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JP2000131089A - Navigation system and method therefor - Google Patents

Navigation system and method therefor

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Publication number
JP2000131089A
JP2000131089A JP34484598A JP34484598A JP2000131089A JP 2000131089 A JP2000131089 A JP 2000131089A JP 34484598 A JP34484598 A JP 34484598A JP 34484598 A JP34484598 A JP 34484598A JP 2000131089 A JP2000131089 A JP 2000131089A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
compass
data
heading
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34484598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
S Judge Kevin
エス. ジャッジ ケヴィン
A Hatch Ronald
エイ. ハッチ ロナルド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Greenfield Enterprises Inc
Original Assignee
Greenfield Enterprises Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Greenfield Enterprises Inc filed Critical Greenfield Enterprises Inc
Priority to JP34484598A priority Critical patent/JP2000131089A/en
Publication of JP2000131089A publication Critical patent/JP2000131089A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make continuable system operation even when the function of a main navigation system or a location system is lowered or lost by recording the sensor data when a transportation means is operating normally and correcting it automatically. SOLUTION: The system comprises an electric circuit including an anti- magnetic sensor, a microprocessor including a memory, and an I/O unit receiving a data from a speed sensor or an accelerometer. The memory includes a software algorithm which measures the heading direction of a transporting means accurately, calibrates a magnetic sensor automatically, and integrating various sensor data to calculate a flywheel position data. Because of the permanent magnetism of the transporting means, readings of two orthogonal magnetic sensors describes a circular pattern which is distorted elliptically by magnetism induced in an easily magnetizable material, e.g. soft iron. When the transporting means rotates in complete circle, eccentric ellipse is corrected by means of two horizontal axis flux gates or the anti-magnetic sensor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】従来出願の相互参照本願は、1997年1
月31日出願の米国仮出願60/037,025号の利
益を請求し、その内容を個々に参考として取り入れる。
[0001] The cross-reference application of the prior application was filed in January 1997
Claims of U.S. Provisional Application No. 60 / 037,025, filed on March 31, the contents of which are incorporated herein by reference.

【0002】[0002]

【発明の属する技術分野】本発明は、輸送手段の走行方
向を決定し、輸送手段の移動、加減速度および速度を測
定する磁気センサおよび非磁気センサに関する。特に、
本発明を用いて運転者に走行方向を示すことができ、又
は本発明を他のナビゲーション機器、例えば、これに限
定されるものではないが、グローバル・ポジショニング
・システム(GPS)の補助機器として用いることがで
きる。さらに、本発明はマルチセンサ統合輸送手段ナビ
ゲーション/ロケーションシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor and a non-magnetic sensor for determining the traveling direction of a vehicle and measuring the movement, acceleration / deceleration and speed of the vehicle. In particular,
The invention can be used to indicate the direction of travel to the driver, or the invention can be used as an aid to other navigation equipment, such as, but not limited to, a global positioning system (GPS). be able to. Further, the invention relates to a multi-sensor integrated vehicle navigation / location system.

【0003】付表の参照 以下の付表は、本願/本特許の一部として添付されると
ともに、本願/本特許に含まれる。
REFERENCE TO APPENDIX The following appendix is attached as part of and / or incorporated by reference herein.

【0004】付表A:以下のリストは前記のソフトウェ
ア実行例である。
Appendix A: The following list is an example of the software implementation described above.

【0005】[0005]

【従来の技術】あらゆるタイプの輸送手段において、運
転者が用いるデータまたは輸送手段から離れた遠隔位置
についてのデータを供給し、例えば、輸送手段の走行方
向を決定することができる電子機器がますます必要とさ
れている。本願はスタンドアロン型コンパスを有するも
のであり、このコンパスでは、輸送手段の向首方位を、
例えば、コンパスの8つの方位、北(N)、南(S)、
東(E)、西(W)、北東(NE)、北西(NW)、南
東(SE)および南西(SW)の1つとして小型電子デ
ィスプレイ上に表示することができる。このようなスタ
ンドアロン型コンパスのより洗練されたものは、コンパ
スの向首方位度を1、2度ずつ増やして、数値として、
または、羅針図上の羅針のようにアナログ方式で表示す
るのに十分な性能および精度を有するものがある。
BACKGROUND OF THE INVENTION In all types of vehicles, there is an increasing number of electronic devices that can supply data used by the driver or data about remote locations remote from the vehicle, for example, to determine the direction of travel of the vehicle. is needed. The present application has a stand-alone compass, in which the heading of the vehicle is
For example, eight compass directions, north (N), south (S),
It can be displayed on a miniature electronic display as one of east (E), west (W), northeast (NE), northwest (NW), southeast (SE) and southwest (SW). A more sophisticated version of such a stand-alone compass is to increase the heading of the compass by one or two degrees,
Alternatively, some compass, such as a compass on a compass diagram, have sufficient performance and accuracy to display in an analog manner.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】輸送手段設置型コンパ
スは、輸送手段の磁気特性を考慮して校正しなければな
らない。輸送手段の磁気特性が変化がある場合、新しい
校正が必要である。しかしながら、運転者がその変化を
に気づかないことがよくあり、そのため読みが間違って
しまう。
A vehicle-mounted compass must be calibrated in consideration of the magnetic characteristics of the vehicle. If the magnetic properties of the vehicle change, a new calibration is needed. However, the driver is often unaware of the change, which leads to incorrect readings.

【0007】また、過渡的磁気妨害が生じた場合、従来
のシステムは妨害が始まる直前の向首方位を保持する。
妨害が終わると、新しい正確な向首方位を示す。橋梁、
鋼製建造物、または、鉄材で建造された隣接する道路
は、過渡的磁気異常を引き起こす可能性がある。
[0007] Also, when a transient magnetic disturbance occurs, the conventional system retains the heading just before the disturbance started.
At the end of the obstruction, a new and accurate heading will be indicated. Bridges,
Steel structures or adjacent roads built of iron can cause transient magnetic anomalies.

【0008】1つの問題はこのような異常の検知にあ
る。なぜならば、このような異常が異常として検知され
ないおそれがあり、その場合、従来のコンパスは不正確
な読みで応答するからである。また、異常または繰り返
し発生する異常は、例えば、鉄材で建造された高架交差
路、傾斜路、その他の道路等の現代の幹線道路上に長時
間存在することがある。
One problem lies in the detection of such abnormalities. This is because such an anomaly may not be detected as an anomaly, in which case the conventional compass will respond with an incorrect reading. In addition, the abnormalities or the abnormalities that occur repeatedly may be present for a long time on modern arterial roads such as elevated intersections, ramps, and other roads constructed of iron materials.

【0009】別の例では、輸送手段運転者または同乗者
が特定の位置までナビゲートしたり、特定の位置から離
れるようにナビゲートするのを補助する種々のナビゲー
ションシステムが開発されてきた。一般に、ナビゲーシ
ョンシステムは、3つ以上の無線信号の発信源のある種
の三角測量の方式を採用し、輸送手段の位置またはロケ
ーションを決定する。このようなシステムは、LORA
N、DECCA、GPS、FMおよびAM無線信号並び
に他のRF無線システムの技術を用いて作成されてき
た。長時間にわたって電子地図上の輸送手段の位置変化
をプロットすることによって、このようなナビゲーショ
ンシステムを作成する。このようなナビゲーションシス
テムは、無線信号を妨害なく受信することができる限
り、高い信頼性で作動する。信号妨害による1つ以上の
無線信号の喪失がナビゲーションシステムの精度を大幅
に低下させ、しばしばシステムを失敗させるので、この
ようなシステムには重大な制限がある。
[0009] In another example, various navigation systems have been developed to assist a vehicle driver or passenger in navigating to a particular location or navigating away from a particular location. In general, navigation systems employ some form of triangulation from three or more wireless signal sources to determine the location or location of the vehicle. Such a system is called LORA
It has been created using N, DECCA, GPS, FM and AM radio signals and other RF radio system technologies. Such a navigation system is created by plotting changes in the location of the vehicle on an electronic map over time. Such a navigation system operates with high reliability as long as it can receive radio signals without interference. Such systems have serious limitations because the loss of one or more radio signals due to signal interference can severely reduce the accuracy of navigation systems and often cause them to fail.

【0010】ナビゲーションシステムおよびロケーショ
ン決定システム、例えば、差動GPS(DGPS)技術
を含むグローバルポジショニングシステム(GPS)技
術を採用するシステムは、しばしば、輸送手段の位置を
決定するためにシステムが受信および使用している信号
を一時的に利用することができないために生じる制限が
ある。GPSおよびDGPSの例では、例えば、高層ビ
ルや他の障害物群の周囲の領域内において、輸送手段の
位置を連続的に測定し続けるために利用できる衛星信号
が不十分なときがある。
[0010] Navigation and location determination systems, such as those employing Global Positioning System (GPS) technology, including differential GPS (DGPS) technology, are often received and used by the system to determine the location of a vehicle. There is a limitation that occurs because the signal being used cannot be used temporarily. In the GPS and DGPS examples, there may not be enough satellite signals available to keep the position of the vehicle continuously measured, for example, in the area around tall buildings and other obstacles.

【0011】別の例、すなわち、輸送手段内またはある
遠隔位置で地図または他の輸送手段ロケーション決定方
式に関連して特定の輸送手段の所在地を決定することが
できる、輸送手段ナビゲーションと区別した輸送手段ロ
ケーションにも非常に類似した要件および同様の制限が
ある。このような適用は、輸送手段ロケーションデータ
を自動車または他の地上、海上、航空、宇宙輸送手段の
乗員に提供することから、自動車または他の地上、海
上、航空、宇宙輸送手段の輸送手段ロケーション決定シ
ステムまでの範囲に及び、後者のシステムは、ある形態
の電子地図表示上に、または、非電子地図上またはある
主のグリッド上で輸送手段の位置決め可能とする種々の
座標系内で座標を生成することによって、輸送手段のロ
ケーションを正確に示すことができる。
Another example, transportation distinct from vehicle navigation, in which the location of a particular vehicle can be determined within a vehicle or at a remote location in connection with a map or other vehicle location determination scheme. Vehicle locations have very similar requirements and similar limitations. Such an application provides vehicle location data to a vehicle or other ground, sea, air, or space vehicle occupant, thereby providing vehicle location determination for a vehicle or other ground, sea, air, or space vehicle. Ranging to the system, the latter system generates coordinates in various coordinate systems that allow the vehicle to be located on some form of electronic map display, or on a non-electronic map or on some main grid. By doing so, the location of the vehicle can be pinpointed.

【0012】このような場合、これらの時間中に輸送手
段のロケーションを計算し続けることができるものを必
要とする。すなわち、連続する一連の輸送手段位置を出
力することによりナビゲーションシステムまたはロケー
ションシステムを補助し、信号停止または信号妨害のと
きにシステムが機能し続ける能力を維持することであ
る。種々のソースからのセンサデータの統合を用い、そ
れらのデータを処理して長時間にわたって輸送手段の変
化位置を計算することによって、これを実行することが
できる。このような技術は、信号停止または信号妨害が
発生する以前の最後の既知の輸送手段の位置から測定し
た輸送手段の向首方位とともに、速度センサまたは加速
度計からの速度および移動のなどのデータ入力を処理す
る。このようなシステムはフライホイールと呼ばれるこ
とがあり、GPSシステムの場合、主たるナビゲーショ
ンシステムまたはロケーションシステムが機能を低下し
たり喪失したときでもシステムが動作し続けるので、比
喩的に言えばGPSフライホイールと呼ばれることもあ
る。
In such a case, there is a need for a means that can continue to calculate the location of the vehicle during these times. That is, it assists the navigation or location system by outputting a continuous series of vehicle locations and maintains the ability of the system to continue functioning in the event of a signal stop or signal interruption. This can be done using the integration of sensor data from various sources and processing those data to calculate vehicle change locations over time. Such techniques include data input such as speed and travel from a speed sensor or accelerometer, along with the heading of the vehicle measured from the last known vehicle position before the signal stop or signal jamming occurs. Process. Such a system is sometimes referred to as a flywheel, and in the case of a GPS system, the system continues to operate even when the main navigation system or location system is degraded or lost. Sometimes called.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】一つの観点において、本
発明は、自動校正を行う輸送手段用の特定の用途のコン
パスシステムおよび方法である。特に、輸送手段が完全
な円の形に運転されるまで、輸送手段が通常の使用で運
転されるときのセンサデータを記録することによって、
自動校正を行う。これは、システムによって、システム
が定義した円を区分またはビン(bin)に分割し、各ビ
ン毎に少なくとも1つのデータ点が存在することを確実
にすることによって、検知および記録される。実際、輸
送手段を運転して各ビンを訪れた場合にデータ点を各ビ
ンに確実に設置する手段は、計算した楕円の中心を描く
オフセットパラメータを一定に調整することによる。本
発明のこの観点および他の観点の重要な特徴は、磁気セ
ンサからの高速読み取り値を利用することである。
SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, the present invention is a specific application compass system and method for a vehicle that performs automatic calibration. In particular, by recording sensor data when the vehicle is operated in normal use, until the vehicle is operated in a perfect circle,
Perform automatic calibration. This is detected and recorded by the system by dividing the system-defined circle into sections or bins and ensuring that at least one data point exists for each bin. In fact, the means of ensuring that data points are placed in each bin when the vehicle is driven and visited each bin is by adjusting the calculated offset parameter that describes the center of the ellipse. An important feature of this and other aspects of the invention is that it utilizes high speed readings from magnetic sensors.

【0014】本発明の別の観点は、輸送手段と相対的に
移動する過渡的磁気異常の存在を検知し、次ぎに、処理
においてセンサの異常な読み取り値を拒絶し、向首方位
指示用の出力としてそれらの読みを使用できなくする。
過渡的磁気体、例えば、橋梁、鋼、強化橋梁、高架交差
路等はジッタと呼ばれる高周波特性を有することが分か
っており、これは検知および識別できるので拒絶するこ
とができる。その結果、ジッタが発生する前の向首方位
を、過渡的異常が存在する限り何ら変化が生じないコン
パスシステムの出力として維持することができる。次
に、ジッタが終わると、センサデータ処理は現在の向首
方位を再び与え始める。その結果、高速データ読み取り
のため、ジッタの短い中断でも、良好な読み取りを行う
ことができるので、良好な向首方位を出力することがで
きる。したがって、例えば、比較的長い異常源を通過し
ながら、良好な読み取りが得られ、更新した向首方位を
提供する。過渡的異常が存在するときに良質なデータが
短期間あるだけで、更新を行い良好な読み取り出力を与
えるのに十分である。
Another aspect of the present invention is to detect the presence of a transient magnetic anomaly that moves relative to the vehicle, and then reject abnormal sensor readings in processing and provide heading indication. Make those readings unusable as output.
Transient magnetic bodies, such as bridges, steel, reinforced bridges, elevated crossings, etc., have been found to have high frequency properties called jitter, which can be detected and discarded because they can be detected and identified. As a result, the heading direction before the occurrence of jitter can be maintained as the output of the compass system in which no change occurs as long as the transient abnormality exists. Then, when the jitter is over, the sensor data processing starts giving the current heading again. As a result, for high-speed data reading, good reading can be performed even with a short interruption of jitter, so that a good heading direction can be output. Thus, for example, a good reading is obtained while passing through a relatively long anomaly source, providing an updated heading. Only a short period of good data when transient anomalies are present is sufficient to update and provide good read output.

【0015】本発明の別の観点は、コンパスシステムを
GPS等の無線ナビゲーションシステムと組み合わせ、
GPS信号を喪失したとき、コンパスシステムが動作し
て向首方位データを提供する。また、GPS等の精密無
線ナビゲーションシステムを代替のセンサ、例えば、磁
気コンパス、クロストラック加速度計、車輪回転センサ
および速度センサを備える組み合わせと統合した完全統
合システムが考えられる。クロストラック加速度計の代
わりに、または、加速度計と重複して、角速度センサを
用いてもよい。この統合システムは、GPS衛星のすべ
ての組み合わせが存在しても利益を提供することができ
る。統合化によって、初期のナビゲーションシステムの
補足または代替の必要に応じて、代替の組み合わせを用
いることができる。これは、速度センサ、レートセンサ
およびクロストラック加速度計等のセンサを追加して用
いて、実施することができる。少なくとも4つのGPS
衛生、又は高度が分かっている場合には3つのGPS衛
星からの受信を用いて良好なGPSナビゲーションを得
ることができる。本発明は、GPS衛星がまず3つに減
り、次に2つに減り、その後に1つに減り、最後に無く
なった場合のデータ喪失を考慮する。
Another aspect of the present invention is to combine a compass system with a radio navigation system such as GPS,
When the GPS signal is lost, the compass system operates to provide heading data. A fully integrated system is also conceivable which integrates a precision wireless navigation system such as GPS with a combination comprising alternative sensors, for example a magnetic compass, a cross-track accelerometer, a wheel rotation sensor and a speed sensor. An angular velocity sensor may be used instead of, or in addition to, a cross-track accelerometer. This integrated system can provide benefits even when all combinations of GPS satellites are present. The integration allows alternative combinations to be used as needed to supplement or replace the initial navigation system. This can be implemented using additional sensors such as speed sensors, rate sensors and cross-track accelerometers. At least four GPS
Good satellite navigation can be obtained using satellites or reception from three GPS satellites if the altitude is known. The present invention takes into account data loss when the number of GPS satellites is reduced to three first, then to two, then to one, and finally lost.

【0016】新規な発明のこの観点の重要な点は、関連
する速度センサおよび向首方位センサを最適に使用する
ことができるようにカルマンフィルタを調整することで
ある。詳細には、カルマンフィルタに含まれる状態は2
つの水平位置状態を含み、これらの状態において、座標
系は不可欠ではない。第3の位置状態は垂直位置であ
る。また、GPS受信器のクロック時間状態およびクロ
ック周波数状態も含まれる。速度状態は、垂直方向の速
度、輸送手段の向首方位および輸送手段のトラック方向
速度を含む。これらの状態の特定の選択によって、GP
S衛星が喪失したときはいつでも、システム精度がただ
ゆっくりと低下する程度にカルマンフィルタを容易に再
構成することを可能にする。このため、GPS衛星の数
が3つに減少すると、垂直速度状態をゆっくりと0に変
化させる、すなわち、高さ保持モードに変化させる。衛
星の数が2つに減少すると、GPSコード測定値からの
絶対読み取り値をなくし、搬送波−位相測定値の変化の
みを用いる。さらに、搬送波−位相測定値を用いずに、
向首方位状態を提供する。向首方位状態は、磁気向首方
位センサおよびクロストラック加速度計によって駆動さ
れる。GPS衛星の数が1つに減少すると、GPS受信
器のクロック周波数状態を更新するためだけにGPS測
定値を用いる。速度センサを利用することができるもの
は何でも用いて、トラック方向速度状態を駆動させる。
磁気コンパスおよびクロストラック加速度計を用いて向
首方位状態を駆動させる。標準時間更新処理は位置状態
を得る。
An important aspect of this aspect of the novel invention is that it adjusts the Kalman filter so that the associated speed and heading sensors can be used optimally. Specifically, the states included in the Kalman filter are 2
In one of these states, the coordinate system is not essential. The third position state is the vertical position. It also includes the clock time state and clock frequency state of the GPS receiver. The speed conditions include vertical speed, heading of the vehicle, and track speed of the vehicle. Depending on the particular choice of these conditions, GP
Whenever an S-satellite is lost, it allows the Kalman filter to be easily reconfigured to the extent that system accuracy only slowly degrades. Therefore, when the number of GPS satellites is reduced to three, the vertical speed state is slowly changed to 0, that is, the mode is changed to the height holding mode. As the number of satellites is reduced to two, absolute readings from GPS code measurements are eliminated and only changes in carrier-phase measurements are used. Furthermore, without using carrier-phase measurements,
Provides heading status. The heading state is driven by a magnetic heading sensor and a cross-track accelerometer. As the number of GPS satellites decreases to one, the GPS measurements are used only to update the clock frequency state of the GPS receiver. Whatever the speed sensor can be used to drive the track direction speed state.
The heading state is driven using a magnetic compass and a cross-track accelerometer. The standard time update process obtains the position status.

【0017】速度センサを用いることができ、その場
合、2つ以上の校正状態を備え、これらの校正状態は速
度スケーリングを与え、速度測定をGPSが導き出した
速度と一致させる。
A speed sensor can be used, where two or more calibration states are provided, which provide speed scaling and match the speed measurement with the GPS derived speed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施では、一つの
観点において、本発明は、耐磁気性センサを含む電気回
路と、メモリを有するマイクロプロセッサと、他のセン
サ、例えば、速度センサまたは加速度計からデータを受
け取ることができる入力/出力装置とから構成される。
メモリはソフトウェアアルゴリズムを含み、これらのア
ルゴリズムは、輸送手段の正確な向首方位の計算、磁気
センサの自動校正、種々のセンサデータの統合からフラ
イホイール位置データを計算するアルゴリズムを実行す
る。ここで、フライホイールという用語は、主たるナビ
ゲーションシステム全体またはその一部が動作しないと
き、例えば、GPSの受信が妨害されたときに、他のセ
ンサによって動作するシステムを示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a preferred embodiment of the present invention, in one aspect, the present invention provides an electrical circuit including a magnetically resistant sensor, a microprocessor having a memory, and other sensors, such as a speed sensor or And an input / output device capable of receiving data from the accelerometer.
The memory includes software algorithms, which execute algorithms to calculate the correct heading of the vehicle, automatically calibrate the magnetic sensors, and calculate flywheel position data from the integration of various sensor data. Here, the term flywheel refers to a system that operates with other sensors when the main navigation system as a whole or a part thereof does not work, for example, when GPS reception is interrupted.

【0019】磁気向首方位センサは、典型的にセンサを
備える輸送手段の誘起磁性および永久磁性に関連する問
題を有する。輸送手段の磁気特性は頻繁に変化する。磁
気特性の変化は、輸送手段の金属構造の形状変化、工具
箱や貨物等の大量の鉄材を輸送手段に積載すること、種
々のタイプの電気モータや電気コイルの作動等の磁界に
よる干渉により生じる可能性がある。
Magnetic heading sensors typically have problems associated with induced and permanent magnetism in vehicles that include the sensor. The magnetic properties of a vehicle change frequently. Changes in magnetic properties are caused by changes in the shape of the metal structure of the vehicle, loading a large amount of iron material such as tool boxes and cargo on the vehicle, and interference from magnetic fields such as the operation of various types of electric motors and electric coils. there is a possibility.

【0020】センサを搭載した輸送手段から歪みが生じ
ないと仮定すると、2つの直交磁気センサは、輸送手段
が完全な円で回転すると、原点を中心とした円を描き、
ここで、原点はいずれのセンサも無磁界と定義する。輸
送手段の永久磁性により、2つの直交磁気センサの読み
は円形パターンを描き、このパターンは中心から外れ
る。軟鉄または他の磁気化し易い材料から生じる誘起磁
性によって、その円は、磁気化し易い材料の力の強い方
向に長軸を有する楕円に歪む。ゲートまたはセンサを搭
載した輸送手段が完全な円で回転するとき、2水平軸磁
束ゲートまたは耐磁気性センサのいずれかが描く偏心楕
円を校正する方法を記載した特許はいくつか発行されて
いる。Hatchらによる米国特許第4,611,29
3号およびHatchの米国特許第4,797,841
号は、輸送手段の永久磁性およびあらゆる方向の軟鉄に
よる誘起磁性が存在する場合もコンパスを校正すること
ができる2つの例である(すなわち、楕円の解消はまっ
たく一般的である)。
Assuming no distortion from the vehicle carrying the sensor, the two orthogonal magnetic sensors draw a circle about the origin when the vehicle rotates in a perfect circle,
Here, the origin is defined as no magnetic field in any of the sensors. Due to the permanent magnetism of the vehicle, the readings of the two orthogonal magnetic sensors draw a circular pattern, which is off-center. Induced magnetism arising from soft iron or other magnetizable material causes the circle to distort into an ellipse having a major axis in the direction of the strong force of the magnetizable material. Several patents have been issued describing how to calibrate the eccentric ellipse drawn by either a two horizontal axis flux gate or a magnetically shunt sensor when the vehicle carrying the gate or sensor rotates in a full circle. U.S. Patent No. 4,611,29 to Hatch et al.
No. 3 and Hatch U.S. Pat. No. 4,797,841.
Signals are two examples where the compass can be calibrated in the presence of the permanent magnet of the vehicle and the induced magnetism of soft iron in all directions (ie, ellipse resolution is quite common).

【0021】また、誘起磁性の対称性またはその存在に
関する単純化仮定を利用して同様の効果を得る特許も発
行されている。1つの特許、van Lenteらによ
る第4,953,305号によって、軟鉄が輸送手段の
長軸方向に整列されていると仮定した校正を行うことが
できる。これは、楕円の半長軸が輸送手段の軸に一致し
ていると仮定することを意味する。一般に、磁気センサ
が輸送手段の中心線の近傍に位置する場合、これは悪い
仮定ではない。別の特許された技術は、誘起された軟鉄
の磁性を無視することができ、パターンを強制的に円整
合にする、すなわち、楕円率は0であると仮定する。一
般に、これは非常に良い仮定とは言えないが、カーナビ
ゲーション表示のみに必要な精度については、一般的に
十分に良好である。
[0021] Patents have been issued to obtain a similar effect by using a simplified assumption regarding the symmetry of induced magnetism or its existence. One patent, van Lente et al., No. 4,953,305, allows calibration to be performed assuming that soft iron is longitudinally aligned with the vehicle. This means assuming that the semilong axis of the ellipse coincides with the axis of the vehicle. Generally, this is not a bad assumption if the magnetic sensor is located near the centerline of the vehicle. Another patented technique can ignore the induced soft iron magnetism and force the pattern into circular matching, ie, assume that the ellipticity is zero. In general, this is not a very good assumption, but the accuracy required for car navigation displays only is generally good enough.

【0022】センサの読みを0を中心とした円にマッピ
ングするために決定しなければならないパラメータは、
(1)x軸およびy軸の両方の中心偏心、(2)誘起磁
性が存在し得る場合のセンサの読みの楕円率、(3)誘
起磁性の非対称性が許容される場合のセンサ楕円の半長
軸の角方向である。
The parameters that must be determined to map the sensor readings to a circle centered at 0 are:
(1) center eccentricity in both the x and y axes; (2) ellipticity of the sensor reading when induced magnetism may be present; (3) half of the sensor ellipse when induced magnetism asymmetry is allowed. It is the angular direction of the long axis.

【0023】また、ある単純化仮定を用いて校正方法を
自動更新することができる特許、例えば、Wanous
による米国特許第5,046,031号も発行されてい
る。例えば、同一水平面内の磁石がセンサの読みを妨害
したと仮定する場合、楕円をマッピングする円の大きさ
は変化せず、中心偏心を移動させて同じセンサの読みを
復元することができる。しかしながら、この処理はある
状況では誤差を発生させる。第1に、妨害磁石がセンサ
と同一水平面内にない場合、円の中心位置並びに円の大
きさが変化することがある。第2に、輸送手段の位置が
磁性緯度において十分に移動する場合、地球の磁界の水
平成分は大幅に増減し、それにしたがって、円の大きさ
も変化する。これらの理由で、自動校正処理が必要を示
す場合、新しい“補助された”校正を行う必要を使用者
に自動的に警告する能力がある新しい自動校正処理が発
明された。
Patents that can automatically update the calibration method using certain simplification assumptions, for example, Wanous
US Patent No. 5,046,031 to U.S. Pat. For example, if it is assumed that a magnet in the same horizontal plane has obstructed the sensor reading, the size of the circle mapping the ellipse does not change, and the center eccentricity can be moved to restore the same sensor reading. However, this process introduces errors in certain situations. First, if the disturbing magnet is not in the same horizontal plane as the sensor, the center position of the circle and the size of the circle may change. Second, if the location of the vehicle shifts sufficiently at magnetic latitudes, the horizontal component of the Earth's magnetic field will increase or decrease significantly, and the size of the circle will change accordingly. For these reasons, a new automatic calibration process has been invented that is capable of automatically alerting a user to the need to perform a new "assisted" calibration when an automatic calibration process indicates a need.

【0024】高精度の向首方位情報を必要とする応用に
理想的ないくつかの進歩した特徴を有し、改良された自
動校正処理をともなう新しい精密コンパスを開示する。
このコンパスはスタンドアロン型コンパスとして用いた
り、他のオンボードセンサと統合することができる。G
PS等の無線ナビゲーションシステムをともなうより完
全に開発されたナビゲーション及びロケーションシステ
ムにおいて、コンパスおよび他のオンボードセンサは高
集積システムを形成する。
A new precision compass with several advanced features and an improved automatic calibration process is disclosed that is ideal for applications requiring high precision heading information.
This compass can be used as a stand-alone compass or integrated with other on-board sensors. G
In more fully developed navigation and location systems with wireless navigation systems such as the PS, compasses and other on-board sensors form a highly integrated system.

【0025】この装置は、1秒当たり多くのセンサの読
みを得ることが一因となって、フライホイールを形成す
る。現在の実施では、5Hz〜6Hz、最大12Hz
(読み取り/秒)の更新を用いてきた。この機器を速度
センサの入力とともに用いることは、そうでなければG
PSのみによるナビゲーションの解決法の大きな援助と
なる。この機器は、正確かつ自己調整式であるとともに
データを高い更新レートで供給するので、優秀な低コス
トセンサを形成する。
This device forms a flywheel, due in part to obtaining many sensor readings per second. In current implementation, 5Hz-6Hz, 12Hz max
(Reads / sec) updates have been used. Using this device with a speed sensor input would otherwise
It is a great aid to PS-only navigation solutions. This device is accurate and self-adjusting and supplies data at a high update rate, thus forming an excellent low cost sensor.

【0026】新しいコンパスの心臓部に、1対の直交配
置された耐磁気性センサ(MRセンサ)がある。これら
のセンサの出力は、Hatch(米国特許第4,79
7,841号)が局所磁性が存在する場合にセンサを校
正するアルゴリズムを提供した磁束ゲートセンサの出力
と非常に似ている。MRセンサは、地球の磁界内でのM
Rセンサの1゜以下の回転を測定するのに十分な感度を
有する。Hatchのアルゴリズムを適用するととも
に、2つの直交センサからの未処理入力をソフトウェア
により平滑化することによって、高精度の方向センサを
得ることができる。
At the heart of the new compass is a pair of orthogonally arranged magnetically resistant sensors (MR sensors). The output of these sensors is the output of Hatch (U.S. Pat.
7,841) is very similar to the output of a flux gate sensor which provided an algorithm to calibrate the sensor in the presence of local magnetism. The MR sensor uses M in the Earth's magnetic field.
It has sufficient sensitivity to measure less than 1 ° rotation of the R sensor. A high-precision direction sensor can be obtained by applying the Hatch algorithm and smoothing the raw inputs from the two orthogonal sensors by software.

【0027】自動校正手順 このツールを実用上有用にするためには、センサデータ
を自動的に校正する必要がある。これは、局所磁界の変
化が感知方向を変化させる可能性があるからである。こ
の自動校正に用いられる手法を以下に説明する。
Automatic Calibration Procedure To make this tool practically useful, it is necessary to automatically calibrate the sensor data. This is because a change in the local magnetic field may change the sensing direction. The method used for this automatic calibration will be described below.

【0028】自動校正は2つの異なる工程で行われる。Automatic calibration is performed in two different steps.

【0029】1.Wanousの米国特許第5,04
6,031号に記載されている方法と同様にオフセット
パラメータを定期的に調整する。
1. Wanoous US Patent No. 5,044
The offset parameter is adjusted periodically as in the method described in US Pat. No. 6,031.

【0030】2.十分なデータを収集した場合、以下に
説明するように、完全校正アルゴリズムを適用する。
2. When sufficient data has been collected, a full calibration algorithm is applied, as described below.

【0031】校正の定期調整 自動校正の1工程では、Wanousによる米国特許第
5,046,031号に記載されているのと同様の方法
でオフセットパラメータを調整する。オフセットパラメ
ータの定期調整は、現在のデータから算出された半径と
校正項から得られる既知の半径との比較に基づく(計算
要求条件を減らすため、半径ではなく、半径の二乗を用
いることができる)。しかしながら、Wanousの特
許に記載の技術を単純に適用すると、オフセット調整に
おいて誤差が生じる。図1は、潜在的な問題を説明する
のに役立つ。C0で示す円を考えると、これは、整合パ
ラメータを適用して再円形化された後に見えるように、
摂動していない未処理データを示す。C1で示す円は、
磁石がセンサの近傍に位置する場合に“整合後の”デー
タが現れる状態である。ここで、輸送手段がSWを向い
ていると仮定する。これは、点r1で(x,y)対を与
える。半径比較手法はr1の半径をr2の半径と比較
し、(r2の成分を得ることによって)データが左下方
に移動したと認知する。これはまったく間違っている
(一般に、この誤差は、データを間違った方向に2*半
径ずらした分だけ間違っている)。我々の正確な計算で
は輸送手段がNEを向いているので、データは実際には
右上方に移動していた。
Periodic Calibration Adjustment In one step of the automatic calibration, the offset parameters are adjusted in a manner similar to that described in US Patent No. 5,046,031 to Wanous. Periodic adjustment of the offset parameter is based on a comparison between the radius calculated from the current data and the known radius obtained from the calibration term (the radius squared can be used instead of the radius to reduce calculation requirements). . However, if the technique described in the Wanous patent is simply applied, an error occurs in the offset adjustment. FIG. 1 helps explain the potential problem. Considering the circle denoted by C0, this is visible after re-circularization by applying the matching parameters,
Shows unperturbed raw data. The circle indicated by C1 is
This is the situation where "after alignment" data appears when the magnet is located near the sensor. Here, it is assumed that the transportation means is facing the SW. This gives an (x, y) pair at point r1. The radius comparison technique compares the radius of r1 with the radius of r2 and recognizes that the data has moved to the lower left (by obtaining the component of r2). This is completely wrong (generally, this error is wrong by 2 * radii shifted data in the wrong direction). In our exact calculations, the data was actually moving to the upper right because the vehicle was pointing to the NE.

【0032】問題は、データが曖昧で、r1およびr3
の両方がNEを示す点のように見えることである。本発
明のアルゴリズムはこの間違いをするおそれがあるが、
より多くのデータを収集して間違いを発見して訂正する
ので、それは一時的なものにすぎない。データの25%
をさらに収集する度に、先に保存したデータ対について
の現在の整合パラメータを用いて半径を計算し、その半
径を最新データを用いて計算した半径と比較することに
よって、データの一致を再検討する。これらの2つの半
径の差が所定の選択されたしきい値を超える場合、デー
タを放棄し、自動校正を再開する。データを調べ、でき
るだけ早く問題を検知するのが望ましい。25%が選択
されたのは、それが通常はデータを保持すべきか拒否す
べきかを決定できるほど十分な程度に楕円の概略構造を
規定するからである。より少ないデータで十分であり、
より多くのデータはジョブを行うが校正パラメータを更
新するレートを遅延させる。最小限のデータは、楕円の
概略構造を規定するのに必要なデータである。これは、
2つの異なる局所磁気入力からのデータを混合するとい
う問題だけでなく、今記載した問題も解決する。
The problem is that the data is ambiguous and r1 and r3
Both look like points indicating NE. The algorithm of the present invention may make this mistake,
It is only temporary, as more data is collected to find and correct mistakes. 25% of data
Each time we collect more data, we reconsider the data match by calculating the radius using the current matching parameters for the previously stored data pair and comparing that radius to the radius calculated using the latest data I do. If the difference between these two radii exceeds a predetermined selected threshold, discard the data and resume automatic calibration. It is desirable to examine the data and detect problems as soon as possible. 25% was chosen because it usually defines the general structure of the ellipse enough to be able to decide whether to keep or reject the data. Less data is enough,
More data will do the job but delay the rate at which the calibration parameters are updated. The minimum data is data necessary for defining the general structure of the ellipse. this is,
It solves not only the problem of mixing data from two different local magnetic inputs, but also the problem just described.

【0033】オフセットが元の半径(r2)より大きく
なるまで曖昧性の問題は生じないので、この問題が生じ
る可能性も最小限に抑えられる。およそ12Hzで測定
を行い、各測定毎にオフセットを計算し直すので、1よ
り大きい半径の摂動はおよそ1/12秒以内に生じなけ
ればならない。他の場合は、移動に遅れずついていき、
曖昧状態には入らない。
Since the problem of ambiguity does not occur until the offset is greater than the original radius (r2), the possibility of this problem occurring is also minimized. Since the measurements are taken at approximately 12 Hz and the offset is recalculated for each measurement, a perturbation with a radius greater than 1 must occur within approximately 1/12 second. In other cases, you will be delayed in moving,
Do not enter an ambiguous state.

【0034】自動完全校正の計算は以下の方法に基づ
く。輸送手段が360゜回転したときをソフトウェアが
知るために、現在のデータをカタログ化する。十分な新
しいデータを利用できるときはいつでも、新しい校正を
行う。本特許では、通常の状況で、完全回転したときと
自動校正が実行可能であることとを検知するより良い方
法を提供する新しいデータカタログ化方法を提案する。
自動車のイグニッションをオンにしたときはいつでも、
データを自動的に収集し、新しい校正に備えて記憶す
る。異なる局所磁気環境から得られたデータの混合を避
けるため、オフセットパラメータの自動調整を監視す
る。現在のデータからの円の半径の差がしきい値(例え
ば、最後の完全校正から得られた値の1/2)を超える
場合。
The calculation of the automatic perfect calibration is based on the following method. Catalog the current data so that the software knows when the vehicle has rotated 360 °. Perform a new calibration whenever sufficient new data is available. This patent proposes a new data cataloging method that provides a better way of detecting when full rotation and automatic calibration are feasible under normal circumstances.
Whenever you turn on the car ignition,
Data is automatically collected and stored for a new calibration. The automatic adjustment of the offset parameter is monitored to avoid mixing data obtained from different local magnetic environments. The difference in radius of the circle from the current data exceeds a threshold (eg, の of the value obtained from the last full calibration).

【0035】自動校正処理は、作業者が通常特別な処理
を行う必要がまったくないように設計される。
The automatic calibration process is designed so that the operator usually does not need to perform any special process at all.

【0036】楕円パラメータの解決の他に、整合のrm
s残差を計算する。rms残差が選択されたしきい値を
下回ったままの場合、校正のパラメータは正確であると
仮定してもよく、これらのパラメータを用いて、向首方
位を計算する中心円に対するセンサの読みをマッピング
することができる。残差が選択されたしきい値を超える
場合、輸送手段を完全円で回転させてセンサデータを更
新するように要求するユーザメッセージを送ることがで
きる。いったん回転が完了すると、楕円に対する最小2
乗整合を再び計算し、rms残差が良好なら新しい校正
パラメータを採用する。
In addition to solving for the elliptic parameters, the rm of the match
Calculate s residual. If the rms residual remains below the selected threshold, the parameters of the calibration may be assumed to be accurate, and these parameters may be used to read the sensor readings relative to the central circle to calculate heading. Can be mapped. If the residual exceeds a selected threshold, a user message may be sent requesting that the vehicle be rotated around a full circle to update the sensor data. Once the rotation is complete, a minimum of 2
The power match is calculated again and the new calibration parameters are adopted if the rms residual is good.

【0037】2つの付加的手法を適用して、より正確な
結果を提供する。第1に、移動平均を未処理(x,y)
対に適用することによって、未処理センサデータを平滑
化する。第2の手法では、できるだけ多くのデータを校
正アルゴリズムに提供する。校正は、提供されたデータ
に最小2乗整合を適用する。提供されるデータが多いほ
ど、整合が良好になることは明らかである。最小2乗ア
ルゴリズムへの鍵ぎの1つは、観察行列Hの転置と観察
行列Hの積である(HtH)(読みH置換H)の計算で
ある。この適用では、Hは「n×5」項の行列である。
ここで、「n」は測定の回数を示す。従来技術では、整
合のためのデータを提供するため、n*5項を記憶しな
ければならなかった。“急いで”HtHおよびHtyを
計算することによって、個々のデータ点を記憶する必要
がなくなるので、利用できるすべてのデータを用いても
よく、このため、良好な整合を行うことができる。
[0037] Two additional techniques are applied to provide more accurate results. First, the moving average is unprocessed (x, y)
By applying to pairs, the raw sensor data is smoothed. In the second approach, as much data as possible is provided to the calibration algorithm. Calibration applies a least squares match to the provided data. Clearly, the more data provided, the better the match. One of the keys to the least-squares algorithm is to calculate (HtH) (reading H permutation H), which is the product of the transposition of the observation matrix H and the observation matrix H. In this application, H is a matrix of “n × 5” terms.
Here, “n” indicates the number of measurements. In the prior art, n * 5 terms had to be stored to provide data for matching. By calculating "Hurry" HtH and Hty, all the available data may be used, since there is no need to store the individual data points, so that a good match can be made.

【0038】速度センサアルゴリズムの導入 速度センサデータを「GPSフライホイール」に導入す
るため、新しいカルマンフィルタ法を提案する。種々の
速度センサを自動車用ナビゲーションシステムに備える
ことができる。GPS信号が短い時間に渡って見つから
ない間にナビゲーションを補助することができるセンサ
が特に有益である。このようなセンサは、積算計速度セ
ンサまたは他の駆動軸センサ、車輪回転速度センサ、ド
ップラレーダ速度センサ、または、車両速度を示すよう
に統合することができる加速度計を含むが、これらに限
定されることはない。
Introduction of Speed Sensor Algorithm A new Kalman filter method is proposed to introduce speed sensor data into the “GPS flywheel”. Various speed sensors can be included in a vehicle navigation system. Sensors that can assist navigation while the GPS signal is missing for a short period of time are particularly beneficial. Such sensors include, but are not limited to, an integrator speed sensor or other drive shaft sensor, wheel rotational speed sensor, Doppler radar speed sensor, or an accelerometer that can be integrated to indicate vehicle speed. Never.

【0039】新規な発明のこの観点の重要な点は、関連
する速度センサおよび向首方位センサを最適に使用する
ことができるようにカルマンフィルタを調整することで
ある。特に、カルマンフィルタに含まれる状態は2つの
水平位置状態を含み、これらの状態において、座標系は
重大ではない。第3の位置状態は垂直位置である。ま
た、GPS受信器のクロック時間状態およびクロック周
波数状態も含まれる。速度状態は、垂直方向の速度、車
両の向首方位および車両のトラック方向速度を含む。こ
れらの状態の特定の選択によって、システム精度が単に
ゆっくりと低下する程度にGPS衛星が喪失したときは
いつでも、カルマンフィルタを容易に再構成することが
できる。このため、GPS衛星の数が3つに減少する
と、垂直速度状態をゆっくりと0に変化させる、すなわ
ち、高さ保持モードに変化させる。衛星の数が2つに減
少すると、GPSコード測定からの絶対読み取り値を下
げ、搬送波−位相測定の変化のみを用いる。さらに、搬
送波−位相測定を用いずに、向首方位状態を供給する。
向首方位状態全体は、磁気向首方位センサによって駆動
される。GPS衛星の数が1つに減少すると、GPS受
信器のクロック周波数状態を更新するためだけにGPS
測定を用いる。速度センサを利用することができるもの
は何でも用いて、トラック方向速度状態を駆動させる。
磁気コンパスおよびクロストラック加速度計を用いて、
向首方位状態を駆動させる。標準時間更新処理は位置状
態を取得する。
An important aspect of this aspect of the novel invention is that it tunes the Kalman filter so that the associated speed and heading sensors can be used optimally. In particular, the states included in the Kalman filter include two horizontal position states, in which the coordinate system is not critical. The third position state is the vertical position. It also includes the clock time state and clock frequency state of the GPS receiver. The speed states include vertical speed, heading of the vehicle, and track speed of the vehicle. With a particular choice of these conditions, the Kalman filter can be easily reconfigured whenever a GPS satellite is lost to the extent that system accuracy simply degrades slowly. Therefore, when the number of GPS satellites is reduced to three, the vertical speed state is slowly changed to 0, that is, the mode is changed to the height holding mode. As the number of satellites is reduced to two, the absolute readings from GPS code measurements are reduced, and only changes in carrier-phase measurements are used. Further, the heading state is provided without using the carrier-phase measurement.
The entire heading state is driven by a magnetic heading sensor. When the number of GPS satellites is reduced to one, the GPS receiver only updates the clock frequency state of the GPS receiver.
Use measurements. Whatever the speed sensor can be used to drive the track direction speed state.
Using a magnetic compass and a cross-track accelerometer,
Drive heading state. The standard time update process acquires the position status.

【0040】上記の標準的な8つの位置及び速度状態の
他に、速度センサおよび向首方位センサを適宜校正する
ために校正状態を加える。磁気コンパスは、GPS測定
によって駆動され、磁気偏角、すなわち、磁気コンパス
の校正値を決定する状態を含む。積算計または車輪セン
サを用いる場合、速度スケーリング値を求めて速度測定
をGPSが導出した速度と一致させる2つ以上の校正状
態を含む。異なるスケーリング値は、車両速度の関数
(すなわち、高速における過度な車輪のスリップ)とし
て必要とされることがある。
In addition to the standard eight position and speed conditions described above, a calibration condition is added to appropriately calibrate the speed sensor and heading sensor. The magnetic compass is driven by GPS measurements and includes a state that determines the magnetic declination, ie, the calibration value of the magnetic compass. If an integrator or wheel sensor is used, it includes two or more calibration states that determine the speed scaling value and match the speed measurement with the GPS derived speed. Different scaling values may be required as a function of vehicle speed (ie, excessive wheel slip at high speeds).

【0041】上記のように設計した状態を有するカルマ
ンフィルタは、特に、十分なGPS衛星の測定がない場
合に推定位置を決定し、標準GPS位置固定を得るよう
にした“GPSフライホイール”システムとしての利用
に特に適合した独自の構成を示すと考えられる。
The Kalman filter having the state designed as described above is particularly useful as a "GPS flywheel" system for determining an estimated position and obtaining a standard GPS position fix in the absence of sufficient GPS satellite measurements. It is believed to represent a unique configuration particularly adapted for use.

【0042】上記を参照すると、GPS受信が3つの衛
星に減少したとき、例えば、高度計を代わりに用いない
場合は高度保持が適切である。GPS受信が2つの衛星
に減少した場合、磁気コンパスおよびクロストラック加
速度計が動作して向首方位を供給する。また、これらと
重複して、角速度センサを用いることもできる。したが
って、あるセンサの精度が低下するにつれて、入力を段
階的に統合し、他のセンサを用いる。GPS受信が1つ
の衛星に減少した場合、時間しか得られないので、他の
センサを速度、復号およびプロット位置のために用い
る。
With reference to the above, altitude hold is appropriate when GPS reception is reduced to three satellites, for example, if an altimeter is not used instead. If GPS reception is reduced to two satellites, the magnetic compass and cross-track accelerometer will operate to provide heading. Further, an angular velocity sensor can be used in combination with these. Thus, as the accuracy of one sensor decreases, the inputs are gradually integrated and another sensor is used. If GPS reception is reduced to one satellite, only time is available, so other sensors are used for speed, decoding and plot location.

【0043】追加的説明 耐磁気性センサは、磁界の強度を測定するために磁界に
対して指向性感度を有するように極性が与えられたブリ
ッジ回路を用いる。車両に搭載した時、センサは、地球
の磁界と、車両または隣接領域からの局所条件によって
発生する偏差磁界とを測定する。これは、耐磁気性セン
サからのコンパス方向を生じさせる。
Additional Description Magnetically resistant sensors use a bridge circuit that is polarized to have directional sensitivity to the magnetic field to measure the strength of the magnetic field. When mounted on a vehicle, the sensor measures the earth's magnetic field and the deviating magnetic field caused by local conditions from the vehicle or an adjacent area. This gives rise to a compass direction from the anti-magnetic sensor.

【0044】センサからの出力である電圧は、センサに
かかる磁界に対するセンサの角度に対応する。これは方
向を与える。回転方向を解明するには、直交方向の耐磁
気性コンパスが2つ必要である。システムにおいて、出
力電圧をディジタル値に変換する。
The voltage output from the sensor corresponds to the angle of the sensor with respect to the magnetic field applied to the sensor. This gives the direction. To clarify the direction of rotation, two anti-magnetic compasses in the orthogonal direction are required. The system converts the output voltage to a digital value.

【0045】しかしながら、システムにおいて、必要な
角度の特定が可能な限り、異なるタイプのセンサ、例え
ば、磁束ゲートコンパスまたはホール効果センサを用い
て唯一の角度位置を与えることができ、耐磁気性タイプ
のセンサは所望の方向信号を生成することができる望ま
しいタイプの1つである。耐磁気性センサを用いること
は従来技術において公知である。
However, as long as the required angle can be specified in the system, only one angular position can be provided using a different type of sensor, for example a flux gate compass or a Hall effect sensor, and a magnetically resistant type Sensors are one of the desired types that can generate the desired direction signal. The use of anti-magnetic sensors is known in the prior art.

【0046】システムにおいて、データをカタログ化す
る新しい方法がある。各センサの読みはx,y座標を生
成し、この座標は、車両が円を描いて移動するとき、円
またはより一般的には楕円を形成し、それは局所的磁気
異常のため座標系の中心からずれている。従来と同様
に、本発明のシステムの目的は、車両の磁気特性に対応
するために、及び車両の磁気特性のいかなる変化にも対
応するために調整を行うことである。また、本発明は過
渡的磁気異常の問題も扱う。特に、本発明の一つの観点
において、過渡的異常が存在するときでもシステムが正
確な向首方位を供給し続けるように、過渡的磁気異常を
検知および排除する。
There is a new way to catalog data in a system. Each sensor reading produces an x, y coordinate that, when the vehicle moves in a circle, forms a circle or, more generally, an ellipse, which is the center of the coordinate system due to local magnetic anomalies. It is out of alignment. As before, the purpose of the system of the invention is to make adjustments to accommodate the magnetic properties of the vehicle and to accommodate any changes in the magnetic properties of the vehicle. The present invention also addresses the problem of transient magnetic anomalies. In particular, in one aspect of the invention, transient magnetic anomalies are detected and eliminated so that the system continues to provide accurate heading even when transient anomalies are present.

【0047】従来技術では、電流をコイルに印加して円
のずれを変化させることによって、円または楕円を座標
系の中心に対してシフトし、円を原点の周囲に配置す
る。本発明では、楕円を数学的に円形化するので、セン
サの読みを調整しない。
In the prior art, a circle or an ellipse is shifted with respect to the center of the coordinate system by applying a current to the coil to change the displacement of the circle, and the circle is arranged around the origin. In the present invention, since the ellipse is mathematically circularized, the reading of the sensor is not adjusted.

【0048】円の半径は楕円の半長軸および半短軸の両
方に比例する。このため、楕円が大きいと円が大きくな
る。円が大きくなるほど、より高い解像度を用いること
ができる。最大の大きさの制限要因は、マイクロコント
ローラのADCのダイナミックレンジである。半径が非
常に小さい場合、雑音のために向首方位を決定すること
ができない。ADCのダイナミックレンジの限界に近づ
くことなく高品質の向首方位を得るための妥協的な半径
は100〜200カウントの間である。起動処理とし
て、半径が所望の範囲内にあるかどうかを決定するため
に半径を試験し、パルス幅変調を調整して所望の範囲を
得る。
The radius of the circle is proportional to both the semi-major axis and the semi-minor axis of the ellipse. Therefore, the larger the ellipse, the larger the circle. Larger circles can use higher resolution. The largest size limiting factor is the dynamic range of the microcontroller ADC. If the radius is very small, heading cannot be determined due to noise. The compromise radius for obtaining high quality heading without approaching the limit of the dynamic range of the ADC is between 100 and 200 counts. As a start-up process, the radius is tested to determine if the radius is within the desired range, and the pulse width modulation is adjusted to obtain the desired range.

【0049】要約すると、本明細書に記載の校正処理は
以下の概略的な工程を有する。
In summary, the calibration process described herein has the following general steps.

【0050】1.データを収集する。1. Collect data.

【0051】2.校正アルゴリズムを実行して楕円を形
成し、校正項、すなわち、楕円のパラメータを得る。こ
の工程は2つの工程を有する。それは、(a)用いられ
るあらゆるデータ点を処理して観察行列を更新する、及
び(b)計算を終了し、最小2乗整合楕円を得る。
2. The calibration algorithm is executed to form the ellipse, and the calibration term, ie, the parameters of the ellipse, is obtained. This step has two steps. It (a) processes every data point used to update the observation matrix, and (b) finishes the calculation and obtains a least squares matching ellipse.

【0052】3.向首方位を得るために、向首方位デー
タを円形化すると分かっている獲得された校正項を用い
る。
3. To obtain heading, use an acquired calibration term known to circularize heading data.

【0053】4.向首方位を計算する。4. Calculate heading.

【0054】楕円上のデータ点を円上のデータ点に変換
する数学的処理はHatchの米国特許第4,797,
841号に示され、その内容をここに取り入れ、それは
一般的に、最小2乗による円形化と呼ばれ、より簡潔に
は円形化と呼ばれる。本発明の一つの観点において、H
atchの最小2乗による円形化は、特定の選択された
手順、つまり、ソフトウェアリストから分かるように、
すべてのデータを収集及び保存する必要を回避するため
にデータを連続的に供給することによって行われる。円
形化に伴って向首方位を測定することができる。
The mathematical process of transforming data points on an ellipse into data points on a circle is described in US Pat. No. 4,797, Hatch.
No. 841, the contents of which are incorporated herein, and are generally referred to as least-squares rounding, or more simply, rounding. In one aspect of the invention, H
The least squares round of the ach is a specific selected procedure, as can be seen from the software list,
This is done by providing the data continuously to avoid having to collect and store all the data. The heading direction can be measured with the circularization.

【0055】データを収集して校正処理に用いる。デー
タは“ビン化”または“ビン処理”と呼ばれる手順に用
いられる。この処理では、完全な回転の周囲のデータを
集めるため車両を円に運転する必要があり、これは校正
のために必要である。公知のシステムにおいて、コンパ
ス校正は、システムを使用できるものは何でも用いて、
車両を円形に運転しデータを採るという単純な共通の手
順によって行われる。これは手動校正と呼ばれる。本発
明には、新規の自動校正手順が記載されている。ここに
記載される校正完了処理は手動校正にも自動校正にも適
用できるが、特に、自動校正方式に適用しそれを可能に
する場合に有利である。
Data is collected and used for the calibration process. The data is used in a procedure called "binning" or "binning". This process requires driving the vehicle in a circle to collect data around a complete revolution, which is required for calibration. In known systems, compass calibration uses whatever system can be used,
This is done by a simple common procedure of driving the vehicle in a circular shape and collecting data. This is called manual calibration. The present invention describes a new automatic calibration procedure. The calibration completion process described here can be applied to both manual calibration and automatic calibration, but is particularly advantageous when applied to an automatic calibration system to enable it.

【0056】その手順を実施可能にする重要な要素は、
センサから読みを頻繁に取得することである。データレ
ートの一例は、12Hz、すなわち、毎秒12回の読み
取りである。データレートの限界は関連するコンピュー
タの処理能力によって抑えられるので、非常に高くする
ことができる。しかし、非常に高いデータレートは結果
を改善しない。下限は精度の細かさに影響を与える。本
発明の方法は平滑化技術を用い、それは雑音の多い読み
取りに対応するように調整を行う。雑音の多い測定値を
平滑化によって排除する程度に高速でデータを収集する
必要がある。また、下限は、輸送手段の速度に影響され
る輸送手段の移動をタイムリーな方法で記録する必要に
よって駆動される。およそ5Hzの下限は、汎用地上輸
送手段、例えば、通常の道路および幹線道路上の自動車
およびトラックについて良好な結果を得るために用いる
ことができる。このため、結果は回転する輸送手段の速
度によってある程度影響され、それは明らかなようにビ
ンの大きさに関連する。
The key factors making the procedure feasible are:
Frequent acquisition of readings from sensors. One example of a data rate is 12 Hz, or 12 readings per second. The data rate limit can be very high, as it is limited by the processing power of the associated computer. However, very high data rates do not improve the results. The lower limit affects the precision. The method of the present invention uses a smoothing technique, which adjusts to accommodate noisy readings. It is necessary to collect data at such a high speed that noisy measurements are eliminated by smoothing. The lower limit is also driven by the need to record in a timely manner the movement of the vehicle as affected by the speed of the vehicle. A lower limit of approximately 5 Hz can be used to obtain good results for general purpose ground vehicles, such as cars and trucks on regular roads and highways. To this end, the result is influenced to some extent by the speed of the rotating vehicle, which is apparently related to the bin size.

【0057】ビン化処理において、あらゆる読み(無効
として排除されたものを除く)が円上に、よってセグメ
ントの1つに配置されるように円形化することを想起し
て、円形化処理の結果生じる理論円を、円の等しい部分
を規定する等大のセグメントに分割する。
Recall that in the binning process, any readings (except those excluded as invalid) are rounded so that they are placed on a circle, and thus in one of the segments, the result of the rounding process The resulting theoretical circle is divided into equal-sized segments that define equal parts of the circle.

【0058】ソフトウェアの説明 好適な実施の形態において、コンピュータは付表Aに示
す15個のサブプログラムでプログラムされている。こ
れらのプログラムの機能を図2〜図13のフロー図で説
明する。ソフトウェアは図14〜図17Aおよび図18
および図19の電子回路とともに用いられる。
Software Description In the preferred embodiment, the computer is programmed with the 15 sub-programs shown in Appendix A. The functions of these programs will be described with reference to the flowcharts of FIGS. The software is shown in FIGS.
And the electronic circuit of FIG.

【0059】図2は、フロー図を解釈するのに役立つ記
号の定義を示す。
FIG. 2 shows the definitions of the symbols that help interpret the flow diagram.

【0060】図3は起動ルーチン200のフロー図であ
る。任意に、202で通信モードを実行してもよい。例
えば、プログラムの試験、監視または修正を行うには、
通信モードが望ましい。204で、サブルーチンLoadFr
omEEROMを呼び出し、EEROMに格納されている校正
値を供給する。これらは、以前のセンサの読みまたはデ
フォルト設定のいずれかである。206で校正項を構造
に編成し、208で記憶する。5つの校正項、すなわ
ち、xオフセット、yオフセット、平坦化、回転角度の
正弦、回転角度の余弦がある。次に、210でスムーザ
を初期化する。スムーザは、xデータ読み取り値および
yデータ読み取り値についての移動平均を計算するプロ
グラムである。
FIG. 3 is a flowchart of the startup routine 200. Optionally, a communication mode may be performed at 202. For example, to test, monitor or modify a program,
Communication mode is preferred. At 204, the subroutine LoadFr
Calls the omEEROM and supplies the calibration values stored in the EEROM. These are either previous sensor readings or default settings. At 206, the calibration terms are organized into structures and stored at 208. There are five calibration terms: x offset, y offset, flattening, rotation angle sine, and rotation angle cosine. Next, at 210, the smoother is initialized. A smoother is a program that calculates a moving average for x and y data readings.

【0061】212において、過渡的異常を検知するジ
ッタ調整値は、ジッタしきい値およびシーケンス長であ
る。本発明のジッタの観点は、以下にさらに詳細に説明
するように、過渡的異常の検知および排除に関連する。
ジッタしきい値およびシーケンス長は、処理について選
択可能な変数である。これらはデフォルト値に設定する
か、または、選択することができる。214で、最初の
20個(または、他の選択した数)の読み取り値を無視
し、電源オン時のヒステリシス誤差が無いことを確実に
する。次に、216でスムーザアレイを満たし、移動平
均の計算に備える。ジッタ検知手順によって検知するの
と同程度に異常な読み取り値として無視しない限り、各
移動平均を用いて向首方位を計算する。例示のシステム
では、6個の読み取りを移動平均に用いる。移動平均に
用いる読み取りの数は変更することができ、その数を、
測定が行われているレートの関数として選択する。例示
の場合、読み取りを12回/秒のレートで行っている。
読み取りレートは輸送手段の予測速度に依存する。速度
が速いほど、取られるサンプルは少ない。218には、
読み取り値を決定するのに十分な解像度を与えるステッ
プがある。220は、読み取り値の一致を確実にするス
テップである。
In 212, the jitter adjustment value for detecting a transient abnormality is a jitter threshold value and a sequence length. The jitter aspect of the present invention relates to the detection and elimination of transient anomalies, as described in further detail below.
Jitter threshold and sequence length are selectable variables for processing. These can be set to default values or selected. At 214, ignore the first 20 (or other selected number) readings to ensure that there is no power-on hysteresis error. Next, the smoother array is filled at 216 to prepare for the calculation of the moving average. The heading is calculated using each moving average, unless it is ignored as an abnormal reading as detected by the jitter detection procedure. In the exemplary system, six readings are used for the moving average. The number of readings used for the moving average can be changed,
Select as a function of the rate at which the measurement is taking place. In the case of illustration, reading is performed at a rate of 12 times / second.
The reading rate depends on the expected speed of the vehicle. The higher the speed, the less samples are taken. At 218,
There is the step of providing sufficient resolution to determine the reading. Step 220 is to ensure that the readings match.

【0062】図4は、校正を行うメイン処理ループのフ
ロー図である。上記のように、230に任意の通信リン
クがある。変更設定ステップ232によって、現在の動
作の地理的領域について磁北偏角の選択をすることがで
きる。234で、ディジタル方式のセンサ読み取り値を
サブルーチンから受け取り、基準電圧を除去する。23
6で、読み取り値をデータ構造にロードし、ジッタアレ
イをロードする。238で、ユーザが手動校正を選択し
ない限り、通常は自動校正を実行する。
FIG. 4 is a flowchart of a main processing loop for performing calibration. As mentioned above, there are optional communication links at 230. The change setting step 232 allows the selection of magnetic declination for the geographic region of the current operation. At 234, the digital sensor reading is received from the subroutine and the reference voltage is removed. 23
At 6, the readings are loaded into the data structure and the jitter array is loaded. At 238, an automatic calibration is typically performed, unless the user selects a manual calibration.

【0063】図5はメイン処理ループを続ける。自動校
正を行うために、完全円(または楕円)を規定する読み
取り値を得て各ビン毎に少なくとも1つの読み取り値を
供給するため、360゜全回転するように輸送手段を運
転しなければならない。しかし、通常は運転によって各
ビンのデータを収集するので、運転者はこの要求を意識
する必要はなく、各ビンに少なくとも1つの読み取り値
があるとき、自動校正は行われる。まず、242で疑似
データを排除するためにWildEditサブルーチンを行い、
これは232A以降で実行される。
FIG. 5 continues the main processing loop. To perform an automatic calibration, the vehicle must be operated through a full 360 ° rotation to obtain a reading that defines a complete circle (or ellipse) and provide at least one reading for each bin. . However, the driver does not need to be aware of this requirement, as the data is usually collected for each bin by driving, and automatic calibration is performed when each bin has at least one reading. First, a WildEdit subroutine is performed at 242 to eliminate pseudo data,
This is performed after 232A.

【0064】次に、244で、行列およびビンカウンタ
をクリアする。その後、246で、平滑化されたデータ
を、向首方位の計算に用いられるデータ構造に入れる。
また、新しい項をビン記録用のデータ構造に入れる。例
示の場合、30個の12゜のビンを用いる。ビンの大き
さは輸送手段の回転中の予測速度に関連する。例示のシ
ステムは12回/秒のレートで読み取り値を得る。これ
は、道路および幹線道路上の一般車両にとって良好なレ
ートである。読み取りレートを回路によって決定しても
よいが、その結果生じるユーザへの出力の質に影響を及
ぼすので、レートは輸送手段が回転していることを認識
できる程度に高速でなければならない。変数は、データ
取得レート、輸送手段の速度およびビンの数である。本
例では、自動校正のためのデータ設定を適正にするた
め、各ビンに少なくとも1つのデータ点を設けなければ
ならない。このため、最少で30個の点を用いるが、こ
んなに少ないことはごくまれである。その結果、読み取
り値がビンを飛ばすほど輸送手段が高速で回転する場
合、運転中に省略されたビンの向首方位にある輸送手段
によってそのビンが満たされるまで、自動校正を行わな
い。12゜のビンは非常に小さい角度であるけれども、
一般的に、毎秒12回の読み取りによって確実に輸送手
段は回転時に十分な読み取りを得る。例えば、1秒に9
0゜の回転をする場合、7個または8個のビンに対して
読み取りを12回行う。また、各ビン毎に最大限の読み
取り値を有するのが適当であり、例示のシステムでは2
5を選択した。248で円形化アルゴリズムを適用し、
円の半径を得る。これは、例示のシステムにおいて、
1:25の最低レートのビンの内容を提供する。1:1
00を超える比率は楕円を歪ませるおそれがあり望まし
くないと判断された。
Next, at 244, the matrix and bin counters are cleared. Thereafter, at 246, the smoothed data is placed in a data structure used for heading calculations.
Also, a new term is put into the data structure for bin recording. In the illustrated example, thirty 12 bins are used. The size of the bin is related to the expected speed during rotation of the vehicle. The exemplary system obtains readings at a rate of 12 times / second. This is a good rate for ordinary vehicles on roads and highways. The reading rate may be determined by the circuit, but the rate must be fast enough to recognize that the vehicle is spinning, as it affects the quality of the resulting output to the user. Variables are data acquisition rate, vehicle speed, and number of bins. In this example, at least one data point must be provided for each bin in order to properly set the data for automatic calibration. For this reason, a minimum of 30 points are used, but this is very rare. As a result, if the vehicle rotates so fast that the readings skip the bin, then no automatic calibration is performed until the bin is filled by the vehicle in the heading of the omitted bin during operation. Although the 12 ° bin is a very small angle,
In general, twelve readings per second ensures that the vehicle obtains sufficient readings during rotation. For example, 9 per second
For a 0 ° rotation, twelve readings are performed on seven or eight bins. It is also appropriate to have a maximum reading for each bin, and in the illustrated system 2
5 was selected. Apply the circularization algorithm at 248,
Get the radius of the circle. This is an example system,
Provide the lowest rate bin content of 1:25. 1: 1
A ratio exceeding 00 is likely to distort the ellipse and was judged to be undesirable.

【0065】ステップ250は、データが、選択された
量である30%と一致していないかどうかを判定する。
一致していない場合、252で、オフセットをシフトさ
せ、新しい向首方位を計算する。一般的なオフセットの
概念はWanousの特許第5,046,031号で検
討されている。デルタを受け入れることができる場合、
処理は254から図6に進む。250のデルタを受け入
れることができない場合、ステップ254a〜254f
で、結果がより良いか悪いかを調べるためチェックを行
う。再開動作は、大きな異常、例えば、輸送手段の磁気
特性の再読み取りを必要とする大きな新しい磁気事象が
輸送手段内に存在するという結論を出す。他の場合、2
54eで“No”の結論を出せば、自動校正(256)
に続く。
Step 250 determines whether the data does not match the selected amount of 30%.
If not, at 252 the offset is shifted and a new heading is calculated. The general concept of offset is discussed in Wanous Patent 5,046,031. If you can accept Delta,
Processing proceeds from 254 to FIG. If 250 deltas cannot be accepted, steps 254a-254f
Then check to see if the result is better or worse. The restart operation concludes that a major anomaly exists in the vehicle, for example, a large new magnetic event that requires re-reading of the vehicle's magnetic properties. Otherwise, 2
If you conclude “No” at 54e, automatic calibration (256)
followed by.

【0066】図6を参照すると、自動校正手順が進む。
256で、各入力信号をそのビンに対して識別する。2
58で、データの有用度を検査するとともに行列を作成
する処理を行う。ビンの25%、この場合、8個のビン
がデータを有するとき、一致性チェックまたは有効性チ
ェックを行うように選択した。データの別の25%に対
して、第2のチェックを行う。また、シフトが大きすぎ
るかどうかを判定するチェックも行う。この確認がうま
く完了し、行列の1つが満たされた状態で、Hatch
のアルゴリズムを260で適用し、262で向首方位を
計算し記憶する。
Referring to FIG. 6, the automatic calibration procedure proceeds.
At 256, each input signal is identified for that bin. 2
At 58, a process of checking the usefulness of the data and creating a matrix is performed. When 25% of the bins, in this case 8 bins, had data, they were chosen to perform a consistency or validity check. A second check is performed on another 25% of the data. A check is also made to determine if the shift is too large. With this check successfully completed and one of the matrices filled, Hatch
Is applied at 260 and the heading is calculated and stored at 262.

【0067】図7、図8および図9を参照すると、手動
校正手順が示されている。この場合、ビン化処理を用い
ない。輸送手段を円で運転するのに必要な短い時間で
は、磁気変化は生じないと仮定する。まず、元のx−y
データ対を保存し、そのデータ対に再び達するまで円運
転を行う。ブロック264はデバッグメッセージを設定
する。266で、データ履歴から、平滑化データおよび
未処理データが近いかどうかをチェックする。これらの
データが近くない場合、268およびその後の処理を行
う。データが良好な場合、270の処理を行う。データ
が良好なのでデータを用いる。または、データは劣悪で
あるが長時間入力している場合、データを受け入れ、デ
ータを用いて平滑化ステップを行う。目的は悪いデータ
を放棄することであるが、高周波のデータ読み取りは有
利に動作する。例えば、2秒間で、手順は24個のデー
タ点を見る。これを連続的に行うので、過去のすべての
データ点が悪い場合、処理はそれらの点を用いて開始す
る。
Referring to FIGS. 7, 8 and 9, the manual calibration procedure is shown. In this case, no binning process is used. It is assumed that the short time required to drive the vehicle in a circle does not result in a magnetic change. First, the original xy
Save the data pair and perform a circular run until the data pair is reached again. Block 264 sets a debug message. At 266, it is checked from the data history whether the smoothed data and the unprocessed data are close. If these data are not close, 268 and subsequent processing are performed. If the data is good, the process of 270 is performed. Data is used because the data is good. Alternatively, if the data is poor but input for a long time, the data is accepted and a smoothing step is performed using the data. The goal is to discard bad data, but high frequency data reading works favorably. For example, in 2 seconds, the procedure looks at 24 data points. Since this is done continuously, if all the past data points are bad, the process starts with those points.

【0068】272で校正収集項の初期化処理が開始さ
れ、274でセンサデータを獲得し、276で基準電圧
を除去する。278で最後の2つの測定値が確実に近い
かを確認し、近くない場合、処理は280で再びループ
する。他の場合、手順は282に続く。
The initialization process of the calibration collection term is started at 272, sensor data is acquired at 274, and the reference voltage is removed at 276. A check is made at 278 to make sure the last two measurements are close, and if not, the process loops again at 280. Otherwise, the procedure continues at 282.

【0069】284で、最大限許容点を収集したかどう
かを調べる(全回転が行われていない場合)。286
で、輸送手段が出発点から離れたかどうかを調べるため
チェックし、離れている場合、288でそのことを通知
する。ブロック290は、輸送手段が出発点に戻ったか
どうかを尋ねる。292で円が完全円の場合または最大
数の点を収集した場合、294で校正アルゴリズムを実
行する。292でNoの場合、296でデータ点を用い
て向首方位を計算する。
At 284, it is checked whether the maximum allowable points have been collected (if full rotation has not been performed). 286
Check to see if the vehicle has left the departure point, and if so, notify 288 at that point. Block 290 asks whether the vehicle has returned to the starting point. If the circle is a perfect circle or if the maximum number of points has been collected at 292, then a calibration algorithm is performed at 294. In the case of No at 292, the heading direction is calculated at 296 using the data points.

【0070】図10は、悪いデータを放棄するためのWi
ldEditのフローチャートを示す。300でデータが悪い
と分かったので、そのデータは用いないが、まだジッタ
を探す。未処理データは平滑化データとあまりにも異な
り、データ内のジャンプを検知した(半径の半分より多
くは選択されたテキストである)。たとえ校正や向首方
位の目的のため無視されても、ジッタがあるかどうかを
調べる。ブロック302はジッタを探す。304でデー
タを受け入れ、ジッタも調べる。
FIG. 10 shows a Wi-Fi system for abandoning bad data.
3 shows a flowchart of ldEdit. Since the data is found to be bad at 300, the data is not used, but the jitter is still searched. The raw data was too different from the smoothed data to detect jumps in the data (more than half the radius is the selected text). Check for jitter, even if ignored for calibration or heading purposes. Block 302 looks for jitter. At 304 the data is accepted and the jitter is also checked.

【0071】図11は、受け入れたデータを平滑化する
場合を示す。
FIG. 11 shows a case where the received data is smoothed.

【0072】図12は、PCコマンドを探し、PCコマ
ンドを聞いてそれに応答する処理である。
FIG. 12 shows a process of searching for a PC command, hearing the PC command, and responding to it.

【0073】図13は、システムの初期化手順およびE
EROMからのロードを示す。
FIG. 13 shows a system initialization procedure and E
5 illustrates loading from an EROM.

【0074】ハードウェアの説明−回路 ハードウェアおよび回路を図14〜図14B〜図17〜
図17Aに示す。
Description of Hardware-Circuit The hardware and circuit are shown in FIGS.
It is shown in FIG. 17A.

【0075】電子回路で実施される小型で低コストの磁
気コンパスを説明する。このコンパスは、輸送手段また
は磁気コンパスに適した他の用途(例えば、ボート)で
使用するのに適している。コンパスを設定/再設定モー
ドで交互に動作する。コンパスはハードウェア内で実行
される手段を備え、この手段はコンパスの精度に影響を
及ぼす動作温度の変化による測定ドリフトを排除する。
ソフトウェアが行う数学的な計算とともに、大型の金属
物体の近傍で用いた場合に標準的な磁気コンパスの精度
を低下させる外部磁気影響の摂動効果を排除する手段を
備える。
A small, low-cost magnetic compass implemented in an electronic circuit will now be described. The compass is suitable for use in vehicles or other applications suitable for magnetic compasses (eg, boats). The compass operates alternately in set / reset mode. The compass includes means implemented in hardware, which eliminates measurement drift due to changes in operating temperature that affect compass accuracy.
Along with mathematical calculations performed by the software, means are provided for eliminating perturbation effects of external magnetic influences that reduce the accuracy of a standard magnetic compass when used near large metal objects.

【0076】上記のコンパスは耐磁気性センサを用い、
地球の磁界に対するコンパスのアライメントを測定す
る。
The above compass uses a magnetic resistance sensor,
Measure the alignment of the compass with the earth's magnetic field.

【0077】センサは4つの磁気検知素子から構成さ
れ、これらの素子は外部磁界を印加したときその抵抗率
を変化させ、標準的なブリッジ回路に配置されている。
検知素子は、印加した外部磁界に対する“感知”測定方
向(または配向)が存在するように配置されている。ブ
リッジは外部電圧によって励起し、感知方向に印加した
外部磁界の成分がない場合、ブリッジは平衡し、出力を
行わない。感知方向に外部磁界を印加すると、ブリッジ
は不平衡になり、印加した磁界に比例する出力電圧を生
成する。センサ(およびセンサの感知方向)が磁界内で
回転すると、ブリッジの出力電圧は、外部磁界に対する
センサ角の配向の変化にともなって正弦状に変化する。
The sensor comprises four magnetic sensing elements, which change their resistivity when an external magnetic field is applied, and are arranged in a standard bridge circuit.
The sensing elements are arranged such that there is a "sense" measurement direction (or orientation) for the applied external magnetic field. The bridge is excited by an external voltage, and when there is no component of the external magnetic field applied in the sensing direction, the bridge is balanced and does not output. When an external magnetic field is applied in the sensing direction, the bridge becomes unbalanced and produces an output voltage proportional to the applied magnetic field. As the sensor (and the sensing direction of the sensor) rotates in the magnetic field, the output voltage of the bridge changes sinusoidally with a change in the orientation of the sensor angle with respect to the external magnetic field.

【0078】センサは測定出力の極性をフリップする手
段を備え、それによって、センサを“設定/再設定”モ
ードで用いることができる。すなわち、センサブリッジ
の感知方向を逆転させることができる。この極性反転に
よって、製作上の許容差および他の誤差源によって生じ
るセンサブリッジの出力におけるバイアスを除去する手
段を提供する。出力信号の極性のみをフリップし、誤差
電圧はフリップしない。フリップ動作には、誤差電圧は
直流(DC)のままで実際の測定出力を交流(AC)波
形に変換するという効果がある。次に、標準的なフィル
タリング回路を用いて2つの信号を分離することができ
る。その後、負帰還手法の手段によって、センサのDC
誤差信号を出力から除去することができる。
The sensor comprises means for flipping the polarity of the measurement output, so that the sensor can be used in a "set / reset" mode. That is, the sensing direction of the sensor bridge can be reversed. This polarity reversal provides a means of removing bias at the output of the sensor bridge caused by manufacturing tolerances and other error sources. Only the polarity of the output signal is flipped, and the error voltage is not flipped. The flip operation has the effect of converting the actual measured output to an alternating current (AC) waveform while the error voltage remains direct current (DC). The two signals can then be separated using a standard filtering circuit. After that, the DC of the sensor is
The error signal can be removed from the output.

【0079】フリップ動作は、センサパッケージ内に設
けられた“フリップコイル”をパルス化することによっ
て発生する。非常に短い時間(約10uSのオーダー)
の正電流パルスによって、センサの感知方向は“通常
の”配向と一致する。負電流パルスによって、センサの
出力は非常に速く極性を逆転させる。ある一定の正常な
速度(典型的に、1kHz〜1MHz)で各方向に電流
パルスを交互に印加することによって、センサの測定出
力は、ピーク間振幅が印加磁界の関数である交流信号に
変化する。
The flip operation is generated by pulsing a “flip coil” provided in the sensor package. Very short time (about 10uS)
Of positive current pulses, the sensing direction of the sensor coincides with the "normal" orientation. The negative current pulse causes the output of the sensor to reverse polarity very quickly. By alternately applying current pulses in each direction at a certain normal rate (typically 1 kHz to 1 MHz), the measured output of the sensor changes to an alternating signal whose peak-to-peak amplitude is a function of the applied magnetic field. .

【0080】また、センサは“補償コイル”も備える
が、その使用は省略してもよい。好適な実施の形態で
は、外部摂動影響の補償をソフトウェアによって行うの
で、補償コイルは用いない。そのコイルはセンサブリッ
ジに近接してセンサパッケージ内に設けられ、センサブ
リッジによって測定することができる磁界を備えること
ができる。このコイルの1つの用途(およびその通称の
由来)は外部摂動影響の補償のためである。摂動影響に
対抗して電流が補償コイルを流れ、摂動影響を測定出力
から効果的に除去する。
Although the sensor also has a "compensation coil", its use may be omitted. In the preferred embodiment, no compensation coil is used, since the compensation for the effects of external perturbations is performed by software. The coil may be provided in a sensor package proximate to the sensor bridge and include a magnetic field that can be measured by the sensor bridge. One use of this coil (and its common name) is for compensating for external perturbation effects. Current flows through the compensation coil to counteract the perturbation effect, effectively removing the perturbation effect from the measured output.

【0081】補償コイルの別の用途は、動作温度の範囲
にわたるセンサの感度の変化を阻止することである。典
型的に、センサの測定感度は温度上昇とともに低下す
る。ある用途において、特に自動車の場合、その環境で
は温度の範囲が広いため、大幅な測定誤差を招くことが
ある。例えば、太陽負荷、冬の運転および他の要因のた
め、自動車で用いられるコンパスは−40℃〜+120
℃の動作温度にさらされる可能性がある。この温度範囲
にわたるセンサ出力の変化は、コンパスの精度にかなり
の影響を及ぼす可能性がある。このため、温度にわたる
センサ出力の変化を補償するある手段を設けるのが望ま
しい。
Another application of the compensation coil is to prevent changes in sensor sensitivity over a range of operating temperatures. Typically, the measurement sensitivity of a sensor decreases with increasing temperature. In certain applications, particularly in the case of automobiles, the temperature range is wide in the environment, which can lead to significant measurement errors. For example, due to solar load, winter driving and other factors, compasses used in automobiles may be between -40C and + 120C.
Exposure to operating temperatures of ° C. Changes in sensor output over this temperature range can significantly affect compass accuracy. For this reason, it is desirable to provide some means to compensate for changes in sensor output over temperature.

【0082】センサは、0出力のとき(すなわち、ブリ
ッジが平衡しているとき)温度を感知しないという特性
を有する。このため、補償コイルを用い、印加された外
部磁界と等しいが逆極性の磁界を誘起することができ
る。これらの2つの磁界、すなわち、外部磁界および補
償磁界の和はブリッジを平衡させ、センサの出力が温度
を感じない点でセンサを動作させる。補償コイルが等し
くかつ逆極性の磁界を発生させるのに必要な電流量を測
定することによって、外部(すなわち、地球の)磁界の
強度を間接的に測定することができる。
The sensor has the property of not sensing temperature at zero output (ie, when the bridge is in equilibrium). For this reason, a magnetic field having the same polarity as the applied external magnetic field but of the opposite polarity can be induced by using the compensation coil. The sum of these two fields, the external field and the compensating field, balances the bridge and operates the sensor at a point where the sensor output does not feel temperature. By measuring the amount of current required by the compensation coil to generate a magnetic field of equal and opposite polarity, the strength of the external (ie, earth) magnetic field can be measured indirectly.

【0083】しかしながら、補償コイルをこのように用
いると、摂動影響を補償するための使用が無くなる。し
かし、これらの摂動影響は依然として確かに存在し、摂
動影響を除去する手段を設けなければならない。上記の
コンパスにおいて、補償コイルを介する電磁フィードバ
ックの代わりに数学的アルゴリズムを用い、摂動外部磁
界によって生じる測定誤差を除去する。
However, using a compensation coil in this way eliminates the use for compensating for perturbation effects. However, these perturbation effects still exist and means must be provided to eliminate them. In the above compass, a mathematical algorithm is used instead of electromagnetic feedback through the compensation coil to eliminate measurement errors caused by perturbed external magnetic fields.

【0084】コンパスとして用いるには、2つの耐磁気
性センサが必要である。2つのセンサは互いに直交して
(すなわち、90゜の角度で)向いている。それらの感
知方向は、一方のセンサが地球の磁気N極に対するセン
サブリッジの角度を測定するような方向に向いている。
他方のセンサは90゜回転しているので、コンパスが東
を指したとき、センサは実際にその感知方向を地球の磁
界に合わせる。2つのセンサの使用は、三角関数を用い
て地球の磁界に対するセンサの角度配向を計算可能とす
るのに十分な情報を与える。
For use as a compass, two magnetic resistance sensors are required. The two sensors are orthogonal to each other (ie, at a 90 ° angle). Their sensing directions are such that one sensor measures the angle of the sensor bridge with respect to the Earth's magnetic north pole.
The other sensor is rotated 90 degrees, so when the compass points east, the sensor actually adjusts its sensing direction to the Earth's magnetic field. The use of two sensors gives enough information to be able to calculate the angular orientation of the sensor with respect to the earth's magnetic field using trigonometric functions.

【0085】この説明は回路図を参照し、その1組は仮
出願中に示し、もう1組は図14〜図14B、図15、
図16〜図16Bおよび図17〜図17Aである。記載
の特定の実施例は特定用途向け集積回路(ASIC)を
用いることを提案しているが、これは唯一の実施可能な
手法というわけではない。用途に依存し、あり得るすべ
てのコンパスの設計が必要としているわけではない、ま
たは、そのような設計に適さない補助的な回路もいくつ
か説明する。例えば、電源のような外部要素もいくつか
あるが、それは図示しない。
This description makes reference to circuit diagrams, one set of which is shown in the provisional application, and another set of which is shown in FIGS.
16 to 16B and FIGS. 17 to 17A. Although the particular embodiment described suggests using an application specific integrated circuit (ASIC), this is not the only feasible approach. Depending on the application, some ancillary circuits that are not required or not suitable for all possible compass designs are also described. For example, there are some external components such as a power supply, which are not shown.

【0086】一般に、コンパスは、上記のように配置さ
れた2つの耐磁気性センサ、いくつかの調整回路および
マイクロコンピュータとともに実行される。
[0086] In general, the compass is implemented with two anti-magnetic sensors, several adjustment circuits and a microcomputer arranged as described above.

【0087】補償コイルを用いる場合、電流が補償コイ
ル内を流れると、センサからのセンサ出力が変化する。
センサ出力がどのくらい及びどの方向に変化するかは補
償コイル内の電流の大きさおよび方向に従い、また、そ
れは動作するソフトウェアプログラムが計算するPWM
値によって直接制御される。
When a compensation coil is used, when a current flows through the compensation coil, the sensor output from the sensor changes.
How and in what direction the sensor output changes depends on the magnitude and direction of the current in the compensation coil, and it is the PWM calculated by the operating software program.
Directly controlled by value.

【0088】Intel89C51マイクロコンピュー
タコアは計算を行うのに用い、種々の支持回路は動作す
るプロセッサを実施するのに必要である。ランダムアク
セスメモリ(RAM)は一時的な読み取り/書き込みの
記憶のために提供される。マスクROM(リードオンリ
メモリ)を用いて、ソフトウェアを動作させるプログラ
ムを記憶する。EEROM(Electrically-Erasable-Re
ad-Only-Memory)は、データ(例えば、校正情報、変動
パラメータ等)の不揮発性記憶に用いる。この特定の実
施例は、他のコンピュータ装置とシリアル通信を行う回
路も含む。
The Intel 89C51 microcomputer core is used to perform calculations, and various support circuits are required to implement a working processor. Random access memory (RAM) is provided for temporary read / write storage. A program for operating software is stored using a mask ROM (read only memory). EEROM (Electrically-Erasable-Re
ad-Only-Memory) is used for nonvolatile storage of data (for example, calibration information, variation parameters, and the like). This particular embodiment also includes circuitry for performing serial communication with other computing devices.

【0089】センサ出力は、スイッチQ1、Q1によっ
て供給された電流を介してフリップされる。マイクロコ
ントローラがソフトウェアを制御することによって、こ
れらのスイッチの切換速度信号および制御信号を生成す
る。
The sensor output is flipped via the current provided by switches Q1, Q1. The microcontroller controls software to generate switching speed signals and control signals for these switches.

【0090】上記のように、2つの耐磁気性センサ、つ
まり、一方は北向き、もう一方は東向きのセンサを用い
て、地球の磁界に対するコンパスの配向を測定する。各
センサの出力は、センサの理想的でない動作によって生
じた誤差電圧を加えた比較的小さい電圧である。センサ
動作の設定/再設定モードは、誤差成分と信号成分とを
分離する。低域フィルタを用いて、AC測定信号をDC
誤差電圧から分離する。フィルタの遮断周波数をフリッ
プ周波数よりかなり低く設定し、DC誤差を分離する。
その結果生じるDC誤差を増幅器にフィードバックし、
この増幅器は2つの機能、すなわち、AC測定信号の増
幅と、負帰還によるDC誤差バイアスの除去とを行う。
第2の増幅器は、センサの誤差バイアスを除去した後、
より大きな信号ゲインを提供する。
As described above, the orientation of the compass with respect to the Earth's magnetic field is measured using two magnetically resistant sensors, one facing north and the other facing east. The output of each sensor is a relatively small voltage plus the error voltage caused by the non-ideal operation of the sensor. The set / reset mode of sensor operation separates the error component from the signal component. The AC measurement signal is converted to DC using a low-pass filter.
Isolate from error voltage. The cutoff frequency of the filter is set well below the flip frequency to isolate DC errors.
The resulting DC error is fed back to the amplifier,
This amplifier performs two functions: amplifying the AC measurement signal and removing DC error bias by negative feedback.
After removing the sensor error bias, the second amplifier
Provides greater signal gain.

【0091】同一の増幅/フィードバック回路を2つの
センサのそれぞれについて複製する。また、基準電圧を
生成するために用いられ、単極電源とともに用いるのに
必要なブロックも存在する。
The same amplification / feedback circuit is duplicated for each of the two sensors. There are also blocks that are used to generate the reference voltage and are required to be used with a unipolar power supply.

【0092】マイクロコントローラに設けられたアナロ
グ−ディジタル変換器(ADC)によって、センサの調
整出力を測定する。これは、センサが生成したアナログ
電圧を、動作ソフトウェアが処理することができるディ
ジタル値に変換する。2つのセンサのそれぞれに用いら
れるADCチャネルが1つあり、基準電圧を測定するに
はさらに別のチャネルが必要である(基準電圧は実際の
動作を考慮した結果であり、基準電圧の使用を必要とし
ない実施例もある)。
The adjustment output of the sensor is measured by an analog-digital converter (ADC) provided in the microcontroller. This converts the analog voltage generated by the sensor into a digital value that can be processed by the operating software. There is one ADC channel used for each of the two sensors, and yet another channel is required to measure the reference voltage (the reference voltage is a result of considering actual operation and requires the use of a reference voltage) In some embodiments, this is not the case.)

【0093】上記のように、補償コイルによってセンサ
出力を強制的に0にすることによって、センサ出力の温
度補償を達成する。ソフトウェアによって計算され、補
償コイルを流れる電流を生成するために用いられるディ
ジタル値をディジタル−アナログ変換(DAC)するこ
とによって、マイクロコンピュータは温度補償を行う。
仮出願の回路は、これを行う方法を示す。
As described above, the temperature compensation of the sensor output is achieved by forcibly setting the sensor output to 0 by the compensation coil. The microcomputer performs temperature compensation by digital-to-analog conversion (DAC) of the digital values calculated by the software and used to generate the current through the compensation coil.
The circuit of the provisional application shows how to do this.

【0094】ソフトウェアが決定したディジタル値をパ
ルス幅変調器(PWM)に入力し、PWMは連続ディジ
タル波形を生成し、この波形はディジタル入力値に依存
するデューティサイクルを有する。ディジタル波形は2
つの状態、すなわち、オンとオフのみを有することがで
き、デューティサイクルは単に、波形をオンにする時間
と波形をオフにする時間の量的比率である。PWMの出
力波形を適当なフィルタで積分することによって、ディ
ジタル入力信号のデューティサイクルに比例するアナロ
グDC出力電圧を生成することができる。
The digital value determined by the software is input to a pulse width modulator (PWM), which generates a continuous digital waveform, which has a duty cycle that depends on the digital input value. Digital waveform is 2
There can be only one state, ON and OFF, and the duty cycle is simply the quantitative ratio of the time to turn the waveform on and the time to turn the waveform off. By integrating the PWM output waveform with a suitable filter, an analog DC output voltage proportional to the duty cycle of the digital input signal can be generated.

【0095】次に、PWMおよびフィルタが生成したア
ナログ出力電圧を用い、図示の回路のセンサによって補
償コイル内で電流を生成する。プログラムソフトウェア
がコンパスの向首方位を計算するために用いる数学的ア
ルゴリズムに対する未処理データ入力として、PWM値
を用いる。
Next, using the analog output voltage generated by the PWM and the filter, a current is generated in the compensation coil by the sensor of the illustrated circuit. The PWM value is used as the raw data input to the mathematical algorithm used by the program software to calculate the compass heading.

【0096】ソフトウェアプログラムは、電流を補償コ
イルに投入した後にセンサ出力をASDC測定により調
べ、連続近似として知られる処理によってセンサ出力を
強制的に0にすることができる。そして、このようなセ
ンサ出力の無効化を行うために必要なPWMの値は、セ
ンサに印加された外部磁界の間接的測定値である。プロ
グラムソフトウェアがコンパスの向首方位を計算するた
めに用いる数学的アルゴリズムに対する未処理データ入
力として、PWM値を用いる。
The software program can check the sensor output by ASDC measurement after the current is applied to the compensation coil and force the sensor output to zero by a process known as continuous approximation. The value of PWM required to invalidate the sensor output is an indirect measurement of the external magnetic field applied to the sensor. The PWM value is used as the raw data input to the mathematical algorithm used by the program software to calculate the compass heading.

【0097】図14〜図14B、図15、図16〜図1
6Bおよび図17〜図17Aを参照すると、改良された
実施の形態が示されている。一般に、上記説明はこの実
施の形態に適用することができるが、当業者であれば理
解できる相違がある。
FIG. 14 to FIG. 14B, FIG. 15, FIG.
6B and FIGS. 17-17A, an improved embodiment is shown. In general, the above description can be applied to this embodiment, but there are differences that can be understood by those skilled in the art.

【0098】図14〜図14Bおよび図15は回路のブ
ロック図であり、図15は点線302で囲った部分の詳
細図である。
14 to 14B and FIG. 15 are block diagrams of the circuit, and FIG. 15 is a detailed view of a portion surrounded by a dotted line 302.

【0099】図16〜図16Bを参照すると、部材KM
Z51は2つの耐磁気性センサであり、これらの出力V
O−およびVO+は差圧出力であり、これは磁界内のセ
ンサの角度位置に相当する。図16〜図16Bにおい
て、出力NOUTおよびEOUTは、それぞれ、向首方
位ベクトルの北成分および東成分である。VREF出力
は増幅回路用の基準電圧の出力である。
Referring to FIGS. 16 to 16B, the member KM
Z51 is two magnetic resistance sensors, and their outputs V
O- and VO + are differential pressure outputs, which correspond to the angular position of the sensor in the magnetic field. 16 to 16B, outputs NOUT and EOUT are a north component and an east component of the heading direction vector, respectively. The VREF output is the output of the reference voltage for the amplifier circuit.

【0100】入力NPWMはマイクロコントローラから
入力され、マイクロコントローラがソフトウェアを制御
することによって設定することができるデューティサイ
クルを持つディジタル波形の入力である。NPWMに続
く回路は低域フィルタであり、このフィルタはディジタ
ル波形をアナログDC電圧に変換し、この電圧は入力波
形のデューティサイクルに比例する。さらに、アナログ
DC電圧を二分し、その結果生じる電圧を基準電圧とし
て用いる。
The input NPWM is a digital waveform input from the microcontroller having a duty cycle that can be set by the microcontroller controlling software. The circuit following NPWM is a low-pass filter, which converts the digital waveform to an analog DC voltage, which is proportional to the duty cycle of the input waveform. Further, the analog DC voltage is bisected and the resulting voltage is used as a reference voltage.

【0101】ADREF出力はマイクロコントローラに
進み、マイクロコントローラのADC用の基準電圧とし
て用いられる。また、VREFを生成し、VREFは二
分されたADREFであり、回路内のすべてのアナログ
増幅器用の基準電圧として用いられる。
The ADREF output goes to the microcontroller and is used as a reference voltage for the microcontroller's ADC. It also generates VREF, where VREF is the bisected ADREF and is used as the reference voltage for all analog amplifiers in the circuit.

【0102】HIDRIVEおよびLODRIVEは、
マイクロコントローラから相補的MOSFETスイッチ
に送られたディジタル信号である。これらは耐磁気性セ
ンサの極性をフリップする。フリップによってセンサの
感度が増し、DCバイアスを除去することができる。
HIDRIVE and LODRIVE are:
Digital signal sent from the microcontroller to the complementary MOSFET switch. These flip the polarity of the anti-magnetic sensor. The flip increases the sensitivity of the sensor and removes the DC bias.

【0103】図17〜図17Aはマイクロコントローラ
U1を示し、この例では、マイクロコントローラU1は
INTEL8051であり、ここにプログラムを格納し
ている。また、マイクロコントローラU1は、PWM、
シリアルポート用回路、パラレル入出力回路、ランダム
アクセスデータメモリおよびプロセッサ状態クロック回
路を内蔵する。また、マイクロコントローラは、回路の
ためのフリップ回路を制御するために用いるHIDRI
VE信号およびLODRIVE信号を提供する。
FIGS. 17 to 17A show a microcontroller U1. In this example, the microcontroller U1 is an INTEL 8051, in which a program is stored. Also, the microcontroller U1 has a PWM,
It incorporates a serial port circuit, a parallel input / output circuit, a random access data memory, and a processor state clock circuit. The microcontroller also has a HIDRI used to control the flip circuit for the circuit.
Provide VE and LODRIVE signals.

【0104】P1は電力入力および通信入力/出力コネ
クタである。回路は5Vの電圧調整器であり、すべての
電圧をVCCおよびVDDを介して回路に供給する。U
2はRS−485トランシーバであり、外部装置とシリ
アル通信を行うことができる。U3はEEROMであ
り、校正定数および動作パラメータの不揮発性記憶を行
うために用いられる。
P1 is a power input and communication input / output connector. The circuit is a 5V voltage regulator, supplying all voltage to the circuit via VCC and VDD. U
Reference numeral 2 denotes an RS-485 transceiver, which can perform serial communication with an external device. U3 is an EEROM which is used for nonvolatile storage of calibration constants and operation parameters.

【0105】オペレータが種々のモードを設定したり、
ユーザが他の制御を行うために用いるスイッチ(S1)
もある。
The operator sets various modes,
Switch used by the user to perform other control (S1)
There is also.

【0106】統合システム 図18および図19は、GPS、磁気コンパス、クロス
トラック加速度計、角速度センサおよび速度センサを含
む多数のセンサに基づいた統合型推測位置センサシステ
ムとしてのシステムの変形例を示す。
Integrated System FIGS. 18 and 19 show a variant of the system as an integrated inferred position sensor system based on a number of sensors including GPS, magnetic compass, cross-track accelerometer, angular velocity sensor and velocity sensor.

【0107】建造物またはあらゆる物理的構造による曖
昧化のため、4つ以上のGPS衛星信号を常にトラッキ
ング能力は保証することができない。この理由で、短時
間のGPS信号喪失の間にナビゲーションを提供するこ
とができるシステムの開発が強く望まれている。GPS
フライホイールを統合した概念およびシステムは、セン
サの統合システムを提供することによってこの問題を解
決する。低コストのセンサアレイをうまく選択すること
によって、低コストで高い信頼性を提供する。この目的
のため、好適な実施例では、3つのセンサおよび1つの
任意のセンサを選択し、GPSが一定かつ正確なナビゲ
ーションの解決策を提供するのを助ける。
Due to the ambiguity due to the building or any physical structure, the ability to always track more than three GPS satellite signals cannot be guaranteed. For this reason, there is a strong desire to develop a system that can provide navigation during brief GPS signal loss. GPS
Flywheel integrated concepts and systems solve this problem by providing an integrated system of sensors. Successful selection of low cost sensor arrays provides high reliability at low cost. To this end, the preferred embodiment selects three sensors and one optional sensor to help GPS provide a constant and accurate navigation solution.

【0108】説明した低コストのMRセンサコンパスお
よびクロストラック加速度計を用いて、向首方位情報を
提供してもよい。速度センサを用いて、向首方位方向の
速度情報を提供する。角速度センサは高価であるが、改
善された精度を必要とする用途においてクロストラック
加速度計の代わりに用いることができるより正確な装置
である。これらのセンサは互いによく補完し合う。コン
パスは向首方位情報を提供するが、移動情報を提供する
ことができない。速度センサは速度情報を提供するが、
方向情報または向首方位情報を提供することができな
い。クロストラック加速度計は向首方位情報の第2の情
報源を提供するとともにコンパスの向首方位をチェック
するが、加速度計データを積分し、既に分かっている向
首方位に適用しなければならない。これらのセンサ入力
をカルマンフィルタに送ることができる。センサを最適
に用いるため、種々のセンサの分散を計算し、カルマン
フィルタに供給してもよい。さらに、センサ入力をカル
マンフィルタに投入する前に、発見的工程を実行しても
よい。詳細には、例えば、クロストラック加速度計を用
い、磁気異常が存在するときにコンパスが供給する向首
方位の不合理な変化を検知することができる。クロスト
ラック加速度計のデータとコンパスの向首方位情報との
比較が選択された所定のしきい値により不一致の場合、
コンパスの読み取りを無効にし拒否することができるの
で、この読み取りはカルマンフィルタの出力または校正
に影響を及ぼさない。
Heading information may be provided using the described low cost MR sensor compass and cross track accelerometer. A speed sensor is used to provide speed information in the heading direction. Angular velocity sensors are expensive, but are more accurate devices that can be used in place of cross-track accelerometers in applications requiring improved accuracy. These sensors complement each other well. The compass provides heading information but cannot provide movement information. Speed sensors provide speed information,
Cannot provide direction information or heading information. The cross-track accelerometer provides a second source of heading information and checks the compass heading, but must integrate the accelerometer data and apply it to the known heading. These sensor inputs can be sent to a Kalman filter. To optimally use the sensors, the variances of the various sensors may be calculated and provided to a Kalman filter. Further, a heuristic step may be performed before inputting the sensor input to the Kalman filter. Specifically, for example, an unreasonable change in heading supplied by a compass when a magnetic abnormality is present can be detected using a cross-track accelerometer. If the comparison between the cross-track accelerometer data and the compass heading information does not match due to the selected predetermined threshold,
This reading does not affect the output or calibration of the Kalman filter because the compass reading can be disabled and rejected.

【0109】システムは、GPSの質が良好なとき、校
正モードで動作する。障害が発生すると、他のセンサか
らの校正された出力がナビゲーション手段を提供する。
The system operates in calibration mode when GPS quality is good. In the event of a fault, the calibrated output from other sensors provides navigation means.

【0110】種々のセンサの校正は以下のように行うこ
とができる。
The calibration of various sensors can be performed as follows.

【0111】・クロストラック加速度計の校正:積分G
PSの搬送波位相サイクルから精度の高い速度情報を計
算する手段はよく知られている。この速度の割合の変化
を計算することによって、加速度の良好な推定を行うこ
とができる。加速度は、局所的に水平な−北に合わせた
座標系に示すことができる。この加速度の成分から、進
行方向に沿わない加速度の成分を計算し、クロストラッ
ク加速度計が供給する加速度と直接区別することができ
る。この校正項を格納し、GPSの故障時にナビゲーシ
ョンを助けるために用いることができる。また、校正さ
れた加速度計を用い、誤ったコンパスの読み取り値を拒
否してもよい。
Calibration of cross-track accelerometer: integral G
Means for calculating accurate velocity information from the carrier phase cycle of the PS are well known. By calculating the change in the rate of the speed, it is possible to perform a good estimation of the acceleration. The acceleration can be shown in a locally horizontal-north coordinate system. From the acceleration component, the acceleration component that does not follow the traveling direction can be calculated and directly distinguished from the acceleration supplied by the cross-track accelerometer. This calibration term can be stored and used to assist navigation in the event of a GPS failure. Also, a calibrated accelerometer may be used to reject erroneous compass readings.

【0112】・速度センサの校正:再び、信頼性のある
GPS速度情報を用い、速度センサ入力を校正してもよ
い。この場合、GPSが導き出した速度の水平成分の大
きさを計算し、速度センサ入力と比較する。速度センサ
校正項を、上記の2つの速度間の差として容易に計算す
ることができる。より正確な方法では、種々の速度にお
けるバイアスを記憶し、バイアスの傾斜を速度の関数と
して計算する。
Calibration of speed sensor: The speed sensor input may be calibrated again using reliable GPS speed information. In this case, the magnitude of the horizontal component of the speed derived by the GPS is calculated and compared with the speed sensor input. The speed sensor calibration term can be easily calculated as the difference between the above two speeds. A more accurate method stores the bias at various speeds and calculates the slope of the bias as a function of speed.

【0113】・コンパスの校正:再び、移動時のGPS
速度情報を用い、コンパスの向首方位を校正することが
できる。確実に、コンパスが通常の向首方位情報を提供
しているときのみ校正項を生成するように、いくつかの
発見的アルゴリズムおよびフィルタリング技術を適用す
る必要がある。すなわち、一時的磁気異常がないときの
み、コンパス校正を行うべきである。校正を得るには、
局所的に水平な北に合わせた座標系を用い、コンパス向
首方位をGPS速度の北成分および東成分と直接比較す
べきである。さらに、GPS速度の大きさが指定したし
きい値を超えるときのみ、校正を行うべきであることは
当然である。
Calibration of the compass: GPS when moving again
The heading direction of the compass can be calibrated using the speed information. Some heuristic algorithms and filtering techniques need to be applied to ensure that the calibration term is generated only when the compass is providing normal heading information. That is, compass calibration should be performed only when there is no temporary magnetic abnormality. To get proofreading,
The compass heading should be compared directly with the north and east components of GPS speed, using a local horizontal north coordinate system. Further, it is natural that the calibration should be performed only when the magnitude of the GPS speed exceeds the specified threshold value.

【0114】・回転速度センサの校正:再び、正確なG
PS速度を用いて、回転速度センサを校正することがで
きる。この場合、GPS速度を局所的に水平な北に合わ
せた座標系に変換する。回転速度センサの出力を積分
し、角度変位を提供することができる。同じ時間の同じ
変位をGPS速度の差によって計算してもよい。2つの
角度変位の差は速度センサ用の校正項である。
Calibration of rotational speed sensor: Again, accurate G
The rotational speed sensor can be calibrated using the PS speed. In this case, the GPS speed is converted to a local horizontal coordinate system adjusted to the north. The output of the rotational speed sensor can be integrated to provide an angular displacement. The same displacement at the same time may be calculated by the difference in GPS speed. The difference between the two angular displacements is a calibration term for the speed sensor.

【0115】センサの1つである耐磁気性コンパスにつ
いて以上に説明してきた。図18を参照すると、40
2、404および406は、それぞれ、クロストラック
加速度計、角速度センサおよび速度センサインタフェー
スである。クロストラック加速度計は輸送手段のトラッ
クに垂直な方向に向き、輸送手段のトラックに垂直な加
速度に対する感度を有する。クロストラック加速度計を
用い、輸送手段が回転するときの遠心力による加速度を
測定する。その能力において、クロストラック加速度計
を回転センサとして用い、ジッタアルゴリズムを補助す
る。このアルゴリズムは、実際のジッタを輸送手段の回
転による同様の効果(測定ベクトル移動)からの過渡磁
気異常と識別するために補助される。他の場合、回転に
よるベクトル変化がジッタとして見えることがあるの
で、加速度計の入力によってそれをジッタとして無視
し、それにより、異常によるジッタのみを処理する。磁
気異常によるジッタを輸送手段の回転による測定ベクト
ル変化と区別することができる。
The magnetic compass, one of the sensors, has been described above. Referring to FIG.
2, 404 and 406 are a cross-track accelerometer, an angular velocity sensor and a velocity sensor interface, respectively. The cross-track accelerometer is oriented in a direction perpendicular to the vehicle truck and is sensitive to vehicle perpendicular acceleration. Using a cross-track accelerometer, measure the acceleration due to centrifugal force when the vehicle rotates. In that capacity, a cross-track accelerometer is used as a rotation sensor to assist the jitter algorithm. This algorithm assists in distinguishing the actual jitter from transient magnetic anomalies from a similar effect (measured vector shift) due to the rotation of the vehicle. In other cases, the vector change due to rotation may appear as jitter, so it is ignored by the input of the accelerometer as jitter, thereby processing only the jitter due to anomalies. Jitter due to magnetic anomalies can be distinguished from measured vector changes due to rotation of the vehicle.

【0116】角速度センサは、その受感軸を中心にした
回転速度に比例する電圧出力を出す。この場合、受感軸
は、輸送手段の進行面に垂直に、すなわち、垂直方向に
設けられている。したがって、これは、輸送手段がどの
くらい速く回転しているか、すなわち、角回転速度を測
定する。加速度計の出力を回路308によって増幅し、
そのマイクロコントローラのADCへの出力はクロスト
ラック加速度に比例するアナログ電圧としてACCEL
にあり、その後、マイクロコントローラのソフトウェア
によって用いられる。
The angular velocity sensor outputs a voltage output proportional to the rotation speed about the sensing axis. In this case, the sensing axis is provided perpendicular to the traveling surface of the vehicle, that is, in the vertical direction. Thus, it measures how fast the vehicle is rotating, ie the angular rotational speed. The output of the accelerometer is amplified by circuit 308,
The output of the microcontroller to the ADC is ACCEL as an analog voltage proportional to the cross-track acceleration.
And then used by the microcontroller software.

【0117】耐磁気性コンパスは北を探している。統合
推測位置法では、角速度センサの出力は、コンパスが過
渡異常の影響を受けているとき、コンパスの出力を助け
るかコンパスの出力の代わりに用いられる。したがっ
て、例えば、ジッタ検知によって過渡異常を検知する
と、システムは角速度センサにより重い重み付けを行う
か、角速度センサに完全に依存し、向首方位を調整する
ことができる。
The anti-magnetic compass is looking north. In the integrated estimating position method, the output of the angular velocity sensor is used to assist or replace the output of the compass when the compass is affected by transient abnormalities. Thus, for example, if transient anomalies are detected by jitter detection, the system can weight the angular velocity sensor heavily or rely entirely on the angular velocity sensor to adjust heading.

【0118】角速度センサは、その適用において通常行
われるように初期化される。
The angular velocity sensor is initialized as usual in its application.

【0119】角速度センサの出力を回路410によって
増幅し、そのマイクロコントローラのADCへの出力R
ATEは角速度に比例するアナログ電圧である。
The output of the angular velocity sensor is amplified by the circuit 410 and the output R of the microcontroller to the ADC is obtained.
ATE is an analog voltage proportional to the angular velocity.

【0120】速度センサインタフェースは、速度および
方向を含むがそれらに限定されない速度情報をセンサか
ら取得する。論理回路412はその情報を復号し、出力
DIRECTIONおよびSPEEDをパラレルI/O
に供給し、その後、マイクロコントローラビンが情報を
入手できるようにし、その情報はマイクロコントローラ
によって用いられる。
[0120] The speed sensor interface obtains speed information from the sensor, including but not limited to speed and direction. The logic circuit 412 decodes the information and outputs the outputs DIRECTION and SPEED to the parallel I / O.
And make the information available to the microcontroller bin, which information is used by the microcontroller.

【0121】図示されていないが、GPS受信器はマイ
クロコントローラのシリアルポートに接続されている。
Although not shown, the GPS receiver is connected to the serial port of the microcontroller.

【0122】図19に示すように、すべてのセンサを統
合し、もっとも有利な場合にそれぞれのセンサを用い
る。
As shown in FIG. 19, all sensors are integrated and each sensor is used in the most advantageous case.

【0123】本発明の原理について特定の実施の形態と
ともに以上に説明してきたが、これは一例であり、本発
明の範囲を限定しないことは理解できるであろう。
While the principles of the invention have been described above with particular embodiments, it will be understood that this is by way of example and does not limit the scope of the invention.

【0124】[0124]

【数1】 (Equation 1)

【0125】[0125]

【数2】 (Equation 2)

【0126】[0126]

【数3】 (Equation 3)

【0127】[0127]

【数4】 (Equation 4)

【0128】[0128]

【数5】 (Equation 5)

【0129】[0129]

【数6】 (Equation 6)

【0130】[0130]

【数7】 (Equation 7)

【0131】[0131]

【数8】 (Equation 8)

【0132】[0132]

【数9】 (Equation 9)

【0133】[0133]

【数10】 (Equation 10)

【0134】[0134]

【数11】 [Equation 11]

【0135】[0135]

【数12】 (Equation 12)

【0136】[0136]

【数13】 (Equation 13)

【0137】[0137]

【数14】 [Equation 14]

【0138】[0138]

【数15】 (Equation 15)

【0139】[0139]

【数16】 (Equation 16)

【0140】[0140]

【数17】 [Equation 17]

【0141】[0141]

【数18】 (Equation 18)

【0142】[0142]

【数19】 [Equation 19]

【0143】[0143]

【数20】 (Equation 20)

【0144】[0144]

【数21】 (Equation 21)

【0145】[0145]

【数22】 (Equation 22)

【0146】[0146]

【数23】 (Equation 23)

【0147】[0147]

【数24】 (Equation 24)

【0148】[0148]

【数25】 (Equation 25)

【0149】[0149]

【数26】 (Equation 26)

【0150】[0150]

【数27】 [Equation 27]

【0151】[0151]

【数28】 [Equation 28]

【0152】[0152]

【数29】 (Equation 29)

【0153】[0153]

【数30】 [Equation 30]

【0154】[0154]

【数31】 (Equation 31)

【0155】[0155]

【数32】 (Equation 32)

【0156】[0156]

【数33】 [Equation 33]

【0157】[0157]

【数34】 (Equation 34)

【0158】[0158]

【数35】 (Equation 35)

【0159】[0159]

【数36】 [Equation 36]

【0160】[0160]

【数37】 (37)

【0161】[0161]

【数38】 (38)

【0162】[0162]

【数39】 [Equation 39]

【0163】[0163]

【数40】 (Equation 40)

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来技術において起こり得る問題を示す図であ
る。
FIG. 1 illustrates a problem that can occur in the prior art.

【図2】図3〜図13に示すソフトウェアのフローチャ
ートに用いられる記号の案内である。
FIG. 2 is a guide for symbols used in the software flowcharts shown in FIGS. 3 to 13;

【図3】ソフトウェアの起動部のフローチャートであ
る。
FIG. 3 is a flowchart of a software starting unit.

【図4】ソフトウェアのメイン処理ループ部のフローチ
ャートである。
FIG. 4 is a flowchart of a main processing loop unit of software.

【図5】ソフトウェアのメイン処理ループ部の続きのフ
ローチャートである。
FIG. 5 is a continued flowchart of the main processing loop unit of the software.

【図6】ソフトウェアのメイン処理ループ部の続きのフ
ローチャートである。
FIG. 6 is a continued flowchart of the main processing loop unit of the software.

【図7】ソフトウェアの手動校正部のフローチャートで
ある。
FIG. 7 is a flowchart of a manual calibration unit of software.

【図8】ソフトウェアの手動校正部の続きのフローチャ
ートである。
FIG. 8 is a continued flowchart of the software manual calibration section.

【図9】ソフトウェアの手動校正部の続きのフローチャ
ートである。
FIG. 9 is a continued flowchart of the software manual calibration section.

【図10】ソフトウェアのWild Edit部のフローチャー
トである。
FIG. 10 is a flowchart of a Wild Edit unit of software.

【図11】ソフトウェアのWild Edit部の続きのフロー
チャートである。
FIG. 11 is a flowchart that follows the Wild Edit section of the software.

【図12】ソフトウェアの通信入力チェック部のフロー
チャートである。
FIG. 12 is a flowchart of a communication input check unit of software.

【図13】ソフトウェアのEEPROMからのロード部
のフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart of a software loading unit from an EEPROM.

【図14】回路のブロック図である。FIG. 14 is a block diagram of a circuit.

【図14A】回路のブロック図である。FIG. 14A is a block diagram of a circuit.

【図14B】回路のブロック図である。FIG. 14B is a block diagram of a circuit.

【図15】回路のブロック図の続きの詳細図である。FIG. 15 is a detailed view following the block diagram of the circuit.

【図16】センサを備える回路の概略図である。FIG. 16 is a schematic diagram of a circuit including a sensor.

【図16A】センサを備える回路の概略図である。FIG. 16A is a schematic diagram of a circuit including a sensor.

【図16B】センサを備える回路の概略図である。FIG. 16B is a schematic diagram of a circuit including a sensor.

【図17】マイクロコントローラを備える回路の概略図
である。
FIG. 17 is a schematic diagram of a circuit including a microcontroller.

【図17A】マイクロコントローラを備える回路の概略
図である。
FIG. 17A is a schematic diagram of a circuit including a microcontroller.

【図18】オンボードセンサを用いる統合システムの回
路のブロック図である。
FIG. 18 is a block diagram of a circuit of an integrated system using an on-board sensor.

【図19】オンボードセンサを用いる統合システムの回
路の別のブロック図である。
FIG. 19 is another block diagram of a circuit of an integrated system using on-board sensors.

【図19A】オンボードセンサを用いる統合システムの
回路の別のブロック図である。
FIG. 19A is another block diagram of a circuit of an integrated system using on-board sensors.

【図19B】オンボードセンサを用いる統合システムの
回路の別のブロック図である。
FIG. 19B is another block diagram of a circuit of an integrated system using on-board sensors.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01S 5/14 G01S 5/14 (71)出願人 598166870 26 Misty Acres Road, Rolling Hills,CA 90274,United States o f America (72)発明者 ケヴィン エス. ジャッジ アメリカ合衆国,90274 カリフォルニア 州,パロス ヴァーデス エステイツ,ヴ ィア ガヴィラン 4028 (72)発明者 ロナルド エイ. ハッチ アメリカ合衆国,90744 カリフォルニア 州,ウィルミントン,ラークム アヴェニ ュー 1142 Fターム(参考) 2F029 AA02 AA04 AA05 AA08 AB07 AC02 AC04 AC12 5J062 AA05 BB01 BB02 BB03 CC07 EE04 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) G01S 5/14 G01S 5/14 (71) Applicant 598166870 26 Misty Acres Road, Rolling Hills, CA 90274, United States of America (72) Inventor Kevin S. Judges Via Gavilan 4028, Paros Verdes Estates, California, 90274 California 7272 Inventor Ronald A. Hatch United States, 90744 Larkum Avenue, Wilmington, California 1142 F-term (reference) 2F029 AA02 AA04 AA05 AA08 AB07 AC02 AC04 AC12 5J062 AA05 BB01 BB02 BB03 CC07 EE04

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 向首方位出力を提供するコンパスと、電
子回路と、コンパスの校正を行うようにプログラムされ
たコンピュータと、を有する移動コンパスを自動的に校
正する装置において、 磁界に応答し、地球の磁界及び検知した歪みに関連する
出力信号を提供するセンサ素子を有する電子コンパス
と、 センサ出力信号をディジタル値に変換する手段と、 センサ出力信号のディジタル値を受信し、出力信号によ
って規定された楕円の楕円整合および円形化を行って、
円を定義し、向首方位読み値を決定するようにプログラ
ムされたコンピュータ部と、 選択された数の円の角度セグメントをビンとして規定
し、向首方位読み値が属するビンにしたがって、向首方
位読み値をデータ点として記憶するようにプログラムさ
れたコンピュータ部と、 データ点を捕捉した時に、楕円をオフセットするように
プログラムされたコンピュータ部と、 すべてのビンにおいて選択された数の1つ以上のデータ
点が出現するときに実行されている前記プログラムの校
正を行うようにプログラムされたコンピュータ部と、を
備えることを特徴とする装置。
An apparatus for automatically calibrating a mobile compass having a compass for providing heading output, electronic circuitry, and a computer programmed to calibrate the compass, wherein the apparatus is responsive to a magnetic field; An electronic compass having a sensor element for providing an output signal related to the earth's magnetic field and detected distortion; a means for converting the sensor output signal to a digital value; receiving the digital value of the sensor output signal and being defined by the output signal Ellipse matching and circularization of the ellipse
A computer section programmed to define a circle and determine heading readings; define a selected number of angle segments of the circles as bins and heading according to the bin to which the heading reading belongs. A computer programmed to store azimuth readings as data points; a computer programmed to offset the ellipse when data points are captured; one or more of a selected number of all bins A computer section programmed to calibrate the program being executed when the data points appear.
【請求項2】 前記コンピュータは、コンパスからの入
力データを少なくともおよそ毎秒5回のレートで処理す
るようにプログラムされていることを特徴とする請求項
1記載の装置。
2. The apparatus of claim 1 wherein the computer is programmed to process input data from a compass at a rate of at least about five times per second.
【請求項3】 前記レートはおよそ毎秒12回であるこ
とを特徴とする請求項2記載の装置。
3. The apparatus of claim 2, wherein said rate is approximately twelve times per second.
【請求項4】 輸送手段に設置された移動コンパスシス
テムを自動的に校正する方法であって、前記システム
は、向首方位出力を提供するコンパスと、電子回路と、
プログラムされたコンピュータと、を有する方法におい
て、 センサ素子を有する電子コンパスから出力信号を提供す
る工程と、 出力信号をコンピュータが用いるディジタルデータ値に
変換する工程と、 輸送手段の経路を何ら調整することなく、輸送手段を運
転させる工程と、 出力データについて楕円整合及び円形化手続きを行って
各データ点に対して円を定義する工程と、 円の角度セグメントを多数選択してビンを規定する工程
と、 円上のビンの位置にしたがって、データ点をビンに対し
て特定する工程と、 データ点を捕獲したときに楕円をオフセットする工程
と、 各ビンが少なくとも1つのデータ点を有するとき、コン
パスを校正する工程と、を有することを特徴とする方
法。
4. A method of automatically calibrating a mobile compass system installed in a vehicle, the system comprising: a compass providing heading output; an electronic circuit;
Providing an output signal from an electronic compass having a sensor element, converting the output signal into digital data values for use by the computer, and adjusting any path of the vehicle. Operating the vehicle, defining ellipses for each data point by performing elliptic matching and circularization procedures on the output data, and defining bins by selecting a large number of angular segments of the circle. Identifying the data points relative to the bins according to the location of the bins on the circle, offsetting the ellipse when the data points are captured, and defining a compass when each bin has at least one data point. Calibrating.
【請求項5】 前記コンピュータは、コンパスからの入
力データを少なくともおよそ毎秒5回のレートで処理す
るようにプログラムされていることを特徴とする請求項
4記載の方法。
5. The method of claim 4, wherein the computer is programmed to process input data from a compass at a rate of at least about five times per second.
【請求項6】 前記レートはおよそ毎秒12回であるこ
とを特徴とする請求項5記載の方法。
6. The method of claim 5, wherein the rate is approximately twelve times per second.
【請求項7】 プログラムされたコンピュータを有する
移動コンパスシステムにおいて過渡磁気異常の検知およ
び拒否を行うシステムにおいて、 コンパスから読み取り値を受け取り、前記読み取り値か
ら異常な磁気特性の特徴づけを行い、前記特徴づけの範
囲に属する読み取り値の使用を拒否するようにプログラ
ムされたコンピュータ部を備えることを特徴とするシス
テム。
7. A system for detecting and rejecting transient magnetic anomalies in a mobile compass system having a programmed computer, wherein the system receives a reading from a compass and characterizes abnormal magnetic properties from the reading. A computer portion programmed to reject the use of readings belonging to the range of the label.
【請求項8】 前記コンピュータは、コンパスからの入
力データを少なくともおよそ毎秒5回のレートで処理す
るようにプログラムされていることを特徴とする請求項
7記載のシステム。
8. The system of claim 7, wherein the computer is programmed to process input data from a compass at a rate of at least about five times per second.
【請求項9】 前記レートはおよそ毎秒12回であるこ
とを特徴とする請求項8記載のシステム。
9. The system of claim 8, wherein said rate is approximately 12 times per second.
【請求項10】 移動電子コンパスシステムにおいて過
渡磁気異常の検知および拒否を行う方法において、 プログラムされたコンピュータにおいて、 コンパスから読み取り値を受け取り、前記読み取り値か
ら異常な高周波特性の特徴づけを行う工程と、 前記特徴づけの範囲内のコンパス読み取り値の使用を拒
否する工程と、を有することを特徴とする方法。
10. A method for detecting and rejecting transient magnetic anomalies in a mobile electronic compass system, comprising: receiving a reading from a compass and characterizing abnormal high frequency characteristics from the reading in a programmed computer; Rejecting use of compass readings within said characterization.
【請求項11】 前記コンピュータは、コンパスからの
入力データを少なくともおよそ毎秒5回のレートで処理
するようにプログラムされていることを特徴とする請求
項10記載の方法。
11. The method of claim 10, wherein the computer is programmed to process input data from a compass at a rate of at least about five times per second.
【請求項12】 前記レートはおよそ毎秒12回である
ことを特徴とする請求項11記載の方法。
12. The method of claim 11, wherein said rate is approximately 12 times per second.
【請求項13】 移動用統合ロケーションシステムにお
いて、 無線ナビゲーションシステムと、 磁気コンパスと、 以下のa〜dから構成されるグループから選択された他
のセンサと、 a.クロストラック加速度計、 b.クロストラック加速度計および速度センサ、 c.角速度センサ、 d.角速度センサおよび速度センサ、 選択されたセンサデータを用いて向首方位および位置を
決定する手段と、を備えることを特徴とするシステム。
13. A mobile integrated location system, comprising: a wireless navigation system, a magnetic compass, and another sensor selected from the group consisting of: a. A cross-track accelerometer, b. A cross-track accelerometer and speed sensor, c. Angular velocity sensor, d. An angular velocity sensor and a velocity sensor; and means for determining heading and position using the selected sensor data.
【請求項14】 前記無線ナビゲーションシステムはG
PSであり、前記選択されたセンサデータを用いて向首
方位および位置を決定する手段は、信号を供給するGP
S衛星の数が少なくとも4から0に減少すると、コンパ
スおよび他のセンサのうち1つ以上のセンサの使用を選
択することを特徴とする請求項13記載のシステム。
14. The wireless navigation system according to claim 1, wherein
Means for determining a heading and a position using the selected sensor data, the signal providing means for providing a signal
14. The system of claim 13, wherein when the number of S satellites decreases from at least four to zero, the system selects to use one or more of the compass and other sensors.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6836238B1 (en) * 2001-10-09 2004-12-28 Escort Inc. Police radar/laser detector with integral vehicle parameter display using a vehicle interface
CN1306250C (en) * 2003-01-27 2007-03-21 童明 Magnetic bearing navigation digital integration system
JP2009192325A (en) * 2008-02-13 2009-08-27 Furuno Electric Co Ltd Satellite navigation/estimated navigation integration positioning device
CN112462748A (en) * 2019-09-06 2021-03-09 纳恩博(北京)科技有限公司 Angular velocity transmission method and apparatus, storage medium, and electronic apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6836238B1 (en) * 2001-10-09 2004-12-28 Escort Inc. Police radar/laser detector with integral vehicle parameter display using a vehicle interface
CN1306250C (en) * 2003-01-27 2007-03-21 童明 Magnetic bearing navigation digital integration system
JP2009192325A (en) * 2008-02-13 2009-08-27 Furuno Electric Co Ltd Satellite navigation/estimated navigation integration positioning device
CN112462748A (en) * 2019-09-06 2021-03-09 纳恩博(北京)科技有限公司 Angular velocity transmission method and apparatus, storage medium, and electronic apparatus
CN112462748B (en) * 2019-09-06 2024-05-07 纳恩博(北京)科技有限公司 Angular velocity transmitting method and device, storage medium, and electronic device

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