(57)【要約】【課題】 基準伏角及び比較伏角を任意に推定し、比較する過程を繰り返し行なうことで現在位置の伏角を検出する地磁気センサーが開示される。【解決手段】 本発明に係る地磁気センサーは、本体と、指標を基準にして前記本体のピッチ角及びロール角を測定する回転角測定部と、地磁気に対応する所定の電気的信号を出力する地磁気測定モジュールと、ピッチ角及びロール角の変化に対応する地磁気測定モジュールの出力値及び所定の基準方位角が格納されたメモリと、地磁気測定モジュールの出力値、ピッチ角、及びロール角と所定の伏角を用いて方位角を演算する制御器と、を含む。この制御器は、少なくとも２つの伏角を設定し各伏角について方位角を演算した後、基準方位角と比較して方位角誤差が少ない伏角を現在伏角として決める方式により伏角を検出することが可能である。【選択図】   図２
2005070049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
指標を基準にして前記本体のピッチ角及びロール角を測定する回転角測定部と、
地磁気に対応する所定の電気的信号を出力する地磁気測定モジュールと、
前記ピッチ角及び前記ロール角の変化に対応する前記地磁気測定モジュールの出力値及び所定の基準方位角が格納されたメモリと、
前記地磁気測定モジュールの出力値、前記ピッチ角、及び前記ロール角と所定の伏角を用いて方位角を演算する制御器と、を含み、
前記制御器は、少なくとも２つの伏角を設定し各伏角について前記方位角を演算した後、前記基準方位角と比較して方位角誤差が少ない伏角を現在伏角として決めることを特徴とする地磁気センサー。
【請求項２】
前記制御器は、前記ピッチ角が変化される場合、前記ピッチ角変化範囲の中間値を基準伏角として推定し、前記ピッチ角の変化範囲の最大値と最小値のいずれか１つと前記基準伏角との間の中間値を比較伏角として推定した後、前記基準伏角及び前記比較伏角の中で前記方位角誤差が少ない方位角を演算可能な伏角を前記現在伏角として決める処理過程を行うことを特徴とする請求項１に記載の地磁気センサー。
【請求項３】
前記制御器は、前記現在伏角を用いて演算された方位角の方位角誤差が、所定の誤差範囲を超えると前記現在伏角を第２の基準伏角として再推定し、前記基準伏角及び前記比較伏角の中で、前記現在伏角として決定されなかった伏角と前記第２の基準伏角との中間値を第２の比較伏角として再推定した後、前記処理過程を繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の地磁気センサー。
【請求項４】
前記回転角測定部は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸加速度センサーを含み、
前記制御器は、前記Ｘ軸及びＹ軸加速度センサーで測定した電圧値を所定範囲の値に正規化し、次式を用いてピッチ角及びロール角を演算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】
2005070049.tif 000008
（尚、Ｘｔnorm は正規化されたＸ軸加速度センサーの出力値、Ｙｔnormは正規化されたＹ軸加速度センサーの出力値、θはピッチ角、Φはロール角を示す）
【請求項５】
前記地磁気測定モジュールは、互いに直交するＸ軸及びＹ軸フラックスゲート（ｆｌｕｘｇａｔｅ）を備え、所定の駆動信号によって生じた磁気に対応される前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電気的な信号を出力する２軸フラックスゲートセンサーであることを特徴とする請求項１に記載の地磁気センサー。
【請求項６】
前記駆動信号を生成して前記地磁気測定モジュールに印加する駆動信号生成部と、
前記地磁気測定モジュールから出力される電気的な信号を前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電圧値に変換して出力する信号処理部と、
を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の地磁気センサー。
【請求項７】
前記制御器は、前記ロール角が固定された状態で前記ピッチ角が所定の範囲内で一定角度増加するように前記地磁気センサーが回転されれば、前記ピッチ角が増加するたびに前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を測定し所定範囲の値に正規化した後、前記メモリに格納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。
【請求項８】
前記制御器は、次式を用いて前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートがなしている平面に直交する仮想のＺ軸フラックスゲート電圧値を演算した後、方位角を演算することを特徴とする請求項７に記載の地磁気センサー。
【数２】
2005070049.tif 000009
（尚、ａは方位角、Ｘｆnorm、Ｙｆnorm、Ｚｆnorm はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸フラックスゲートの正規化された出力値、Ｚｆは仮想のＺ軸の電圧値、θはピッチ角、Φはロール角、λは伏角を示す）
【請求項９】
所定の伏角点検メッセージをディスプレーするアラーム部を更に含み、
前記制御器は、水平状態で測定した前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電圧値を確認し、前記メモリに格納された所定の基準電圧値とそれぞれ比較した後、前記基準電圧値との誤差が所定の限界誤差範囲を超える回数をチェックし、前記超えた回数が所定の回数以上であれば前記アラーム部を制御して前記伏角点検メッセージをディスプレー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。
【請求項１０】
地磁気センサーの伏角検出方法において、
（ａ）指標を基準にして前記地磁気センサーのピッチ角及びロール角を測定するステップと、
（ｂ）互いに直交しているＸ軸及びＹ軸フラックスゲートから地磁気に対応する所定の出力値をそれぞれ検出するステップと、
（ｃ）少なくとも２つの伏角を設定するステップと、
（ｄ）前記出力値、前記ピッチ角、及び前記ロール角を用いて前記少なくとも２つの伏角それぞれに対応する方位角を演算するステップと、
（ｅ）前記少なくとも２つの伏角それぞれについて演算された方位角及び所定の基準方位角をそれぞれ比較し、前記基準方位角との誤差が最小である方位角に対応する伏角を現在伏角として決めるステップと、
を含むことを特徴とする地磁気センサーの伏角検出方法。
【請求項１１】
前記（ｃ）ステップにおいて、
前記ピッチ角が変化される場合、前記ピッチ角の変化範囲の中間値を基準伏角として設定するステップと、
前記ピッチ角変化範囲の最大値と最小値のいずれか１つと前記基準伏角の間においての中間値を比較伏角として設定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の地磁気センサーの伏角検出方法。
【請求項１２】
前記（ｅ）ステップにおいて、
前記基準伏角及び前記比較伏角の中で前記基準方位角との差異が少ない方位角を演算可能な伏角を前記現在伏角として決めることを特徴とする請求項１１に記載の地磁気センサーの伏角検出方法。
【請求項１３】
前記現在伏角を用いて演算された方位角の方位角誤差が所定の誤差範囲を超えるかを判断するステップと、
前記誤差範囲を超えたと判断されれば、前記現在伏角を第２の基準伏角として再推定するステップと、
前記基準伏角と前記比較伏角の中で前記現在伏角として決定されなかった伏角と前記第２の基準伏角との間の中間値を第２の比較伏角として再推定した後前記（ｃ）ないし（ｅ）ステップを繰り返すステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の地磁気センサーの伏角検出方法。
【請求項１４】
前記（ａ）ステップにおいて、
（ａ１）互いに直交しているＸ軸及びＹ軸加速度センサーで測定した電圧値をそれぞれ所定範囲の値に正規化するステップと、
（ａ２）前記正規化された電圧値を次式に代入してピッチ角及びロール角を演算するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の地磁気センサーの伏角検出方法。
【数３】
2005070049.tif 000010
（尚、Ｘｔnorm は正規化されたＸ軸加速度センサーの出力値、Ｙｔnormは正規化されたＹ軸加速度センサーの出力値、θはピッチ角、Φはロール角を示す）
【請求項１５】
前記（ｂ）ステップは、
前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートに所定の駆動信号を印加するステップと、
前記駆動信号によって生じた磁気に対応する前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電気的な信号を検出するステップと、
前記電気的な信号を前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電圧値に変換して出力するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の地磁気センサーの伏角検出方法。
【請求項１６】
前記ロール角が固定された状態で、前記ピッチ角が所定の範囲内で一定角度増加するように前記地磁気センサーを回転させるステップと、
前記ピッチ角が増加するたびに前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を測定し所定範囲の値に正規化するステップと、
正規化された前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を格納するステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の地磁気センサーの伏角検出方法。
【請求項１７】
前記（ｂ）ステップは、次式を用いて前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートがなしている平面に直交する仮想のＺ軸フラックスゲートの電圧値を所定範囲の値に正規化した後、方位角を演算することを特徴とする請求項１６に記載の地磁気センサーの伏角検出方法。
【数４】
2005070049.tif 000011
（尚、ａは方位角、Ｘｆnorm、Ｙｆnorm、Ｚｆnorm はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸フラックスゲートの正規化された出力値、Ｚｆは仮想のＺ軸の電圧値、θはピッチ角、Φはロール角、λは伏角である）
【請求項１８】
水平状態で測定した前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電圧値を確認するステップと、
前記電圧値を所定の基準電圧値とそれぞれ比較するステップと、
前記基準電圧値との比較誤差が所定の限界誤差範囲を超える回数をチェックするステップと、
前記限界誤差範囲を超えた回数が所定の回数以上であれば、現状態の伏角にエラーがあることを知らせる所定の伏角点検メッセージをディスプレーするステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の地磁気センサーの伏角検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伏角検出機能を支援する地磁気センサー及びその検出方法に関し、特に、２軸フラックスゲートセンサーを含んで現状態の伏角を検出する地磁気センサー及びその検出方法に関する。
【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及び方向を測定する装置であって、特に、フラックスゲート（ｆｌｕｘ−ｇａｔｅ）を用いた地磁気センサーがフラックスゲート型地磁気センサーと言われる。
【０００３】
即ち、フラックスゲート型地磁気センサーは、パーマロイ（ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）のような優れた浸透性材料を磁心として用い、駆動コイルによって砺気電場を加え、その磁心の磁気飽和及び非線形磁気特性を用いて外部磁場に比例する２次高周波成分を測定することによって外部磁場のサイズ及び方向を測定する装置のことを指す。
【０００４】
係るフラックスゲート型磁気センサーは１９３０年末に開発されたもので、他の形態を有する地磁気センサーと比べると、感度がよく、経済的であり、且つ小型で製造できる長所を有している。さらに、電力消耗が小さく、出力信号安定度（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）をも優れているため、微弱磁界の検出、地球の絶対方向計測と共に鉱脈探査、標的探知、そして人工衛星の姿勢制御及び宇宙探査用に至る民需用及び軍事用まで幅広く使用されており、現在も性能効能のための研究がなされている。
【０００５】
特に、最近ではＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  System）技術が目覚しく発展することにより、これを用いた低消費電力型の超小型フラックスゲートセンサーの開発も進んでいる。
【０００６】
図１は、係る地磁気センサーの一般構成を示した簡単なブロック図である。同図によると、地磁気センサー２００は、駆動信号生成部１１０、２軸フラックスゲートセンサー１２０、信号処理部１３０、制御器１４０、メモリ１５０、及び回転角測定部１６０を備えている。
【０００７】
駆動信号生成部１１０は、２軸フラックスゲートセンサー１２０を駆動させ得る電気的な信号を印加する役割を果す。係る電気的信号は、一般的にパルス波及びその状態が反転された反転パルス波を用いる。
【０００８】
一方、２軸フラックスゲートセンサー１２０は、互いに直交している２つのフラックスゲートを含んでいる。さらに、各フラックスゲートは四角リングあるいはバー状の磁性体コア、磁性体コアに捲線された駆動コイル及び検出コイルを含む。駆動コイルは、駆動信号生成部１１０から出力された電気的な信号を受信し磁性体コアを励磁させる役割をし、検出コイルは駆動コイルの駆動によって生じた磁気から誘導された起電力を検出する役割をする。
【０００９】
一方、信号処理部１３０は、検出コイルにおいて外部磁界の強さに比例する電圧成分が誘導されれば、これを増幅及びチョッピング（chopping）などの一連の処理を行なった後、各軸に対応する電圧値を出力する役割をする。
【００１０】
回転角測定部１６０は、本地磁気センサー２００の重力加速度を測定しピッチ角（pitch  angle）及びロール角（roll  angle）を演算する役割をする。２軸フラックスゲートセンサー１２０のような互いに直交している２つの加速度センサーで具現され得る。ピッチ角とは、地磁気センサーが置かれた平面上で地磁気センサー２００を中心にして互いに直交する２つの軸の中１つの軸を中心に回転させる時に測定される回転角のことを意味する。ロール角とは、他の１つの軸を中心に回転させる時に測定される回転角のことを意味する。
【００１１】
一般に、回転角測定部１６０は、一定の質量を有する錘を用いて重力による錘の動きを角度計、目盛り、または指示針を介して視覚的に、且つ電気回路的に検査することによって、ピッチ角及びロール角を測定できる。回転角測定部１６０にて測定されたピッチ角及びロール角はメモリ１５０に格納される。
【００１２】
一方、制御器１４０は、信号処理部１３０で出力するＸ軸及びＹ軸の出力電圧値を正規化し、回転角測定部１６０で測定されたピッチ角、ロール角、及び現状態の伏角を用いて地磁気センサー２００の方位角を演算した後表示するように制御する。伏角とは、地球磁気の３要素（偏角、伏角、水平磁気力）の１つであって、磁針が鉛直面で自在に回転される時、磁針が水平面で斜めになっている傾斜角のことを意味する。韓国の伏角は大体５０°〜６０°ぐらいである。
【００１３】
係る伏角について、従来においては伏角値を地域によって定められている常数を入力し使用したり、ＧＰＳのような外部装置から伏角値が入力され方位角を演算した。しかし、地域によって定められた伏角値を使用する場合、地域が変わるとそれに合わせてその値を再入力しなければならない。また、同一地域であっても地球磁界の強さが歪曲される環境下においてはその誤差が生じ得る問題点がある。尚、ＧＰＳのような外部装置から伏角値が入力された場合、外部装置との通信のための装備がさらに設けなければならないので、地磁気センサーのサイズ及び製造コストが増加してしまう恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、伏角を正確に検出し方位角を演算する地磁気センサー及びその検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】
【００１５】
前述した目的を達成するための本発明に係る地磁気センサーは、本体と、指標を基準にして前記本体のピッチ角及びロール角を測定する回転角測定部と、地磁気に対応する所定の電気的信号を出力する地磁気測定モジュールと、前記ピッチ角及び前記ロール角の変化に対応する前記地磁気測定モジュールの出力値及び所定の基準方位角が格納されたメモリと、前記地磁気測定モジュールの出力値、前記ピッチ角、及び前記ロール角と所定の伏角を用いて方位角を演算する制御器と、を含む。この場合、前記制御器は、少なくとも２つの伏角を設定し各伏角について前記方位角を演算した後、前記基準方位角と比較して方位角誤差が少ない伏角を現在伏角として決める。
【００１６】
本発明によると、斜めになっている状態の地磁気センサーにおいて簡単な方法で現在伏角を測定することにより方位角が正確に出力できる。
【００１７】
好ましくは、前記制御器は、前記ピッチ角が変化される場合、前記ピッチ角変化範囲の中間値を基準伏角として推定し、前記ピッチ角変化範囲の最大値と最小値のいずれか１つと前記基準伏角の間においての中間値を比較伏角として推定した後、前記基準伏角及び前記比較伏角の中で前記方位角誤差が少ない方位角を演算できる伏角を前記現在伏角として決める処理過程を行うことができる。より少ない誤差の方位角を演算可能な伏角を選択することで、より方位角を正確に出力することができる。
【００１８】
より好ましくは、前記制御器は、前記現在伏角を用いて演算された方位角の方位角誤差が所定の誤差範囲を超えると前記現在伏角を第２の基準伏角として再推定し、前記基準伏角と前記比較伏角の中で前記現在伏角として決定されなかった伏角と前記第２の基準伏角との中間値を第２の比較伏角として再推定した後、前記処理過程を繰り返すことになる。これによって、所定の誤差範囲内であれば、その時の伏角を現在伏角として最終設定する。所定の誤差範囲内になるまで処理過程を繰り返すことで、より方位角を正確に出力することができる。
【００１９】
さらに好ましくは、前記回転角測定部は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸加速度センサーを含む。この場合、前記制御器は、前記Ｘ軸及びＹ軸加速度センサーで測定した電圧値を所定範囲の値に正規化し、所定の数式を用いてピッチ角及びロール角を演算することができる。
【００２０】
尚、前記地磁気測定モジュールは、互いに直交するＸ軸及びＹ軸フラックスゲート（ｆｌｕｘｇａｔｅ）を備え、所定の駆動信号によって生じた磁気に対応される前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電気的な信号を出力する２軸フラックスゲートセンサーを使用可能である。
【００２１】
さらに、本地磁気センサーは、前記駆動信号を生成して前記地磁気測定モジュールに印加する駆動信号生成部と、前記地磁気測定モジュールから出力される電気的な信号を前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電圧値に変換して出力する信号処理部と、を更に含むことが好ましい。
【００２２】
この場合、前記制御器は、前記ロール角が固定された状態で前記ピッチ角が所定の範囲内で一定角度増加するように前記地磁気センサーが回転されれば、前記ピッチ角が増加するたびに前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を測定し所定範囲の値に正規化した後、前記メモリに格納できる。
【００２３】
前記制御器は、所定の式を用いて前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートがなしている平面に直交する仮想のＺ軸フラックスゲート電圧値を演算した後、これを用いて方位角を演算することができる。
【００２４】
一方、本発明の他の実施形態によると、所定の伏角点検メッセージをディスプレーするアラム部を更に含むことができる。この場合、前記制御器は、水平状態で測定した前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電圧値を確認し前記メモリに格納された所定の基準電圧値とそれぞれ比較した後、前記基準電圧値との誤差が所定の限界誤差範囲を超える回数をチェックし、前記超えた回数が所定の回数以上であれば前記アラム部を制御して前記伏角点検メッセージをディスプレーすることができる。伏角を点検する時期であるのを通知することで、ユーザが能動的に伏角のチェックを行なうことができる。
【００２５】
尚、本発明の一実施形態による地磁気センサーの伏角検出方法において、（ａ）指標を基準にして前記地磁気センサーのピッチ角及びロール角を測定するステップと、（ｂ）互いに直交しているＸ軸及びＹ軸フラックスゲートから地磁気に対応する所定の出力値をそれぞれ検出するステップと、（ｃ）少なくとも２つの伏角を設定するステップと、（ｄ）前記出力値、前記ピッチ角、及び前記ロール角を用いて前記少なくとも２つの伏角それぞれに対応する方位角を演算するステップと、（ｅ）前記少なくとも２つの伏角それぞれについて演算された方位角及び所定の基準方位角をそれぞれ比較し、前記基準方位角との誤差が最小である方位角に対応する伏角を現在伏角として決めるステップと、を含む。
【００２６】
好ましくは、前記（ｃ）ステップにおいて、前記ピッチ角が変化される場合、前記ピッチ角変化範囲の中間値を基準伏角として設定するステップと、
前記ピッチ角変化範囲の最大値と最小値のいずれか１つと前記基準伏角の間においての中間値を比較伏角として設定するステップと、を含むことができる。
【００２７】
より好ましくは、前記（ｅ）ステップにおいて、前記基準伏角及び前記比較伏角の中で前記基準方位角との差異が少ない方位角を演算できる伏角を前記現在伏角として決めることができる。
【００２８】
より好ましくは、前記現在伏角を用いて演算された方位角の方位角誤差が所定の誤差範囲を超えるかを判断するステップと、前記誤差範囲を超えたと判断されれば、前記現在伏角を第２の基準伏角として再推定するステップと、
前記基準伏角と前記比較伏角の中で前記現在伏角として決定されなかった伏角と前記第２の基準伏角との間の中間値を第２の比較伏角として再推定した後前記（ｃ）ないし（ｅ）ステップを繰り返すステップと、を更に含むことができる。
【００２９】
一方、前記（ａ）ステップにおいて、互いに直交しているＸ軸及びＹ軸加速度センサーで測定した電圧値をそれぞれ所定範囲の値に正規化するステップと、前記正規化された電圧値を次式に代入してピッチ角及びロール角を演算するステップと、を含むことができる。
【００３０】
さらに、前記（ｂ）ステップは、前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートに所定の駆動信号を印加するステップと、前記駆動信号によって生じた磁気に対応する前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電気的な信号を検出するステップと、前記電気的な信号を前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電圧値に変換して出力するステップと、を含むことが好ましい。
【００３１】
一方、本伏角検出方法は、前記ロール角が固定された状態で、前記ピッチ角が所定の範囲内で一定角度増加するように前記地磁気センサーを回転させるステップと、前記ピッチ角が増加するたびに前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を測定し所定範囲の値に正規化するステップと、正規化された前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を格納するステップと、を更に含むことができる。
【００３２】
この場合、前記（ｂ）ステップは、所定の式を用いて前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートがなしている平面に直交する仮想のＺ軸フラックスゲートの電圧値を所定範囲の値に正規化した後、方位角を演算できる。
【００３３】
より好ましくは、水平状態で測定した前記Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートそれぞれの電圧値を確認するステップと、前記電圧値を所定の基準電圧値とそれぞれ比較するステップと、前記基準電圧値との比較誤差が所定の限界誤差範囲を超える回数をチェックするステップと、前記限界誤差範囲を超えた回数が所定の回数以上であれば、現状態の伏角にエラーがあることを知らせる所定の伏角点検メッセージをディスプレーするステップと、を更に含むことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によると、斜めになっている状態の地磁気センサーにおいて簡単な方法で現在伏角を測定することにより方位角が正確に出力できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳述する。
【００３６】
図２は、本発明の一実施形態であって、提示された地磁気センサーの構造を簡単に示したブロック図である。同図によると、駆動信号生成部１１０、地磁気検出モジュール１２０、信号処理部１３０、制御器１４０、回転角測定部１６０、メモリ１５０、及びアラム部１７０を有する。
【００３７】
駆動信号生成部１１０は、地磁気検出モジュール１２０を駆動させる駆動信号を生成して出力する役割をする。駆動信号としては、一般にパルス波形及び反転パルス波形が用いられる、即ち、駆動信号生成部１１０は、パルス生成器（図示せず）、パルス制限部１１１、及びパルス増幅部１１２を含むことで、パルス生成器から生成され出力されたパルスをパルス制限部１１１が制御信号により選択的にスイッチングした後、パルス増幅部１１２が増幅及び反転増幅して出力する。
【００３８】
パルス制限部１１１はアンドゲートが用いられ、該アンドゲートの一端に印加された制御信号に応じてパルス発生器から出力されたパルスを出力する。
【００３９】
パルス増幅部１２０は、幾つかの増幅器及び反転増幅器を用いることによりパルス制限部１１１を介して出力されたパルスについて互いに位相が反対な２つのパルス信号を出力する。
【００４０】
地磁気検出モジュール１２０は、互いに直交しているＸ軸及びＹ軸フラックスゲート（ｆｌｕｘ−ｇａｔｅ）を含んでいる。地磁気検出モジュール１２０は、駆動信号生成部１１０からＸ軸及びＹ軸フラックスゲートにそれぞれ伝達されたパルス信号及び反転パルス信号により駆動され、その駆動で発する起電力に対応する検出信号を出力する。図２において、Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートは四角リング状の２つの磁性体コアがそれぞれ相互直交しているＸ、Ｙ軸２つの方向で長手方向を有するように設け、磁性体のそれぞれには駆動コイル及び検出コイルが捲線されている。駆動コイルに駆動パルスが印加されれば、Ｘ軸及びＹ軸フラックスゲートに磁気が生じ、これにより誘導起電力が検出コイルを介して検出できる。
【００４１】
一方、信号処理部１３０は、係る誘導起電力を一定の処理過程を介してＸ軸及びＹ軸フラックスゲートのそれぞれの電圧値に変化して出力する役割をする。詳細に、信号処理部１３０は、チョッピング回路部１３１、第１の増幅部１３２、フィルタ１３３、第２の増幅部１３４、及びＡ/Ｄコンバーター（Ａ/Ｄ  Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）１３５を有している。
【００４２】
地磁気検出モジュール１２０から出力されたＸ軸及びＹ軸フラックスゲートに導かれた電気的信号はチョッピング回路部１３１で内蔵された数個のスイッチを制御してチョッピングするようになる。
【００４３】
チョッピングされた電気的信号は、第１の増幅部１３２で差動増幅された後、フィルタ１３３を介して一定範囲の信号のみをフィルタリングし、第２の増幅部１３４で最終的に増幅される。増幅された信号はＡ/Ｄコンバーター１３５で電圧値に変換して出力される。
【００４４】
一方、回転角測定部１６０は、３次元空間をＸ、Ｙ、Ｚ軸を用いて表す場合、ｘｙ表面にてＸ軸方向に設けられたＸ軸加速度センサーとＹ軸方向に設けられたＹ軸加速度センサーとを含み、各軸の加速度センサーで測定された電圧値を正規化した後、ピッチ角及びロール角を計算する作用をする。ピッチ角及びロール角については前述した通りである。
【００４５】
重力加速度は、物体や機器が置かれた様子に応じて異なる影響を与える。回転角測定部１６０は係る物体の重力加速度を測定する加速度センサーであって、傾斜面に回転角測定部１６０を取り付けると内蔵された加速度センサーは重力加速度成分の中で加速度センサーの検知方向と一致する重力加速度成分を検出する。
【００４６】
ピッチ角及びロール角を測定するために、回転角測定部１６０は、まずＸ軸及びＹ軸加速度センサーの出力値を所定範囲の出力値としてマッピングさせる正規化処理を行なう。次式（１）に基づいてその正規化処理がなされる。
【００４７】
【数１】
2005070049.tif 000003
尚、ＸｔはＸ軸加速度センサーの出力値、ＹｔはＹ軸加速度センサーの出力値、Ｘｔmax  及びＸｔmin はそれぞれＸｔの最大値及び最小値、Ｙｔmax  及びＹｔminはそれぞれＹｔの最大値及び最小値、Ｘｔnorm は正規化されたＸ軸加速度センサーの出力値、Ｙｔnorm は正規化されたＹ軸加速度センサーの出力値を示す。
【００４８】
このような正規化されたＸ軸及びＹ軸加速度センサーの出力値に基づいて次式（２）を用いてｘｙ表面のピッチ角（θ）とロール角（Φ）を計測することができる。
【００４９】
【数２】
2005070049.tif 000004
尚、Ｘｔnorm は正規化されたＸ軸加速度センサーの出力値、Ｙｔnormは正規化されたＹ軸加速度センサーの出力値、θはピッチ角、Φはロール角である。
【００５０】
メモリ１５０は、基本的に基準方位角を格納している。一方、回転角測定部１６０が測定したピッチ角及びロール角を基準としロール角を一定に保たせながら、ピッチ角が１°ずつ増加するよう所定範囲まで地磁気センサー２００を回転させると、それによってＸ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値は変わる。この際、メモリ部１５０はこのような変化値をピッチ角の変化時ごとに格納するようになる。
【００５１】
一方、制御器１４０は、任意の伏角を基準伏角として推定し、２軸フラックスゲートセンサー１２０のＸ軸及びＹ軸出力値を所定範囲の出力値として正規化し、これを用いて正規化された仮想のＺ軸出力値を演算する。それから基準伏角に対応される比較伏角を演算し、基準伏角及び比較伏角それぞれに対応される方位角を演算して基準方位角との誤差の小さい伏角を選択する。選ばれた伏角が有する方位角誤差が所定の誤差範囲内にあれば、選択された伏角を現状態の伏角に設定し方位角を演算する。
【００５２】
詳細には、前述のように、ユーザが一定のロール角（例えば０°）を保ちながらピッチ角が所定範囲内で一定の角度（例えば１°）に変化されるように地磁気センサー２００を回転させると、制御器１４０は、回転される過程においてピッチ角が１°ずつ増加する度に地磁気検出モジュール１２０の出力値を測定し正規化した後メモリ１５０に格納させる。ピッチ角の範囲は、実験的に測定して決めることが可能であるが、一般的に０°ないし７０°の範囲を採ることが好ましい。この際、制御器１４０は基準伏角を所定のピッチ角範囲の中間値に任意設定し、測定されたＸ軸及びＹ軸出力値が次式（３）に基づいて正規化される。
【００５３】
【数３】
2005070049.tif 000005
尚、ＸｆはＸ軸フラックスゲートの電圧値、ＹｆはＹ軸フラックスゲートの電圧値、Ｘｆmax  及びＸｆmin はそれぞれＸｆの最大値及び最小値、Ｙｆmax  及びＹｆminはそれぞれＹｆの最大値及び最小値、そしてλは伏角を示す。
【００５４】
係る数式を用いて正規化されたＸ軸及びＹ軸フラックスゲートの出力値は図３に示した。同図によると、Ｘ軸フラックスゲートの電圧値２０１は回転させる角のｃｏｓ関数で、Ｙ軸フラックスゲートの電圧値２０２はｓｉｎ関数で表せる。図面にて１ないしー１の範囲で正規化されたことが分かる。
【００５５】
メモリ１５０は、係る正規化されたＸ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を格納すると共に、ピッチ角とロール角とも格納する。
【００５６】
一方、図４Ａには地磁気センサー２００が置かれた表面で互いに直交している２つの軸（Ｘ軸及びＹ軸）が示されている。図４Ｂはロール角が一定角度で維持された状態でピッチ角のみが変化するよう、地磁気センサー２００を回転させたものを示している。つまり、図４（Ａ）に示したＹ軸を基準とし、上下に回転させたものである。
【００５７】
一方、方位角は、３つの軸で表せる３次元空間値であるのでＸ軸とＹ軸をなしている平面に垂直であるＺ軸の出力値も方位角演算過程において必要とされる。このような仮想の正規化されたＺ軸出力値はＸ軸及びＹ軸出力値の正規化された値とピッチ角、ロール角、及び伏角を次式（４）に代入することで演算できる。
【００５８】
【数４】
2005070049.tif 000006
尚、Ｚｆは仮想のＺ軸の電圧値、Ｚｆnorm は電圧値を正規化した値、θはピッチ角、Φはロール角、そしてλは伏角を示す。
【００５９】
係る方法で、仮想のＺ軸電圧値の正規化値を演算すると、最終的に次式（５）に基づいて方位角が演算できるようになる。
【００６０】
【数５】
2005070049.tif 000007
尚、ａは方位角（ａｚｉｍｕｔｈ）、Ｘｆnorm 、Ｙｆnorm 、Ｚｆnorm はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸フラックスゲートの正規化された出力値、θはピッチ角、Φはロール角、そしてλは伏角を示す。
【００６１】
一方、制御器１４０は、任意に設定された基準伏角と最大ピッチ角の中間値を比較伏角で最初に推定し、推定された比較伏角を前記式（３）〜式（５）に代入して演算する。この際、基準伏角及び比較伏角に対応されるピッチ角、ロール角、正規化されたＸ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値をメモリ１５０から読取って方位角の演算に用いる。
【００６２】
それから、基準伏角によって演算された方位角及び比較伏角によって演算された方位角を基準方位角と比較して比較誤差を検出する。基準方位角とは、メモリ１５０に格納された水平状態で予め測定された方位角のことを指す。
【００６３】
各比較誤差の中で、小さい値に対応される伏角を現在伏角として設定する。一方、現在伏角の比較誤差が所定の誤差範囲内にあれば、現在伏角を最終的に確定する。尚、所定の誤差範囲を超える場合、設定された現在伏角を第２の基準伏角として再推定し、これに対応する第２の比較伏角も再推定し、前述の処理過程を繰り返す。
【００６４】
この場合、第２の比較伏角は、基準伏角及び比較伏角の中で現在伏角に決められていない伏角と第２の基準伏角との間の中間値とで再推定する。つまり、基準伏角が現在伏角として設定されていれば、現在伏角及び比較伏角間の中間値を第２の比較伏角として再推定する。もし、比較伏角が現在伏角として設定されていれば、現在伏角及び基準伏角間の中間値を第２の比較伏角として再推定する。これによって、メモリに格納された第２の基準伏角及び第２の比較伏角に対応されるピッチ角、ロール角、及び正規化されたＸ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を用いて式（４）及び式（５）に基づいてそれぞれの方位角誤差を再度検出し、且つ比較し、その中から小さい値が所定の誤差範囲内にあるかを再度判断するようになる。
【００６５】
所定の誤差範囲内になるまで、係る過程を繰り返し所定の誤差範囲内と判断されれば、その誤差値を有する伏角を現在の伏角として最終設定する。制御器１４０は現在の伏角に基づいて方位角を演算する。
【００６６】
一方、係る伏角検出時期をユーザに通知するために、本発明の他の実施形態において、アラム部１７０を更に含むことが可能である。制御器１４０は、水平状態で測定されたＸ軸及びＹ軸電圧値の少なくともいずれか１つがメモリ１５０に格納された基準電圧値の最大値と最小値に対して所定範囲以上の誤差が存すると判断されれば、その回数をチェックし、再たびＸ軸及びＹ軸電圧値を測定し誤差があるかを判断する。基準電圧値とは、正確な伏角を用いて水平状態で測定したＸ軸及びＹ軸の電圧値を意味する。
【００６７】
係る誤差発生回数が所定の回数以上であれば、制御器１４０はアラム部１７０を介して伏角を点検すべきであることを知らせる伏角点検メッセージを表示する。
【００６８】
一方、図５は本地磁気センサーで現在伏角を検出する方法を説明するための流れ図である。同図によると、本発明に係る伏角検出方法は、伏角の検出準備ステップ（Ｓ５１０）、基準伏角及び比較伏角を推定するステップ（Ｓ５２０、５３０）、基準伏角及び比較伏角に対応される方位角と方位角誤差を演算するステップ（Ｓ５４０）、基準伏角及び比較伏角のいずれかを選択するステップ（Ｓ５５１、５５２、５５３）、第２の基準伏角を推定するステップ（Ｓ５６０、５７０）、現在伏角を最終的に設定するステップ（Ｓ５８０、５９０）を含んでいる。
【００６９】
ユーザが伏角を推定するため地磁気センサー２００を駆動させると（Ｓ５１１）、回転角測定部１６０でピッチ角及びロール角が測定される（Ｓ５１２）。これは前述の式（１）及び式（２）に基づいて演算される。
【００７０】
ユーザは、測定されたピッチ角及びロール角を用いて、一定のロール角を保ちながらピッチ角が所定範囲内で１°ずつ増加するように地磁気センサー２００自体を回転させる（Ｓ５１３）。駆動信号により駆動されたＸ軸及びＹ軸フラックスゲートは、毎ピッチ角の変化時の度に出力値が異なるので、制御器１４０はこれを測定し正規化した後、ピッチ角及びロール角と共にメモリ１５０に格納させる（Ｓ５１４）。この際、正規化は前述の式（３）に基づいて演算される。
【００７１】
次に、回転されるピッチ角範囲の中間値を基準伏角として最初に推定する（Ｓ５２０）。即ち、ピッチ角０°ないし７０°範囲で回転させると、基準伏角は３５°と推定される。
【００７２】
それから、最大ピッチ角及び最小ピッチ角のいずれか１つと基準伏角の中間値とを比較伏角として推定する（Ｓ５３０）。
【００７３】
それから、基準伏角を用いて方位角を演算し、基準方位角との誤差を計算する（Ｓ５４１）。即ち、仮想の正規化されたＺ軸出力値を前述した式（４）に基づいて演算し、これを用いて前述の式（５）から方位角を演算した後、メモリ１５０に格納された基準方位角と比較して誤差値（以下、第１の誤差）を計算する。
【００７４】
次に、推定された比較伏角に基づいて前述した基準伏角のような方法で方位角誤差（以下、第２の誤差）を測定する（Ｓ５４２）。
【００７５】
その後、第１の誤差及び第２の誤差とを比較し、相対的に小さい誤差値を選択する（Ｓ５５１）。第１の誤差が選択されれば、その誤差値が所定誤差範囲内であるかを判断し（Ｓ５５３）、所定誤差範囲内であれば第１の誤差に対応する伏角、即ち、基準伏角を現在伏角として最終設定する（Ｓ５９０）。もし、第１の誤差が所定誤差範囲を超えることになると、基準伏角を再び第２の基準伏角として推定した後（Ｓ５７０）、Ｓ５３０以下のステップを繰り返す。この際、基準伏角及び比較伏角の中で現在伏角として決められなかった伏角と第２の基準伏角との間の中間値を第２の比較伏角として再推定し使用する。
【００７６】
もし、第２の誤差が選択されれば、第２の誤差が所定の誤差範囲内であるかを判断した後（Ｓ５５２）、所定の誤差範囲内であれば、第２の誤差に対応される比較伏角を現在伏角として最終設定する（Ｓ５８０）。所定の誤差範囲を超えることになると、比較伏角を第２の基準伏角として推定した後（Ｓ５６０）、これに基づいて再びＳ５３０以下のステップを繰り返し行なう。
【００７７】
現在伏角が５７°である地点にて、本発明の地磁気センサーで方位角を測定する場合を例にして詳説すると次の通りである。尚、このときの基準方位角は１０°、誤差範囲は１°と仮定する。
【００７８】
ユーザはまず、水平状態（即ち、ロール角を０°に維持）で０°ないし７０°のピッチ角範囲を有するように地磁気センサーを１°ずつ回転させる。なお、制御器１４０はＸ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値を測定し正規化した後、ピッチ角及びロール角と共にメモリ１５０に格納する。
【００７９】
一方、制御器１４０は、第１の基準伏角を０°ないし7０°の中間値である３５°に推定し、７０°及び３５°の中間値である５２°を第１の比較伏角として推定する。本実施形態にては、ピッチ角の最大値である７０°との中間値を第１の比較伏角として推定した。この設定は、地球上で地磁気センサーが用いられる位置が北半球あるいは南半球によって相違する。つまり、南半球では最小値である０°との中間値を第１の比較伏角として使用し、北半球では７０°との中間値を第１の比較伏角として使用する。
【００８０】
よって、３５°の伏角を用いて方位角を計算すると、大体８０°になる。方位角の計算は、ピッチ角３５°、ロール角０°の時に測定されたＸ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値をメモリ１５０から読取ってから前述した式（４）及び式（５）に代入して計算する。係る方法で伏角が５２°である場合の方位角を計算すると大体１４°となる。
【００８１】
基準方位角が１０°であるので５２°は４°の方位角誤差を有し、３５°は７０°の方位角誤差を有することになる。一方、相対的に誤差の少ない５２°の方位角誤差が４°であるので、１°の誤差範囲から離れる。従って、５２°を第２の基準伏角として再度前の過程を繰り返す。即ち、第２の比較伏角は５２°と７０°との中間値である６２°として推定し、メモリに格納された値を用いて方位角を計算すると大体３０°になる。この時の方位角の計算は、ピッチ角６２°、ロール角０°の際に測定されたＸ軸及びＹ軸フラックスゲートの電圧値をメモリ１５０から読取ってから前述した式（４）及び式（５）に代入して計算する。同様な方法で伏角が５２°である時の方位角を計算すると大体１４°となる。
【００８２】
基準方位角が１０°なので５２°は４°の方位角誤差を有し、６２°は２０°の方位角誤差を有するようになる。一方、相対的に誤差の少ない５２°の方位角誤差が４°なので、１°の誤差範囲から離れ、従って、５２°を再度第３の基準伏角として推定し前の過程を繰り返す。
【００８３】
即ち、前ステップにおいて比較伏角である６２°と現在基準伏角である５２°との中間値である５６°を第３の比較伏角として再推定し、これに対する方位角誤差を計算する。５６°の時に方位角誤差は１５°なので方位角誤差は５°となる。従って、５２°の方位角誤差が依然として小さいので、５２°が第４の基準伏角として再推定され、前の過程を繰り返す。
【００８４】
この際、第４の比較伏角は、５６°及び５２°の中間値である５４°に再推定され、これに応じて方位角誤差を計算すると、その誤差が１°未満になる。これは、５２°の方位角誤差より小さく、１°の誤差範囲内であるので、５４°が現在の地磁気センサーの伏角として最終設定される。
【００８５】
これに基づいて制御器１４０は、斜めの状態でも方位角を正確に測定できる。
【００８６】
一方、本発明の一実施形態として、ユーザに伏角の異常を知らせ、伏角を点検するかを問い合わせるメッセージを出力する方法についての流れ図が図６に示されている。同図によると、水平状態が保たれた状態で現在の伏角を用いてＸ軸及びＹ軸フラックスゲート電圧値それぞれの最大値及び最小値を検出する（Ｓ６１０）。この場合、水平状態で測定すると、方位角が０°の時にＸ軸出力値が最大値を有し、方位角が９０°の時にＹ軸出力値が最大値となる。さらに、方位角が１８０°の時にはＸ軸出力値が最小値を有し、２７０°の時にはＹ軸値が最小値を有する。水平状態でＸ軸及びＹ軸出力値を検出する理由は、ユーザが最も容易に地磁気センサーの斜め角度を推定できる状態が水平状態からである。即ち、ユーザは平たいテーブルや地表上に地磁気センサーを置いて駆動させることによって水平状態でのＸ軸及びＹ軸の出力値を容易に検出できる。
【００８７】
それから、測定された最大値及び最小値をそれぞれメモリ１５０に格納された基準出力値の最大値及び最小値を比較する（Ｓ６２０）。基準出力値とは、地磁気センサーが水平状態で正確な伏角を用いて測定したＸ軸及びＹ軸の出力値を意味する。従って、同じ水平状態で測定した場合、伏角がずれなかったら基準出力値との誤差が極めて小さく測定されるべきである。
【００８８】
比較の結果、基準出力値との比較誤差が予め設定された限界誤差を超えるかを判断し（Ｓ６３０）、超えた場合、その回数が予め設定された限界回数を超えたかを判断する（Ｓ６４０）。限界誤差及び限界回数はメモリ１５０に予め設定された設計者の意図により決定された値である。
【００８９】
限界回数を超えなければ、再び最大値及び最小値を測定し誤差を判断するステップを繰り返し、限界回数を超えれば、伏角点検メッセージをアラーム部を介してディスプレーする（Ｓ６５０）。
【００９０】
これによって、ユーザは伏角を補正する必要性を感じ、前述の方法に従って伏角を検出する。
【００９１】
本発明によると、斜めになっている状態の地磁気センサーにおいて簡単な方法で現在伏角を測定することにより方位角が正確に出力できる。さらに、伏角を点検する時期であるのを通知しユーザが能動的に伏角のチェックを行なうことができる。
【００９２】
以上、図面を参照して本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の地磁気センサーは、超小型で製造可能であり、斜めになっている環境においても伏角を推定し正確な方位角を測定することによって、鉱脈探査、標的探知、そして人工衛星の様子制御、及び宇宙探査用に至るまで民需用及び軍事用で使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】地磁気センサーの一般の構成を示した簡単なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態として提示された地磁気センサーの構成を示した簡単なブロック図である。
【図３】図２の地磁気センサーで２軸フラックスゲートセンサーの各軸出力値を示したグラフである。
【図４Ａ】図２の地磁気センサーにてピッチ各及びロール各を示した図である。
【図４Ｂ】図２の地磁気センサーにてピッチ各及びロール各を示した図である。
【図５】本発明の地磁気センサーで伏角を検出する方法を説明するための流れ図である。
【図６】本発明の地磁気センサーで伏角補正の時期を知らせる方法を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
【００９５】
１１０      駆動信号生成部
１２０      ２軸フラックスゲートセンサー
１３０      信号処理部
１４０      制御器
１５０      メモリ
１６０      回転角測定部
１７０      アラム部
【図１】
2005070049.tif 000012
【図２】
2005070049.tif 000013
【図３】
2005070049.tif 000014
【図４Ａ】
2005070049.tif 000015
【図４Ｂ】
2005070049.tif 000016
【図５】
2005070049.tif 000017
【図６】
2005070049.tif 000018