JP2012212234A - Portable device, program and method for correcting gravity vector to be used for autonomous positioning - Google Patents
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Abstract
【課題】携帯装置を保持する態様の個人差に関係なく、重力ベクトルを補正することができる携帯装置、プログラム及び方法を提供する。
【解決手段】自律測位手段を有する携帯装置であって、ユーザの行動に基づいて、当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った際に、始動位置と終動位置の座標差から、南北方向座標差N及び東西方向座標差Eを導出する座標差導出手段と、南北方向座標差Nに基づいて、ピッチオフセットpを算出するピッチオフセット算出手段、及び/又は、東西方向座標差Eに対応付けて、ロールオフセットrを算出するロールオフセット算出手段とを有し、自律測位手段は、ピッチオフセットp及び/又はロールオフセットrによって補正した重力ベクトルを用いて推定方位角dを算出する。
【選択図】図1Provided are a portable device, a program, and a method capable of correcting a gravity vector regardless of individual differences in the manner of holding the portable device.
A portable device having autonomous positioning means, based on a user's action, when the device makes a round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other. And a coordinate difference deriving unit for deriving the north-south direction coordinate difference N and the east-west direction coordinate difference E from the coordinate difference between the end position and the pitch offset calculating unit for calculating the pitch offset p based on the north-south direction coordinate difference N; And / or roll offset calculating means for calculating the roll offset r in association with the east-west coordinate difference E, and the autonomous positioning means uses the gravity vector corrected by the pitch offset p and / or the roll offset r. The estimated azimuth angle d is calculated.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、自律測位に用いる重力ベクトルを補正する技術に関する。 The present invention relates to a technique for correcting a gravity vector used for autonomous positioning.
従来、正確な端末姿勢を推定するために、重力ベクトルを補正する技術がある(例えば特許文献1参照)。この技術によれば、携帯装置は、角速度センサ及び加速度センサを有し、角速度データ及び加速度データから重力方向を逐次算出する。重力ベクトルは、角速度データに基づいて算出される。最初に、その重力ベクトルを、加速度ベクトルの方向へ近づくように補正する。次に、端末が所定の運動をする場合に、その重力ベクトルを、加速度データ及び角速度データの予め定義された関係から推定される重力方向へ近づくように補正する。最後に、その重力ベクトルを、所定期間における加速度ベクトルの平均の方向へ近づくように補正する。このように補正された重力ベクトルを用いて、正確な端末姿勢を推定することができる。 Conventionally, there is a technique for correcting a gravity vector in order to estimate an accurate terminal posture (see, for example, Patent Document 1). According to this technique, the portable device has an angular velocity sensor and an acceleration sensor, and sequentially calculates the direction of gravity from the angular velocity data and the acceleration data. The gravity vector is calculated based on the angular velocity data. First, the gravity vector is corrected so as to approach the direction of the acceleration vector. Next, when the terminal performs a predetermined motion, the gravity vector is corrected so as to approach the direction of gravity estimated from the predefined relationship between the acceleration data and the angular velocity data. Finally, the gravity vector is corrected so as to approach the average direction of the acceleration vector in a predetermined period. An accurate terminal posture can be estimated using the gravity vector corrected in this way.
特許文献1に記載の技術によれば、携帯装置に、少なくとも角速度センサを搭載する必要がある。また、加速度データと角速度データとの関係を予め定義しておく必要があり、携帯装置を保持する態様の個人差には対応できない。 According to the technique described in Patent Document 1, it is necessary to mount at least an angular velocity sensor on a portable device. Moreover, it is necessary to define the relationship between acceleration data and angular velocity data in advance, and it is not possible to cope with individual differences in the manner of holding the portable device.
そこで、本発明は、携帯装置を保持する態様の個人差に関係なく、重力ベクトルを補正することができる携帯装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a portable device, a program, and a method that can correct a gravity vector regardless of individual differences in the manner of holding the portable device.
本発明によれば、
3軸の加速度データを出力する加速度センサと、
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
加速度データ及び地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位手段と
を有し、重力ベクトルを推定する携帯装置であって、
ユーザの行動に基づいて、当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った際に、始動位置と終動位置の座標差から、南北方向座標差N及び東西方向座標差Eを導出する座標差導出手段と、
南北方向座標差Nに基づいてピッチオフセットpを算出するピッチオフセット算出手段、及び/又は、東西方向座標差Eに基づいてロールオフセットrを算出するロールオフセット算出手段とを有し、
自律測位手段は、ピッチオフセットp及び/又はロールオフセットrによって補正した重力ベクトルを用いて推定方位角dを算出することを特徴とする。
According to the present invention,
An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A mobile device for calculating a gravity vector using acceleration data and geomagnetic data, and having an autonomous positioning means for outputting an estimated azimuth angle d autonomously measured, and estimating the gravity vector,
Based on the user's behavior, when the device makes one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide, from the coordinate difference between the start position and the end position, the north-south direction coordinate difference N and Coordinate difference deriving means for deriving the east-west direction coordinate difference E;
Pitch offset calculating means for calculating the pitch offset p based on the north-south direction coordinate difference N, and / or roll offset calculating means for calculating the roll offset r based on the east-west direction coordinate difference E,
The autonomous positioning means calculates the estimated azimuth angle d using the gravity vector corrected by the pitch offset p and / or the roll offset r.
本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
ピッチオフセット算出手段は、南北方向座標差Nと、ピッチオフセットpとが、以下の式を満たすように対応付けられたピッチオフセットテーブルを有し、
d:1歩毎の推定方位角
θ:円周移動によって得られるdの変化を0〜2πの連続的変化に近似した方位角
当該ピッチオフセットテーブルを用いて、当該南北方向座標差Nから、ピッチオフセットpを導出するものであり、
ロールオフセット算出手段は、東西方向座標差Eと、ロールオフセットrとが、以下の式を満たすように対応付けられたロールオフセットテーブルを有し、
The pitch offset calculating means includes a pitch offset table in which the north-south direction coordinate difference N and the pitch offset p are associated with each other so as to satisfy the following expression:
The roll offset calculation means has a roll offset table in which the east-west coordinate difference E and the roll offset r are associated with each other so as to satisfy the following expression:
本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
円周移動中に、自律測位手段から出力された推定方位角dを蓄積する推定方位角バッファ手段と、
ユーザ所持に基づく当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った円周移動期間を、推定方位角バッファ手段に蓄積された推定方位角dから検出する円周移動期間検出手段と
を更に有することも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention,
An estimated azimuth angle buffer means for accumulating the estimated azimuth angle d output from the autonomous positioning means during circumferential movement;
A circle in which the apparatus based on the user's possession detects a circumferential movement period that has made one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide from the estimated azimuth angle d stored in the estimated azimuth angle buffer means. It is also preferable to further include a circumferential movement period detection means.
本発明によれば、
3軸の加速度データを出力する加速度センサと、
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
を有する携帯装置に搭載されたコンピュータを機能させるものであって、
加速度データ及び地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位手段と
してコンピュータを機能させる、重力ベクトルを推定するプログラムであって、
ユーザの行動に基づいて、当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った際に、始動位置と終動位置の座標差から、南北方向座標差N及び東西方向座標差Eを導出する座標差導出手段と、
南北方向座標差Nに基づいてピッチオフセットpを算出するピッチオフセット算出手段、及び/又は、東西方向座標差Eに基づいてロールオフセットrを算出するロールオフセット算出手段とを有し、
自律測位手段は、ピッチオフセットp及び/又はロールオフセットrによって補正した重力ベクトルを用いて推定方位角dを算出する
ようにコンピュータを更に機能させることを特徴とする。
According to the present invention,
An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A computer mounted on a portable device having a function,
A program for estimating a gravity vector, which calculates a gravity vector using acceleration data and geomagnetic data, and causes a computer to function as an autonomous positioning means for outputting an estimated azimuth angle d autonomously measured,
Based on the user's behavior, when the device makes one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide, from the coordinate difference between the start position and the end position, the north-south direction coordinate difference N and Coordinate difference deriving means for deriving the east-west direction coordinate difference E;
Pitch offset calculating means for calculating the pitch offset p based on the north-south direction coordinate difference N, and / or roll offset calculating means for calculating the roll offset r based on the east-west direction coordinate difference E,
The autonomous positioning means further causes the computer to function so as to calculate the estimated azimuth angle d using the gravity vector corrected by the pitch offset p and / or the roll offset r.
本発明の携帯装置用のプログラムにおける他の実施形態によれば、
ピッチオフセット算出手段は、南北方向座標差Nと、ピッチオフセットpとが、以下の式を満たすように対応付けられたピッチオフセットテーブルを有し、
d:1歩毎の推定方位角
θ:円周移動によって得られるdの変化を0〜2πの連続的変化に近似した方位角
当該ピッチオフセットテーブルを用いて、当該南北方向座標差Nから、ピッチオフセットpを導出するものであり、
ロールオフセット算出手段は、東西方向座標差Eと、ロールオフセットrとが、以下の式を満たすように対応付けられたロールオフセットテーブルを有し、
ようにコンピュータを機能させることも好ましい。
According to another embodiment of the program for the portable device of the present invention,
The pitch offset calculating means includes a pitch offset table in which the north-south direction coordinate difference N and the pitch offset p are associated with each other so as to satisfy the following expression:
The roll offset calculation means has a roll offset table in which the east-west coordinate difference E and the roll offset r are associated with each other so as to satisfy the following expression:
本発明の携帯装置用のプログラムにおける他の実施形態によれば、
円周移動中に、自律測位手段から出力された推定方位角dを蓄積する推定方位角バッファ手段と、
ユーザ所持に基づく当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った円周移動期間を、推定方位角バッファ手段に蓄積された推定方位角dから検出する円周移動期間検出手段と
してコンピュータを更に機能させることも好ましい。
According to another embodiment of the program for the portable device of the present invention,
An estimated azimuth angle buffer means for accumulating the estimated azimuth angle d output from the autonomous positioning means during circumferential movement;
A circle in which the apparatus based on the user's possession detects a circumferential movement period that has made one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide from the estimated azimuth angle d stored in the estimated azimuth angle buffer means. It is also preferable to further cause the computer to function as the circumferential movement period detection means.
本発明によれば、
3軸の加速度データを出力する加速度センサと、
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
加速度データ及び地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位機能と
を有する携帯装置について、重力ベクトルを補正する方法であって、
ユーザの行動に基づいて、当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った際に、始動位置と終動位置の座標差から、南北方向座標差N及び東西方向座標差Eを導出する第1のステップと、
南北方向座標差Nに基づいてピッチオフセットpを算出し、及び/又は、東西方向座標差Eに基づいてロールオフセットrを算出する第2のステップと、
自律測位機能が、ピッチオフセットp及び/又はロールオフセットrによって補正した重力ベクトルを用いて推定方位角dを算出する第3のステップと
を有することを特徴とする。
According to the present invention,
An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A method of correcting a gravity vector for a portable device having an autonomous positioning function that calculates an estimated azimuth angle d autonomously determined while calculating a gravity vector using acceleration data and geomagnetic data,
Based on the user's behavior, when the device makes one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide, from the coordinate difference between the start position and the end position, the north-south direction coordinate difference N and A first step of deriving an east-west coordinate difference E;
Calculating a pitch offset p based on the north-south direction coordinate difference N and / or calculating a roll offset r based on the east-west direction coordinate difference E;
The autonomous positioning function includes a third step of calculating the estimated azimuth angle d using the gravity vector corrected by the pitch offset p and / or the roll offset r.
本発明の重力ベクトル補正方法における他の実施形態によれば、
ピッチオフセットpの算出には、南北方向座標差Nと、ピッチオフセットpとが、以下の式を満たすように対応付けられたピッチオフセットテーブルを有し、
d:1歩毎の推定方位角
θ:円周移動によって得られるdの変化を0〜2πの連続的変化に近似した方位角
当該ピッチオフセットテーブルを用いて、当該南北方向座標差Nから、ピッチオフセットpを導出し、
ロールオフセットrの算出には、東西方向座標差Eと、ロールオフセットrとが、以下の式を満たすように対応付けられたロールオフセットテーブルを有し、
ようにコンピュータを機能させることも好ましい。
According to another embodiment of the gravity vector correction method of the present invention,
The calculation of the pitch offset p has a pitch offset table in which the north-south direction coordinate difference N and the pitch offset p are associated with each other so as to satisfy the following equation:
In calculating the roll offset r, there is a roll offset table in which the east-west coordinate difference E and the roll offset r are associated so as to satisfy the following formula:
本発明の重力ベクトル補正方法における他の実施形態によれば、
円周移動中に、自律測位手段から出力された推定方位角dを蓄積し、
ユーザ所持に基づく当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った円周移動期間を、推定方位角バッファ手段に蓄積された推定方位角dとから検出することも好ましい。
According to another embodiment of the gravity vector correction method of the present invention,
During the circumferential movement, the estimated azimuth angle d output from the autonomous positioning means is accumulated,
Based on the estimated azimuth angle d stored in the estimated azimuth angle buffer means, the apparatus based on the user's possession detects the circumferential movement period that has made one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other. It is also preferable.
本発明の携帯装置、プログラム及び方法によれば、ユーザの円周移動によって取得した地磁気データ及び推定方位角からピッチオフセット及び/又はロールオフセットを算出し、そのオフセットによって重力ベクトルを補正することにより、携帯装置を保持する態様の個人差に関係なく、自律測位の精度を向上させることができる。 According to the portable device, program and method of the present invention, by calculating the pitch offset and / or roll offset from the geomagnetic data and the estimated azimuth obtained by the circumferential movement of the user, by correcting the gravity vector by the offset, The accuracy of autonomous positioning can be improved regardless of individual differences in the manner in which the portable device is held.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明における携帯装置の機能構成図である。 FIG. 1 is a functional configuration diagram of a portable device according to the present invention.
携帯装置1は、ユーザに所持されるものであって、例えば携帯電話機又はスマートフォンのようなものである。図1によれば、携帯装置1は、加速度センサ101と、地磁気センサ102とを有する。
The mobile device 1 is possessed by a user and is, for example, a mobile phone or a smartphone. According to FIG. 1, the mobile device 1 includes an
加速度センサ101は、加速度、即ち単位時間当たりの速度の変化を検出する。携帯装置の傾きを検出することができる3軸タイプの場合、3次元の加速度を検出でき、地球の重力(静的加速度)の計測にも対応できる。
The
地磁気センサ102は、3軸方向(前後方向、左右方向及び上下方向)の地磁気の方向を測定する。地磁気センサ102は、ホール素子を分離し、分離したホール素子からそれぞれ検出された値を出力する。
The
また、携帯装置1は、自律測位部111と、座標差導出部112と、円周移動期間検出部113と、推定方位角バッファ部114と、ピッチオフセット算出部115と、ロールオフセット算出部116と、アプリケーション部117とを有する。アプリケーション部117は、自律測位部111から導出された推定方位角dを用いて、様々なサービスをユーザに提供する。これら機能構成部は、携帯装置1に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。また、これら機能構成部の処理の流れは、重力ベクトルの補正方法としても理解できる。
In addition, the mobile device 1 includes an autonomous positioning unit 111, a coordinate
自律測位部111は、加速度データ及び地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角d(°)を出力する。自律測位部111は、既存のデッドレコニング(Dead Reckoning:DR)技術(自律推測航法技術)に基づくものであって、屋内のように測位電波を受信できない場所にあっても、その位置を自律的に測位することができる。デッドレコニング技術は、エンコーダや慣性センサを利用した相対的自己位置推定技術をいい、一般に、既知の初期値(位置と姿勢)に対して、地磁気データ又は角速度データ(ジャイロスコープ)及び加速度データを足し合わせて、その後の位置及び姿勢を算出する。そのために、デッドレコニング技術のみでは、誤差が蓄積していくことなる。即ち、重力ベクトルの誤差も蓄積していくこととなる。 The autonomous positioning unit 111 calculates a gravity vector using acceleration data and geomagnetic data, and outputs an estimated azimuth angle d (°) measured autonomously. The autonomous positioning unit 111 is based on the existing dead reckoning (DR) technology (autonomous dead reckoning navigation technology), and even if it is in a place where it cannot receive positioning radio waves, such as indoors, its position is autonomous. You can measure the position. The dead reckoning technology is a relative self-position estimation technology using an encoder or inertial sensor, and generally adds geomagnetic data or angular velocity data (gyroscope) and acceleration data to known initial values (position and orientation). In addition, the subsequent position and orientation are calculated. Therefore, errors are accumulated only with the dead reckoning technology. That is, the gravitational vector error is also accumulated.
図1によれば、自律測位部111は、ピッチオフセット算出部115からピッチオフセットpがフィードバックされ、ロールオフセット算出部116からロールオフセットrがフィードバックされる。ここで、移動向きをx軸正方向、移動向きに対して左手方向をy軸正方向、移動向きに対する上方をz軸方向とするとする。このとき、各軸の回転を、以下のように表す。
x軸周りの回転 : ロール(roll)
y軸周りの回転 : ピッチ(pitch)
z軸周りの回転 : ヨー(yaw)
According to FIG. 1, the autonomous positioning unit 111 receives the pitch offset p from the pitch offset
Rotation around the x axis: roll
Rotation around y-axis: pitch
Rotation around the z axis: yaw
自律測位部111は、自ら算出した推定方位角にピッチオフセットpを足し合わせ(逆算)、また、自ら算出した重力ベクトルにロールオフセットrを足し合わせる(逆算)。これによって、自律測位における重力ベクトルの誤差を補正することができ、その後の自律測位の精度を向上させることができる。 The autonomous positioning unit 111 adds the pitch offset p to the estimated azimuth angle calculated by itself (back calculation), and adds the roll offset r to the gravity vector calculated by itself (back calculation). Thereby, the error of the gravity vector in autonomous positioning can be corrected, and the accuracy of subsequent autonomous positioning can be improved.
図2は、当該携帯装置を所持したユーザの円周移動を表す説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the circumferential movement of the user who possesses the portable device.
図2のように、携帯装置1は、ユーザに対して、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回るように指示する。ここで、自律測位部111自ら算出する重力ベクトルに誤差が含まれることによって、自律測位部111から出力される推定方位角dにも誤差を生じる。これは、始動位置座標と終動位置座標とが一致しないという誤差を生じる。即ち、自律測位部111内の重力ベクトルの誤差によって、移動軌跡が変形することとなる。この重力ベクトルには、ピッチオフセットとロールオフセットとの誤差が含まれる。 As shown in FIG. 2, the portable device 1 instructs the user to make one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other. Here, when an error is included in the gravity vector calculated by the autonomous positioning unit 111 itself, an error also occurs in the estimated azimuth angle d output from the autonomous positioning unit 111. This causes an error that the start position coordinates and the end position coordinates do not match. That is, the movement trajectory is deformed by the error of the gravity vector in the autonomous positioning unit 111. The gravity vector includes an error between the pitch offset and the roll offset.
「ピッチオフセット」は、左右方向を回転軸とした重力ベクトルの回転オフセットである。また、「ロールオフセット」は、前後方向を回転軸とした重力ベクトルの回転オフセットである。ここで、単一の方向に移動(歩行)した場合に、地磁気データ及び加速度データから重力ベクトルを補正しようとした場合、以下の問題が発生する。 “Pitch offset” is a rotation offset of the gravity vector with the horizontal direction as the rotation axis. The “roll offset” is a rotation offset of the gravity vector with the front-rear direction as the rotation axis. Here, when moving (walking) in a single direction and trying to correct the gravity vector from the geomagnetic data and acceleration data, the following problems occur.
(1)ピッチオフセットとロールオフセットとを、分離することができない。
(2)移動における絶対方位をGPS(Global Positioning System)から取得する必要がある。
(1) The pitch offset and the roll offset cannot be separated.
(2) It is necessary to acquire the absolute azimuth | direction in a movement from GPS (Global Positioning System).
これに対し、本発明によれば、当該携帯装置1を所持したユーザに、円周方向に1周回って、円を描くように移動(歩行)させるだけであって、GPSも必要としない。 On the other hand, according to the present invention, the user possessing the portable device 1 only moves (walks) in a circle around the circumference and draws a circle, and does not require GPS.
座標差導出部112は、ユーザの行動に基づいて、当該装置が円周方向に一周回った際に、始動位置と終動位置の座標差から、南北方向座標差N及び東西方向座標差Eを導出する。
The coordinate
その座標差から、以降の処理によってオフセットが逆算される。尚、以下のように、注目すべき点がある。
(1)円を描くように歩行した場合、東西方向座標差Eには、ピッチオフセットはのらない。即ち、相殺されて0となる。
(2)円を描くように歩行した場合、南北方向座標差Nには、ロールオフセットはのらない。即ち、相殺されて0となる。
From the coordinate difference, the offset is calculated backward by subsequent processing. Note the following points.
(1) When walking in a circle, no pitch offset is applied to the east-west coordinate difference E. In other words, it is offset to zero.
(2) When walking in a circle, no roll offset is applied to the north-south direction coordinate difference N. In other words, it is offset to zero.
このように、円周方向に1周移動することによって、絶対方位角を必要としないために、GPSのような絶対測位部を搭載する必要がない。携帯端末を保持するユーザも、円を描くように歩いて、始動位置に戻ればよいだけであって、方位を意識する必要もない。 Thus, since the absolute azimuth is not required by moving once in the circumferential direction, there is no need to mount an absolute positioning unit such as GPS. The user holding the portable terminal only has to walk in a circle and return to the starting position, and does not need to be aware of the direction.
本発明における他の実施形態によれば、円周移動期間検出部113を更に備えるものであってもよい。円周移動期間検出部113は、推定方位角の変化から、ユーザが周回していることを検出する。推定方位角が0°〜360°まで変化することを検出する。
According to another embodiment of the present invention, the circumferential movement
円周移動期間検出部113に対応して、推定方位角バッファ部114を更に有する。推定方位角バッファ部114は、円周移動期間に、自律測位部111から出力された複数の推定方位角dを蓄積し、それら推定方位角を、円周移動期間検出部113へ出力する。推定方位角は、円周移動期間における例えば歩数毎に取得されるものであってもよい。
Corresponding to the circumferential movement
尚、円周移動期間は、ユーザ自ら、当該携帯端末へ「円周移動開始」を入力し、円周方向に一回りし、その後、当該携帯端末へ「円周移動終了」を入力するものであってもよい。この場合、円周移動期間検出部113及び推定方位角バッファ部114を、携帯装置に搭載する必要もない。
In the circumferential movement period, the user himself / herself inputs “circumferential movement start” to the mobile terminal, makes a round in the circumferential direction, and then inputs “circumferential movement end” to the mobile terminal. There may be. In this case, it is not necessary to mount the circumferential movement
図3は、重力ベクトルGと地磁気ベクトルMとの関係を表すユーザ座標系である。 FIG. 3 shows a user coordinate system representing the relationship between the gravity vector G and the geomagnetic vector M.
図3によれば、重力ベクトルGによって推定された移動方位角θが表されている。また、重力ベクトルGに対して、地磁気ベクトルMは、伏角φを有する。ここで、伏角φは、当該携帯端末による円周方向への一回りの移動があっても、一定である。 FIG. 3 shows the moving azimuth angle θ estimated by the gravity vector G. Further, with respect to the gravity vector G, the geomagnetic vector M has an dip angle φ. Here, the dip angle φ is constant even if there is a one-way movement in the circumferential direction by the mobile terminal.
地磁気は、南から北へ向けて到来しており、地磁気ベクトルは、地域によって固有の伏角φを伴って、北(磁北)方向を示すベクトルとなる。また、重力ベクトルGに対して垂直な平面(地表面)への射影ベクトルは、北向きベクトルを表す。北向きベクトルから前向きベクトルへの回転角θは、移動方向方位角を表す。角度は、北から時計回りで表される。 The geomagnetism has come from the south to the north, and the geomagnetic vector is a vector indicating the north (magnetic north) direction with a specific dip angle φ depending on the region. A projection vector onto a plane (ground surface) perpendicular to the gravity vector G represents a north-facing vector. The rotation angle θ from the north vector to the forward vector represents the moving direction azimuth. The angle is expressed clockwise from north.
図3によれば、地磁気ベクトルは、前後成分、回転軸成分及び鉛直成分に分解される。
前後成分 =sinφcosθ
回転軸成分=sinφsinθ
鉛直成分 =cosφ
According to FIG. 3, the geomagnetic vector is decomposed into a front-rear component, a rotation axis component, and a vertical component.
Front and rear component = sinφcosθ
Rotational axis component = sinφsinθ
Vertical component = cosφ
重力ベクトルにオフセットがかかることによって、重力ベクトルを基準とした座標系では、地磁気ベクトルが、本来あるべき位置から回転して見える。これを重力ベクトルに対し垂直な面(地表面)から見ると、北方向が正しい位置からずれて見える。このときのθが、観測される方位角dとなる。 By applying an offset to the gravity vector, the geomagnetic vector appears to rotate from its original position in the coordinate system based on the gravity vector. If this is seen from a plane (ground surface) perpendicular to the gravity vector, the north direction appears to deviate from the correct position. At this time, θ is the observed azimuth angle d.
[ピッチオフセット算出部115]
ピッチオフセット算出部115は、当該ユーザの始動位置と終動位置との間の南北方向座標差Nに基づいて、ピッチオフセットpを算出する。ここで、南北方向座標差Nは、図2によって表されている。ピッチオフセット算出部115は、南北方向座標差Nに対応付けてピッチオフセットpを記憶したピッチオフセットテーブルを有する。
[Pitch offset calculation unit 115]
The pitch offset
ここで、地磁気ベクトルに対して、ピッチオフセットpをかけた場合を考える。地磁気ベクトルの回転軸成分は、回転の影響を受けないために、一定である。
回転軸成分=sinφsinθ
Here, consider a case where a pitch offset p is applied to the geomagnetic vector. The rotation axis component of the geomagnetic vector is constant because it is not affected by rotation.
Rotational axis component = sinφsinθ
一方で、回転面成分(前後成分、鉛直成分)は、以下のように表される。
m=(sinφcosθ,cosφ)
これに、回転p(ピッチオフセット)を加えると、以下のようになる。
m = (sinφcosθ, cosφ)
When rotation p (pitch offset) is added to this, the result is as follows.
つまり、ピッチオフセットがかかった前後成分(観測値)は、以下のように表される。
前後成分=sinφcosθcosp−cosφsinp
That is, the front and rear components (observed values) to which the pitch offset is applied are expressed as follows.
Front and rear component = sinφcosθcosp−cosφsinp
推定方位角dに、1歩進んだ際の座標は、以下のように表される。
(E,N)=(e1,n1)=(sind1,cosd1)
The coordinates of the estimated azimuth angle d when one step is taken are expressed as follows.
(E, N) = (e 1 , n 1 ) = (sind 1 , cosd 1 )
E及びNは、前述した回転面成分及び前後成分によって、以下のようにθ及びpの式で表される。
ここで、ユーザがX歩かけて、方位角0°から時計回りに一周歩行した際の座標を考える。東西方向の座標は、前述の式によって、以下のように表される。
この式によれば、奇関数となり、E=0となる。これは、ピッチオフセットpがのらないことを意味する。 According to this equation, an odd function is obtained, and E = 0. This means that the pitch offset p is not applied.
また、南北方向の座標は、前述の式によって、以下のように表される。
この式によれば、南北方向の座標Nとピッチオフセットpとを関係付けることができる。ピッチオフセットテーブルは、南北方向の座標Nとピッチオフセットpとを対応付けて予め記憶する。勿論、本発明によれば、前述の式をリアルタイムに算出するものであってもよいが、その算出の演算処理量に負荷がかかるために、テーブルに予め登録していることが好ましい。 According to this formula, the north-south coordinate N and the pitch offset p can be related. The pitch offset table stores in advance the north-south coordinate N and the pitch offset p in association with each other. Of course, according to the present invention, the above-described formula may be calculated in real time, but it is preferable that the formula is registered in advance in the table because a load is imposed on the calculation processing amount.
[ロールオフセット算出部116]
ロールオフセット算出部116は、当該ユーザの始動位置と終動位置との間の東西方向座標差Eに基づいて、ロールオフセットrを算出する。ここで、東西方向座標差Eは、図2によって表されている。ロールオフセット算出部116は、東西方向座標差Eに対応付けてロールオフセットrを記憶したロールオフセットテーブルを有する。
[Roll offset calculation unit 116]
The roll offset
ここで、地磁気ベクトルに対して、ロールオフセットrをかけた場合を考える。地磁気ベクトルの前後成分は、回転の影響を受けないために、一定である。
回転軸成分=sinφcosθ
Here, consider a case where a roll offset r is applied to the geomagnetic vector. The front and rear components of the geomagnetic vector are constant because they are not affected by rotation.
Rotational axis component = sinφcosθ
一方で、回転面成分(水平成分、鉛直成分)は、以下のように表される。
m=(sinφsinθ,cosφ)
これに、回転r(ピッチオフセット)を加えると、以下のようになる。
m = (sinφsinθ, cosφ)
If rotation r (pitch offset) is added to this, the result is as follows.
つまり、ロールオフセットがかかった水平成分(観測値)は、以下のように表される。
水平成分=sinφsinθcosr−cosφsinr
That is, the horizontal component (observed value) to which the roll offset is applied is expressed as follows.
Horizontal component = sinφsinθcosr−cosφsinr
推定方位角dに、1歩進んだ際の座標は、以下のように表される。
(E,N)=(e1,n1)=(sind1,cosd1)
The coordinates of the estimated azimuth angle d when one step is taken are expressed as follows.
(E, N) = (e 1 , n 1 ) = (sind 1 , cosd 1 )
E及びNは、前述した回転面成分及び水平成分によって、以下のようにθ及びrの式で表される。
ここで、ユーザがX歩かけて、方位角0°から時計回りに一周歩行した際の座標を考える。東西方向の座標は、前述の式によって、以下のように表される。
この式によれば、東西方向の座標Eとロールオフセットrとを関係付けることができる。ロールオフセットテーブルは、東西方向の座標Eとロールオフセットrとを対応付けて予め記憶する。勿論、本発明によれば、前述の式をリアルタイムに算出するものであってもよいが、その算出の演算処理量に負荷がかかるために、テーブルに予め登録していることが好ましい。 According to this equation, the east-west coordinate E and the roll offset r can be related. The roll offset table stores in advance the east-west coordinate E and the roll offset r in association with each other. Of course, according to the present invention, the above-described formula may be calculated in real time, but it is preferable that the formula is registered in advance in the table because a load is imposed on the calculation processing amount.
また、南北方向の座標は、前述の式によって、以下のように表される。
この式によれば、奇関数となり、N=0となる。これは、ロールオフセットrがのらないことを意味する。 According to this equation, an odd function is obtained, and N = 0. This means that the roll offset r is not applied.
前述したように、一周歩行した後の座標には、以下のような特性を有する。
南北方向:ピッチオフセットpのみが反映される
東西方向:ロールオフセットrのみが反映される
これによって、歩行者が一周したあとの座標から、ピッチオフセットとロールオフセットとを導出することができる。
As described above, the coordinates after walking once have the following characteristics.
North-south direction: only the pitch offset p is reflected East-west direction: only the roll offset r is reflected Thereby, the pitch offset and the roll offset can be derived from the coordinates after the pedestrian makes a round.
このように算出されたピッチオフセットp及び/又はロールオフセットrは、自律測位部111へフィードバックされる。これによって、自律測位部111は、自ら推定された重力ベクトルに対してピッチオフセットpを引いたベクトルを、重力ベクトルとして位置を推定する。 The pitch offset p and / or roll offset r calculated in this way is fed back to the autonomous positioning unit 111. As a result, the autonomous positioning unit 111 estimates a position using a vector obtained by subtracting the pitch offset p from the gravity vector estimated by itself as a gravity vector.
最後に、前述した南北方向座標差Nとピッチオフセットpとの関係式、及び、東西方向座標差Eとロールオフセットrとの関係式について、補足的に説明する。 Finally, the relational expression between the north-south direction coordinate difference N and the pitch offset p and the relational expression between the east-west direction coordinate difference E and the roll offset r will be supplementarily described.
式における「θ」は、「正当方位角」を意味する。ここで、本発明によれば、正当方角θを、直接的に観測する必要がない。当該携帯装置を円周方向に1周回すことによって、正当方位角は、例えばθ=0°,1°,2°,・・・,359°のように連続的に変化したものとみなされるからである。そして、本発明によれば、円周方向に1周回った後、その座標差からピッチオフセット及びロールオフセットを逆算することができる。 “Θ” in the equation means “legitimate azimuth”. Here, according to the present invention, it is not necessary to directly observe the valid direction θ. The legitimate azimuth is considered to have changed continuously, for example, θ = 0 °, 1 °, 2 °,..., 359 ° by turning the portable device once in the circumferential direction. It is. According to the present invention, after making one round in the circumferential direction, the pitch offset and the roll offset can be calculated backward from the coordinate difference.
ここで、位置のズレとして現れる座標差は、正当方位角θを変化させながら移動(歩行)した場合に、推定方位角dから得られる推定位置の蓄積の結果である。従って、前述の式によれば、東西方向座標差E及び南北方向座標差Nは、ピッチオフセットp及びロールオフセットrを伴った、正当方位角θ(0〜2πまでの変化)の積分によって表される。この式の中で、予め観測できている値(入力すべき既知の値)は、地磁気ベクトルの伏角φ(固定値)、南北方向座標差N、東西方向座標差Eのみである。 Here, the coordinate difference that appears as a positional deviation is a result of accumulation of the estimated position obtained from the estimated azimuth angle d when moving (walking) while changing the valid azimuth angle θ. Therefore, according to the above formula, the east-west coordinate difference E and the north-south coordinate difference N are represented by the integral of the valid azimuth angle θ (change from 0 to 2π) with the pitch offset p and the roll offset r. The In this equation, the values that can be observed in advance (known values to be input) are only the dip angle φ (fixed value) of the geomagnetic vector, the north-south direction coordinate difference N, and the east-west direction coordinate difference E.
更に、前述した実施形態によれば、ピッチオフセットp及びロールオフセットrを算出するために、テーブルを用いている。勿論、p=・・・及びr=・・・と表した式によってリアルタイムに算出することも可能であるが、多大な演算量を要する。そのために、pとN、及び、rとEの関係を、予めシミュレートした値を、テーブルに保持しておく。これによって、ピッチオフセット算出部114及びロールオフセット算出部115は、N及びEに基づいてテーブルを引くだけで、p及びrを得ることができる。
Furthermore, according to the above-described embodiment, a table is used to calculate the pitch offset p and the roll offset r. Of course, it is possible to calculate in real time by using the expressions p =... And r =. For this purpose, values that simulate the relationship between p and N and r and E in advance are stored in a table. As a result, the pitch offset
以上、詳細に説明したように、本発明の携帯装置、プログラム及び方法によれば、ユーザの円周移動によって取得した地磁気データ及び推定方位角からピッチオフセット及び/又はロールオフセットを算出し、そのオフセットによって重力ベクトルを補正することにより、携帯装置を保持する態様の個人差に関係なく、自律測位の精度を向上させることができる。 As described above in detail, according to the portable device, program and method of the present invention, the pitch offset and / or roll offset is calculated from the geomagnetic data and the estimated azimuth obtained by the circumferential movement of the user, and the offset By correcting the gravitational vector, the accuracy of autonomous positioning can be improved regardless of individual differences in the manner of holding the mobile device.
前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 Various changes, modifications, and omissions of the above-described various embodiments of the present invention can be easily made by those skilled in the art. The above description is merely an example, and is not intended to be restrictive. The invention is limited only as defined in the following claims and the equivalents thereto.
1 携帯装置
101 加速度センサ
102 地磁気センサ
111 自律測位部
112 座標差導出部
113 円周移動期間検出部
114 推定方位角バッファ部
115 ピッチオフセット算出部
116 ロールオフセット算出部
117 アプリケーション部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
前記加速度データ及び前記地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位手段と
を有し、重力ベクトルを推定する携帯装置であって、
ユーザの行動に基づいて、当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った際に、前記始動位置と前記終動位置の座標差から、南北方向座標差N及び東西方向座標差Eを導出する座標差導出手段と、
前記南北方向座標差Nに基づいてピッチオフセットpを算出するピッチオフセット算出手段、及び/又は、前記東西方向座標差Eに基づいてロールオフセットrを算出するロールオフセット算出手段とを有し、
前記自律測位手段は、前記ピッチオフセットp及び/又は前記ロールオフセットrによって補正した重力ベクトルを用いて推定方位角dを算出する
ことを特徴とする携帯装置。 An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A mobile device that calculates a gravity vector using the acceleration data and the geomagnetic data, and has an autonomous positioning means that outputs an estimated azimuth angle d autonomously measured, and estimates the gravity vector,
Based on the user's behavior, when the device makes a round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other, the coordinate difference between the start position and the end position is calculated. Coordinate difference deriving means for deriving N and east-west coordinate difference E;
Pitch offset calculating means for calculating a pitch offset p based on the north-south direction coordinate difference N, and / or roll offset calculating means for calculating a roll offset r based on the east-west direction coordinate difference E,
The mobile device characterized in that the autonomous positioning means calculates an estimated azimuth angle d using a gravity vector corrected by the pitch offset p and / or the roll offset r.
d:1歩毎の推定方位角
θ:円周移動によって得られるdの変化を0〜2πの連続的変化に近似した方位角
当該ピッチオフセットテーブルを用いて、当該南北方向座標差Nから、ピッチオフセットpを導出するものであり、
前記ロールオフセット算出手段は、前記東西方向座標差Eと、前記ロールオフセットrとが、以下の式を満たすように対応付けられたロールオフセットテーブルを有し、
ことを特徴とする請求項1に記載の携帯装置。 The pitch offset calculating means has a pitch offset table in which the north-south direction coordinate difference N and the pitch offset p are associated with each other so as to satisfy the following expression:
The roll offset calculation means has a roll offset table associated with the east-west direction coordinate difference E and the roll offset r so as to satisfy the following expression:
ユーザ所持に基づく当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った円周移動期間を、前記推定方位角バッファ手段に蓄積された推定方位角dから検出する円周移動期間検出手段と
を更に有することを特徴とする請求項1又は2に記載の携帯装置。 Estimated azimuth angle buffer means for accumulating the estimated azimuth angle d output from the autonomous positioning means during circumferential movement;
The apparatus based on the user's possession detects the circumferential movement period that has made one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other from the estimated azimuth angle d stored in the estimated azimuth angle buffer means. The portable apparatus according to claim 1, further comprising a circumferential movement period detection unit.
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
を有する携帯装置に搭載されたコンピュータを機能させるものであって、
前記加速度データ及び前記地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位手段と
してコンピュータを機能させる、重力ベクトルを推定するプログラムであって、
ユーザの行動に基づいて、当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った際に、前記始動位置と前記終動位置の座標差から、南北方向座標差N及び東西方向座標差Eを導出する座標差導出手段と、
前記南北方向座標差Nに基づいてピッチオフセットpを算出するピッチオフセット算出手段、及び/又は、前記東西方向座標差Eに基づいてロールオフセットrを算出するロールオフセット算出手段とを有し、
前記自律測位手段は、前記ピッチオフセットp及び/又は前記ロールオフセットrによって補正した重力ベクトルを用いて推定方位角dを算出する
ようにコンピュータを更に機能させることを特徴とする携帯装置用のプログラム。 An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A computer mounted on a portable device having a function,
A program for estimating a gravity vector, which calculates a gravity vector using the acceleration data and the geomagnetic data, and causes the computer to function as an autonomous positioning means for outputting an estimated azimuth angle d autonomously measured,
Based on the user's behavior, when the device makes a round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other, the coordinate difference between the start position and the end position is calculated. Coordinate difference deriving means for deriving N and east-west coordinate difference E;
Pitch offset calculating means for calculating a pitch offset p based on the north-south direction coordinate difference N, and / or roll offset calculating means for calculating a roll offset r based on the east-west direction coordinate difference E,
The program for a portable device, wherein the autonomous positioning means further causes a computer to calculate an estimated azimuth angle d using a gravity vector corrected by the pitch offset p and / or the roll offset r.
d:1歩毎の推定方位角
θ:円周移動によって得られるdの変化を0〜2πの連続的変化に近似した方位角
当該ピッチオフセットテーブルを用いて、当該南北方向座標差Nから、ピッチオフセットpを導出するものであり、
前記ロールオフセット算出手段は、前記東西方向座標差Eと、前記ロールオフセットrとが、以下の式を満たすように対応付けられたロールオフセットテーブルを有し、
ようにコンピュータを機能させることを特徴とする請求項4に記載の携帯装置用のプログラム。 The pitch offset calculating means has a pitch offset table in which the north-south direction coordinate difference N and the pitch offset p are associated with each other so as to satisfy the following expression:
The roll offset calculation means has a roll offset table associated with the east-west direction coordinate difference E and the roll offset r so as to satisfy the following expression:
ユーザ所持に基づく当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った円周移動期間を、前記推定方位角バッファ手段に蓄積された推定方位角dから検出する円周移動期間検出手段と
してコンピュータを更に機能させることを特徴とする請求項4又は5に記載の携帯装置用のプログラム。 Estimated azimuth angle buffer means for accumulating the estimated azimuth angle d output from the autonomous positioning means during circumferential movement;
The apparatus based on the user's possession detects the circumferential movement period that has made one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other from the estimated azimuth angle d stored in the estimated azimuth angle buffer means. The program for a portable device according to claim 4 or 5, further causing a computer to function as the circumferential movement period detecting means.
3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
前記加速度データ及び前記地磁気データを用いて重力ベクトルを算出すると共に、自律的に測位した推定方位角dを出力する自律測位機能と
を有する携帯装置について、重力ベクトルを補正する方法であって、
ユーザの行動に基づいて、当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った際に、前記始動位置と前記終動位置の座標差から、南北方向座標差N及び東西方向座標差Eを導出する第1のステップと、
前記南北方向座標差Nに基づいてピッチオフセットpを算出し、及び/又は、前記東西方向座標差Eに基づいてロールオフセットrを算出する第2のステップと、
前記自律測位機能が、前記ピッチオフセットp及び/又は前記ロールオフセットrによって補正した重力ベクトルを用いて推定方位角dを算出する第3のステップと
を有することを特徴とする重力ベクトル補正方法。 An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data;
A geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data;
A method of correcting a gravity vector for a portable device having an autonomous positioning function that calculates an estimated azimuth angle d autonomously measured while calculating a gravity vector using the acceleration data and the geomagnetic data,
Based on the user's behavior, when the device makes a round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other, the coordinate difference between the start position and the end position is calculated. A first step of deriving N and east-west coordinate difference E;
Calculating a pitch offset p based on the north-south direction coordinate difference N and / or calculating a roll offset r based on the east-west direction coordinate difference E;
And a third step in which the autonomous positioning function calculates an estimated azimuth angle d using the gravity vector corrected by the pitch offset p and / or the roll offset r.
d:1歩毎の推定方位角
θ:円周移動によって得られるdの変化を0〜2πの連続的変化に近似した方位角
当該ピッチオフセットテーブルを用いて、当該南北方向座標差Nから、ピッチオフセットpを導出し、
前記ロールオフセットrの算出には、前記東西方向座標差Eと、前記ロールオフセットrとが、以下の式を満たすように対応付けられたロールオフセットテーブルを有し、
ようにコンピュータを機能させることを特徴とする請求項7に記載の重力ベクトル補正方法。 The calculation of the pitch offset p includes a pitch offset table in which the north-south direction coordinate difference N and the pitch offset p are associated so as to satisfy the following expression:
The calculation of the roll offset r has a roll offset table in which the east-west coordinate difference E and the roll offset r are associated with each other so as to satisfy the following equation:
ユーザ所持に基づく当該装置が、始動位置と終動位置とが一致するように円周方向に一周回った円周移動期間を、前記推定方位角バッファ手段に蓄積された推定方位角dとから検出する
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の重力ベクトル補正方法。 Accumulating the estimated azimuth angle d output from the autonomous positioning means during circumferential movement,
Based on the estimated azimuth angle d stored in the estimated azimuth angle buffer means, the apparatus based on the user's possession detects the circumferential movement period that has made one round in the circumferential direction so that the start position and the end position coincide with each other. The gravity vector correction method according to claim 7 or 8, characterized in that:
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