地磁场测量装置、偏移量确定方法及计算机可读记录介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了地磁场测量装置、偏移量确定方法及计算机可读记录介质。地磁场测量装置具有三维磁传感器和存储了从三维磁传感器依次输出的多个磁数据的存储装置。地磁场测量装置基于多个磁数据来计算指示出三维图形与球面之间的形状差异程度的变形估计值，该三维图形被定义成使得多个磁数据所分别指示的多组坐标邻近该三维图形的表面分布，并且地磁场测量装置基于变形估计值来确定三维图形的形状是否存在变形，从而在确定不存在变形的情况下对用于校正多个磁数据中的每一个的偏移量进行更新。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地磁场测量装置、用于地磁场测量装置的偏移量确定方法以及其上记录用于执行该方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
技术介绍
近些年已经开发出安装在例如移动电话的便携式装置或者例如车辆的移动体上的三维磁传感器来用于测量地磁场。通常，三维磁传感器具有三个磁传感器模块，用于将磁场矢量分解成三个方向上的分量从而测量其标量，并且三维磁传感器输出将三个磁传感器模块分别输出的标量作为三个分量的三维矢量数据。例如安装有三维磁传感器的移动电话的装置通常包含例如生成磁场的各种磁性金属和电路的部件。在此情况下，三维磁传感器输出的矢量数据将是这样的值，其包括表示 例如内部磁场之类的磁场(即安装在装置中的部件所生成的磁场)的矢量加上表示地磁场的矢量。因此，为了准确获得地磁场的值，需要校正处理从而从三维磁传感器所输出的矢量数据中去除表示内部磁场的矢量。在校正处理中，将要从三维磁传感器所输出的数据中去除的干扰值被称为偏移量，该偏移量被用来获得待测量的地磁场的准确值。内部磁场为具有相对于装置几乎恒定的方向以及具有几乎恒定幅度的磁场。在从安装在装置中的三维磁传感器看去吋，无论该装置的朝向如何改变，这种内部磁场总被表示为具有几乎恒定方向和几乎恒定幅度的矢量。另ー方面，地磁场为具有指向磁北极的水平分量以及磁倾角(仰角)方向上的垂直分量的磁场，并且为具有相对于地面几乎恒定的方向以及几乎恒定幅度的均匀磁场。因此，在装置朝向相对于地面改变的情况下，从装置看去的地磁场的方向也改变。即，在从安装在装置上的三维磁传感器看去时，地磁场被表示为随着装置朝向的变化而改变方向但幅度几乎恒定的矢量。利用地磁场和内部磁场的这些特性，可以将来自三维磁传感器的输出数据分成表示从磁传感器看去时具有几乎恒定方向和幅度的内部磁场的分量以及表示其幅度几乎恒定而其方向随着三维磁传感器朝向改变而改变的地磁场的分量。随后，可以通过从输出数据中去除作为具有表示该内部磁场的分量的偏移量的矢量来获得地磁场的准确值。日本专利申请公开2007-240270描述了通过利用从三维磁传感器输出的多个磁数据计算准确偏移量的方法。对于在例如在安装有三维磁传感器的移动电话之类的装置附近存在生成磁场的扬声器或个人计算机之类的物体的情况下，三维磁传感器不仅测量上述地磁场和内部磁场，还测量装置外部由所述物体生成的外部磁场。通常，外部磁场为根据装置外部生成外部磁场的物体与安装的装置中的三维磁传感器之间的相对位置关系等改变其方向和幅度的非均匀磁场。然而，传统上，不可能确定这种非均匀外部磁场是否存在或者这种非均匀外部磁场的存在造成影响的程度。因此，在传统方法中，不足在于，即使在存在非均匀外部磁场的环境中计算出的内部磁场的矢量具有大误差，该矢量的值仍被确定为在不存在外部磁场的环境中计算出的校正值，从而导致包括大误差的矢量值有时被用作偏移量。类似地，不足在于，对于其中提供有两个磁传感器模块的ニ维磁传感器的情况，这两个磁传感器模块将磁场矢量分解成方向彼此垂直的两个分量来测量标量，从而ニ维磁传感器输出将两个磁传感器模块的每ー个所输出的标量作为两个分量的ニ维矢量数据，此时偏移量有时会包括大误差。
技术实现思路
考虑到上述情况，本专利技术的目的在于通过根据外部磁场估计影响程度来确定所计算的偏移量值是否为不包括误差的准确值，以及确定是否采用所计算的偏移量的值。 在第一方面，本专利技术提供了一种地磁场测量装置，具有三维磁传感器，其測量三个方向的各个磁分量；存储装置，其将从三维磁传感器依次输出的多个磁数据存储为在三轴坐标系中表示的多个矢量数据；变形确定部分，其基于存储在存储装置中的多个磁数据来计算指示了三维图形与第一球面之间的形状差异程度的变形估计值，并且基于该变形估计值来确定三维图形的形状是否存在变形，将该三维图形定义成使得多个磁数据所指示的多组坐标邻近该三维图形的表面分布；以及偏移量更新部分，其在变形确定部分确定没有变形的情况下对用于校正多个磁数据的每一个的偏移量进行更新。三维磁传感器有时不仅測量待測地磁场，而且还测量相对于三维磁传感器具有几乎恒定的方向以及具有几乎恒定的幅度的磁场(内部磁场)。例如，在三维磁传感器构建在包含生成磁场的部件的装置中的情况下，该部件所生成的磁场对应于内部磁场。地磁场为具有指向磁北极的水平分量和磁倾角(仰角)方向中的垂直分量的磁场。因此，在三维磁传感器的朝向变化的情况下，三维磁传感器测量到的地磁场为幅度几乎不变而仅方向变化的磁场。在三维磁传感器测量地磁场和内部磁场的情况下,从三维磁传感器输出的多个磁数据所指示的多组坐标邻近球面(表示地磁场的球面)分布，该球面将表示内部磁场的方向和幅度的一组坐标作为中心点并且将地磁场的幅度作为半径。因此，为了计算准确的地磁场的方向，需要执行校正，即，通过将指示了代表地磁场的球面的中心点(中心点的坐标)的矢量用作偏移量，从三维磁传感器所输出的磁数据所指示的一组坐标中减去该偏移量。在生成磁场的物体靠近三维磁传感器的情况下，三维磁传感器有时测量到该物体生成的磁场(外部磁场)。在外部磁场为方向和幅度根据物体与三维磁传感器之间的相对位置关系而变化的非均匀磁场的情况下，由三维磁传感器所输出的多个磁数据所指示的多组坐标未邻近球面分布而是邻近具有不同于球面的变形形状的三维图形的表面分布。因为这样的多个磁数据所指示的坐标未邻近表示地磁场的球面分布，所以不能基于这些磁数据计算出表示地磁场的球面的中心点(偏移量)。根据本专利技术，计算变形估计值。变形估计值指示三维图形与第一球面之间的形状差别程度，其中三维图形被定义成具有由三维磁传感器输出的多个磁数据的多组坐标。在变形确定部分确定不存在变形以及三维图形的形状可以认为与第一球面相同的情况下，多个磁数据所指示的多组坐标与其邻近的球面的中心点可以被认为与表示地磁场的球面的中心点具有相同坐标。因此，表示地磁场的球面的该中心点坐标(或指示中心点的矢量)可被用作偏移量。另ー方面，在变形确定部分确定存在变形以及三维图形具有不同于第一球面的变形形状的情况下，邻近三维图形的表面分布的多个磁数据所指示的多组坐标的分布形状将为不同于球面的变形形状。在此情况下，假定ー个球面具有与其邻近的多个磁数据所指示的多组坐标，由该球面计算出的球面的中心点的坐标不能被用作偏移量。这是因为通过假定球面具有与其邻近的多个磁数据所指示的多组坐标而定义的球面的中心点原则上将与表示地磁场的球面的中心点具有不同的坐标。因此，在变形确定部分确定存在变形的情况下，需要避免将通过假定球面具有与其邻近的多个磁数据所指示的多组坐标而计算的球面的中心点的坐标作为偏移量。在本专利技术中，基于变形估计值确定三维图形的形状是否具有变形，从而确定是否能够基于多个磁数据来计算可被认为是表示地磁场的球面的中心点的中心点坐标。仅在三 维图形的形状不存在变形以及能够计算表示地磁场的球面的中心点的坐标的情况下更新偏移量。结果，可以计算准确的偏移量，并且随后可以计算准确的地磁场。本专利技术另外提供了一种在根据本专利技术的第一方面的地磁场测量装置中所使用的偏移量确定方法，并且还提供了一种在其上存储了计算机程序并且在程序加载到计算机中时使得计算机执行与该偏移量确定方法的步骤相对应的处理的计算机可读记录介质。计算机可读记录介质可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.22 JP 2011-062689;2011.06.15 JP 2011-133261.一种地磁场测量装置，包括 三维磁传感器，其測量三个方向的各个磁分量； 存储装置，其将从三维磁传感器依次输出的多个磁数据存储为在三轴坐标系中表示的多个矢量数据； 变形确定部分，其基于存储在存储装置中的多个磁数据来计算指示了三维图形与第一球面之间的形状差异程度的变形估计值，并且变形确定部分基于变形估计值来确定三维图形的形状是否存在变形，其中将该三维图形定义成使得由所述多个磁数据所指示的多组坐标邻近该三维图形的表面分布；以及 偏移量更新部分，其在变形确定部分确定没有变形的情况下对用于校正所述多个磁数据的每一个的偏移量进行更新。2.根据权利要求I所述的地磁场测量装置，进ー步包括 中心点计算部分，其基于所述多个磁数据来计算第二球面的中心点的坐标，该第二球面是通过假定由所述多个磁数据所指示的多组坐标邻近该第二球面分布而定义的。3.根据权利要求2所述的地磁场测量装置， 其中偏移量更新部分在变形确定部分确定没有变形的情况下将偏移量从旧偏移量更新到指示第二球面的中心点的ー组坐标。4.根据权利要求I到3之一所述的地磁场测量装置， 其中三维磁传感器内置于包含生成磁场的部件的装置内；并且 其中偏移量为由表示所述部件所生成的磁场分量的三维矢量数据所指示的ー组坐标，所述三维矢量数据包括在所述多个磁数据的每ー个磁数据中。5.根据权利要求4所述的地磁场测量装置，进ー步包括提示部分，其在变形确定部分确定存在变形的情况下提示用户改变所述装置的朝向而不改变所述装置的位置。6.根据权利要求I所述的地磁场测量装置， 其中变形确定部分使用三维误差来计算变形估计值，所述三维误差对应于将多个磁数据所指示的多组坐标与三维图形的表面之间的误差作为元素的矢量。7.根据权利要求6所述的地磁场测量装置， 其中所述三维误差为表示变形的分量与第一球面误差之和； 其中三维误差、表示变形的分量以及第一球面误差的每ー个都是由分别对应于所述多个磁数据的元素组成的矢量； 其中表示变形的分量的各元素为通过将第一矢量的每个元素代入以三元二次形式表示的函数而获得的值，该函数以变形估计矩阵作为系数矩阵，并且第一矢量对应于以基准点所指示的一组坐标作为开始点而以对应于每个元素的ー个磁数据所指示的一组坐标作为结束点的三维矢量；并且 其中第一球面误差的每个元素为表示所述多个磁数据的每ー个所指示的一组坐标与第一球面之间的误差的值。8.根据权利要求7所述的地磁场测量装置， 其中变形估计值是使得基于三维误差所表示的目标函数最小化时变形估计矩阵的最大特征值的绝对值。9.根据权利要求8所述的地磁场测量装置，进ー步包括中心点计算部分，其基于所述多个磁数据来计算通过假定由所述多个磁数据所指示的多组坐标邻近第二球面分布而定义的第二球面的中心点的坐标。10.根据权利要求9所述的地磁场测量装置， 其中中心点计算部分计算第二球面的中心点，从而使得第二球面误差最小化，其中第ニ球面误差对应于以所述多个磁数据所指示的多组坐标与第二球面之间的误差作为元素的矢量。11.根据权利要求10所述的地磁场测量装置， 其中变形确定部分将第二球面的中心点(XO)用作为基准点(W)。12.根据权利要求11所述的地磁场测量装置，进ー步包括 分布指示符计算部分，其计算分布指示符，该分布指示符指示出存储在存储装置中的所述多个磁数据所指示的多组坐标的分布的三维扩展程度。13.根据权利要求12所述的地磁场测量装置， 其中在分布指示符等于或大于预定幅度的情况下，中心点计算部分计算第二球面的中心点。14.根据权利要求13所述的地磁场测量装置， 其中目标函数表示三维误差的幅度，并且该目标函数将变形估计矩阵的每个分量以及由第一球面的中心点所指示的坐标的姆个分量作为变量。15.根据权利要求14所述的地磁场测量装置， 其中分布指示符为表示所述多个磁数据的方差的协方差矩阵的最小特征值。16.根据权利要求15所述的地磁场测量装置， 其中，协方差矩阵由以下的A表示； 其中，中心点计算部分计算使得以下中心点计算函数fS(x)的值最小化的X来作为第ニ球面的中心点，其中X为以三个变量作为元素的三维矢量；并且 其中，在变形估计矩阵为E时，第二球面的中心点为Xtl，并且目标函数由以X的每个元素和E的每个分量作为变量的以下fSD(E，x)表示，变形确定部分计算使得fSD(E，x)最小化时的E的最大特征值的绝对值来作为变形估计值，17.根据权利要求I所述的地磁场测量装置，进ー步包括 分布指示符计算部分，其计算分布指示符，该分布指示符指示出存储在存储装置中的所述多个磁数据所指示的多组坐标的分布的三维扩展程度。18.根据权利要求17所述的地磁场测量装置， 其中变形确定部分基于所述多个磁数据和分布指示符来计算变形估计值。19.根据权利要求18所述的地磁场测量装置，进ー步包括 中心点计算部分，其基于所述多个磁数据和分布指示符来计算通过假定所述多个磁数据所指示的多组坐标邻近第二球面分布而定义的第二球面的中心点的坐标。20.根据权利要求19所述的地磁场测量装置， 其中偏移量更新部分在变形确定部分确定没有变形的情况下将偏移量从旧偏移量更新到指示第二球面的中心点的ー组坐标。21...

【专利技术属性】
技术研发人员：半田伊吹，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：