(57)【要約】【課題】簡易かつ高精度な方位測定をおこなうこと。【解決手段】方位測定装置１００は、水平面２１０上の磁北を示すＸ軸、水平面２１０においてＸ軸に直交するＹ軸、および水平面２１０に直交するＺ軸からなる３次元空間における装置本体１２０の方位を測定する。方位測定装置１００は、装置本体１２０が指し示す方向となるｘ軸と水平面２１０とのなすｘ軸傾斜角βｇと、ｘ軸に直交するｙ軸と水平面２１０とのなすｙ軸傾斜角αｇとを検出する傾斜角検出部３０２と、ｘ軸およびｙ軸が水平面２１０上の軸となるように変換する変換部３３１と、Ｘ軸と変換部３３１によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角θ１を算出する１次方位角算出部３３２と、ｘ軸傾斜角βｇおよびｙ軸傾斜角αｇと１次方位角θ１とに基づいて、変換部３３１による変換がおこなわれたことによって１次方位角θ１に含まれた方位誤差角Δθを抽出する方位誤差角抽出部３３３とを備える。【選択図】        図３
2004309461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面上の磁北を示すＸ軸、前記水平面においてＸ軸に直交するＹ軸、および前記水平面に直交するＺ軸からなる３次元空間における装置本体の方位を測定する方位測定装置であって、
前記装置本体が指し示す方向をｘ軸とした場合に、当該ｘ軸と前記水平面とのなすｘ軸傾斜角と、前記ｘ軸に直交するｙ軸と前記水平面とのなすｙ軸傾斜角とを検出する傾斜角検出手段と、
前記傾斜角検出手段によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角を用いて、前記ｘ軸および前記ｙ軸が前記水平面上の軸となるように変換する変換手段と、
前記磁北を示すＸ軸と前記変換手段によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角を算出する１次方位角算出手段と、
前記傾斜角検出手段によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角と、前記１次方位角算出手段によって算出された１次方位角と、に基づいて、前記変換手段による変換がおこなわれたことによって前記１次方位角に含まれた方位誤差角を抽出する方位誤差角抽出手段と、
を備えることを特徴とする方位測定装置。
【請求項２】
前記方位誤差角は、
前記傾斜角検出手段によって検出された各傾斜角の方向および大きさに基づく一定量の第１の誤差角を含むことを特徴とする請求項１に記載の方位測定装置。
【請求項３】
前記方位誤差角は、
前記１次方位角算出手段によって算出された１次方位角の値にしたがって前記第１の誤差角が変動する変動量をあらわす第２の誤差角を含むことを特徴とする請求項２に記載の方位測定装置。
【請求項４】
前記１次方位角算出手段によって算出された１次方位角と、前記方位誤差角抽出手段によって抽出された方位誤差角と、に基づいて、前記装置本体の方位をあらわす２次方位角を算出する２次方位角算出手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方位測定装置。
【請求項５】
現在位置における偏角の入力を受け付ける偏角入力手段を備え、
前記２次方位角算出手段は、
さらに、前記偏角入力手段によって入力された偏角に基づいて、前記装置本体の方位をあらわす２次方位角を算出することを特徴とする請求項４に記載の方位測定装置。
【請求項６】
前記ｘ軸の方向、前記ｙ軸の方向、または、前記ｘ軸および前記ｙ軸に直交するｚ軸の方向のうち、いずれか一つの軸（以下、「第１軸」という）の方向の地磁気量を検出する第１軸地磁気量検出手段と、
前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸の方向のうち、前記第１軸以外の軸（以下、「第２軸」という）の方向の地磁気量を検出する第２軸地磁気量検出手段と、
前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸の各地磁気量が合成された現在位置における合成地磁気量の入力を受け付ける合成地磁気量入力手段と、
前記合成地磁気量入力手段によって入力された現在位置における合成地磁気量と、前記第１軸および第２軸地磁気量検出手段によって検出された前記第１軸および第２軸の方向の地磁気量とに基づいて、前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸の軸方向のうち、前記第１軸および第２軸以外の軸（以下、「第３軸」という）方向の地磁気量を算出する地磁気量算出手段と、
前記第１軸〜第３軸方向の地磁気量に基づいて、前記磁北を示すＸ軸と前記変換手段によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方位測定装置。
【請求項７】
水平面上の磁北を示すＸ軸、前記水平面においてＸ軸に直交するＹ軸、および前記水平面に直交するＺ軸からなる３次元空間における装置本体の方位を測定する方位測定方法であって、
前記装置本体が指し示す方向をｘ軸とした場合に、当該ｘ軸と前記水平面とのなすｘ軸傾斜角と、前記ｘ軸に直交するｙ軸と前記水平面とのなすｙ軸傾斜角とを検出する傾斜角検出工程と、
前記傾斜角検出工程によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角を用いて、前記ｘ軸および前記ｙ軸が前記水平面上の軸となるように変換する変換工程と、
前記磁北を示すＸ軸と前記変換工程によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角を算出する１次方位角算出工程と、
前記傾斜角検出工程によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角と、前記１次方位角算出工程によって算出された１次方位角と、に基づいて、前記変換工程による変換がおこなわれたことによって前記１次方位角に含まれた方位誤差角を抽出する方位誤差角抽出工程と、
を含むことを特徴とする方位測定方法。
【請求項８】
前記方位誤差角は、
前記傾斜角検出工程によって検出された各傾斜角の方向および大きさに基づく一定量の第１の誤差角を含むことを特徴とする請求項７に記載の方位測定方法。
【請求項９】
前記方位誤差角は、
前記１次方位角算出工程によって算出された１次方位角の値にしたがって前記第１の誤差角が変動する変動量をあらわす第２の誤差角を含むことを特徴とする請求項８に記載の方位測定方法。
【請求項１０】
前記１次方位角算出工程によって算出された１次方位角と、前記方位誤差角抽出工程によって抽出された方位誤差角と、に基づいて、前記装置本体の方位をあらわす２次方位角を算出する２次方位角算出工程を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の方位測定方法。
【請求項１１】
現在位置における偏角を入力する偏角入力工程を含み、
前記２次方位角算出工程は、
さらに、前記偏角入力工程によって入力された偏角に基づいて、前記装置本体の方位をあらわす２次方位角を算出することを特徴とする請求項１０に記載の方位測定方法。
【請求項１２】
前記ｘ軸の方向、前記ｙ軸の方向、または、前記ｘ軸および前記ｙ軸に直交するｚ軸の方向のうち、いずれか一つの軸（以下、「第１軸」という）の方向の地磁気量を検出する第１軸地磁気量検出工程と、
前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸の方向のうち、前記第１軸以外の軸（以下、「第２軸」という）の方向の地磁気量を検出する第２軸地磁気量検出工程と、
前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸の各地磁気量が合成された現在位置における合成地磁気量を入力する合成地磁気量入力工程と、
前記合成地磁気量入力工程によって入力された現在位置における合成地磁気量と、前記第１軸および第２軸地磁気量検出工程によって検出された前記第１軸および第２軸の方向の地磁気量とに基づいて、前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸の軸方向のうち、前記第１軸および第２軸以外の軸（以下、「第３軸」という）方向の地磁気量を算出する地磁気量算出工程と、
前記第１軸〜第３軸方向の地磁気量に基づいて、前記磁北を示すＸ軸と前記変換工程によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角を算出することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の方位測定方法。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか一つに記載の方位測定方法を、コンピュータに実行させることを特徴とする方位測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水平面上の磁北を示すＸ軸、水平面においてＸ軸に直交するＹ軸、および水平面に直交するＺ軸からなる３次元空間における装置本体の方位を測定する方位測定装置、方位測定方法、および方位測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子方位計と呼ばれる方位測定装置は、複数の磁気センサを用いてそれぞれの地磁気量を検出し、その検出結果から、観察したい方向すなわち観測軸の方位を算出する装置である。この方位測定装置の応用分野としては、携帯電話、ＰＤＡまたは腕時計といった携帯情報端末、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出装置、視覚障害者向けの方位測定装置、ゲーム機といったものまで知られている。
【０００３】
特に、近年、携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者の携帯情報端末の現在位置情報が分かるため、利用者が、携帯情報端末の表示画面に表示される地図上における利用者の現在位置を認識することができる。さらに、上述のように、携帯情報端末に方位測定装置を組み合わせることにより、利用者が今どの方角を向いているのか、或いはどの方角に向かおうとしているのかを認識することができる。この現在位置情報と方位測定装置に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出し、また利用者に有益な情報を与えることができる。これに伴い、各種電子機器に搭載される方位測定装置には、現状より精度の高いものが求められる状況にある。
【０００４】
しかし、方位測定装置が水平面から傾斜した場合には正確に方位角を測定できないという問題があった。具体的には、方位測定装置の利用者は、様々な使用方法や持ち方をすることが想定され、方位測定装置に備えられている磁気センサが、水平面に対して傾斜した状態で使用することも十分に考えられる。この場合、磁気センサの出力は、観測軸が同じ方位角を示していても傾斜角によって出力が変化するため、算出される方位角には誤差が発生してしまうという問題があった。
【０００５】
また、ｘ軸およびｘ軸に直交するｙ軸からなる２軸の磁気センサを用いた場合、ｘ軸およびｙ軸が水平面上に対してある傾斜角分傾斜している状態で鉛直軸周りに回転させると、２軸の磁気センサの出力は単純なｓｉｎ波形、ｃｏｓ波形ではあらわすことができず、傾斜角によって伏角などの要素に依存した複雑な波形を示す。したがって、方位角θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（ｙ／ｘ））は、多くの誤差を含んだ計算式となり、算出される方位角には誤差が発生してしまうという問題があった。
【０００６】
この問題点に対して、傾斜に対する補正を自動的におこなうことができる全方位磁気センサが公開されている（例えば、下記特許文献１参照。）。この全方位磁気センサでは、以下の処理手順によって正確な方位を算出できる。図１０は、従来技術の処理手順を示すフローチャートである。図１０において、まず、磁気センサから３次元磁気ベクトルを検出する（ステップＳ１００１）。つぎに、傾斜センサから装置本体のピッチ角およびロール角を検出する（ステップＳ１００２）。そして、磁気センサからの３次元磁気ベクトルを、傾斜センサから検出されたピッチ角およびロール角に基づいて２回回転座標変換し、水平磁界成分の磁気ベクトルを算出する（ステップＳ１００３）。さらに、水平磁界成分の磁気ベクトルから方位角を算出する（ステップＳ１００４）。
【０００７】
この全方位磁気センサでは、より具体的には、回転行列式を利用して地磁気ベクトルを水平磁界成分に戻すという方法を採用している。この回転行列は、水平面上の磁北を示すＸ軸、水平面においてＸ軸に直交するＹ軸、および水平面に直交するＺ軸からなる絶対座標系において、装置本体をＸ軸回りに回転させる回転行列と、装置本体をＹ軸回りに回転させる回転行列との積を用いている。なお、センサ本体が指し示す方向をｘ軸、ｘ軸に直交するｙ軸、ｘ軸およびｘｙ平面に直交するｚ軸からなる座標系を、観測座標系と呼ぶ。この場合の回転軸としては、絶対座標系を用いた場合に相当する。したがって、Ｘ軸回りの回転行列の役割は、ｙ軸を水平面に移動させることであり、Ｙ軸回りの回転行列の役割は、ｘ軸を水平面に移動させることである。
【０００８】
ここで、具体的に数式を用いて従来技術の方位測定について更に詳細に説明する。ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなる観測座標系は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる絶対座標系をＺ軸回りにθ、Ｙ軸反時計回りにβ、Ｘ軸反時計回りにα回転させた座標系である。ｘ軸は観測軸である。また、Ｚ軸回りの回転行列をＺｒ、Ｙ軸回りの回転行列をＹｒ、Ｘ軸回り回転行列をＸｒとする。
【０００９】
観測座標系における地磁気の方位ベクトル（ｘH、ｙH、ｚH）は、絶対座標系における地磁気の方位ベクトル（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、回転行列Ｚｒ、ＹｒおよびＸｒの逆行列によって変換した形であらわすことができる。ここで、水平面における方位角θの各軸方向の出力値を（ｘh、ｙh、ｚh）とすると、Ｚｒの回転行列と絶対座標系での地磁気の方位ベクトルとの積により、観測座標系における地磁気の方位ベクトル（ｘH、ｙH、ｚH）は、下記の式（１）によって表現することができる。
【数１】
2004309461.tif 000003
【００１０】
この式（１）を下記式（２）に変形することによって、この水平面における方位角θにおける各軸方向の出力値（ｘh、ｙh、ｚh）を、観測座標系における地磁気の方位ベクトル（ｘH、ｙH、ｚH）を用いた式に変換することができる。なお、式（２）中、αの符号が逆転しているのは、反時計回りの回転行列を基準にしているため、傾斜角の出力値と回転方向が逆になるからである。
【数２】
2004309461.tif 000004
【００１１】
上記式（２）から、観測座標系を水平に変換した場合の各軸方向の出力値（ｘh、ｙh、ｚh）を得ることができる。水平方向の出力値が分かれば、下記式（３）およびｘh、ｙhの符号に応じた条件分岐から、方位角θを求めることができる。
【数３】
2004309461.tif 000005
【００１２】
また、算出した磁方位に対して偏角値を補正して真方位を算出する方位測定装置が開示されている（例えば、下記特許文献２参照。）。地図上の北となる真北と、磁針の示す北となる磁北とは、若干のズレが生じている。日本では、すべての地域が西偏となっているため、磁針は真北から若干西寄りを指し示す。この方位測定装置によれば、算出された磁方位を、偏角値を用いて補正することにより、真北と磁北との誤差を修正することができる。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１９６０５５号公報  （第５頁、数２）
【特許文献２】特許第３００８８１３号公報  （第１０頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した従来技術においては、装置本体が水平状態から傾斜した場合には方位角の測定誤差が発生し、さらに傾斜角が大きくなるほど誤差も大きくなってしまうという問題があった。より具体的には、ｘ軸およびｙ軸を水平面に変換する処理、すなわちＸ軸回りにロール角分逆回りに回転させ、Ｙ軸回りにピッチ角分逆回りに回転させると、厳密には水平面に変換できないという問題があった。その理由は、ｘ軸およびｙ軸と水平面とのなす傾斜角（ピッチ角およびロール角）をそのまま回転行列式に利用できないという点にある。
【００１５】
すなわち、ｙ軸を水平にするためにＸ軸回りのロール角αｇ分逆回りに回転させると、ｙ軸は水平面に移動されるが、ｘ軸もｙ軸の移動に追従して移動してしまう。すると、ｘ軸と水平面とのなす角はピッチ角βｇと一致しなくなってズレが生じるため、Ｙ軸回りにピッチ角分逆回りに回転をおこなっても、ｘ軸を水平面に移動させることができないという問題があった。さらに、水平面に移動されたｙ軸も、ｘ軸回りの回転により水平面から移動して、ズレてしまうという問題があった。このように、上述した従来技術の構成では、傾斜角の条件によっては地磁気ベクトルが水平面に戻らないため、その分の誤差を含んだ方位角を算出してしまい、精度上問題があった。
【００１６】
また、上述した従来技術では、Ｘ軸回りおよびＹ軸回りの回転よりも先にＺ軸回りの回転θをおこなっているため、観測座標系の観測軸（ｘ軸）が示す方位角と、このｘ軸を水平面に回転移動させたときに示す方位角とは、ずれを生じる場合がある。したがって、上述した従来技術の構成では、ロール角αｇとピッチ角βｇの条件によっては、地磁気ベクトルが水平面に一致しないため、その分の誤差を含んだ結果となる。
【００１７】
さらに、観測座標系を構成するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の軸回りに回転させることにより、方位角を算出することも考えられる。しかしながら、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸自体を算出することは、回転行列内の要素が複雑化するため、方位角を算出することが困難であるという問題があった。
【００１８】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡易かつ高精度な方位測定をおこなうことができる方位測定装置、方位測定方法、および方位測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる方位測定装置は、水平面上の磁北を示すＸ軸、前記水平面においてＸ軸に直交するＹ軸、および前記水平面に直交するＺ軸からなる３次元空間における装置本体の方位を測定する方位測定装置であって、前記装置本体が指し示す方向をｘ軸とした場合に当該ｘ軸と前記水平面とのなすｘ軸傾斜角と、前記ｘ軸に直交するｙ軸と前記水平面とのなすｙ軸傾斜角とを検出する傾斜角検出手段と、前記傾斜角検出手段によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角を用いて、前記ｘ軸および前記ｙ軸が前記水平面上の軸となるように変換する変換手段と、前記磁北を示すＸ軸と前記変換手段によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角を算出する１次方位角算出手段と、前記傾斜角検出手段によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角と、前記１次方位角算出手段によって算出された１次方位角と、に基づいて、前記変換手段による変換がおこなわれたことによって前記１次方位角に含まれた方位誤差角を抽出する方位誤差角抽出手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２の発明にかかる方位測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記方位誤差角は、前記傾斜角検出手段によって検出された各傾斜角の方向および大きさに基づく一定量の第１の誤差角を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３の発明にかかる方位測定装置は、請求項２に記載の発明において、前記方位誤差角は、前記１次方位角算出手段によって算出された１次方位角の値にしたがって前記第１の誤差角が変動する変動量をあらわす第２の誤差角を含むことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項４の発明にかかる方位測定装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記１次方位角算出手段によって算出された１次方位角と、前記方位誤差角抽出手段によって抽出された方位誤差角と、に基づいて、前記装置本体の方位をあらわす２次方位角を算出する２次方位角算出手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５の発明にかかる方位測定装置は、請求項４に記載の発明において、現在位置における偏角の入力を受け付ける偏角入力手段を備え、前記２次方位角算出手段は、さらに、前記偏角入力手段によって入力された偏角に基づいて、前記装置本体の方位をあらわす２次方位角を算出することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項６の発明にかかる方位測定装置は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記ｘ軸の方向、前記ｙ軸の方向、または、前記ｘ軸および前記ｙ軸に直交するｚ軸の方向のうち、いずれか一つの軸（以下、「第１軸」という）の方向の地磁気量を検出する第１軸地磁気量検出手段と、前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸の方向のうち、前記第１軸以外の軸（以下、「第２軸」という）の方向の地磁気量を検出する第２軸地磁気量検出手段と、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸の各地磁気量が合成された現在位置における合成地磁気量の入力を受け付ける合成地磁気量入力手段と、前記合成地磁気量入力手段によって入力された現在位置における合成地磁気量と、前記第１軸および第２軸地磁気量検出手段によって検出された前記第１軸および第２軸の方向の地磁気量とに基づいて、前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸の軸方向のうち、前記第１軸および第２軸以外の軸（以下、「第３軸」という）方向の地磁気量を算出する地磁気量算出手段と、前記第１軸〜第３軸方向の地磁気量に基づいて、前記磁北を示すＸ軸と前記変換手段によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角を算出することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項７の発明にかかる方位測定方法は、水平面上の磁北を示すＸ軸、前記水平面においてＸ軸に直交するＹ軸、および前記水平面に直交するＺ軸からなる３次元空間における装置本体の方位を測定する方位測定方法であって、前記装置本体が指し示す方向をｘ軸とした場合に当該ｘ軸と前記水平面とのなすｘ軸傾斜角と、前記ｘ軸に直交するｙ軸と前記水平面とのなすｙ軸傾斜角とを検出する傾斜角検出工程と、前記傾斜角検出工程によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角を用いて、前記ｘ軸および前記ｙ軸が前記水平面上の軸となるように変換する変換工程と、前記磁北を示すＸ軸と前記変換工程によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角を算出する１次方位角算出工程と、前記傾斜角検出工程によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角と、前記１次方位角算出工程によって算出された１次方位角と、に基づいて、前記変換工程による変換がおこなわれたことによって前記１次方位角に含まれた方位誤差角を抽出する方位誤差角抽出工程と、を含むことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項８の発明にかかる方位測定方法は、請求項７に記載の発明において、前記方位誤差角は、前記傾斜角検出工程によって検出された各傾斜角の方向および大きさに基づく一定量の第１の誤差角を含むことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項９の発明にかかる方位測定方法は、請求項８に記載の発明において、前記方位誤差角は、前記１次方位角算出工程によって算出された１次方位角の値にしたがって前記第１の誤差角が変動する変動量をあらわす第２の誤差角を含むことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１０の発明にかかる方位測定方法は、請求項７〜９のいずれか一つに記載の発明において、前記１次方位角算出工程によって算出された１次方位角と、前記方位誤差角抽出工程によって抽出された方位誤差角と、に基づいて、前記装置本体の方位をあらわす２次方位角を算出する２次方位角算出工程を含むことを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１１の発明にかかる方位測定方法は、請求項１０に記載の発明において、現在位置における偏角を入力する偏角入力工程を含み、前記２次方位角算出工程は、さらに、前記偏角入力工程によって入力された偏角に基づいて、前記装置本体の方位をあらわす２次方位角を算出することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１２の発明にかかる方位測定方法は、請求項７〜１１のいずれか一つに記載の発明において、前記ｘ軸の方向、前記ｙ軸の方向、または、前記ｘ軸および前記ｙ軸に直交するｚ軸の方向のうち、いずれか一つの軸（以下、「第１軸」という）の方向の地磁気量を検出する第１軸地磁気量検出工程と、前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸の方向のうち、前記第１軸以外の軸（以下、「第２軸」という）の方向の地磁気量を検出する第２軸地磁気量検出工程と、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸の各地磁気量が合成された現在位置における合成地磁気量を入力する合成地磁気量入力工程と、前記合成地磁気量入力工程によって入力された現在位置における合成地磁気量と、前記第１軸および第２軸地磁気量検出工程によって検出された前記第１軸および第２軸の方向の地磁気量とに基づいて、前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸の軸方向のうち、前記第１軸および第２軸以外の軸（以下、「第３軸」という）方向の地磁気量を算出する地磁気量算出工程と、前記第１軸〜第３軸方向の地磁気量に基づいて、前記磁北を示すＸ軸と前記変換工程によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角を算出することを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１３の発明にかかる方位測定プログラムは、請求項７〜１２のいずれか一つに記載の方位測定方法を、コンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明にかかる方位測定装置、方位測定方法、および方位測定プログラムによれば、装置本体が指し示す方向となるｘ軸を水平面上の軸に変換することによって１次方位角に含まれる方位誤差角の値が、装置本体のロール角およびピッチ角の組み合わせによって変動しても、１次方位角ごとに、装置本体のロール角およびピッチ角に対応した方位誤差角を抽出することができ、１次方位角および抽出した方位誤差角によって真の方位角となる２次方位角を算出することができる。したがって、装置本体が傾斜した状態でも、簡単な演算によって簡易かつ高精度な方位測定をおこなうことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる方位測定装置、方位測定方法、および方位測定プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。また、この実施の形態において、水平面上の磁北を示すＸ（アルファベット大文字）軸、水平面においてＸ軸に直交するＹ（アルファベット大文字）軸、および水平面に直交するＺ（アルファベット大文字）軸からなる座標系を絶対座標と呼ぶ。また、装置本体が指し示す方向をｘ（アルファベット小文字）軸、ｘ軸に直交する軸をｙ（アルファベット小文字）軸、ｘ軸およびｙ軸に直交する軸をｚ（アルファベット小文字）軸と呼ぶ。さらに、ｘ軸はＸ軸に、ｙ軸はＹ軸に、ｚ軸はＺ軸に対応するものとする。
【００３４】
（実施の形態）
（方位測定装置のハードウェア構成）
まず、この発明の実施の形態にかかる方位測定装置のハードウェア構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる方位測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図１において、方位測定装置１００は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１０４と、ＨＤ（ハードディスク）１０５と、ディスプレイ１０６と、Ｉ／Ｆ（インターフェース）１０７と、入力キー１０８と、Ａ／Ｄ変換器１０９と、ｘ軸磁気センサ１１０と、ｙ軸磁気センサ１１１と、ｚ軸磁気センサ１１２と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）レシーバ１１３と、Ａ／Ｄ変換器１１４と、ｘ軸傾斜センサ１１５と、ｙ軸傾斜センサ１１６と、ｚ軸傾斜センサ１１７と、を備えている。また、各構成部は、バス１１８によってそれぞれ接続されている。
【００３５】
ここで、ＣＰＵ１０１は、方位測定装置１００の全体の制御を司る。ＲＯＭ１０２は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ１０４は、ＣＰＵ１０１の制御にしたがってＨＤ１０５に対するデータのリード／ライトを制御する。ＨＤ１０５は、ＨＤＤ１０４の制御で書き込まれたデータを記憶する。
【００３６】
ディスプレイ１０６は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などのデータを表示する。このディスプレイ１０６は、たとえば、ＣＲＴ、ＴＦＴ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等を採用することができる。
【００３７】
Ｉ／Ｆ１０７は、通信回線を通じてインターネットなどのネットワークに接続され、このネットワークを介して他の装置に接続される。そして、Ｉ／Ｆ１０７は、ネットワークと内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する。Ｉ／Ｆ１０７には、たとえばモデムやＬＡＮアダプタなどを採用することができる。入力キー１０８は、文字、数字、各種指示などの入力のためのキーを備え、データの入力をおこなう。また、タッチパネル式の入力パッドやテンキーなどであってもよい。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換器１０９は、ｘ軸磁気センサ１１０、ｙ軸磁気センサ１１１、およびｚ軸磁気センサ１１２の検出出力をデジタル信号に変換する。ｘ軸磁気センサ１１０は、装置本体が方位を指し示す方向となるｘ軸に配置され、ｘ軸方向の地球の磁気、たとえば、磁束、磁束密度、または磁界を検出する。同様に、ｙ軸磁気センサ１１１は、ｘ軸に直交するｙ軸に配置され、ｙ軸方向の磁気を検出する。ｚ軸磁気センサは、ｘ軸およびｙ軸に直交するｚ軸に配置され、ｚ軸方向の磁気を検出する。ｘ軸磁気センサ１１０、ｙ軸磁気センサ１１１、およびｚ軸磁気センサ１１２の検出出力は、電気信号としてＡ／Ｄ変換器１０９に出力する。
【００３９】
ＧＰＳレシーバ１１３は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、ＧＰＳ衛星との幾何学的位置を求めるものであり、地球上どこでも計測可能である。電波としては、１，５７５．４２ＭＨｚの搬送波で、Ｃ／Ａ（Ｃｏａｒｓｅ  ａｎｄ  Ａｃｃｅｓｓ）コードおよび航法メッセージが乗っているＬ１電波を用いておこなわれる。Ｃ／Ａコードはビット率１．０２３Ｍｂｐｓで、コードの長さは１０２３ｂｉｔ＝１ｍｓである。また、航法メッセージはビット率５０ｂｐｓで、コードの長さは、サブフレームが３００ｂｉｔ＝６ｓであり、メインフレームが１５００ｂｉｔ＝３０ｓであり、５サブフレームが１メインフレームであり、２５メインフレームが１マスターフレームである。すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波を受信してＧＰＳ測位データを出力する。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器１１４は、ｘ軸傾斜センサ１１５、ｙ軸傾斜センサ１１６、およびｚ軸傾斜センサ１１７の検出出力をデジタル信号に変換する。ｘ軸傾斜センサ１１５、ｙ軸傾斜センサ１１６、およびｚ軸傾斜センサ１１７は、各軸の傾斜量を検出するものであり、具体的には、加速度センサによって構成される。ｘ軸傾斜センサ１１５は、ｘ軸に配置され、水平面に対するｘ軸方向の傾斜量を出力する。ｙ軸傾斜センサ１１６は、ｙ軸に配置され、水平面に対するｙ軸方向の傾斜量を出力する。ｚ軸傾斜センサ１１７は、ｙ軸に配置され、ｚ軸方向の傾斜量を出力する。
【００４１】
つぎに、図１に示した方位測定装置１００が配置されている絶対座標系について説明する。図２は、図１に示した方位測定装置１００が配置されている絶対座標系を示す説明図である。図２において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸によって形成される３次元空間（球体）２００は、絶対座標系を構成する。方位測定装置１００の装置本体１２０は原点Ｏに位置している。装置本体１２０の長手方向は、上述したｘ軸となる。このｘ軸を水平面２１０に移動させたときの軸とＸ軸とのなす角が方位角θとなる。また、水平面２１０とｘ軸とのなす傾斜角（ｘ軸傾斜角）はピッチ角βｇとよばれ、装置本体１２０をｙ軸回りに回転させて水平面２１０に移動させたときの角度となる。さらに、水平面２１０とｙ軸とのなす傾斜角（ｙ軸傾斜角）はロール角αｇと呼ばれ、装置本体１２０をｘ軸回りに回転させて水平面２１０に移動させたときの角度となる。
【００４２】
また、ベクトル２０１は、図１に示したｘ軸磁気センサ１１０によって検出されたｘ軸方向の地磁気ベクトルをあらわしている。同様に、ベクトル２０２は、図１に示したｙ軸磁気センサ１１１によって検出されたｙ軸方向の地磁気ベクトルをあらわしている。また、ベクトル２０３は、図１に示したｚ軸磁気センサ１１２によって検出されたｚ軸方向の地磁気ベクトルをあらわしている。各ベクトル２０１〜２０３の長さは、それぞれ各方向の地磁気量をあらわしている。
【００４３】
さらに、ベクトル２０４は、地磁気ベクトルをあらわしており、ベクトル２０１〜２０３の合成ベクトルとなる。また、地磁気ベクトルと水平面２１０とのなす角は装置本体１２０の現在位置における伏角Ｉである。したがって、絶対座標系における地磁気ベクトル２０４の座標は、地磁気ベクトルの大きさ（合成地磁気量Ｆ）をＳｈとすると、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ｓｈ・ｃｏｓθ，０，Ｓｈ・ｓｉｎθ）となる。また、ベクトル２０１〜２０４およびこれらの地磁気量の関係を以下に示す。
【００４４】
【数４】
2004309461.tif 000006
【００４５】
また、上述したピッチ角βｇ（ｘ軸傾斜角）およびロール角αｇ（ｙ軸傾斜角）は、図１に示したｘ軸傾斜センサ１１５およびｙ軸傾斜センサ１１６によって検出される。また、ｘ軸傾斜センサ１１５、ｙ軸傾斜センサ１１６、およびｚ軸傾斜センサ１１７から検出されたベクトル（不図示）およびこれらの傾斜量との関係を以下に示す。
【数５】
2004309461.tif 000007
【００４６】
（方位測定装置の機能的構成）
つぎに、この発明の実施の形態にかかる方位測定装置１００の機能的構成について説明する。図３は、この発明の実施の形態にかかる方位測定装置１００の機能的構成を示すブロック図である。図３において、方位測定装置１００は、地磁気量検出部３０１と、傾斜角検出部３０２と、方位角算出部３０３と、から構成されている。
【００４７】
地磁気量検出部３０１は、ｘ軸方向地磁気量検出部３１１と、ｙ軸方向地磁気量検出部３１２と、ｚ軸方向地磁気量検出部３１３と、合成地磁気量入力部３１４と、地磁気量算出部３１５と、から構成されている。ｘ軸方向地磁気量検出部３１１は、ｘ軸方向の地磁気量を検出する。具体的には、図１に示したｘ軸磁気センサ１１０の出力からｘ軸方向の地磁気量を検出し、合成地磁気量Ｆの出力値Ｓｈによって規格化する。
【００４８】
また、ｙ軸方向地磁気量検出部３１２は、ｙ軸方向の地磁気量を検出する。具体的には、図１に示したｙ軸磁気センサ１１１の出力からｙ軸方向の地磁気量を検出し、合成地磁気量Ｆの出力値Ｓｈによって規格化する。さらに、ｚ軸方向地磁気量検出部３１３は、ｚ軸方向の地磁気量を検出する。具体的には、図１に示したｚ軸磁気センサ１１２からの出力からｚ軸方向の地磁気量を検出し、合成地磁気量Ｆの出力値Ｓｈによって規格化する。
【００４９】
合成地磁気量入力部３１４は、装置本体１２０の現在位置における合成地磁気量を入力する。具体的には、図１に示したＧＰＳレシーバ１１３から得られた装置本体１２０の現在位置情報を、図示しないサーバに送信する。当該サーバでは、受信した現在位置情報から、装置本体１２０の現在位置を示す緯度および経度を割り出し、その緯度および経度に対応する合成地磁気量Ｆの出力値Ｓｈを方位測定装置１００に送信する。方位測定装置１００は、この合成地磁気量Ｆの出力値Ｓｈを受信する。
【００５０】
地磁気量算出部３１５は、合成地磁気量入力部３１４によって入力された現在位置における合成地磁気量と、ｘ軸方向地磁気量検出部３１１、ｙ軸方向地磁気量検出部３１２、またはｚ軸方向地磁気量検出部３１３の中から選ばれた２つの軸（第１軸および第２軸）方向の地磁気量検出部３０１と、に基づいて、第１軸および第２軸以外の軸（第３軸）の方向の地磁気量を算出する。具体的には、たとえば、方位測定装置１００が、ｘ軸磁気センサ１１０とｙ軸磁気センサ１１１を備え、ｚ軸磁気センサ１１２を備えていない場合、上述した式（４）を用いて、ｚ軸方向の地磁気量を算出する。
【００５１】
傾斜角検出部３０２は、ｘ軸傾斜角検出部３２１と、ｙ軸傾斜角検出部３２２と、から構成されている。ｘ軸傾斜角検出部３２１は、ｘ軸傾斜センサ１１５の出力から、ピッチ角βｇとなる水平面２１０とｘ軸とのなすｘ軸傾斜角を検出する。また、ｙ軸傾斜角検出部３２２は、ｙ軸傾斜センサ１１６の出力から、ロール角αｇとなる水平面２１０とｙ軸とのなすｙ軸傾斜角を検出する。
【００５２】
方位角算出部３０３は、変換部３３１と、１次方位角算出部３３２と、方位誤差角抽出部３３３と、偏角入力部３３６と、２次方位角算出部３３７と、を備えている。変換部３３１は、傾斜角検出部３０２によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角を用いて、ｘ軸およびｙ軸が水平面２１０上の軸となるように変換する。具体的には、地磁気量検出部３０１によって検出された各地磁気量をあらわす３次元磁気ベクトル２０１〜２０３（図２を参照。）を、傾斜角検出部３０２によって検出されたｘ軸傾斜角およびｙ軸傾斜角を用いて２回回転座標変換し、水平磁界成分の磁気ベクトルにする。
【００５３】
ここで、変換部３３１による変換処理を、具体的に数式を用いて更に詳細に説明する。ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなる観測座標は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる絶対座標系をＺ軸反時計回りにθ、Ｙ軸反時計回りにβ、Ｘ軸反時計回りにα回転させた座標系である。ｘ軸は観測軸である。また、Ｚ軸回りの回転行列をＺｒ、Ｙ軸回りの回転行列をＹｒ、Ｘ軸回り回転行列をＸｒとする。
【００５４】
観測座標系における地磁気の方位ベクトル（ｘH、ｙH、ｚH）は、絶対座標系における地磁気の方位ベクトル（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、回転行列Ｚｒ、ＹｒおよびＸｒの逆行列によって変換した形であらわすことができる。ここで、水平面における方位角θの各軸方向の出力値を（ｘh、ｙh、ｚh）とすると、Ｚｒの回転行列と絶対座標系での地磁気の方位ベクトルとの積により、観測座標系における地磁気の方位ベクトル（ｘH、ｙH、ｚH）は、下記の式（１１）によって表現することができる。
【数６】
2004309461.tif 000008
【００５５】
この式（１１）を下記式（１２）に変形することによって、この水平面における方位角θにおける各軸方向の出力値（ｘh、ｙh、ｚh）を、観測座標系における地磁気の方位ベクトル（ｘH、ｙH、ｚH）を用いた式に変換することができる。なお、式（１２）中、αの符号が逆転しているのは、反時計回りの回転行列を基準にしているため、傾斜角の出力値と回転方向が逆になるからである。
【数７】
2004309461.tif 000009
【００５６】
１次方位角算出部３３２は、磁北を示すＸ軸と変換部３３１によって変換されたｘ軸とのなす１次方位角θ１を算出する。具体的に数式を用いて説明すると、上記式（１２）から、観測座標系を水平に変換した場合の各軸方向の出力値（ｘh、ｙh、ｚh）を得ることができる。水平方向の出力値が分かれば、下記式（１３）およびｘh、ｙhの符号に応じた条件分岐から、１次方位角θ１を求めることができる。
【数８】
2004309461.tif 000010
【００５７】
方位誤差角抽出部３３３は、傾斜角検出部３０２によって検出されたｘ軸傾斜角（ピッチ角βｇ）およびｙ軸傾斜角（ロール角αｇ）と、１次方位角算出部３３２によって算出された１次方位角θ１と、に基づいて、変換部３３１による変換がおこなわれたことによって１次方位角θ１に含まれた方位誤差角Δθを抽出する。具体的には、方位誤差角抽出部３３３は、方位誤差角パラメータ記憶部３３４と、方位誤差角算出部３３５とによって構成される。
【００５８】
方位誤差角パラメータ記憶部３３４は、方位誤差角Δθの算出に必要なパラメータを記憶する。ここで、方位誤差角パラメータ記憶部３３４の記憶内容について具体的に説明する。図４は、方位誤差角パラメータ記憶部３３４の記憶内容を示す説明図である。方位誤差角パラメータ記憶部３３４は、ロール角αｇおよびピッチ角βｇの組み合わせごとに、方位誤差角パラメータとなる方位誤差オフセットδ、振幅量Ｗθ、および位相差ωを記憶する。ここで、方位誤差オフセットδとは、傾斜角検出部３０２によって検出された各傾斜角（ロール角αｇおよびピッチ角βｇ）の方向および大きさに基づいて設定された一定の値である。
【００５９】
また、振幅量Ｗθは、方位誤差角Δθの変動量となる正弦曲線の振幅をあらわしている。位相差ωは、方位誤差角Δθの変動量となる正弦曲線の正負の特性を示している。この正弦曲線については後述する。方位誤差角パラメータ記憶部３３４は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５などによって、その機能を実現する。
【００６０】
方位誤差角算出部３３５は、傾斜角検出部３０２によって検出された各傾斜角（ロール角αｇおよびピッチ角βｇ）と、１次方位角算出部３３２によって算出された１次方位角θ１と、に基づいて、変換部３３１による変換がおこなわれたことにより１次方位角θ１に含まれた方位誤差角Δθを出力する。具体的には、方位誤差角パラメータ記憶部３３４から方位誤差角パラメータとなる方位誤差オフセットδ、振幅量Ｗθ、および位相差ωを抽出する。そして、この抽出した方位誤差角パラメータを用いて方位誤差角Δθを算出する。より具体的に数式を用いて説明すると、下記式（１４）の方位誤差角Δθの変動量となる正弦曲線に、方位誤差パラメータおよび１次方位角θ１を代入することによって方位誤差角Δθを算出する。
Δθ＝δ＋ω×Ｗθ×ｓｉｎθ１・・・（１４）
なお、位相差ωは、正の場合は「＋１」、負の場合は「−１」の値をとる。
【００６１】
ここで、式（１４）の右辺中、方位誤差オフセットδは、傾斜角検出部３０２によって検出された各傾斜角（ロール角αｇおよびピッチ角βｇ）の方向および大きさに基づく一定量の第１の誤差角であり、ω×Ｗθ×ｓｉｎθ１は、方位誤差角Δθの変動特性をあらわす正弦曲線であり、この正弦曲線の値が、第１の誤差角である方位誤差オフセットδが変動する変動量をあらわす第２の誤差角となる。
【００６２】
偏角入力部３３６は、現在位置における磁北と真北とのなす偏角Ｄを入力する。ここで、現在位置の偏角については、日本国内では、国土地理院が磁気測量を実施した結果を公開しており、その表に基づいて各地の偏角Ｄを知ることができる。具体的には、図１に示したＧＰＳレシーバ１１３から得られた装置本体１２０の現在位置情報を、図示しないサーバに送信する。当該サーバでは、受信した現在位置情報から、装置本体１２０の現在位置を示す緯度および経度を割り出し、その緯度および経度に対応する偏角データを方位測定装置１００に送信する。方位測定装置１００は、この偏角データを受信する。また、偏角入力部３３６は、２次式で近似した偏角値算出法によっておこなうこともできる。具体的には、下記式（１５）〜式（１７）を用いて偏角Ｄを算出することによって偏角Ｄを入力することができる。
【００６３】
【数９】
2004309461.tif 000011
【００６４】
２次方位角算出部３３７は、１次方位角算出部３３２によって算出された１次方位角θ１と、方位誤差角算出部３３５によって算出された方位誤差角Δθとに基づいて、装置本体１２０の方位をあらわす２次方位角θ２を算出する。具体的には、下記式（１８）を用いて、磁北を基準とした方位角θ２ａを算出する。
θ２ａ＝θ１−Δθ・・・（１８）
【００６５】
また、２次方位角算出部３３７は、さらに偏角入力部３３６によって入力された偏角Ｄに基づいて、下記式（１９）を用いて、真北を基準とした方位角θ２ｂを算出する。
θ２ｂ＝θ１−Δθ−Ｄ・・・（１９）
【００６６】
ここで、上述した１次方位角θ１、方位誤差角Δθ、２次方位角θ２ａ、θ２ｂ、磁北となるＸ軸、および装置本体１２０が指し示す方向となるｘ軸、および真北方向の関係を図５において図示する。なお、上述した地磁気量検出部３０１、傾斜角検出部３０２および方位角算出部３０３は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５などに記録されたプログラムをＣＰＵ１０１が実行することによって、その機能を実現する。
【００６７】
（２次方位角の算出原理）
つぎに、この発明の実施の形態にかかる２次方位角の算出原理について説明する。図６および図７は、この発明の実施の形態にかかる２次方位角の算出原理をあらわすグラフであり、１次方位角θ１と方位誤差角Δθとの関係をあらわしている。図６および図７において、横軸は、１次方位角θ１をあらわしており、縦軸は、方位誤差角Δθをあらわしている。この図６において、ロール角αｇおよびピッチ角βｇの組み合わせごとに、１次方位角θ１と方位誤差角Δθとの関係をあらわす変動関数６０１〜６０６がプロットされている。また、このプロットされた変動関数６０１〜６０６は、真の方位角である２次方位角を方位誤差角Δθ＝０とした場合に、変換部３３１による変換処理によって１次方位角θ１に含まれていることとなった誤差量をあらわすものである。
【００６８】
ここで、図６に示した変動関数６０４を例に挙げて説明する。この変動関数６０４は、ロール角αｇが３０°、ピッチ角βｇが−３０°のときの方位誤差角Δθを示した特性曲線である。この正弦曲線から、方位誤差オフセットδは１６．８°、振幅量Ｗθは５．３°、位相差ωは負の特性を持つということがわかる。この位相差ωは、変動関数６０４が正弦曲線に従うときを正（＋）とし、１８０度位相が進んだ場合の正弦曲線を負（−）と表現している。
【００６９】
そして、２次方位角θ２を算出する方法について説明する。図７において、変動関数７０１は、ロール角αｇが−３０°、ピッチ角βｇが−３０°のときの正弦曲線である。上記式（１４）の右辺第１項により、この変動関数７０１の方位誤差オフセットδである第１の誤差角δ１をキャンセルすると、変動関数７０２となる。この変動関数７０２において、上記式（１４）の右辺第２項により、第１の誤差角δ１の変動量となる第２の誤差角δ２（δ２＝ω×Ｗθ×ｓｉｎθ１）をキャンセルすると、変動関数７０２は変動関数７０３に変換される。この変動関数７０３は、方位誤差角Δθ＝０をあらわしているため、１次方位角θ１から方位誤差角Δθが消去されたこととなる。
【００７０】
（方位算出処理手順）
つぎに、この発明の実施の形態にかかる方位算出処理手順（その１）について説明する。図８は、この発明の実施の形態にかかる方位算出処理手順（その１）を示すフローチャートである。図８において、まず、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸磁気センサ１１０〜１１２の出力から、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の地磁気量を検出する（ステップＳ８０１）。また、ｘ軸およびｙ軸傾斜センサ１１５，１１６の出力から、ｘ軸傾斜角（ピッチ角βｇ）およびｙ軸傾斜角（ロール角αｇ）を検出する（ステップＳ８０２）。
【００７１】
つぎに、上記式（１２）を用いて、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の地磁気量と、ｘ軸傾斜角（ピッチ角βｇ）およびｙ軸傾斜角（ロール角αｇ）とに基づいて、ｘ軸およびｙ軸を水平面２１０上の軸となるように変換処理をおこなう（ステップＳ８０３）。そして、上記式（１３）を用いて、変換されたｘ軸と磁北の方向をあらわすＸ軸とのなす角、すなわち、１次方位角θ１を算出する（ステップＳ８０４）。
【００７２】
つぎに、ステップＳ８０２において検出されたｘ軸傾斜角（ピッチ角βｇ）およびｙ軸傾斜角（ロール角αｇ）の方位誤差角パラメータ（方位誤差オフセットδ、振幅量Ｗθ、および位相差ω）を抽出して、ステップＳ８０４において算出された１次方位角の方位誤差角Δθを算出する（ステップＳ８０５）。現在位置における偏角Ｄが入力されていない場合（ステップＳ８０６：Ｎｏ）、上記式（１８）を用いて、磁北を基準とした２次方位角θ２ａを算出する（ステップＳ８０７）。一方、現在位置における偏角Ｄが入力された場合（ステップＳ８０６：Ｙｅｓ）、上記式（１９）を用いて、真北を基準とした２次方位角を算出する（ステップＳ８０８）。
【００７３】
この実施の形態によれば、変換部３３１による変換処理によって１次方位角θ１に含まれていることとなった方位誤差角Δθを、装置本体１２０のロール角αｇおよびピッチ角βｇの組み合わせごとに算出することとしたため、方位誤差角Δθを０にすることができ、精度良く真の方位角θ２を算出することができる。
【００７４】
つぎに、この発明の実施の形態にかかる方位算出処理手順（その２）について説明する。図９は、この発明の実施の形態にかかる方位算出処理手順（その２）を示すフローチャートである。この処理手順は、いわゆる２軸の磁気センサによって２次方位角θ２を算出する処理手順である。ここでは、一例として、ｙ軸を第１軸とし、ｚ軸を第２軸とし、ｘ軸を第３軸とする。そして、磁気センサは、第１軸および第２軸に設けられ、第３軸には設けられていないものとする。
【００７５】
図９において、まず、第１軸および第２軸の磁気センサの出力から、第１軸方向および第２軸方向の地磁気量を検出する（ステップＳ９０１）。そして、現在位置の合成地磁気量を入力する（ステップＳ９０２）。日本国内各地の合成地磁気量Ｆは、下記式（２０）〜式（２２）で近似することができる。
【００７６】
【数１０】
2004309461.tif 000012
【００７７】
つぎに、第３軸の地磁気量を算出する（ステップＳ９０３）。ここで、第３軸の地磁気量は、下記式（２３）〜式（２５）によって算出することができる。
【数１１】
2004309461.tif 000013
【００７８】
そして、算出された第３軸の地磁気量を出力する（ステップＳ９０４）。このあとは、上述した図８に示した算出処理手順（ステップＳ８０２〜Ｓ８０８）と同一であるため省略する。この処理手順によれば、２軸の磁気センサによって３軸の磁気センサと同様に高精度な方位測定をおこなうことができる。また、部品点数を減少でき、小型化および軽量化を図ることができるため、安価な方位測定装置１００を提供することができる。
【００７９】
なお、上述した実施の形態では、方位誤差角Δθは、方位誤差角算出部３３５によって算出することによって方位誤差角Δθを出力することとしているが、方位誤差角パラメータ記憶部３３４において、ロール角αｇおよびピッチ角βｇごとにあらかじめ算出された方位誤差角Δθを記憶しておくことにより、方位誤差角パラメータ記憶部３３４から、現在の装置本体１２０のロール角αｇおよびピッチ角βｇに対応する方位誤差角Δθを抽出することとしてもよい。
【００８０】
また、上述した実施の形態では、１次方位角θ１と方位誤差角Δθだけでなく、さらに日本国内での偏角Ｄを用いた補正方法について述べたが、これに限定されるものではない。たとえば、世界中のあらゆる地域においても測定位置の緯度φおよび経度λが分かれば、偏角Ｄおよび合成地磁気量Ｆを取得することができる。したがって、偏角Ｄおよび合成地磁気量Ｆのデータをデータベースとして予め記憶させることによって、そのいずれの地域でも正確な方位を取得することができる。
【００８１】
また、算出式についても、上記実施の形態に限定するものではなく、利用者が偏角Ｄを直接入力して行う方法、位置情報を通信、電波或いはＧＰＳなどにより自動的に取得して測定式で算出する方法あるいはネットワーク上にある位置情報と偏角Ｄおよび合成地磁気量Ｆとの対応テーブルを備えたサーバにアクセスすることにより、偏角Ｄおよび合成地磁気量Ｆを自動的に取得する方法等を利用することができる。
【００８２】
さらに、上述した実施の形態では、ＩＣモジュール的な説明を行ったが、それに限定されるものではなく、表示装置、電源を備えて単体で動作する方位測定装置１００でもよい。また、各種電子機器へ組み込まれている構成としてもよい。さらに、図１に示したすべてのハードウェア構成がひとつにまとまっていることには限定されず、例えば、方位測定装置１００が備えられている各種機器側のＣＰＵやマイコンによって測定処理を行う構成としてもよい。
【００８３】
また、上述した実施の形態では、偏角Ｄおよび合成地磁気量Ｆは、現在位置の緯度と経度から偏角Ｄと合成地磁気量Ｆとのデータを取得できるため、これらデータの選択組み合わせはユーザの自由である。また選択しなかった場合でも、初期値を方位測定装置１００内に記憶させておくことにより方位測定をおこなうことができる。
【００８４】
さらに、上述した実施の形態では、３軸の傾斜センサ１１５〜１１７として３軸加速度センサを用いて、出力合計値Ｗｇを各軸の加速度センサの出力値の自乗の和の平方根で算出したが、重力加速度ｇがその出力合計値Ｗｇに相当するため、その値を用いてもよい。この場合、上記の出力合計値Ｗｇを算出するとその測定における加速度量が分かる。また、この加速度量を既知の重力加速度と比較することによって、重力以外の加速度因子が働いているかなどの情報も同時に分かり、それを利用した補正をおこなうこともできる。さらに、傾斜センサ１１５〜１１７としては、３軸でなく２軸でおこなうこととしてもよい。その場合は、上述した重力加速度に相当する出力合計値Ｗｇを入力することによって、各軸の傾斜角を算出することができる。
【００８５】
この方位測定装置１００のユーザは、様々な使用方法、持ち方をすることが想定され、方位測定装置１００すなわち磁気センサ１１０〜１１２が水平面２１０に対して傾斜した状態で使用することも十分に考えられる。そのような場合においても、この実施の形態によれば、装置本体１２０が傾斜した状態でも高精度に真の方位角（２次方位角θ２）を算出することができる。特に、携帯電話、ＰＤＡといった携帯情報端末や腕時計などに有効的である。また、方位測定装置１００で用いるアルゴリズムも簡素な形であり、各種機器に組み込みやすいという効果を奏する。
【００８６】
なお、この実施の形態で説明した方位算出処理方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明にかかる方位測定装置、方位測定方法、および方位測定プログラムは、携帯電話、ＰＤＡまたは腕時計といった携帯情報端末、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出装置、視覚障害者向けの電子方位計、ゲーム機に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】この発明の実施の形態にかかる方位測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した方位測定装置１００が配置されている絶対座標系を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかる方位測定装置１００の機能的構成を示すブロック図である。
【図４】方位誤差角パラメータ記憶部の記憶内容を示す説明図である。
【図５】１次方位角、方位誤差角、２次方位角、Ｘ軸、ｘ軸、および真北方向の関係を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかる２次方位角の算出原理をあらわすグラフ（その１）である。
【図７】この発明の実施の形態にかかる２次方位角の算出原理をあらわすグラフ（その２）である。
【図８】この発明の実施の形態にかかる方位算出処理手順（その１）を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態にかかる方位算出処理手順（その２）を示すフローチャートである。
【図１０】従来技術の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１００  方位測定装置
１２０  装置本体
３０１  地磁気量検出部
３０２  傾斜角検出部
３０３  方位角算出部
θ１  １次方位角
θ２（θ２ａ，θ２ｂ）  ２次方位角
Δθ  方位誤差角
αｇ  ロール角（ｙ軸傾斜角）
βｇ  ピッチ角（ｘ軸傾斜角）
Ｄ  偏角
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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