磁気データ処理装置、磁気データ処理方法および磁気データ処理プログラム
【課題】動作環境に応じた最適な信頼性が保証された磁気データの利用を可能にする。
【解決手段】磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、複数の前記磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、前記母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、前記分布指数と判定基準とに基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、前記母集団データ群の信頼性が合格と判定されると前記判定基準を厳格化し、前記母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると前記判定基準を緩和する判定基準設定手段と、を備える磁気データ処理装置。
【解決手段】磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、複数の前記磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、前記母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、前記分布指数と判定基準とに基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、前記母集団データ群の信頼性が合格と判定されると前記判定基準を厳格化し、前記母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると前記判定基準を緩和する判定基準設定手段と、を備える磁気データ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気データ処理装置、磁気データ処理方法および磁気データ処理プログラムに関し、特に磁気データの信頼性を判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、方位などを計測するために磁気センサが用いられている。磁気センサによって磁気を計測すると、磁気センサの出力には地磁気などの計測対象の成分以外にもノイズ成分やオフセット成分が混入している。例えば、車両に取り付けられたＰＮＤ（Personal Navigation Device）において磁気センサによって地磁気を計測する場合、オフセット成分は、ＰＮＤ自体や車両の着磁によるものであったり、磁気センサの温度特性によるものである。オフセット成分は温度や車両の着磁状態といった動作環境の変化に応じて変化する。このため、磁気センサの出力に基づいて導出されるオフセット成分を磁気センサの出力から差し引くことによって磁気センサの出力が補正される（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０７９２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３９７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両に設置されたＰＮＤにおいて磁気センサによって地磁気を計測する場合のノイズ成分は、ＰＮＤ自体や車両に搭載されている電子回路が発生源となる磁気によるものや、ガウス分布に従う磁気センサの出力のゆらぎによるものである。したがってノイズ成分を打ち消す補正は困難である。このため磁気センサを用いたシステムにおいて磁気センサの出力から導出されるデータには誤差が含まれている。しかし、磁気センサの出力の誤差が大きい場合や、ある磁気データの誤差が別の磁気データの誤差を増幅するような場合にはシステムの信頼性が大きく損なわれるため、磁気センサの出力である磁気データの信頼性を判定することは重要である。
【０００５】
一般に、磁気データの信頼性はその分布をある指数で示し、その指数と閾値との比較を行い、比較結果に基づいて判定される。
しかし、磁気センサの動作環境によってノイズ成分の大きさが異なる場合、予め設定された固定の閾値を用いて磁気データの信頼性を判定すると次のような問題がある。すなわち、ノイズ成分が平均的に小さい環境にねらいを定めて閾値が設定されている場合、ノイズ成分が平均的に大きい環境においては磁気データの信頼性が不合格と判定されてしまう頻度が高まるために磁気データを利用できない頻度が高まる。逆にノイズ成分が平均的に大きな環境にねらいを定めて閾値が設定されている場合、ノイズ成分が平均的に小さい環境においては、不合格と判定しても磁気データの利用頻度が実用範囲を超えて低くなることもない程度に信頼性が低い磁気データまでもが合格判定されるために、システムの信頼性が低くなるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するために創作されたものであって、動作環境に応じた最適な信頼性が保証された磁気データの利用を可能にすることを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するための磁気データ処理装置は、磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、複数の磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、分布指数と判定基準とに基づいて母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、母集団データ群の信頼性が合格と判定されると判定基準を厳格化し、母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると判定基準を緩和する判定基準設定手段と、を備える。
【０００８】
本発明によると複数の磁気データからなる母集団データ群の信頼性を判定するための判定基準が判定結果によって動的に設定される。すなわち判定結果が合格であれば判定基準が厳格化され、判定結果が不合格であれば判定基準が緩和される。したがって信頼性の判定結果が合格になると、その後、より厳格な判定基準に基づいて信頼性が判定される。すなわちあるタイミングで母集団データ群の信頼性が合格と判定された後に別の母集団データ群として蓄積される複数の磁気データの信頼性が合格と判定される場合には、後の母集団データ群はより高い信頼性を保証されることになる。したがってノイズ成分が平均的に小さな動作環境では信頼性の高い磁気データを利用することが可能になる。一方、信頼性の判定結果が不合格になると、その後、緩和された判定基準に基づいて信頼性が判定される。すなわちあるタイミングで母集団データ群の信頼性が不合格と判定された後に別の母集団データ群として蓄積される複数の磁気データは、信頼性を合格と判定されやすくなる。したがってノイズ成分が平均的に大きな動作環境では磁気データを利用できる頻度が高まる。
【０００９】
（２）設定可能な信頼性の判定基準は２段階でも良いが、母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に、判定基準を段階的に変更することが好ましい。すなわち信頼性の判定基準を３段階以上に設定し、動作環境に応じた最適な判定基準をきめ細かく設定することが好ましい。
【００１０】
（３）母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に判定基準をきめ細かく段階的に変更すると、動作環境が著しく変化した後のしばらくの期間は、変化後の動作環境に対して厳しすぎるか緩すぎる判定基準で信頼性が判定されることになる。設定可能な判定基準が無限に広い場合、変化後の動作環境に対して適切な判定基準が設定されるまでに要する期間が不当に長くなる。例えばノイズ成分が著しく小さい動作環境で極めて厳格な判定基準が設定された後にノイズ成分が大きな動作環境に移行したとする。ノイズ成分が著しく小さい動作環境で設定される判定基準が実用上意味の無いほどに厳格であるとするならば、ノイズ成分が大きな動作環境に移行した後にその動作環境に適合した判定基準が設定されるまでの期間は無駄に消費されることになる。したがって信頼性の判定基準の設定範囲は予め限定しておくことが好ましい。
【００１１】
（４）母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に判定基準を厳格化または緩和すると、統計的には合格率は５０％に収束する。判定基準が段階的に設定される場合、合格率が５０％に収束する状態では判定基準はある範囲を上下することになる。判定基準の段階が十分きめ細かい場合、判定基準が所定範囲に収束している状態ではその範囲で最も緩い判定基準に固定したとしても、十分厳格な判定基準で磁気データの信頼性を判定できるといえるし、また信頼性判定の合格率を上げることができる。また判定基準の段階が十分きめ細かい場合、判定基準が所定範囲に収束している状態ではその範囲で最も厳しい判定基準よりわずかに緩い判定基準に固定すれば、ある動作環境において実用上最も厳しい判定基準で磁気データの信頼性を判定できるといえる。判定基準を固定する場合には、固定直前の判定基準に固定しても良いし、固定直前の判定基準を基準とする新たな判定基準に固定しても良い。
【００１２】
（５）本発明において磁気データの信頼性は複数の磁気データからなる母集団データ群の分布指数と判定基準とを用いて判定されるが、判定に用いられる母集団データ群の分布指数は母集団データ群を構成する磁気データの信頼性を特定の指標において示す指数であればよい。このような分布指数には重心からみた磁気データの分布範囲を示す中心角度や、分散、中央値、最大値、最小値、平均など統計学で用いられる様々な指数を用いることが出来る。そして判定基準と直接対比される分布指数はこれらのように数学的に定義づけされた値そのものではなくてもよく、そのような値の関数であっても良い。
【００１３】
（６）本発明において信頼性が判定された磁気データの利用方法は種々のものが考えられ、合格判定された母集団データ群に含まれる１つの磁気データを物体の方向や位置を示すデータとして利用してもよいが、信頼性について合格と判定された母集団データ群に基づいて磁気データのオフセットを導出することは非常に効果的である。前述したとおり磁気データのオフセットは温度や車両の着磁状態といった動作環境の変化に応じて変化するものであり、このようなオフセット要因から生ずるオフセット成分を磁気データから取り除くオフセット補正に用いられる。このようなオフセット自体に大きな誤差が含まれている場合には、オフセット補正される磁気データ全てに大きな誤差が含まれることになる。このためオフセットの導出には、どのような動作環境であってもその動作環境においてできるだけ厳格な判定基準を用いて信頼性を保証された母集団データ群を用いるべきである。したがって信頼性について合格と判定された母集団データ群に基づいて磁気データのオフセットを導出することは非常に効果的である。
【００１４】
（７）分布指数と判定基準を用いた合否判定の処理は最終的に合格または不合格の二値判定がなされるものであればよいが、その処理が単純であるほど合否判定の処理を高速化することが出来る。このため判定基準である単一の閾値と単一の分布指数との大小比較に基づいて母集団データ群の信頼性について合否を判定するとよい。
【００１５】
（８）本発明の磁気データ処理装置は、磁気センサとは別の装置として構成しても良いし、磁気センサを備えた装置として構成しても良い。
【００１６】
（９）さらに本発明は、上記の磁気データ処理装置と、磁気センサと、オフセットに基づいて磁気データを補正する補正手段と、補正された磁気データに基づいて方位を報知する方位報知手段と、を備えるナビゲーション装置としても成立する。
【００１７】
（１０）また本発明は、磁気センサから出力される磁気データを順次入力し、複数の磁気データを母集団データ群として蓄積し、母集団データ群の分布指数を導出し、分布指数と判定基準とに基づいて母集団データ群の信頼性について合否を判定し、母集団データ群の信頼性が合格と判定されると判定基準を厳格化し、母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると判定基準を緩和する、ことを含む磁気データ処理方法としても成立する。
【００１８】
（１１）また本発明は、磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、複数の磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、分布指数と判定基準とに基づいて母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、母集団データ群の信頼性が合格と判定されると判定基準を厳格化し、母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると判定基準を緩和する判定基準設定手段と、としてコンピュータを機能させる磁気データ処理プログラムとしても成立する。
【００１９】
尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。また請求項に記載された各手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせにより実現される。また、これら各手段の機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。さらに、本発明は磁気データ処理プログラムの記録媒体としても成立する。むろん、そのコンピュータプログラムの記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
１．ハードウェア構成
２．ソフトウェア構成
３．磁気データ処理方法の概要
４．分布指数
５．判定基準の設定
６．オフセット導出
７．他の実施形態
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
【００２１】
１．ハードウェア構成
図１は本発明のナビゲーション装置の一実施形態を示すブロック図である。ナビゲーション装置１は互いに直交するｘ、ｙの２方向について磁界の強さを検出することによって地磁気の方向を検出し、ユーザに方位を報知する。ナビゲーション装置１は自動車などの任意の車両に取り付けられるＰＮＤである。
【００２２】
磁気データ処理装置１０は、磁気センサ２と制御部４とで構成されている。制御部４は磁気センサ２から磁気データを入力し、オフセット補正された磁気データに基づいて進行方位や走行予定経路を画像情報や音声情報として運転者に報知する。制御部４によって制御されるディスプレイ６には進行方位や走行予定経路を示す画像が表示される。制御部４によって制御されるスピーカ７からは進行方位や走行予定経路を示す音声が出力される。
【００２３】
磁気センサ２は、磁界ベクトルのｘ方向成分、ｙ方向成分をそれぞれ検出するｘ軸センサ２１とｙ軸センサ２２とを備えている。ｘ軸センサ２１、ｙ軸センサ２２は、いずれも磁気抵抗素子、ホール素子等で構成され、指向性のある１次元磁気センサであればどのようなものであってもよい。ｘ軸センサ２１およびｙ軸センサ２２は、それぞれの感度方向が互いに直交するように固定されている。ｘ軸センサ２１およびｙ軸センサ２２の出力は、時分割して磁気センサＩ／Ｆ（Inter face）２３に入力される。磁気センサＩ／Ｆ２３では、ｘ軸センサ２１およびｙ軸センサ２２からの入力が増幅された後にＡＤ変換される。磁気センサＩ／Ｆ２３から出力されるディジタルの磁気データはバス５を介して制御部４に入力される。
【００２４】
制御部４は、ＣＰＵ４０とＲＯＭ４２とＲＡＭ４４と制御Ｉ／Ｆ４３とを備えている所謂コンピュータである。ＣＰＵ４０はナビゲーション装置１の全体制御を司るプロセッサである。制御部４と磁気センサ２などの周辺装置とは制御Ｉ／Ｆ４３を介してデータを送受する。ＲＯＭ４２は、ＣＰＵ４０によって実行される磁気データ処理プログラムや、ナビゲーション装置の機能を実現するための種々のプログラムが格納されている、不揮発性の記憶媒体である。ＲＡＭ４４はＣＰＵ４０の処理対象となるデータを一時的に保持する揮発性の記憶媒体である。尚、磁気データ処理装置１０と磁気センサ２とを１チップの磁気データ処理装置として構成することもできる。
【００２５】
２．ソフトウェア構成
図２は、磁気データ処理プログラム９０の構成を示すブロック図である。磁気データ処理プログラム９０は、ナビゲーションプログラム９８に方位データを出力するためのプログラムであって、ＲＯＭ４２に格納されている。方位データは地磁気の方向を示すベクトルデータである。磁気データ処理プログラム９０は、バッファ管理モジュール９２、オフセット導出モジュール９４、方位導出モジュール９６等のモジュール群で構成されている。
【００２６】
バッファ管理モジュール９２は、磁気センサ２から順次出力される磁気データを入力し、入力した磁気データをオフセット更新に用いるためにバッファに蓄積するプログラム部品であって、制御部４を入力手段及び蓄積手段として機能させる。バッファとしてのＲＡＭ４４に蓄積される磁気データ群が母集団データ群である。
【００２７】
オフセット導出モジュール９４は、バッファ管理モジュール９２によって保持されている母集団データ群に基づいて新オフセットを導出し、旧オフセットを新オフセットに更新するプログラム部品であって、制御部４を指数導出手段、信頼性判定手段、判定基準設定手段およびオフセット導出手段として機能させる。尚、旧オフセットが新オフセットに更新された時点でその新オフセットは旧オフセットになるため、誤解のない文脈では旧オフセットのことを単にオフセットというものとする。実際には、方位データの補正に用いられるオフセットは１つの変数に設定され、新オフセットはその変数とは別の変数として導出され、導出された時点で方位データの補正に用いられる変数に設定される。
【００２８】
方位導出モジュール９６は、磁気センサ２から順次出力される磁気データをオフセット導出モジュール９４が保持しているオフセットによって補正して方位データを生成するプログラム部品であって、制御部４を補正手段として機能させる。具体的には、方位導出モジュール９６は、ベクトルデータである磁気データの各成分からオフセットの各成分を引き算して得られるベクトルデータを方位データとして出力する。
【００２９】
ナビゲーションプログラム９８は方位データが示す現在進行方位と地図情報と現在地点情報とに基づいて右左折予定交差点で右左折方向を運転者に報知する周知のプログラムであって、制御部４を方位報知手段として機能させる。尚、方位データは、単に東西南北を文字や矢印や音声で報知するためにのみ用いられてもよいし、ディスプレイ６に表示される地図のヘディングアップ処理に用いられてもよい。
【００３０】
３．磁気データ処理方法の概要
図３はオフセットを導出するために磁気データの信頼性を判定する処理の流れを示すフローチャートである。図３に示す処理はオフセットの更新要求が発生したときにＣＰＵ４０がバッファ管理モジュール９２およびオフセット導出モジュール９４を実行することによって進行する。オフセットの更新要求は、一定の時間間隔で発生してもよいし、ドライバーの明示的な指示により発生してもよい。
【００３１】
まずステップＳ１００においてバッファ管理モジュール９２は新オフセットの導出に用いられる磁気データを入力しバッファに格納する。自動車の進行方位がほとんど変化していない状況において、短い時間間隔で順次磁気センサ２から磁気データを入力すると、連続入力される２つの磁気データ間の距離が近くなる。距離が互いに近い複数の磁気データが限られた容量のバッファに格納されることは、メモリ資源の浪費であるし、無駄なバッファの更新処理を発生させる。また、互いの距離が近い磁気データ群に基づいて新オフセットを導出すると、偏った分布を持つ母集団データ群に基づいて精度の低い新オフセットが導出される可能性がある。そこで、バッファの更新必要性が次のように判定されてもよい。例えば、直前にバッファに格納された磁気データと最後に入力された磁気データとの距離が、あるしきい値より小さければ、バッファの更新必要性がないと判定され、最後に入力された磁気データはバッファに格納されることなく破棄される。
【００３２】
次にステップＳ１１０においてバッファ管理モジュール９２は新オフセットを導出するために必要な規定個数の磁気データがバッファに蓄積されたかを判定する。すなわち、母集団データ群の要素数は予め決められている。所定個数の磁気データがバッファに蓄積されるまで、ステップＳ１００とステップＳ１１０の処理が繰り返される。
【００３３】
所定個数の磁気データがバッファに蓄積されるとオフセット導出モジュール９４は母集団データ群の信頼性の合否を判定する（ステップＳ１２０）。すなわちオフセット導出モジュール９４は母集団データ群に基づいて母集団データ群の分布指数を導出し、分布指数と判定基準とに基づいて母集団データ群の信頼性を判定する。
【００３４】
母集団データ群の信頼性が合格と判定されると、オフセット導出モジュール９４は判定基準を厳格化し（ステップＳ１３０）、母集団データ群に基づいて新オフセットを導出し、その後に母集団データ群を破棄する。（ステップＳ１４０）。すなわち母集団データ群の信頼性が合格と判定されると、厳格化された判定基準が次回以後の合否判定に備えて設定される。
【００３５】
母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると、オフセット導出モジュール９４は判定基準を緩和する（ステップＳ１３５）。すなわち緩和した判定基準が次回以後の合否判定に備えて設定される。この場合、新オフセットは導出されず、母集団データ群は破棄される。
【００３６】
ステップＳ１４０またはステップＳ１３５の処理が終了すると、ステップＳ１００の処理に戻り、上述の処理が繰り返される。方位導出モジュール９６は、以上の処理によって随時導出される新オフセットでオフセットを更新しながら、最新のオフセットと磁気データとに基づいて方位データを導出し、方位データをナビゲーションプログラム９８に出力する。
【００３７】
４．分布指数
上述した分布指数は母集団データ群を構成する磁気データの信頼性を特定の指標において示す指数であればどのようなものであってもよいが、以下３つの具体例について説明する。
【００３８】
（１）分散
磁気センサ２から出力される磁気データの分散はノイズ成分が小さいほど小さくなる。したがって分散が大きい母集団データ群の信頼性は低く、分散が小さい母集団データ群の信頼性は高いといえる。磁気データの分散をそのまま分布指数として用いることもできるが、ここでは分散の関数を分布指数として用いる。すなわち、母集団データ群を構成する複数の磁気データの個数、重心をそれぞれＮ、ｃ（ｃx、ｃy）、バッファをＱとして母集団データ群ｑｉを次式（１）で表すとき、
qi=(qix,qiy) (i=0,1,2・・・)・・・（１）
【００３９】
分布指数を次式（３）で定義されるＳとする。
【数１】
【００４０】
このように導出する分布指数Ｓと判定基準となる閾値Ｓｔとの大小を比較することにより母集団データ群の信頼性を判定することが出来る。すなわちＳ＞Ｓｔの場合には不合格とし、そうでない場合には合格とすればよい。このような２つの値の大小比較による合否判定は単純であるために高速処理が可能である。
【００４１】
（２）分布の固有値
磁気データにはノイズ成分が含まれているため、決められた個数の磁気データからなる母集団データ群からオフセットを導出する場合、母集団データ群の分布範囲が狭い場合にはオフセットの精度が下がる。したがってオフセットを導出するために用いる磁気データ群として母集団データ群の信頼性を判定するには、分布範囲が狭い母集団データ群の信頼性は低く、分布範囲が広い母集団データ群の信頼性は高いといえる。予め決められた個数の磁気データを母集団データ群とすることは、予め決められた期間内に蓄積される磁気データ群を母集団データ群とするということである。ナビゲーション装置１が取り付けられている車両の進行方向が短時間に大きく変わる状況では広い分布の母集団データ群が蓄積される。例えば車両が山道を走行している状況では平均的に広い分布の母集団データ群が蓄積される。このような状況ではなるべく母集団データ群の信頼性を合格とする判定基準を上げて精度の高いオフセットを導出することが好ましい。
【００４２】
磁気データはオフセットを中心とする円周または球面の近傍に分布するため、母集団データ群の分布の主軸の長さと主軸に直交する軸の長さの比は、磁気データの分布が広いほど１に近くなる。母集団データ群の分布の主軸の長さと主軸に直交する軸の長さの比を分布指数とするならば、次式（４）で定義される行列Ａの固有値の比λ2／λ1を分布指数Ｓとすればよい。式（１）で表される母集団データ群の分布の主値は母集団データ群の重心を始点とし各磁気データを終点とするベクトルの和を用いて式（４）、（５）、（６）で定義される対称行列Ａの固有値である。
【数２】
【００４３】
行列Ａは、式（７）とも書けるため、分散共分散行列のＮ倍に相当する。
【数３】
【００４４】
（３）分布の中心角
オフセットを導出するために用いる磁気データ群として母集団データ群の信頼性を判定するとき、母集団データ群の重心とその母集団データ群の任意の２つの磁気データとを結ぶ２つの線分がなす角の最大値（この値を分布の中心角というものとする。）が１８０°に近いほど信頼性が高いと判定することもできる。このような分布の中心角またはその関数を分布指数として用いる場合、その中心角を構成する２つの磁気データを終点とし、重心を始点とするベクトルの内積を分布指数Ｓとすればよい。
【００４５】
５．判定基準の設定
上述したステップＳ１３０およびステップＳ１３５において設定される判定基準は単一の閾値Ｓｔである。閾値Ｓｔの値の取り方によってオフセットが更新される頻度やオフセットの精度が変わる。図４Ａから図４Ｄは閾値Ｓｔの値の取り方とオフセットが更新される頻度とオフセットの精度の関係を説明するためのグラフである。
【００４６】
図４Ａは判定基準である閾値Ｓｔの取り得る値が二値である場合における判定基準の推移を示している。閾値Ｓｔの取り得る値が二値である場合には、相対的に厳格な閾値Ｓｔが設定されているときに母集団データ群の信頼性が合格になっても閾値Ｓｔは変化せず、また相対的に緩い閾値Ｓｔが設定されているときに母集団データ群の信頼性が不合格になっても閾値Ｓｔは変化しない。図４Ａに示す例では時刻ｔ０からｔ１１の期間における時刻ｔ４と時刻ｔ８とを除いた時刻において母集団データ群の信頼性は合格と判定される。また時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ６、ｔ７、ｔ１０、ｔ１１においては厳格な判定基準に従って母集団データ群の信頼性が合格と判定される。時刻ｔ０、ｔ５、ｔ９においては緩い判定基準に従って母集団データ群の信頼性が合格と判定される。
【００４７】
図４Ｂは判定基準である閾値Ｓｔの取り得る値が多値であり、母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に閾値Ｓｔを段階的に変更する場合における判定基準の推移を示している。この場合において、閾値Ｓｔの初期値が設定されている時刻ｔ０から時刻ｔ１まで合格し続けるとすれば、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで徐々に判定基準が厳格化され続ける。時刻ｔ２において不合格になった後、時刻ｔ３で動作環境が変わるまでの期間、時刻ｔ１、ｔ２における判定基準である閾値Ｓｔ１、Ｓｔ２の値に近い範囲において閾値Ｓｔは振動する。閾値Ｓｔを段階的に厳格化する方法としては、閾値Ｓｔが大きくなるほど判定基準が厳格になる場合、閾値Ｓｔに正の定数を加えても良いし、閾値Ｓｔに１より大きい正の定数を乗じても良い。閾値Ｓｔが小さくなるほど判定基準が厳格になる場合、閾値Ｓｔから正の定数を減じても良いし、閾値Ｓｔに１より小さい正の定数を乗じても良い。閾値Ｓｔを段階的に緩和する方法としては、閾値Ｓｔが小さくなるほど判定基準が緩和される場合、閾値Ｓｔから正の定数を減じても良いし、閾値Ｓｔを１より小さい正の定数で乗じても良い。閾値Ｓｔが大きくなるほど判定基準が緩和される場合、閾値Ｓｔに正の定数を加えても良いし、閾値Ｓｔに１より大きい正の定数を乗じても良い。
【００４８】
ここでナビゲーション装置１の動作環境が時刻ｔ３においてノイズ成分が非常に小さい動作環境１からノイズ成分が非常に大きい動作環境２に変わったとする。すると図４Ｂに示すように時刻ｔ３では非常に厳格な判定基準である閾値Ｓｔ３が設定されているためにノイズ成分が非常に大きい動作環境２に適合した閾値Ｓｔが設定される時刻ｔ４までにはかなり長い時間を要することになる。そして時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間は母集団データ群の信頼性が不合格と判定され続けるために、動作環境が変わっているにも関わらずオフセットは更新されないことになる。オフセットは、例えばナビゲーション装置１がある車両から別の車両に付け替えられた結果としてナビゲーション装置１の周辺の着磁状況が変化したり温度が変化したときにこそ、素早く更新することが望ましい。
【００４９】
そこで判定基準である閾値Ｓｔの設定範囲を予め限定することが望ましい。図４Ｃは閾値Ｓｔを厳格化する方向について設定可能な限界値を予め定める場合における判定基準の推移を示している。また図４Ｃは図４Ｂと全く同じように動作環境が推移する場合における判定基準の推移を示している。この場合、時刻ｔ１において閾値Ｓｔが上限値であるＳｆに設定されると、その後は動作環境が動作環境１から動作環境２に変わるまで、判定基準である閾値はＳｆの一定値となる。そして閾値Ｓｆは図４Ｂに示した時刻ｔ３における閾値よりも小さいため、動作環境が２に変わってから動作環境２に適合した閾値が設定されるまでに要する時間は短縮される。また固定の閾値Ｓｆが母集団データ群の分布の分散関数と比較される構成において、動作環境１においては常に閾値Ｓｆによって判定されても合格になる程度にノイズ成分が小さい場合には、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間中、合格頻度は１００％になり得る。すなわちこの場合、オフセットが更新される頻度が高まるという効果も得られる。
【００５０】
ところで、判定基準である閾値Ｓｔが動作環境に適合した範囲に設定されると、狭い範囲内で閾値Ｓｔが振動することになるが、このような状態での合格率は統計的には５０％となる。閾値Ｓｔを十分細かい段階で設定可能な構成であれば、閾値Ｓｔが振動し始めた後、すなわち閾値Ｓｔが狭い範囲に収束した後に閾値Ｓｔを固定してもよい。たとえば図４Ｄに示すように閾値Ｓｔが比較的厳格な範囲に収束している状態では振動している範囲内で最も緩い値に閾値Ｓｔを固定したとしても、十分厳格な判定基準で磁気データの信頼性を判定できるといえるし、また信頼性判定の合格率を上げることができる。逆に閾値Ｓｔが振動している範囲内で最も厳格な値よりもわずかに緩い値に閾値Ｓｔを固定すれば、実用上最も厳しい判定基準で磁気データの信頼性を判定できるといえる。閾値Ｓｔが狭い範囲に収束しているかどうかは、信頼性を所定回数判定する中で判定合格と不合格の比率が５０％に近くなっているかどうかを計算したり、信頼性を所定回数判定するうちに導出された閾値Ｓｔの分散がある程度小さくなっているかを計算することによって判定できる。
【００５１】
６．オフセット導出
磁気センサ２から順次入力される複数の磁気データからなる母集団データ群に基づいて磁気データのオフセットを導出する方法は、本件発明者によって複数提案されている（特開２００７−２４０２７０号公報、特開２００７−２０５９４４号公報、特開２００７−１３９７１５号公報、特開２００７−１０７９２１号公報）。信頼性について合格と判定された母集団データ群からオフセットを導出する方法は統計的な方法でも統計的でない方法でも良いが、以下に統計的な方法の一例を説明する。
【００５２】
母集団データ群が同一直線上にない３つの磁気データで構成されている場合、母集団データ群が分布する円周は統計的手法を用いることなく一意に特定される。この円周の中心の位置ベクトルｃ＝（ｃx、ｃy）は連立方程式（８）を解くことによって得られる。尚、２変数に対して等号制約が３つあるが、等号制約の１つは冗長になっているため方程式（８）は必ず解を持つ。
【数４】
【００５３】
母集団データ群の要素数が４個以上あるときについて、ｊを次式（１０）で定義する。
【数５】
【００５４】
このとき、ｃについての連立一次方程式（１１）が解を持てば、その解は、母集団データ群が分布する円周の中心である。
Ｘｃ=ｊ・・・（１１）
【００５５】
しかし、２磁気センサ２自体の測定誤差を考慮すると、現実には、方程式（１１）が解を持つことはあり得ない。そこで、統計的な手法により尤もらしい解を得るために、次式（１１）で定義されるベクトルｅを導入する。
ｅ＝Ｘｃ−ｊ・・・（１２）
【００５６】
||ｅ||22（すなわちｅTｅ）を最小にするｃが、母集団データ群が最も近くに分布する円周の中心として尤もらしいといえる。||ｅ||22を最小にするｃを求める問題は、行列Ａが正則のときには次式（１３）の目的関数を最小にする最適化問題となる。
【数６】
【００５７】
すなわち式（１３）の目的関数ｆ（ｃ）を最小にするｃを求めることにより、新オフセットが導出される。目的関数ｆ（ｃ）を最小にするｃは、本実施形態で想定している（ＸＴＸ）が正則のときは式（１４）のように書くことができる。
【数７】
【００５８】
７．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明は３次元の磁気データについても同様に適用できる。また本発明は地磁気を計測するための磁気データ処理装置に限らず、地磁気以外の磁気を計測するための磁気データ処理装置にも適用できる。また本発明が適用されるナビゲーション装置として携帯型のＰＮＤを例示したが、車両完成後に取り付けられる据え置き型のナビゲーション装置や、歩行者向けのナビゲーション装置に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【図２】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【図３】本発明の実施形態にかかるフローチャート。
【図４】本発明の実施形態にかかるグラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１：ナビゲーション装置、２：磁気センサ、４：制御部、５：バス、６：ディスプレイ、７：スピーカ、１０：磁気データ処理装置、２１：ｘ軸センサ、２２：ｙ軸センサ、２３：磁気センサＩ／Ｆ、４０：ＣＰＵ、４２：ＲＯＭ、４３：制御Ｉ／Ｆ、４４：ＲＡＭ、９０：磁気データ処理プログラム、９２：バッファ管理モジュール、９４：オフセット導出モジュール、９６：方位導出モジュール、９８：ナビゲーションプログラム
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気データ処理装置、磁気データ処理方法および磁気データ処理プログラムに関し、特に磁気データの信頼性を判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、方位などを計測するために磁気センサが用いられている。磁気センサによって磁気を計測すると、磁気センサの出力には地磁気などの計測対象の成分以外にもノイズ成分やオフセット成分が混入している。例えば、車両に取り付けられたＰＮＤ（Personal Navigation Device）において磁気センサによって地磁気を計測する場合、オフセット成分は、ＰＮＤ自体や車両の着磁によるものであったり、磁気センサの温度特性によるものである。オフセット成分は温度や車両の着磁状態といった動作環境の変化に応じて変化する。このため、磁気センサの出力に基づいて導出されるオフセット成分を磁気センサの出力から差し引くことによって磁気センサの出力が補正される（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０７９２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３９７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両に設置されたＰＮＤにおいて磁気センサによって地磁気を計測する場合のノイズ成分は、ＰＮＤ自体や車両に搭載されている電子回路が発生源となる磁気によるものや、ガウス分布に従う磁気センサの出力のゆらぎによるものである。したがってノイズ成分を打ち消す補正は困難である。このため磁気センサを用いたシステムにおいて磁気センサの出力から導出されるデータには誤差が含まれている。しかし、磁気センサの出力の誤差が大きい場合や、ある磁気データの誤差が別の磁気データの誤差を増幅するような場合にはシステムの信頼性が大きく損なわれるため、磁気センサの出力である磁気データの信頼性を判定することは重要である。
【０００５】
一般に、磁気データの信頼性はその分布をある指数で示し、その指数と閾値との比較を行い、比較結果に基づいて判定される。
しかし、磁気センサの動作環境によってノイズ成分の大きさが異なる場合、予め設定された固定の閾値を用いて磁気データの信頼性を判定すると次のような問題がある。すなわち、ノイズ成分が平均的に小さい環境にねらいを定めて閾値が設定されている場合、ノイズ成分が平均的に大きい環境においては磁気データの信頼性が不合格と判定されてしまう頻度が高まるために磁気データを利用できない頻度が高まる。逆にノイズ成分が平均的に大きな環境にねらいを定めて閾値が設定されている場合、ノイズ成分が平均的に小さい環境においては、不合格と判定しても磁気データの利用頻度が実用範囲を超えて低くなることもない程度に信頼性が低い磁気データまでもが合格判定されるために、システムの信頼性が低くなるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するために創作されたものであって、動作環境に応じた最適な信頼性が保証された磁気データの利用を可能にすることを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するための磁気データ処理装置は、磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、複数の磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、分布指数と判定基準とに基づいて母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、母集団データ群の信頼性が合格と判定されると判定基準を厳格化し、母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると判定基準を緩和する判定基準設定手段と、を備える。
【０００８】
本発明によると複数の磁気データからなる母集団データ群の信頼性を判定するための判定基準が判定結果によって動的に設定される。すなわち判定結果が合格であれば判定基準が厳格化され、判定結果が不合格であれば判定基準が緩和される。したがって信頼性の判定結果が合格になると、その後、より厳格な判定基準に基づいて信頼性が判定される。すなわちあるタイミングで母集団データ群の信頼性が合格と判定された後に別の母集団データ群として蓄積される複数の磁気データの信頼性が合格と判定される場合には、後の母集団データ群はより高い信頼性を保証されることになる。したがってノイズ成分が平均的に小さな動作環境では信頼性の高い磁気データを利用することが可能になる。一方、信頼性の判定結果が不合格になると、その後、緩和された判定基準に基づいて信頼性が判定される。すなわちあるタイミングで母集団データ群の信頼性が不合格と判定された後に別の母集団データ群として蓄積される複数の磁気データは、信頼性を合格と判定されやすくなる。したがってノイズ成分が平均的に大きな動作環境では磁気データを利用できる頻度が高まる。
【０００９】
（２）設定可能な信頼性の判定基準は２段階でも良いが、母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に、判定基準を段階的に変更することが好ましい。すなわち信頼性の判定基準を３段階以上に設定し、動作環境に応じた最適な判定基準をきめ細かく設定することが好ましい。
【００１０】
（３）母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に判定基準をきめ細かく段階的に変更すると、動作環境が著しく変化した後のしばらくの期間は、変化後の動作環境に対して厳しすぎるか緩すぎる判定基準で信頼性が判定されることになる。設定可能な判定基準が無限に広い場合、変化後の動作環境に対して適切な判定基準が設定されるまでに要する期間が不当に長くなる。例えばノイズ成分が著しく小さい動作環境で極めて厳格な判定基準が設定された後にノイズ成分が大きな動作環境に移行したとする。ノイズ成分が著しく小さい動作環境で設定される判定基準が実用上意味の無いほどに厳格であるとするならば、ノイズ成分が大きな動作環境に移行した後にその動作環境に適合した判定基準が設定されるまでの期間は無駄に消費されることになる。したがって信頼性の判定基準の設定範囲は予め限定しておくことが好ましい。
【００１１】
（４）母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に判定基準を厳格化または緩和すると、統計的には合格率は５０％に収束する。判定基準が段階的に設定される場合、合格率が５０％に収束する状態では判定基準はある範囲を上下することになる。判定基準の段階が十分きめ細かい場合、判定基準が所定範囲に収束している状態ではその範囲で最も緩い判定基準に固定したとしても、十分厳格な判定基準で磁気データの信頼性を判定できるといえるし、また信頼性判定の合格率を上げることができる。また判定基準の段階が十分きめ細かい場合、判定基準が所定範囲に収束している状態ではその範囲で最も厳しい判定基準よりわずかに緩い判定基準に固定すれば、ある動作環境において実用上最も厳しい判定基準で磁気データの信頼性を判定できるといえる。判定基準を固定する場合には、固定直前の判定基準に固定しても良いし、固定直前の判定基準を基準とする新たな判定基準に固定しても良い。
【００１２】
（５）本発明において磁気データの信頼性は複数の磁気データからなる母集団データ群の分布指数と判定基準とを用いて判定されるが、判定に用いられる母集団データ群の分布指数は母集団データ群を構成する磁気データの信頼性を特定の指標において示す指数であればよい。このような分布指数には重心からみた磁気データの分布範囲を示す中心角度や、分散、中央値、最大値、最小値、平均など統計学で用いられる様々な指数を用いることが出来る。そして判定基準と直接対比される分布指数はこれらのように数学的に定義づけされた値そのものではなくてもよく、そのような値の関数であっても良い。
【００１３】
（６）本発明において信頼性が判定された磁気データの利用方法は種々のものが考えられ、合格判定された母集団データ群に含まれる１つの磁気データを物体の方向や位置を示すデータとして利用してもよいが、信頼性について合格と判定された母集団データ群に基づいて磁気データのオフセットを導出することは非常に効果的である。前述したとおり磁気データのオフセットは温度や車両の着磁状態といった動作環境の変化に応じて変化するものであり、このようなオフセット要因から生ずるオフセット成分を磁気データから取り除くオフセット補正に用いられる。このようなオフセット自体に大きな誤差が含まれている場合には、オフセット補正される磁気データ全てに大きな誤差が含まれることになる。このためオフセットの導出には、どのような動作環境であってもその動作環境においてできるだけ厳格な判定基準を用いて信頼性を保証された母集団データ群を用いるべきである。したがって信頼性について合格と判定された母集団データ群に基づいて磁気データのオフセットを導出することは非常に効果的である。
【００１４】
（７）分布指数と判定基準を用いた合否判定の処理は最終的に合格または不合格の二値判定がなされるものであればよいが、その処理が単純であるほど合否判定の処理を高速化することが出来る。このため判定基準である単一の閾値と単一の分布指数との大小比較に基づいて母集団データ群の信頼性について合否を判定するとよい。
【００１５】
（８）本発明の磁気データ処理装置は、磁気センサとは別の装置として構成しても良いし、磁気センサを備えた装置として構成しても良い。
【００１６】
（９）さらに本発明は、上記の磁気データ処理装置と、磁気センサと、オフセットに基づいて磁気データを補正する補正手段と、補正された磁気データに基づいて方位を報知する方位報知手段と、を備えるナビゲーション装置としても成立する。
【００１７】
（１０）また本発明は、磁気センサから出力される磁気データを順次入力し、複数の磁気データを母集団データ群として蓄積し、母集団データ群の分布指数を導出し、分布指数と判定基準とに基づいて母集団データ群の信頼性について合否を判定し、母集団データ群の信頼性が合格と判定されると判定基準を厳格化し、母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると判定基準を緩和する、ことを含む磁気データ処理方法としても成立する。
【００１８】
（１１）また本発明は、磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、複数の磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、分布指数と判定基準とに基づいて母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、母集団データ群の信頼性が合格と判定されると判定基準を厳格化し、母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると判定基準を緩和する判定基準設定手段と、としてコンピュータを機能させる磁気データ処理プログラムとしても成立する。
【００１９】
尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。また請求項に記載された各手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせにより実現される。また、これら各手段の機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。さらに、本発明は磁気データ処理プログラムの記録媒体としても成立する。むろん、そのコンピュータプログラムの記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
１．ハードウェア構成
２．ソフトウェア構成
３．磁気データ処理方法の概要
４．分布指数
５．判定基準の設定
６．オフセット導出
７．他の実施形態
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
【００２１】
１．ハードウェア構成
図１は本発明のナビゲーション装置の一実施形態を示すブロック図である。ナビゲーション装置１は互いに直交するｘ、ｙの２方向について磁界の強さを検出することによって地磁気の方向を検出し、ユーザに方位を報知する。ナビゲーション装置１は自動車などの任意の車両に取り付けられるＰＮＤである。
【００２２】
磁気データ処理装置１０は、磁気センサ２と制御部４とで構成されている。制御部４は磁気センサ２から磁気データを入力し、オフセット補正された磁気データに基づいて進行方位や走行予定経路を画像情報や音声情報として運転者に報知する。制御部４によって制御されるディスプレイ６には進行方位や走行予定経路を示す画像が表示される。制御部４によって制御されるスピーカ７からは進行方位や走行予定経路を示す音声が出力される。
【００２３】
磁気センサ２は、磁界ベクトルのｘ方向成分、ｙ方向成分をそれぞれ検出するｘ軸センサ２１とｙ軸センサ２２とを備えている。ｘ軸センサ２１、ｙ軸センサ２２は、いずれも磁気抵抗素子、ホール素子等で構成され、指向性のある１次元磁気センサであればどのようなものであってもよい。ｘ軸センサ２１およびｙ軸センサ２２は、それぞれの感度方向が互いに直交するように固定されている。ｘ軸センサ２１およびｙ軸センサ２２の出力は、時分割して磁気センサＩ／Ｆ（Inter face）２３に入力される。磁気センサＩ／Ｆ２３では、ｘ軸センサ２１およびｙ軸センサ２２からの入力が増幅された後にＡＤ変換される。磁気センサＩ／Ｆ２３から出力されるディジタルの磁気データはバス５を介して制御部４に入力される。
【００２４】
制御部４は、ＣＰＵ４０とＲＯＭ４２とＲＡＭ４４と制御Ｉ／Ｆ４３とを備えている所謂コンピュータである。ＣＰＵ４０はナビゲーション装置１の全体制御を司るプロセッサである。制御部４と磁気センサ２などの周辺装置とは制御Ｉ／Ｆ４３を介してデータを送受する。ＲＯＭ４２は、ＣＰＵ４０によって実行される磁気データ処理プログラムや、ナビゲーション装置の機能を実現するための種々のプログラムが格納されている、不揮発性の記憶媒体である。ＲＡＭ４４はＣＰＵ４０の処理対象となるデータを一時的に保持する揮発性の記憶媒体である。尚、磁気データ処理装置１０と磁気センサ２とを１チップの磁気データ処理装置として構成することもできる。
【００２５】
２．ソフトウェア構成
図２は、磁気データ処理プログラム９０の構成を示すブロック図である。磁気データ処理プログラム９０は、ナビゲーションプログラム９８に方位データを出力するためのプログラムであって、ＲＯＭ４２に格納されている。方位データは地磁気の方向を示すベクトルデータである。磁気データ処理プログラム９０は、バッファ管理モジュール９２、オフセット導出モジュール９４、方位導出モジュール９６等のモジュール群で構成されている。
【００２６】
バッファ管理モジュール９２は、磁気センサ２から順次出力される磁気データを入力し、入力した磁気データをオフセット更新に用いるためにバッファに蓄積するプログラム部品であって、制御部４を入力手段及び蓄積手段として機能させる。バッファとしてのＲＡＭ４４に蓄積される磁気データ群が母集団データ群である。
【００２７】
オフセット導出モジュール９４は、バッファ管理モジュール９２によって保持されている母集団データ群に基づいて新オフセットを導出し、旧オフセットを新オフセットに更新するプログラム部品であって、制御部４を指数導出手段、信頼性判定手段、判定基準設定手段およびオフセット導出手段として機能させる。尚、旧オフセットが新オフセットに更新された時点でその新オフセットは旧オフセットになるため、誤解のない文脈では旧オフセットのことを単にオフセットというものとする。実際には、方位データの補正に用いられるオフセットは１つの変数に設定され、新オフセットはその変数とは別の変数として導出され、導出された時点で方位データの補正に用いられる変数に設定される。
【００２８】
方位導出モジュール９６は、磁気センサ２から順次出力される磁気データをオフセット導出モジュール９４が保持しているオフセットによって補正して方位データを生成するプログラム部品であって、制御部４を補正手段として機能させる。具体的には、方位導出モジュール９６は、ベクトルデータである磁気データの各成分からオフセットの各成分を引き算して得られるベクトルデータを方位データとして出力する。
【００２９】
ナビゲーションプログラム９８は方位データが示す現在進行方位と地図情報と現在地点情報とに基づいて右左折予定交差点で右左折方向を運転者に報知する周知のプログラムであって、制御部４を方位報知手段として機能させる。尚、方位データは、単に東西南北を文字や矢印や音声で報知するためにのみ用いられてもよいし、ディスプレイ６に表示される地図のヘディングアップ処理に用いられてもよい。
【００３０】
３．磁気データ処理方法の概要
図３はオフセットを導出するために磁気データの信頼性を判定する処理の流れを示すフローチャートである。図３に示す処理はオフセットの更新要求が発生したときにＣＰＵ４０がバッファ管理モジュール９２およびオフセット導出モジュール９４を実行することによって進行する。オフセットの更新要求は、一定の時間間隔で発生してもよいし、ドライバーの明示的な指示により発生してもよい。
【００３１】
まずステップＳ１００においてバッファ管理モジュール９２は新オフセットの導出に用いられる磁気データを入力しバッファに格納する。自動車の進行方位がほとんど変化していない状況において、短い時間間隔で順次磁気センサ２から磁気データを入力すると、連続入力される２つの磁気データ間の距離が近くなる。距離が互いに近い複数の磁気データが限られた容量のバッファに格納されることは、メモリ資源の浪費であるし、無駄なバッファの更新処理を発生させる。また、互いの距離が近い磁気データ群に基づいて新オフセットを導出すると、偏った分布を持つ母集団データ群に基づいて精度の低い新オフセットが導出される可能性がある。そこで、バッファの更新必要性が次のように判定されてもよい。例えば、直前にバッファに格納された磁気データと最後に入力された磁気データとの距離が、あるしきい値より小さければ、バッファの更新必要性がないと判定され、最後に入力された磁気データはバッファに格納されることなく破棄される。
【００３２】
次にステップＳ１１０においてバッファ管理モジュール９２は新オフセットを導出するために必要な規定個数の磁気データがバッファに蓄積されたかを判定する。すなわち、母集団データ群の要素数は予め決められている。所定個数の磁気データがバッファに蓄積されるまで、ステップＳ１００とステップＳ１１０の処理が繰り返される。
【００３３】
所定個数の磁気データがバッファに蓄積されるとオフセット導出モジュール９４は母集団データ群の信頼性の合否を判定する（ステップＳ１２０）。すなわちオフセット導出モジュール９４は母集団データ群に基づいて母集団データ群の分布指数を導出し、分布指数と判定基準とに基づいて母集団データ群の信頼性を判定する。
【００３４】
母集団データ群の信頼性が合格と判定されると、オフセット導出モジュール９４は判定基準を厳格化し（ステップＳ１３０）、母集団データ群に基づいて新オフセットを導出し、その後に母集団データ群を破棄する。（ステップＳ１４０）。すなわち母集団データ群の信頼性が合格と判定されると、厳格化された判定基準が次回以後の合否判定に備えて設定される。
【００３５】
母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると、オフセット導出モジュール９４は判定基準を緩和する（ステップＳ１３５）。すなわち緩和した判定基準が次回以後の合否判定に備えて設定される。この場合、新オフセットは導出されず、母集団データ群は破棄される。
【００３６】
ステップＳ１４０またはステップＳ１３５の処理が終了すると、ステップＳ１００の処理に戻り、上述の処理が繰り返される。方位導出モジュール９６は、以上の処理によって随時導出される新オフセットでオフセットを更新しながら、最新のオフセットと磁気データとに基づいて方位データを導出し、方位データをナビゲーションプログラム９８に出力する。
【００３７】
４．分布指数
上述した分布指数は母集団データ群を構成する磁気データの信頼性を特定の指標において示す指数であればどのようなものであってもよいが、以下３つの具体例について説明する。
【００３８】
（１）分散
磁気センサ２から出力される磁気データの分散はノイズ成分が小さいほど小さくなる。したがって分散が大きい母集団データ群の信頼性は低く、分散が小さい母集団データ群の信頼性は高いといえる。磁気データの分散をそのまま分布指数として用いることもできるが、ここでは分散の関数を分布指数として用いる。すなわち、母集団データ群を構成する複数の磁気データの個数、重心をそれぞれＮ、ｃ（ｃx、ｃy）、バッファをＱとして母集団データ群ｑｉを次式（１）で表すとき、
qi=(qix,qiy) (i=0,1,2・・・)・・・（１）
【００３９】
分布指数を次式（３）で定義されるＳとする。
【数１】
【００４０】
このように導出する分布指数Ｓと判定基準となる閾値Ｓｔとの大小を比較することにより母集団データ群の信頼性を判定することが出来る。すなわちＳ＞Ｓｔの場合には不合格とし、そうでない場合には合格とすればよい。このような２つの値の大小比較による合否判定は単純であるために高速処理が可能である。
【００４１】
（２）分布の固有値
磁気データにはノイズ成分が含まれているため、決められた個数の磁気データからなる母集団データ群からオフセットを導出する場合、母集団データ群の分布範囲が狭い場合にはオフセットの精度が下がる。したがってオフセットを導出するために用いる磁気データ群として母集団データ群の信頼性を判定するには、分布範囲が狭い母集団データ群の信頼性は低く、分布範囲が広い母集団データ群の信頼性は高いといえる。予め決められた個数の磁気データを母集団データ群とすることは、予め決められた期間内に蓄積される磁気データ群を母集団データ群とするということである。ナビゲーション装置１が取り付けられている車両の進行方向が短時間に大きく変わる状況では広い分布の母集団データ群が蓄積される。例えば車両が山道を走行している状況では平均的に広い分布の母集団データ群が蓄積される。このような状況ではなるべく母集団データ群の信頼性を合格とする判定基準を上げて精度の高いオフセットを導出することが好ましい。
【００４２】
磁気データはオフセットを中心とする円周または球面の近傍に分布するため、母集団データ群の分布の主軸の長さと主軸に直交する軸の長さの比は、磁気データの分布が広いほど１に近くなる。母集団データ群の分布の主軸の長さと主軸に直交する軸の長さの比を分布指数とするならば、次式（４）で定義される行列Ａの固有値の比λ2／λ1を分布指数Ｓとすればよい。式（１）で表される母集団データ群の分布の主値は母集団データ群の重心を始点とし各磁気データを終点とするベクトルの和を用いて式（４）、（５）、（６）で定義される対称行列Ａの固有値である。
【数２】
【００４３】
行列Ａは、式（７）とも書けるため、分散共分散行列のＮ倍に相当する。
【数３】
【００４４】
（３）分布の中心角
オフセットを導出するために用いる磁気データ群として母集団データ群の信頼性を判定するとき、母集団データ群の重心とその母集団データ群の任意の２つの磁気データとを結ぶ２つの線分がなす角の最大値（この値を分布の中心角というものとする。）が１８０°に近いほど信頼性が高いと判定することもできる。このような分布の中心角またはその関数を分布指数として用いる場合、その中心角を構成する２つの磁気データを終点とし、重心を始点とするベクトルの内積を分布指数Ｓとすればよい。
【００４５】
５．判定基準の設定
上述したステップＳ１３０およびステップＳ１３５において設定される判定基準は単一の閾値Ｓｔである。閾値Ｓｔの値の取り方によってオフセットが更新される頻度やオフセットの精度が変わる。図４Ａから図４Ｄは閾値Ｓｔの値の取り方とオフセットが更新される頻度とオフセットの精度の関係を説明するためのグラフである。
【００４６】
図４Ａは判定基準である閾値Ｓｔの取り得る値が二値である場合における判定基準の推移を示している。閾値Ｓｔの取り得る値が二値である場合には、相対的に厳格な閾値Ｓｔが設定されているときに母集団データ群の信頼性が合格になっても閾値Ｓｔは変化せず、また相対的に緩い閾値Ｓｔが設定されているときに母集団データ群の信頼性が不合格になっても閾値Ｓｔは変化しない。図４Ａに示す例では時刻ｔ０からｔ１１の期間における時刻ｔ４と時刻ｔ８とを除いた時刻において母集団データ群の信頼性は合格と判定される。また時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ６、ｔ７、ｔ１０、ｔ１１においては厳格な判定基準に従って母集団データ群の信頼性が合格と判定される。時刻ｔ０、ｔ５、ｔ９においては緩い判定基準に従って母集団データ群の信頼性が合格と判定される。
【００４７】
図４Ｂは判定基準である閾値Ｓｔの取り得る値が多値であり、母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に閾値Ｓｔを段階的に変更する場合における判定基準の推移を示している。この場合において、閾値Ｓｔの初期値が設定されている時刻ｔ０から時刻ｔ１まで合格し続けるとすれば、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで徐々に判定基準が厳格化され続ける。時刻ｔ２において不合格になった後、時刻ｔ３で動作環境が変わるまでの期間、時刻ｔ１、ｔ２における判定基準である閾値Ｓｔ１、Ｓｔ２の値に近い範囲において閾値Ｓｔは振動する。閾値Ｓｔを段階的に厳格化する方法としては、閾値Ｓｔが大きくなるほど判定基準が厳格になる場合、閾値Ｓｔに正の定数を加えても良いし、閾値Ｓｔに１より大きい正の定数を乗じても良い。閾値Ｓｔが小さくなるほど判定基準が厳格になる場合、閾値Ｓｔから正の定数を減じても良いし、閾値Ｓｔに１より小さい正の定数を乗じても良い。閾値Ｓｔを段階的に緩和する方法としては、閾値Ｓｔが小さくなるほど判定基準が緩和される場合、閾値Ｓｔから正の定数を減じても良いし、閾値Ｓｔを１より小さい正の定数で乗じても良い。閾値Ｓｔが大きくなるほど判定基準が緩和される場合、閾値Ｓｔに正の定数を加えても良いし、閾値Ｓｔに１より大きい正の定数を乗じても良い。
【００４８】
ここでナビゲーション装置１の動作環境が時刻ｔ３においてノイズ成分が非常に小さい動作環境１からノイズ成分が非常に大きい動作環境２に変わったとする。すると図４Ｂに示すように時刻ｔ３では非常に厳格な判定基準である閾値Ｓｔ３が設定されているためにノイズ成分が非常に大きい動作環境２に適合した閾値Ｓｔが設定される時刻ｔ４までにはかなり長い時間を要することになる。そして時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間は母集団データ群の信頼性が不合格と判定され続けるために、動作環境が変わっているにも関わらずオフセットは更新されないことになる。オフセットは、例えばナビゲーション装置１がある車両から別の車両に付け替えられた結果としてナビゲーション装置１の周辺の着磁状況が変化したり温度が変化したときにこそ、素早く更新することが望ましい。
【００４９】
そこで判定基準である閾値Ｓｔの設定範囲を予め限定することが望ましい。図４Ｃは閾値Ｓｔを厳格化する方向について設定可能な限界値を予め定める場合における判定基準の推移を示している。また図４Ｃは図４Ｂと全く同じように動作環境が推移する場合における判定基準の推移を示している。この場合、時刻ｔ１において閾値Ｓｔが上限値であるＳｆに設定されると、その後は動作環境が動作環境１から動作環境２に変わるまで、判定基準である閾値はＳｆの一定値となる。そして閾値Ｓｆは図４Ｂに示した時刻ｔ３における閾値よりも小さいため、動作環境が２に変わってから動作環境２に適合した閾値が設定されるまでに要する時間は短縮される。また固定の閾値Ｓｆが母集団データ群の分布の分散関数と比較される構成において、動作環境１においては常に閾値Ｓｆによって判定されても合格になる程度にノイズ成分が小さい場合には、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間中、合格頻度は１００％になり得る。すなわちこの場合、オフセットが更新される頻度が高まるという効果も得られる。
【００５０】
ところで、判定基準である閾値Ｓｔが動作環境に適合した範囲に設定されると、狭い範囲内で閾値Ｓｔが振動することになるが、このような状態での合格率は統計的には５０％となる。閾値Ｓｔを十分細かい段階で設定可能な構成であれば、閾値Ｓｔが振動し始めた後、すなわち閾値Ｓｔが狭い範囲に収束した後に閾値Ｓｔを固定してもよい。たとえば図４Ｄに示すように閾値Ｓｔが比較的厳格な範囲に収束している状態では振動している範囲内で最も緩い値に閾値Ｓｔを固定したとしても、十分厳格な判定基準で磁気データの信頼性を判定できるといえるし、また信頼性判定の合格率を上げることができる。逆に閾値Ｓｔが振動している範囲内で最も厳格な値よりもわずかに緩い値に閾値Ｓｔを固定すれば、実用上最も厳しい判定基準で磁気データの信頼性を判定できるといえる。閾値Ｓｔが狭い範囲に収束しているかどうかは、信頼性を所定回数判定する中で判定合格と不合格の比率が５０％に近くなっているかどうかを計算したり、信頼性を所定回数判定するうちに導出された閾値Ｓｔの分散がある程度小さくなっているかを計算することによって判定できる。
【００５１】
６．オフセット導出
磁気センサ２から順次入力される複数の磁気データからなる母集団データ群に基づいて磁気データのオフセットを導出する方法は、本件発明者によって複数提案されている（特開２００７−２４０２７０号公報、特開２００７−２０５９４４号公報、特開２００７−１３９７１５号公報、特開２００７−１０７９２１号公報）。信頼性について合格と判定された母集団データ群からオフセットを導出する方法は統計的な方法でも統計的でない方法でも良いが、以下に統計的な方法の一例を説明する。
【００５２】
母集団データ群が同一直線上にない３つの磁気データで構成されている場合、母集団データ群が分布する円周は統計的手法を用いることなく一意に特定される。この円周の中心の位置ベクトルｃ＝（ｃx、ｃy）は連立方程式（８）を解くことによって得られる。尚、２変数に対して等号制約が３つあるが、等号制約の１つは冗長になっているため方程式（８）は必ず解を持つ。
【数４】
【００５３】
母集団データ群の要素数が４個以上あるときについて、ｊを次式（１０）で定義する。
【数５】
【００５４】
このとき、ｃについての連立一次方程式（１１）が解を持てば、その解は、母集団データ群が分布する円周の中心である。
Ｘｃ=ｊ・・・（１１）
【００５５】
しかし、２磁気センサ２自体の測定誤差を考慮すると、現実には、方程式（１１）が解を持つことはあり得ない。そこで、統計的な手法により尤もらしい解を得るために、次式（１１）で定義されるベクトルｅを導入する。
ｅ＝Ｘｃ−ｊ・・・（１２）
【００５６】
||ｅ||22（すなわちｅTｅ）を最小にするｃが、母集団データ群が最も近くに分布する円周の中心として尤もらしいといえる。||ｅ||22を最小にするｃを求める問題は、行列Ａが正則のときには次式（１３）の目的関数を最小にする最適化問題となる。
【数６】
【００５７】
すなわち式（１３）の目的関数ｆ（ｃ）を最小にするｃを求めることにより、新オフセットが導出される。目的関数ｆ（ｃ）を最小にするｃは、本実施形態で想定している（ＸＴＸ）が正則のときは式（１４）のように書くことができる。
【数７】
【００５８】
７．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明は３次元の磁気データについても同様に適用できる。また本発明は地磁気を計測するための磁気データ処理装置に限らず、地磁気以外の磁気を計測するための磁気データ処理装置にも適用できる。また本発明が適用されるナビゲーション装置として携帯型のＰＮＤを例示したが、車両完成後に取り付けられる据え置き型のナビゲーション装置や、歩行者向けのナビゲーション装置に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【図２】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【図３】本発明の実施形態にかかるフローチャート。
【図４】本発明の実施形態にかかるグラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１：ナビゲーション装置、２：磁気センサ、４：制御部、５：バス、６：ディスプレイ、７：スピーカ、１０：磁気データ処理装置、２１：ｘ軸センサ、２２：ｙ軸センサ、２３：磁気センサＩ／Ｆ、４０：ＣＰＵ、４２：ＲＯＭ、４３：制御Ｉ／Ｆ、４４：ＲＡＭ、９０：磁気データ処理プログラム、９２：バッファ管理モジュール、９４：オフセット導出モジュール、９６：方位導出モジュール、９８：ナビゲーションプログラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、
複数の前記磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、
前記母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、
前記分布指数と判定基準とに基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、
前記母集団データ群の信頼性が合格と判定されると前記判定基準を厳格化し、前記母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると前記判定基準を緩和する判定基準設定手段と、
を備える磁気データ処理装置。
【請求項２】
前記判定基準設定手段は、前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に、前記判定基準を段階的に変更する、
請求項１に記載の磁気データ処理装置。
【請求項３】
前記判定基準の設定範囲は予め限定されている、
請求項２に記載の磁気データ処理装置。
【請求項４】
前記判定基準設定手段は、前記判定基準が所定範囲に収束すると前記判定基準を固定する、
請求項２または３に記載の磁気データ処理装置。
【請求項５】
前記分布指数は前記母集団データ群の分散の関数である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気データ処理装置。
【請求項６】
信頼性について合格と判定された前記母集団データ群に基づいて前記磁気データのオフセットを導出するオフセット導出手段をさらに備える、
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気データ処理装置。
【請求項７】
前記信頼性判定手段は、前記判定基準である単一の閾値と単一の前記分布指数との大小比較に基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気データ処理装置。
【請求項８】
前記磁気センサをさらに備える、
請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気データ処理装置。
【請求項９】
請求項６に記載の磁気データ処理装置と、
前記磁気センサと、
前記オフセットに基づいて前記磁気データを補正する補正手段と、
補正された前記磁気データに基づいて方位を報知する方位報知手段と、
を備えるナビゲーション装置。
【請求項１０】
磁気センサから出力される磁気データを順次入力し、
複数の前記磁気データを母集団データ群として蓄積し、
前記母集団データ群の分布指数を導出し、
前記分布指数と判定基準とに基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定し、
前記母集団データ群の信頼性が合格と判定されると前記判定基準を厳格化し、前記母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると前記判定基準を緩和する、
ことを含む磁気データ処理方法。
【請求項１１】
磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、
複数の前記磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、
前記母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、
前記分布指数と判定基準とに基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、
前記母集団データ群の信頼性が合格と判定されると前記判定基準を厳格化し、前記母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると前記判定基準を緩和する判定基準設定手段と、
としてコンピュータを機能させる磁気データ処理プログラム。
【請求項１】
磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、
複数の前記磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、
前記母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、
前記分布指数と判定基準とに基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、
前記母集団データ群の信頼性が合格と判定されると前記判定基準を厳格化し、前記母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると前記判定基準を緩和する判定基準設定手段と、
を備える磁気データ処理装置。
【請求項２】
前記判定基準設定手段は、前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する度に、前記判定基準を段階的に変更する、
請求項１に記載の磁気データ処理装置。
【請求項３】
前記判定基準の設定範囲は予め限定されている、
請求項２に記載の磁気データ処理装置。
【請求項４】
前記判定基準設定手段は、前記判定基準が所定範囲に収束すると前記判定基準を固定する、
請求項２または３に記載の磁気データ処理装置。
【請求項５】
前記分布指数は前記母集団データ群の分散の関数である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気データ処理装置。
【請求項６】
信頼性について合格と判定された前記母集団データ群に基づいて前記磁気データのオフセットを導出するオフセット導出手段をさらに備える、
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気データ処理装置。
【請求項７】
前記信頼性判定手段は、前記判定基準である単一の閾値と単一の前記分布指数との大小比較に基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気データ処理装置。
【請求項８】
前記磁気センサをさらに備える、
請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気データ処理装置。
【請求項９】
請求項６に記載の磁気データ処理装置と、
前記磁気センサと、
前記オフセットに基づいて前記磁気データを補正する補正手段と、
補正された前記磁気データに基づいて方位を報知する方位報知手段と、
を備えるナビゲーション装置。
【請求項１０】
磁気センサから出力される磁気データを順次入力し、
複数の前記磁気データを母集団データ群として蓄積し、
前記母集団データ群の分布指数を導出し、
前記分布指数と判定基準とに基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定し、
前記母集団データ群の信頼性が合格と判定されると前記判定基準を厳格化し、前記母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると前記判定基準を緩和する、
ことを含む磁気データ処理方法。
【請求項１１】
磁気センサから出力される磁気データを順次入力する入力手段と、
複数の前記磁気データを母集団データ群として蓄積する蓄積手段と、
前記母集団データ群の分布指数を導出する指数導出手段と、
前記分布指数と判定基準とに基づいて前記母集団データ群の信頼性について合否を判定する信頼性判定手段と、
前記母集団データ群の信頼性が合格と判定されると前記判定基準を厳格化し、前記母集団データ群の信頼性が不合格と判定されると前記判定基準を緩和する判定基準設定手段と、
としてコンピュータを機能させる磁気データ処理プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１６２５１１（Ｐ２００９−１６２５１１Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３９４７９（Ｐ２００７−３３９４７９）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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