２】
一方、前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。
【００２３】
また、前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。
【００２４】
一方、本発明の一実施形態に係る少なくとも一つのコンピューター記録媒体は、（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算するステップと、を含む。
【００２５】
好ましくは、前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。
【００２６】
また好ましくは、前記（ｂ）ステップは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを１次演算することができる。
【００２７】
より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することができる。
【００２８】
より好ましくは、前記（ｃ）ステップは、前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することができる。
【００２９】
一方、前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を所定の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることができる。
【００３０】
また、前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を所定の数式に代入して前記方位角を演算することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、３軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を精密に測定することができる。つまり、Ｘ軸及びＹ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を再調整する２次演算を行う。これにより、ＡＤＣの分解能が高くない状況においてもピッチ角及びロール角を精密に測定することができる。結果的に正確な方位角を算出することができる。また、ピッチ角及びロール角の測定範囲も従来の±９０°から±１８０°に拡張される。
【００３２】
また、本発明の一実施形態はコンピューター記録媒体などのような媒体上のコンピューター記録コード／命令を実行することで遂行されることができる。媒体は、コンピューター記録コードの保存又は伝送を可能にするある媒体又はその媒体に相当するものである。
【００３３】
一方、コンピューター記録コード／命令は、多様な手段、例えば磁気記憶媒体（プロッピーディスク、ハードディスク、磁気テープなど）、光学記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭｓ、ＤＶＤなど）、磁気光学媒体（プロプティカルディスクなど）、ハードウェア記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ）、命令及びデータ構造などを含む搬送波伝送信号のような記憶／伝送媒体上に記録／伝送されることができる。
【００３４】
記憶／伝送媒体は、有線伝送又は無線伝送（インターネットを通じた伝送など）を含む。この場合、有線記憶／伝送媒体は光学線又は金属線などを含む。
【００３５】
媒体は分散された方式でコンピューター記録コード／命令が記憶／伝送されて実行されるようにするための分散したネットワークになり得る。コンピューター記録コード／命令は少なくとも一つ以上のプロセッサによって実行されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態に係る地磁気センサーの構成を示すブロック図である。同図によると、本地磁気センサー１００は、地磁気測定モジュール１１０、傾き測定モジュール１２０、傾き演算部１３０、制御部１４０を含む。
【００３８】
地磁気測定モジュール１１０は、外部地磁気に対応される大きさの電圧値を出力する。詳細には、地磁気測定モジュール１１０は、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを含むことができる。これにより、各軸のフラックスゲートに電気信号を印加し、地磁気に対応される出力値を得ることができる。
【００３９】
傾き測定モジュール１２０は、地磁気センサー１００本体の傾きに対応される大きさの電圧値を出力する。詳細には、傾き測定モジュール１２０は、相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備える。これにより、各軸の加速度センサーに電気信号を印加し、傾きに対応される各軸の加速度センサーの出力値を得ることができる。
【００４０】
図２は、傾き測定モジュール１２０構成の一例を示すブロック図である。同図によると、傾き測定モジュール１２０は、３軸の加速度センサー１２２、信号処理部１２３、傾き測定制御部１２４、メモリ部１２５を含む。
【００４１】
３軸の加速度センサー１２２は、相互異なる方向に配置され相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーからなる。
【００４２】
信号処理部１２３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーそれぞれの出力値をデジタル値に変換して傾き測定制御部１２４に提供する。
【００４３】
傾き測定制御部１２４は、信号処理部１２３を介して受信されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値それぞれを予め設定された範囲の値にマッピングさせる正規化作業を行う。正規化範囲は−１乃至１になり得る。正規化は下記の式を用いて行うことができる。
【００４４】
【数１３】
（式１）において、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｏｆｆｓｅｔ、ＡＹｏｆｆｓｅｔ、ＡＺｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸＳｃａｌｅ、ＡＹＳｃａｌｅ、ＡＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値を意味する。
【００４５】
前述のように−１乃至＋１の範囲内の値にマッピングするために、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍが＋１以上であると＋１に固定させ、−１以下であると−１に固定させることが好ましい。
【００４６】
各加速度センサーのオフセット値及びスケール値は、以前の正規化作業過程で用いられた値をメモリ部１２５に保存しておいた後、そのまま読み出して使うことができる。
【００４７】
または、オフセット値及びスケール値は下記の式を用いて直接演算することもできる。
【００４８】
【数１４】
（式２）において、ＡＸｍａｘ、ＡＹｍａｘ、ＡＺｍａｘはそれぞれＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗの最大値、ＡＸｍｉｎ、ＡＹｍｉｎ、ＡＺｍｉｎはそれぞれＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗの最小値を意味する。ＡＸｍａｘ、ＡＹｍａｘ、ＡＺｍａｘ、ＡＸｍｉｎ、ＡＹｍｉｎ、ＡＺｍｉｎは方位角の測定のための準備段階において、地磁気センサー１００を少なくとも１回以上を回転させながら測定されたＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗのうち最大値、最小値を算出してメモリ部１２５に保存しておくことができる。これにより、正規化過程でメモリ部１２５から読み出して使うことができる。
【００４９】
また、図１に戻って、傾き演算部１３０は、傾き測定モジュール１２０から正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を受信し、１次的にピッチ角及びロール角を演算する。１次演算されるピッチ角及びロール角は下記の式のように示すことができる。
【００５０】
【数１５】
（式３）において、θＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角を意味する。
【００５１】
一方、（式３）においてｃｏｓΦＹ、ｃｏｓθＸは分母に位置する。従って、θＸやΦＹが９０°になると分母が０になるため、数式計算に誤りが発生する。これを防止するために、θＸやΦＹが９０°である場合は８９°又は９１°に代置させて数式に適用する。
【００５２】
ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍ、ＡＺｍｏｄは正規化範囲、即ち±１の範囲を超えないようにサチュレーションさせる。つまり、＋１以上であると＋１に固定させ、−１以下であると−１に固定させて（式３）に代入する。
【００５３】
一方、（式３）は実施形態に応じて異なり得る。つまり、θＺはｃｏｓ−１（ＡＺｎｏｒｍ）を用いて演算することができる。
【００５４】
傾き演算部１３０は、１次演算されたθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺの大きさの関係に応じてピッチ角及びロール角を最終決定する２次演算を行う。詳細には、傾き演算部１３０は、θＸ、θＺを組み合わせてピッチ角を算出し、ΦＹ、ΦＺを組み合わせてロール角を算出する。
【００５５】
ます、ピッチ角を算出するために、傾き演算部１３０は、θＸの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する。θＸの値が０°乃至４５°の範囲内であると、θＺが０°以上であるかを判断する。判断結果、θＺが０°以上であると、θＸをそのままピッチ角として決定する。一方、θＺが０°未満であると１８０°−θＸを演算して、その結果値をピッチ角と決定する。前述のように、ｓｉｎ−１（）関数を用いて演算を行う場合、４５°を基点に分解能が落ちるようになる。Ｙ軸を基準軸にしてＸ軸の加速度センサーを傾けるとＺ軸も共に傾くようになる。Ｘ軸の加速度センサーが４５°以上傾くとθＺが０°未満になるので、この場合は１８０°−θＸをピッチ角として決定すれば正確なピッチ角を算出することができる。こうした原理に従い、Ｚ軸の加速度センサーで測定したピッチ角θＺ及びロール角ΦＺを用いてピッチ角及びロール角に対する２次演算を行うことができる。
【００５６】
一方、θＸの値が４５°以上であると判断されると、ΦＹが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺを演算して、その結果値をピッチ角と決定する。
【００５７】
θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内であると判断されると、θＺが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、θＺが０°以上であるとθＸをピッチ角として決定し、θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定する。
【００５８】
θＸの値が−４５°未満であると判断されると、ΦＹが４５°以上であるか否かを判断する。ΦＹが４５°以上であるとθＸをピッチ角として決定し、ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定する。このような方式でピッチ角を最終確定することができる。
【００５９】
次に、ロール角を算出するために、まずΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である否かを判断する。ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内であると、ΦＺが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、ΦＺが０°以上であるとΦＹをそのままロール角として決定する。一方、ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定する。
【００６０】
一方。ΦＹの値が４５°以上であると判断されると、θＸが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、θＸが４５°以上であるとΦＹをロール角として決定する。一方、θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定する。
【００６１】
一方、ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内であると判断されると、ΦＺが０°以上であるか否かを判断する。判断結果、ΦＺが０°以上であるとΦＹをそのままロール角として決定する。一方、ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定する。
【００６２】
また、ΦＹの値が−４５°未満であると判断されると、θＸが４５°以上であるか否かを判断する。判断結果、θＸが４５°以上であるとΦＹをロール角として決定する。一方、θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定する。このような方式でロール角を最終確定することができる。
【００６３】
制御部１４０は、２次演算して再調整されたピッチ角及びロール角を用いて方位角を演算することができる。方位角を演算するために、地磁気測定モジュール１１０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を下記の式のように正規化した後、制御部１４０に提供する。
【００６４】
【数１６】
ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｒａｗ、Ｙｒａｗ、Ｚｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値を意味する。
【００６５】
Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔ、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅは、地磁気測定モジュール１１０自体のメモリ（図示せず）に保存されていることもあり、（式２）と同様の演算式を用いて直接演算することもできる。地磁気測定モジュール１１０の細部構成は、従来の技術によって公知されており、図２の傾き測定モジュール１２０の構成と類似しているので、図示及び説明は省略する。
【００６６】
制御部１４０は、再調整されたピッチ角及びロール角と正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を下記の式に代入して方位角を演算することができる。
【００６７】
【数１７】
（式５）において、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角を意味する。（式５）は、水平面に垂直したＺ軸の値を負数に設定した場合に該当する式である。つまり、前述の（式５）は、図３に示すように３軸の地磁気センサー１００が配置された状態で、３軸の地球北半球で地表面に水平で置かれた場合に有効な式である。この場合、Ｚ軸の正規化（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）された値が負数になる。
【００６８】
一方、前述の（式３）及び（式５）は、地磁気測定モジュール１１０内の３軸フラックスゲート、傾き測定モジュール１２０内の３軸加速度センサー１２２の軸の配置形態に応じてその符号が異なることがある。一方、（式３）及び（式５）において、方位角を演算するとき、ピッチ角が９０°を超過する場合は数式の符号が変わって適用される。例えば、ピッチ角が１２０°の場合、地磁気センサー１００の信号のうちＸ軸及びＹ軸の信号は符号（Ｓｉｇｎ）を変え、傾斜（加速度センサー）の場合はθ＝θ−１８０°に変更して数式に適用する。
【００６９】
図３は、３軸フラックスゲート及び３軸加速度センサー１２２の軸の配置形態の一例を示す模式図である。同図によると、地磁気センサー１００上において地磁気測定モジュール１１０及び傾き測定モジュール１２０のそれぞれのＸ軸は、地磁気センサー１００の進行方向に従って配置され、Ｙ軸は地磁気センサー１００が置かれた平面上でＸ軸と垂直の方向に従って配置され、Ｚ軸は地磁気センサー１００の上側の方向に従って配置され、Ｘ軸及びＹ軸とそれぞれ垂直をなす。前述の（式３）と（式５）は、軸が図３のように配置された場合に適用される式である。
【００７０】
図４は、ピッチ角の領域を全体的に示すグラフである。ピッチ角の領域はθＸの大きさに応じて全部４つの大領域（Ｐ１〜Ｐ４）に区分され、各大領域はまた２つの小領域（ａ、ｂ）に区部される。
【００７１】
これにより、０°≦θＸ＜４５°、θＺ≧０°であると、大領域Ｐ１のａ領域、即ちＰ１−ａ領域と認識し、θＸをそのままピッチ角として決定する。一方、０°≦θＸ＜４５°、θＺ≦０°であると、Ｐ１−ｂ領域と認識し、１８０°−θＸをピッチ角として決定する。
【００７２】
θＸ≧４５、θＺ≧０°であると、Ｐ２−ａ領域と認識し、θＸをそのままピッチ角として決定する。一方、θＸ≧４５°、θＺ＜０°であると、Ｐ２−ｂ領域と認識し、９０°−θＺをピッチ角として決定する。
【００７３】
−４５≦θＸ＜０°、θＺ＜０°であると、Ｐ３−ａ領域と認識し、−１８０°−θＸをピッチ角として決定する。−４５°≦θＸ＜０°、θＺ≧０°であると、Ｐ３−ｂ領域と認識し、θＸをそのままピッチ角として決定する。
【００７４】
一方、θＸ＜−４５°の場合は、大領域Ｐ４と認識する。この場合、小領域はθＺの大きさに応じて決定される。つまり、θＸ＜−４５°、θＺ＜０°であると、Ｐ４−ａ領域と認識する。Ｐ４−ａの領域上で、ΦＹ≧４５°であるとθＸをそのままピッチ角として決定し、ΦＹ＜４５°であると、θＺ−９０°をピッチ角として決定する。一方、θＸ＜−４５°、θＺ≧０°であると、Ｐ４−ｂ領域と認識する。Ｐ４−ｂの領域上で、ΦＹ≧４５°であるとθＸをそのままピッチ角として決定し、ΦＹ＜４５°であると、 θＺ−９０°をピッチ角として決定する。
【００７５】
図５は、ロール角の領域を全体的に示すグラフである。ロール角の領域はΦＹの大きさに応じて全部４つの大領域（Ｒ１〜Ｒ４）に区分され、各大領域はまた２つの小領域（ａ、ｂ）に区部される。
【００７６】
これにより、０°≦ΦＹ＜４５°、ΦＺ≧０°であると、大領域Ｒ１のａ領域、即ちＲ１−ａ領域と認識し、ΦＹをそのままロール角として決定する。一方、０°≦ΦＹ＜４５°、ΦＺ＜０°であると、Ｒ１−ｂ領域と認識し、１８０°−ΦＹをロール角として決定する。
【００７７】
ΦＹ≧４５、ΦＺ≧０°であると、Ｒ２−ａ領域と認識し、ΦＹをそのままロール角として決定する。一方、ΦＹ≧４５°、ΦＺ＜０°であると、Ｐ２−ｂ領域と認識し、９０°−ΦＺをロール角として決定する。
【００７８】
−４５≦ΦＹ＜０°、ΦＺ＜０°であると、Ｒ３−ａ領域と認識し、−１８０°−ΦＹをロール角として決定する。−４５°≦ΦＹ＜０°、ΦＺ≧０°であると、Ｒ３−ｂ領域と認識し、ΦＹをそのままロール角として決定する。
【００７９】
一方、ΦＹ＜−４５°の場合は、大領域Ｒ４と認識する。この場合、小領域はΦＺの大きさに応じて決定される。つまり、ΦＹ＜−４５°、ΦＺ＜０°であると、Ｒ４−ａ領域と認識する。Ｒ４−ａの領域上で、θＸ≧４５°であるとΦＹをそのままロール角として決定し、θＸ＜４５°であると、ΦＺ−９０°をロール角として決定する。
【００８０】
一方、ΦＹ＜−４５°、ΦＺ≧０°であると、Ｒ４−ｂ領域と認識する。Ｒ４−ｂの領域上で、θＸ≧４５°であるとΦＹをそのままロール角として決定し、θＸ＜４５°であると、ΦＺ−９０°をロール角として決定する。
【００８１】
図４及び図５によると、ピッチ角及びロール角をそれぞれ±１８０°の範囲で測定できることが分かる。
【００８２】
図６は、本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法を説明するためのフローチャートである。同図によると、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出して正規化した後（Ｓ６１０）、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次的に演算する（Ｓ６２０）。詳細には、θＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを１次的に算出する。
【００８３】
次いで、Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いてθＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺを再調整する２次演算を行う（Ｓ６３０）。
【００８４】
２次演算結果、ピッチ角及びロール角が最終決定されると、再調整されたピッチ角及びロール角とＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの正規化された出力値とを用いて方位角を演算する（Ｓ６４０）。方位角演算は前述の（式５）を用いて行うことができる。
【００８５】
図７は、図６の方位角算出方法のうち、ピッチ角を算出する方法を具体的に説明するためのフローチャートである。同図によると、まずＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの値を正規化させ、所定範囲の値にマッピングさせる（Ｓ７１０）。正規化は前述の（式１）を用いて行うことができる。
【００８６】
これにより、θＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺが１次的に算出されると（Ｓ７１５）、θＸの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ７２０）。θＸの値が０°乃至４５°の範囲内であると、θＺが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ７２５）。判断結果、θＺが０°以上であると、θＸをピッチ角として決定し（Ｓ７３０）、θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定する（Ｓ７３５）。
【００８７】
一方、θＸの値が０°乃至４５°の範囲内ではないと、４５°以上の値であるかを判断する（Ｓ７４０）。判断結果が４５°以上であると、ΦＹが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ７４５）。判断結果、ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し（Ｓ７５０）、ΦＹが４５°以上であるとθＸをピッチ角として決定する（Ｓ７５５）。
【００８８】
一方、θＸの値が０°乃至４５°内ではなく、４５°以上でもない場合、−４５°乃至０°内の値であるか否かを判断する（Ｓ７６０）。判断結果、θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内であると、θＺが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ７６５）。θＺが０°以上であるとθＸをピッチ角として決定し（Ｓ７７０）、θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定する（Ｓ７７５）。
【００８９】
一方、θＸの値が−４５°乃至０°内でもないと判断されると、θＸの値が−４５°未満であることを確認する（Ｓ７８０）。それから、ΦＹが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ７８５）。判断結果、ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し（Ｓ７９０）、ΦＹが４５°以上であるとθＸをピッチ角として決定する（Ｓ７９５）。
【００９０】
図８は、図６の方位角算出方法のうち、ロール角を算出する方法を具体的に説明するためのフローチャートである。同図によると、まずＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの値を正規化させ、所定範囲の値にマッピングさせる（Ｓ８１０）。正規化は前述の（式１）を用いて行うことができる。
【００９１】
これにより、θＸ、ΦＹ、θＺ、ΦＺが１次的に算出されると（Ｓ８１５）、ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ８２０）。判断結果、ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内であると、ΦＺが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ８２５）。判断結果、ΦＺが０°以上であると、ΦＹをロール角として決定し（Ｓ８３０）、ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定する（Ｓ８３５）。
【００９２】
一方、ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内ではないと、４５°以上の値であるかを判断する（Ｓ８４０）。判断結果が４５°以上であると、θＸが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ８４５）。判断結果、θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角と決定し（Ｓ８５０）、θＸが４５°以上であるとΦＹをロール角として決定する（Ｓ８５５）。
【００９３】
一方、ΦＹの値が０°乃至４５°内ではなく、４５°以上でもない場合、−４５°乃至０°内の値であるか否かを判断する（Ｓ８６０）。判断結果、ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内であると、ΦＺが０°以上であるか否かを判断する（Ｓ８６５）。ΦＺが０°以上であるとΦＹをロール角として決定し（Ｓ８７０）、ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定する（Ｓ８７５）。
【００９４】
一方、ΦＹの値が−４５°乃至０°内でもないと判断されると、ΦＹの値が−４５°未満であることを確認する（Ｓ８８０）。それから、θＸが４５°未満であるか否かを判断する（Ｓ８８５）。判断結果、θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し（Ｓ８９０）、θＸが４５°以上であるとΦＹをロール角として決定する（Ｓ８９５）。
【００９５】
一方、本願発明に係る方位角の算出は、方位角算出方法を行うための少なくとも一つのプロセッサを制御する命令を保存するコンピューター記録媒体を利用することもできる。
【００９６】
これにより、ａｒｃｓｉｎ関数の分解能が悪くなる領域においても、ピッチ角及びロール角を正確に算出して方位角を補償することができるようになる。
【００９７】
以上、本発明の好適な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の技術的範囲は前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に基づいて定められ、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば誰もが多様な変形実施が可能であることは勿論のことであり、該変更した技術は特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態に係る地磁気センサーの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の地磁気センサーに用いられる傾き測定モジュール構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図１の地磁気センサーにおいて、地磁気測定モジュール及び傾き測定モジュールの３軸配置の一例を示す模式図である。
【図４】ピッチ角の再調整領域を示す模式図である。
【図５】ロール角の再調整領域を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る方位角の算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６の方位角の算出方法に用いられるピッチ角算出方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図６の方位角の算出方法に用いられるロール角算出方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９９】
１００ 地磁気センサー
１１０ 地磁気測定モジュール
１２０ 傾き測定モジュール
１３０ 傾き演算部
１４０ 制御部
１２２ ３軸加速度センサー
１２３ 信号処理部
１２４ 傾き測定制御部
１２５ メモリ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、
相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、
前記Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、
前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部とを含むことを特徴とする地磁気センサー。
【請求項２】
前記傾き測定モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させ、前記傾き演算部に提供することを特徴とする請求項１に記載の地磁気センサー。
【数１】
（ここで、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｏｆｆｓｅｔ、ＡＹｏｆｆｓｅｔ、ＡＺｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸＳｃａｌｅ、ＡＹＳｃａｌｅ、ＡＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
【請求項３】
前記傾き演算部は、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項２に記載の地磁気センサー。
【数２】
（ここで、θＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
【請求項４】
前記傾き演算部は、
前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記２次演算を行うことを特徴とする請求項３に記載の地磁気センサー。
【請求項５】
前記傾き演算部は、
前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記２次演算を行うことを特徴とする請求項４に記載の地磁気センサー。
【請求項６】
前記地磁気検出モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させ、前記制御部に提供することを特徴とする請求項１に記載の地磁気センサー。
【数３】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｒａｗ、Ｙｒａｗ、Ｚｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
【請求項７】
前記制御部は、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項６に記載の地磁気センサー。
【数４】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角である。）
【請求項８】
（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、
（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、
（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、
（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値を用いて、方位角を演算するステップとを含むことを特徴とする方位角の算出方法。
【請求項９】
前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項８に記載の方位角の算出方法。
【数５】
（ここで、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｏｆｆｓｅｔ、ＡＹｏｆｆｓｅｔ、ＡＺｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸＳｃａｌｅ、ＡＹＳｃａｌｅ、ＡＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
【請求項１０】
前記（ｂ）ステップは、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項９に記載の方位角の算出方法。
【数６】
（ここで、θＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
【請求項１１】
前記（ｃ）ステップは、
前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することを特徴とする請求項１０に記載の方位角の算出方法。
【請求項１２】
前記（ｃ）ステップは、
前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹ値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することを特徴とする請求項１１に記載の方位角の算出方法。
【請求項１３】
前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項９に記載の方位角の算出方法。
【数７】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｒａｗ、Ｙｒａｗ、Ｚｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
【請求項１４】
前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項１３に記載の方位角の算出方法。
【数８】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、そして、Φはロール角である。）
【請求項１５】
方位角の算出方法を行うための少なくとも一つのプロセッサを制御する命令を保存するコンピューター記録媒体において、
（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、
（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、
（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、
（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算するステップとを含むことを特徴とする少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【請求項１６】
前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項１５に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【数９】
（ここで、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｏｆｆｓｅｔ、ＡＹｏｆｆｓｅｔ、ＡＺｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸＳｃａｌｅ、ＡＹＳｃａｌｅ、ＡＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
【請求項１７】
前記（ｂ）ステップは、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項１５に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【数１０】
（ここで、θＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
【請求項１８】
前記（ｃ）ステップは、
前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することを特徴とする請求項１７に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【請求項１９】
前記（ｃ）ステップは、
前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹ値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することを特徴とする請求項１８に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【請求項２０】
前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項１６に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【数１１】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｒａｗ、Ｙｒａｗ、Ｚｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
【請求項２１】
前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項２０に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【数１２】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角である。）
【請求項１】
相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを備えた地磁気測定モジュールと、
相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを備えた傾き測定モジュールと、
前記Ｘ及びＹ軸の加速度センサーの出力値を用いてピッチ角及びロール角を１次演算した後、前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整する２次演算を行う傾き演算部と、
前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算する制御部とを含むことを特徴とする地磁気センサー。
【請求項２】
前記傾き測定モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させ、前記傾き演算部に提供することを特徴とする請求項１に記載の地磁気センサー。
【数１】
（ここで、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｏｆｆｓｅｔ、ＡＹｏｆｆｓｅｔ、ＡＺｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸＳｃａｌｅ、ＡＹＳｃａｌｅ、ＡＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
【請求項３】
前記傾き演算部は、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項２に記載の地磁気センサー。
【数２】
（ここで、θＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
【請求項４】
前記傾き演算部は、
前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記２次演算を行うことを特徴とする請求項３に記載の地磁気センサー。
【請求項５】
前記傾き演算部は、
前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記２次演算を行うことを特徴とする請求項４に記載の地磁気センサー。
【請求項６】
前記地磁気検出モジュールは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させ、前記制御部に提供することを特徴とする請求項１に記載の地磁気センサー。
【数３】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｒａｗ、Ｙｒａｗ、Ｚｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
【請求項７】
前記制御部は、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項６に記載の地磁気センサー。
【数４】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角である。）
【請求項８】
（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、
（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、
（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、
（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値を用いて、方位角を演算するステップとを含むことを特徴とする方位角の算出方法。
【請求項９】
前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項８に記載の方位角の算出方法。
【数５】
（ここで、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｏｆｆｓｅｔ、ＡＹｏｆｆｓｅｔ、ＡＺｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸＳｃａｌｅ、ＡＹＳｃａｌｅ、ＡＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
【請求項１０】
前記（ｂ）ステップは、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項９に記載の方位角の算出方法。
【数６】
（ここで、θＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
【請求項１１】
前記（ｃ）ステップは、
前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することを特徴とする請求項１０に記載の方位角の算出方法。
【請求項１２】
前記（ｃ）ステップは、
前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹ値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することを特徴とする請求項１１に記載の方位角の算出方法。
【請求項１３】
前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項９に記載の方位角の算出方法。
【数７】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｒａｗ、Ｙｒａｗ、Ｚｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
【請求項１４】
前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項１３に記載の方位角の算出方法。
【数８】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、そして、Φはロール角である。）
【請求項１５】
方位角の算出方法を行うための少なくとも一つのプロセッサを制御する命令を保存するコンピューター記録媒体において、
（ａ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートを用いてＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値を算出するステップと、
（ｂ）相互直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーを用いてピッチ角及びロール角を１次演算するステップと、
（ｃ）前記Ｚ軸の加速度センサーの出力値を用いて前記１次演算されたピッチ角及びロール角のうち少なくとも一つを再調整するステップと、
（ｄ）前記再調整されたピッチ角及びロール角と前記地磁気測定モジュールの出力値とを用いて、方位角を演算するステップとを含むことを特徴とする少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【請求項１６】
前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項１５に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【数９】
（ここで、ＡＸｎｏｒｍ、ＡＹｎｏｒｍ、ＡＺｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｒａｗ、ＡＹｒａｗ、ＡＺｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーの出力値、ＡＸｏｆｆｓｅｔ、ＡＹｏｆｆｓｅｔ、ＡＺｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのオフセット値、ＡＸＳｃａｌｅ、ＡＹＳｃａｌｅ、ＡＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度センサーのスケール値である。）
【請求項１７】
前記（ｂ）ステップは、下記の数式を用いて前記ピッチ角及びロール角を１次演算することを特徴とする請求項１５に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【数１０】
（ここで、θＸはＸ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＹはＹ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角、θＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したピッチ角、ΦＺはＺ軸の加速度センサーを用いて演算したロール角である。）
【請求項１８】
前記（ｃ）ステップは、
前記θＸの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が４５°以上である状態で、前記ΦＹが４５°未満であると９０°−θＺをピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記θＺが０°以上であると前記θＸをピッチ角として決定し、前記θＺが０°未満であると−１８０°−θＸをピッチ角として決定し、
前記θＸの値が−４５°未満である状態で、前記ΦＹが４５°未満であるとθＺ−９０°をピッチ角として決定し、前記ΦＹが４５°以上であると前記θＸをピッチ角として決定する方式で前記ピッチ角を再調整することを特徴とする請求項１７に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【請求項１９】
前記（ｃ）ステップは、
前記ΦＹの値が０°乃至４５°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹ値が４５°以上である状態で、前記θＸが４５°未満であると９０°−ΦＺをロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°乃至０°の範囲内である状態で、前記ΦＺが０°以上であると前記ΦＹをロール角として決定し、前記ΦＺが０°未満であると−１８０°−ΦＹをロール角として決定し、
前記ΦＹの値が−４５°未満である状態で、前記θＸが４５°未満であるとΦＺ−９０°をロール角として決定し、前記θＸが４５°以上であると前記ΦＹをロール角として決定する方式で前記ロール角を再調整することを特徴とする請求項１８に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【請求項２０】
前記（ａ）ステップは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値をそれぞれ下記の数式を用いて予め設定された範囲で正規化させることを特徴とする請求項１６に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【数１１】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｒａｗ、Ｙｒａｗ、Ｚｒａｗはそれぞれ実際Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、Ｘｏｆｆｓｅｔ、Ｙｏｆｆｓｅｔ、Ｚｏｆｆｓｅｔはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのオフセット値、ＸＳｃａｌｅ、ＹＳｃａｌｅ、ＺＳｃａｌｅはそれぞれ予め設定されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートのスケール値である。）
【請求項２１】
前記（ｄ）ステップは、前記正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値と前記再調整されたピッチ角及びロール角を下記の数式に代入して前記方位角を演算することを特徴とする請求項２０に記載の少なくとも一つのコンピューター記録媒体。
【数１２】
（ここで、Ｘｎｏｒｍ、Ｙｎｏｒｍ、Ｚｎｏｒｍはそれぞれ正規化されたＸ、Ｙ、Ｚ軸のフラックスゲートの出力値、θはピッチ角、Φはロール角である。）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１４７６０９（Ｐ２００７−１４７６０９Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０６６７１（Ｐ２００６−３０６６７１）
【出願日】平成１８年１１月１３日（２００６．１１．１３）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１３日（２００６．１１．１３）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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