(57)【要約】  物体方位測定システムであって、当該システムが取り付けられた物体の方位の第１推定値の精度を改善するシステムが提供され、当該システムは、物体の第１加速度を測定するための加速度計、物体の位置又は速度を提供するための推定ユニット、及び、補正信号を形成するために物体の第１加速度及び前記推定ユニットの出力を比較し、物体の方位の第２推定値を生成するために補正信号を物体の方位の第１推定値に適用する処理手段を有する。
2011503571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体方位測定システムであって、当該システムが取り付けられた物体の方位の第１推定値の精度を改善し、当該システムは、
前記物体の第１加速度を測定するための加速度計、
前記物体の位置又は速度を提供するための推定ユニット、及び、
補正信号を形成するために第１加速度及び前記推定ユニットの出力を比較し、前記物体の方位の第２推定値を生成するために前記補正信号を前記物体の方位の第１推定値に適用する処理手段、
を有するシステム。
【請求項２】
前記推定ユニットが、前記物体の位置を測定するための位置又は速度センサを有する、請求項１に記載の物体方位測定システム。
【請求項３】
前記位置又は速度センサが、全地球位置測定システム(GPS)受信機、レーザ追跡システム、視野追跡システム、容量測定又は誘導測定を行うセンサのうちの一つを含む、請求項２に記載の物体方位測定システム。
【請求項４】
前記推定ユニットが前記物体のボディモデルを含む、請求項１に記載の物体方位測定システム。
【請求項５】
前記ボディモデルが、前記物体のための一つ以上の運動方程式を含む、請求項４に記載の物体方位測定システム。
【請求項６】
前記推定ユニットが、前記物体の方位の第１推定値を用いて前記ボディモデルから前記物体の位置又は速度を推定する、請求項４又は請求項５に記載の物体方位測定システム。
【請求項７】
前記推定ユニットが前記物体の位置を提供し、前記推定ユニットが、前記物体の第２加速度を生成するために、時間に関して前記位置を二階微分するための微分ブロックをさらに有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の物体方位測定システム。
【請求項８】
前記推定ユニットが前記物体の速度を提供し、前記推定ユニットが、前記物体の第２加速度を生成するために、時間に関して前記速度を一階微分するための微分ブロックをさらに有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の物体方位測定システム。
【請求項９】
前記推定ユニットが前記物体の位置を提供し、当該システムが、前記物体の位置の推定値を生成するために、時間に関して前記物体の第１加速度を二回積分するための積分ブロックをさらに有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の物体方位測定システム。
【請求項１０】
前記推定ユニットが前記物体の速度を提供し、当該システムが、前記物体の速度の推定値を生成するために、時間に関して前記物体の第１加速度を一回積分するための積分ブロックをさらに有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の物体方位測定システム。
【請求項１１】
それぞれの測定値又は推定値を、前記物体に対して固定されていない基準系から、前記物体に対して固定されている基準系へと変換するため又はその逆の変換をするための一つ以上の変換ブロックをさらに有する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の物体方位測定システム。
【請求項１２】
前記一つ以上の変換ブロックが、前記物体の方位の第１推定値を用いて前記それぞれの測定値又は推定値を変換する、請求項１１に記載の物体方位測定システム。
【請求項１３】
前記一つ以上の変換ブロックは、前記測定値及び/又は推定値を共通の基準系に変換するように作用する、請求項１１又は請求項１２に記載の物体方位測定システム。
【請求項１４】
前記処理手段が、補正信号を形成するために、第１加速度、前記推定ユニットの出力及び重力の結果としての前記物体の加速度の値を比較する、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の物体方位測定システム。
【請求項１５】
重力の結果としての前記物体の加速度の値が、メモリユニットから前記処理手段に提供される、請求項１４に記載の物体方位測定システム。
【請求項１６】
重力の結果としての前記物体の加速度の値を、前記物体に対して固定されていない基準系から前記物体に対して固定された基準系に変換するための変換ブロックをさらに有する、請求項１４又は請求項１５に記載の物体方位測定システム。
【請求項１７】
前記物体に対して固定された基準系における磁場の強度及び/又は方向を測定するための磁力計をさらに有する、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の物体方位測定システム。
【請求項１８】
前記物体に対して固定されていない基準系における前記磁場の予め定められた強度及び/又は方向を記憶するメモリユニットをさらに有する、請求項１７に記載の物体方位測定システム。
【請求項１９】
前記測定された強度及び/若しくは方向又は前記予め定められた強度及び/若しくは方向を、共通の基準系に変換するための変換ブロックをさらに有する、請求項１８に記載の物体方位測定システム。
【請求項２０】
前記処理手段が、前記補正信号を形成する際に、前記測定された強度及び/又は方向並びに前記予め定められた強度及び/又は方向を比較する、請求項１８又は請求項１９に記載の物体方位測定システム。
【請求項２１】
前記物体の方位の推定値が、四元数又はオイラー角を用いて表される、請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の物体方位測定システム。
【請求項２２】
物体の方位の第１推定値の精度を改善する方法であって、
前記物体の第１加速度を測定し、
前記物体の位置又は速度を提供し、
補正信号を形成するために前記物体の第１加速度及び位置又は速度を比較し、
前記物体の方位の第２推定値を生成するために前記物体の方位の第１推定値に前記補正信号を適用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の方位の測定に関し、特に加速度計を用いた物体の方位の測定のための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元加速度計は、物体に取り付けられることができて、三次元で物体の加速度を測定することができる。これらの測定の一部として、加速度計は、重力によって生じる物体にかかる力を測定する。
【０００３】
重力によって生じる物体上の力の測定値を用いることにより、加速度計は、地球に対する物体の角度方位を測定する傾斜センサとして用いられることができる。
【０００４】
しかしながら、加速度計は、重力によって生じる力と非重力の「慣性」力によって生じる加速度とを区別することができないので、ほとんどの場合、測定された加速度が重力からそれていることを決定することは可能であるが、これらの測定値のみから物体の方位を決定することができない。
【０００５】
加えて、一般的に、加速度計からの測定値を積分することによって物体の位置を推定することはできない。これには３つの理由がある。第一に、重力及び「慣性」力に起因する加速度全体のそれぞれの部分は区別ができない。第二に、重力が作用する方向に対する「慣性」力が作用する方向は区別ができない。そして第三に、位置測定値に至るために加速度測定値は二回積分されなければならないが、それは実際的には、測定のドリフトに起因して正確に実行するのが不可能である。
【０００６】
物体の傾斜を測定する三次元加速度計及び地球の磁場を測定する二次元又は三次元磁力計の組み合わせを用いて、物体の方位が測定又は決定されることができることもよく知られている。
【０００７】
図1は、そのようなシステムのブロック図を示す。システム2は、それらが取り付けられる物体の加速度及びコンパス向首方向の測定値をそれぞれ提供する加速度計4及び磁力計6を有する。
【０００８】
システム2は、さらに、物体の方位Qの以前の推定値を記憶するためのレジスタ又はメモリ8を有する。方位Qは、四元数、オイラー角又は任意の他の適切な方位表現として、数学的に表されることができる。
【０００９】
第１ユニット10は、世界ベースの基準系における重力(ベクトルG)によって生じる物体にかかる加速度の予想される測定値を提供する。この予想される測定値は、物体の方位の以前の推定値Qに基づいて加速度計4から予想される測定値を計算する第１変換ユニット11に提供される。言い換えると、第１変換ユニット11は、世界ベースの基準系の重力に関連したベクトルGを、物体に対して固定される基準系に変換する。
【００１０】
同様に、第２ユニット12は、世界ベースの基準系における磁場(ベクトルM)の予想される測定値を提供する。この予想される測定値は、物体の方位の以前の推定値Qに基づいて磁力計6から予想される測定値を計算する第２変換ユニット13に提供される。今回も、第２変換ユニット13は、ベクトルMを、物体に対して固定される基準系に変換する。
【００１１】
加算器14は、加速度計4及び磁力計6からの実際の測定値と第１変換ユニット11及び第２変換ユニット13からのそれらの予想された値との間の差をそれぞれ決定する。結果として生じる誤差信号は、乗算器15に提供される。
【００１２】
推定された加速度計4及び磁力計6の信号の方位推定値に対する感度行列は、ユニット18において、推定された信号を方位推定値Qで微分することによって計算される。感度行列は、反転ブロック20において、(例えば擬似逆(pseudo inverse)をとることによって)反転される。
【００１３】
反転ブロック20の出力は、乗算器15に提供される。
乗算器15は、補正値ΔQを生成するために、反転ブロック20の出力及び加算器14からの誤差信号を組み合わせる。
【００１４】
補正値ΔQは、方位Qの新たな推定値を生成するために、アップデータ22において、方位Qの以前の推定値と組み合わせられて、新たな推定値はレジスタ又はメモリ8に記憶される。
【００１５】
方位推定値Qが四元数として表される場合、アップデータ22は、四元数乗算器として知られる乗算器である。回転行列が方位推定値Qを表すために用いられる場合、アップデータ22は、行列乗算器として知られる乗算器である。
【００１６】
そしてプロセスは反復的なループで繰り返す。
【００１７】
上で述べたように、物体の方位が変化すると(すなわち物体及び加速度計の観点から異なる方向で重力が引っ張ると)、そしてさらに物体に作用する他の非重力の結果として、加速度計4によって与えられる測定値は変化する。加速度計4は、これらの重力と「慣性」力とを区別することができない。したがって、物体の移動に起因する高周波数の加速力に対処しつつ物体の高速回転を追跡するために、三次元ジャイロスコープがシステム2に加えられる。
【００１８】
図2は、ジャイロスコープを備えるシステムを示す。ここで、方位再構成アルゴリズムは図1と実質的に同じであるが、ここでは方位推定値Qが、ジャイロスコープ24からの測定値によっても更新される点が異なる。特に、ジャイロスコープ24からの測定値は、第２アップデータ28においてアップデータ22の出力と組み合わせられる前に、角度方位Qに関する角速度測定値の正しい積分のために、第２乗算器26においてサンプリング周期dtによって乗じられる。
【００１９】
補正値ΔQは、第１アップデータ22に提供される前に、さらに第３乗算器30によって係数K(K<<1)で重み付けされる。
【００２０】
しかしながら、ジャイロスコープを用いる短所は、それらは比較的コストがかかり、扱いにくく、そして電力を消費することである。
【００２１】
したがって、物体の方位を測定するために加速度センサ及び磁力計を用いるシステムにおいては、重力とは別の力によって生じる加速度が物体に作用する場合、推定された物体の方位は不正確である。
【００２２】
例えば、水平軸のまわりで水の入ったバケツを振り回すことを考える。バケツが十分高速に振り回されるならば、水に作用する重力と慣性力との和が上向きであるとバケツが振動の頂点において反転されたときに水は落下せず、一方、バケツが振動の下端にあるとき、水に作用する重力と慣性力との和は下向きである。
【００２３】
加速度センサがバケツに配置される場合、方位再構成アルゴリズムは、測定される加速度が(常に下向きに作用する)重力に対応すると予想し、バケツを振り回すことに起因した加速力を考慮しないので(これは、図1及び2に示されるシステムのような全ての従来技術のシステムの場合である)、バケツが振動の頂点にあるとき、推定される方位Qは非常に不正確である。
【００２４】
上で述べたように、この問題を回避するために、ジャイロスコープがシステムに含まれることができる。しかしながら、ジャイロスコープはドリフトを被り、これは、ジャイロスコープ測定値の低周波数成分(直流)は信頼できないことを意味する。したがって、ジャイロスコープを含むシステムにおいて、ジャイロスコープ測定のドリフトを補償するために、図2に示されるように、加速度計及び磁力計の組み合わせを用いた低周波数フィードバックループが加えられる。
【００２５】
物体にかかる加速力が一過性である場合(例えば、バケツが数秒間のみ振動する場合)、これらの従来技術のシステムは適切に機能する。しかしながら、物体の加速が数秒間以上続く場合、ジャイロスコープのドリフト及び加速度計による補償の失敗は、方位推定値が完全に誤った方向に進む可能性があることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
したがって、加速度計を用いて物体の方位を測定又は推定するための改善された方法及びシステムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
したがって、物体方位測定システムであって、当該システムが取り付けられた物体の方位の第１推定値の精度を改善するシステムが提供され、当該システムは、物体の第１加速度を測定するための加速度計、物体の位置又は速度を提供するための推定ユニット、及び、補正信号を形成するために物体の第１加速度及び位置又は速度を比較し、物体の方位の第２推定値を生成するために補正信号を物体の方位の第１推定値に適用する処理手段を有する。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、物体の方位の第１推定値の精度を改善するための方法が提供され、当該方法は、物体の第１加速度を測定し、物体の位置又は速度を提供し、補正信号を形成するために物体の第１加速度及び位置又は速度を比較し、並びに、物体の方位の第２推定値を生成するために補正信号を物体の方位の第１推定値に適用する。
【００２９】
本発明は、以下の図面を参照して一例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】加速度計及び磁力計測定値を用いた物体の方位を推定する従来技術のシステム。
【図２】加速度計、磁力計及びジャイロスコープ測定値を用いた物体の方位を推定する従来技術のシステム。
【図３】本発明の第１の実施の形態による物体の方位を測定するシステム。
【図４】本発明の第２の実施の形態による物体の方位を測定するシステム。
【図５】本発明の第１の実施の形態による物体の方位を測定するための他のシステム。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、物体の移動に対して加速度計によって作られる測定値を補正することによって図1に示されるシステムを改善する。このようにして、加速度計によって作られる測定値のうちの重力及び非重力に起因する部分が特定されることができる。
【００３２】
ここで本発明の第１の実施の形態が図3を参照して説明される。物体方位測定システム32は、それらが取り付けられる物体の加速度及び地球磁場に対する方位の測定値をそれぞれ提供する加速度計34及び磁力計36を有する。加速度計34による物体にかかる加速度の測定値は、以下において「第１」加速度と呼ばれる。
【００３３】
システム32はさらに、物体の方位Qの以前の推定値を記憶するためのレジスタ又はメモリ38を有する。方位Qは、四元数、オイラー角又は任意の他の適切な方位表現として、数学的に表されることができる。
【００３４】
この実施例において、第１計算ユニット40は、世界ベースの(又は少なくとも非物体ベースの)基準系における重力及び非重力の結果として物体にかかる加速度の予想される測定値を提供する。したがって、図1に示されるシステムとは異なり、予想される測定値は、物体の重力及び他の加速度を考慮することによって計算される。
【００３５】
第１計算ユニット40は、物体に作用する非重力の結果としての物体の加速度を推定する推定ユニット41を有する。推定ユニット41は、物体の位置Pを測定するための位置センサ42を有する。位置センサは、例えば、全地球位置測定システム(GPS)受信機、レーザ追跡システム、視野追跡システム(vision tracking system)、容量測定又は誘導測定を行うセンサのような、任意の適切なセンサであることができる。GPS受信機は別として、これらの位置測定システムは、既知の位置を持つ基準点に対する物体の位置を測定する。
【００３６】
位置センサ42からの測定値Pは、連続する微分ブロック44及び46によって時間に関して二階微分されて、第１加算器48に提供される。したがって、微分ブロック46の出力は、物体に作用する非重力に起因する物体の加速度を表わす。物体の加速度のこの部分は、以下において「第２」加速度と呼ばれる。
【００３７】
いうまでもなく、連続する微分ブロック44及び46は、一回の演算で位置測定値Pの二階微分を計算するブロックに置き換えられることができる。
【００３８】
さらに、(おそらく位置測定値から速度を導き出すことによって、あるいは速度を直接測定することによって)物体の速度を測定し、速度測定値を一階微分することによって物体の加速度を計算することが可能であることが認識される。
【００３９】
第１計算ユニット40はさらに、世界座標(又は他の非物体ベース)基準系における重力加速度を表すベクトルGを記憶する第１メモリユニット50を含み、ベクトルGは第１加算器48に提供される。物体の加速度のこの部分は、以下において「第３」加速度と呼ばれる。
【００４０】
第１加算器48は、物体の加速度の正味の値を生成するために、ブロック46及び第１メモリユニット50の出力(第２及び第３加速度)を組み合わせる。
【００４１】
第１加算器48の出力は、物体の方位の以前の推定値Qと共に第１変換ブロック52に提供され、第１変換ブロック52は、第１加算器48の出力を物体の基準系に変換し、それによって、物体の特定の方位Qに対する加速度計34からの予想される測定値を決定する。
【００４２】
第２メモリユニット54及び第２変換ユニット56は、物体の方位の以前の推定値Q及び地球の磁場を表すベクトルMに基づいて磁力計36からの予想される測定値を計算するために設けられる。
【００４３】
第２加算器58は、第１及び第２計算ユニット40, 54それぞれからの加速度計34及び磁力計36に対して予想される測定値並びに加速度計34及び磁力計36からの実際の測定値を受け取り、実際の測定値とそれらの予想された値との間の差を決定する。この差は誤差信号であり、第１乗算器60に提供される。
【００４４】
推定された加速度計34及び磁力計36の信号の方位推定値に対する感度行列は、ユニット64において、推定された信号を方位推定値Qで微分することによって計算される。感度行列は、反転ブロック66において、(例えば擬似逆(pseudo inverse)をとることによって)反転される。
【００４５】
反転ブロック66の出力は、第１乗算器60に提供される。第１乗算器60は、補正値ΔQを生成するために、反転ブロック66の出力及び第２加算器58からの誤差信号を組み合わせる。
【００４６】
補正値ΔQは、方位Qの新たな推定値を生成するために、アップデータ68において、方位Qの以前の推定値と組み合わせられて、新たな推定値はレジスタ又はメモリ38に記憶される。
【００４７】
前述のように、方位推定値Qが四元数として表される場合、アップデータ68は、四元数乗算器として知られる乗算器である。回転行列が方位推定値Qを表すために用いられる場合、アップデータ68は、行列乗算器として知られる乗算器である。
【００４８】
そしてシステム32は、物体にかかる力に応答して物体が動くときに方位Qの推定値を更新するために、反復的なループでプロセスを繰り返す。
【００４９】
物体の位置の二階微分又は物体の速度の一階微分を用いて、予想される加速度計測定値を補正することによって、予想される測定値は非常に正確であり、結果として、物体の方位の推定値が改善される。さらに、この改善は、ジャイロスコープがシステム中に含まれる必要性を低減又は不要にさえするのに十分有意である。
【００５０】
本発明のこの実施の形態は特に、自動車、バス、電車、ボート、飛行機及びヘリコプターのような輸送のさまざまな形態において使用するのに適しており、システム34は車両が進んでいる方向を決定することができ、又は、飛行機若しくはヘリコプターにおける人工水平器を提供する。本発明はさらに、例えば人の体の部分の方位を測定するためなどの、屋内アプリケーションにも適している。
【００５１】
しかしながら、例えば、図2に示されるような追加のコンポーネント24-30を含むことによって、ジャイロスコープがシステム32に含まれる場合、方位推定値の精度は従来の技術に対してさらに改善される。
【００５２】
物体方位測定システムのいくつかのアプリケーションでは、物体の全ての移動が回転に起因することが分かっている(例えば、リハビリテーション応用における人の体の上肢及び下肢)。これは、全ての「慣性」力が物体の方位の変化によって引き起こされることを意味する。この場合には、これらの加速度は、加速度計による測定値に対して予想される値において補償されることができる。
【００５３】
この種類のアプリケーションに適した本発明の第２の実施の形態が、ここで図4を参照して説明される。
【００５４】
物体方位測定システム72は、多くの部分で図3に示されるシステム32に対応する。システム32中の要素と同じであるシステム72中の要素は同じ参照符号を与えられており、以下ではさらに説明されない。
【００５５】
システム72において、第１計算ユニット80は、世界ベースの(又は少なくとも非物体ベースの)基準系における重力及び非重力の結果としての物体の加速度の予想される測定値を提供する。第１の実施の形態のように、加速度計34の予想される測定値は、物体の重力及び他の加速度を考慮することによって計算される。しかしながら、この実施の形態では、位置センサを用いて物体の位置を測定する代わりに、物体の位置Pは、物体のボディモデル及び物体の方位の推定値Qを用いて計算される。
【００５６】
したがって、第１計算ユニット80は、物体の方位の関数として物体のための運動方程式を含むボディモデル82をそれ自身で有する推定ユニット81を有する。ボディモデルは、物体の特定の方位を特定の位置に関連づける。ボディモデル82は、物体の方位の以前の推定値Qと共に、第３変換ユニット84に提供される。
【００５７】
第３変換ユニット84は、物体の方位の以前の推定値Qを用いて(ブロック86で示される)物体の位置Pを計算する。
【００５８】
計算された位置Pは、そして連続する微分ブロック88及び90によって時間に関して二階微分されて、第１加算器92に提供される。したがって、微分ブロック90の出力は、物体に作用する非重力に起因する物体の加速度を表す。前述にように、物体の加速度のこの部分は「第２」加速度と呼ばれる。
【００５９】
今回も、連続した微分ブロック88及び90が、計算された位置Pの二階微分を一回の演算で計算するブロックに置き換えられることができることはいうまでもない。
【００６０】
第１計算ブロック80はさらに、世界座標(又は他の非物体ベース)基準系における重力に起因する物体の加速度を表すベクトルGを記憶する第１メモリユニット94を含み、ベクトルGは第１加算器92に提供される。
【００６１】
第１加算器92は、物体の加速度の正味の値を生成するために、ブロック90及び第１メモリユニット94の出力(第２及び第３加速度)を組み合わせる。
【００６２】
第１加算器92の出力は、物体の方位の以前の推定値Qと共に第１変換ブロック52に提供され、第１変換ブロック52は、第１加算器92の出力を物体の基準系に変換し、それによって、物体の特定の方位Qに対する加速度計34からの予想される測定値を決定する。
【００６３】
そしてシステム72は、図3において上で述べたように誤差信号及び補正値を計算する。
【００６４】
今回も、物体の位置の二階微分又は物体の速度の一階微分を用いて、予想される加速度計測定値を補正することによって、予想される測定値は非常に正確であり、結果として、物体の方位の推定値が改善される。
【００６５】
加えて、従来技術に対して方位推定値の精度をさらに改善するために、図2に示されるように、ジャイロスコープがシステム72に含まれることができる。
【００６６】
図示されたシステム72はさらに、複雑なボディモデルが用いられる場合でも、物体の方位測定を改善することができる。そのようなボディモデルは、関節を含む物体(例えば胸部、上腕、前腕及び手)のモデルを含むことができる。一実施例において、ボディモデル中で特定される物体の異なる部分は、物体のその部分の測定値を取得するために、それらに取り付けられるそれぞれの加速度計及び磁力計を持つことができる(例えば、個別の測定値が、上腕及び前腕のために取得されることができる)。
【００６７】
一つの実現例において、システム72は、同じ反復プロセスの間に物体の全ての部分の方位を推定することができ、これは、システム中の各々の要素が、物体の全ての部分の推定された方位及び測定値を取り扱うことができることを意味する。しかしながら、このアプローチの欠点は、感度行列の計算が、多くの関節のある物体を有する大きなボディモデルに対して多くの計算量を要することである。
【００６８】
代わりに、階層的ボディモデルが用いられることができ、このモデルでは、「親肢(parent limb)」の方位推定値が「子肢(child limb)」の測定値から独立している(例えば、腕の上腕部の方位の推定値が腕の前腕部の測定値から独立している)ことが仮定される。その場合、感度行列は、その反復の間に考慮されている物体の部分の動きによって引き起こされる加速度のみを含むはずである。
【００６９】
例えば、人の腕の上腕部及び前腕部にセンサ装置が存在し、腕全体の姿勢が決定されるべきであると仮定する。その場合、前腕のボディモデルは、以下の加速力を含むべきである:肩関節の角加速度に起因する力、肩関節の角速度に起因する遠心力、肘関節の角加速度に起因する力及び肘関節の角速度に起因する遠心力。しかしながら、感度行列は、肩に関連する力ではなく、肘関節の角加速度に起因する力及び肘関節の角速度に起因する遠心力の関数としてのQの感度のみを含むべきである。
【００７０】
いうまでもなく、図3及び4のシステムにおいて、加速度計34による測定値の予想される値を与えるために、非重力に対する補償が重力に加えられる。しかしながら、その代わりに、加速度計34によって作られる実際の測定値から補償値が減じられることができることはいうまでもない。
【００７１】
図3及び4に示されるシステムの各々は、予想された加速度計及び磁力計測定値を物体の基準系に変換するために、推定された方位Qが用いられるスキームを用いる。
【００７２】
しかしながら、推定された方位Qが、加速度計及び磁力計によって作られる実際の測定値を(物体の基準系ではなく)世界座標に変換するために用いられ、それが世界座標での予想された力及び磁場を用いて補正信号を計算するために続いて用いられるスキームを用いることも可能である。
【００７３】
図5は、これを達成するために本発明の第１の実施の形態がどのように修正されることができるかについて示す。
【００７４】
今回も、物体方位測定システム102は、多くの部分において図3に示されるシステム32に対応する。システム32中の要素と同じであるシステム102中の要素は同じ参照符号を与えられており、以下ではさらに説明されない。
【００７５】
したがって、システム102において、加速度計34の予想される測定値は、位置センサ42によって測定される位置の二階微分及びメモリ50に記憶されるベクトルGを用いて計算される。(世界座標基準系の)この予想された測定値は、感度行列62及び第２加算器58へ直接提供される。
【００７６】
同様に、メモリ104に記憶される(世界座標基準系の)ベクトルMによって表される磁力計の予想される測定値も、感度行列62及び第２加算器58へ直接提供される。
【００７７】
この実施例において、加速度計34及び磁力計36によって作られる(物体の基準系で測定される)測定値は、方位の以前の推定値Qを用いる第１及び第２変換ユニット106及び108によってそれぞれ世界座標基準系に変換される。
【００７８】
本発明の第２の実施の形態は、必要に応じて同様の態様で修正されることができる。
【００７９】
本発明に対する更なる変更は、(位置センサ、ボディモデルなどから導き出される)位置測定値から非重力の結果として推定される加速度を計算すること、及び、補正信号を形成するためにこの推定された加速度を用いることを含むことができる。位置測定値を二度微分する代わりに、ここでは、第１メモリユニットからのGの値及び加速度計からの測定値を二回積分することが必要である。
【００８０】
本発明が主としてハードウェアに関して記載されたが、システムの一つ以上のコンポーネントがソフトウェアで容易に実装されることができることはいうまでもない。
【００８１】
したがって、加速度計を用いて物体の方位を決定するためのシステム及び方法が記載される。
【００８２】
本発明が図面及び上記の説明において図示されて詳細に説明されたが、そのような図示及び説明は、図示又は例示であると考えられ、制限的ではない。本発明は、開示された実施の形態に制限されない。
【００８３】
請求された発明を実施する際に、図面の検討から、開示から、そして添付の請求の範囲から、開示された実施の形態に対する他のバリエーションが、当業者によって理解されて成し遂げられることができる。請求の範囲において、「有する」は、他の要素又はステップを除外せず、単数形は複数を除外しない。単一のユニット又は装置が、請求項中に列挙されるいくつかのアイテムの機能を成し遂げることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項中に挙げられるからといって、そのような手段の組み合わせを利用できないわけではない。請求項中の任意の参照符号は範囲を制限するものとして解釈されてはならない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に若しくはその一部として供給される光学記憶メディア又は固体メディアのような適切なメディア上で保存/配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してのような他の形態で配布されることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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