物理量数据校正装置以及物理量数据校正方法

摘要

本发明涉及一种物理量数据校正装置，运算控制部基于控制参数群来适当地控制近似椭球体运算部和/或校正系数运算部，由此即使在外部环境的变化、混乱的影响下也准确且快速地校正物理量数据。物理量数据获取部(11)获取从用于检测物理量的物理量检测部输出的物理量数据。数据选择部(11a)对获取到的物理量数据进行选择。近似椭球体运算部(12)运算n维椭球体的近似式，该n维椭球体的近似式表示通过使所选择的物理量数据分布在n(n为2以上的整数)轴的坐标空间上而得到的分布形状。校正系数运算部(13)运算用于将运算得到的n维椭球体校正为n维球的校正系数。运算控制部(14)基于控制参数群(26)来控制近似椭球体运算部(12)和/或校正系数运算部(13)。校正数据输出部(15)校正物理量数据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种物理量数据校正装置以及物理量数据校正方法，更详细 地说，涉及一种即使在外部环境的变化、混乱的影响下也能够准确且快速地 进行校正的物理量数据校正装置以及物理量数据校正方法。

背景技术

近年来，由于便携式电话、智能手机和平板终端等便携式设备的普及， 行人用导航系统的需求日益高涨，用于测量行人的当前位置并且测量前进方 向的、能够搭载于便携式设备的方位角测量装置的需求正在增长。

另外，在游戏控制器、电视机遥控器和数字照相机这种设备中，以提供 与用户的朝向、状态相应的功能为目的而搭载地磁传感器、加速度传感器这 种测量物理量数据的传感器部件的情况也越来越普遍。

通常，在这些电子设备内部安装有很多部件，使用会对传感器部件产生 影响的部件的情形也很多。

当以地磁传感器为一例时，理想的地磁测量值一般分布成以原点为中心 的球形(地磁测量球)。然而，实际上会受到存在于测量装置周围的磁性部件 的影响，因此地磁测量值的分布不会分布成以原点为中心的球形。

图1是用于说明硬磁体的影响(Hard-Iron Effect)的示意图。此外，为了简 便而将图1设为二维图。(以下，为了简便，有时以二维进行附图的说明，但 是三维以上也是相同的。)如果对测量装置产生影响的磁性部件为磁石等示 出硬磁性的部件，则地磁测量值会具有偏移，分布成以相当于偏移磁场的矢 量为中心的球形。

图2是用于说明软磁体的影响(Soft-Iron Effect)的示意图。如果对测量装 置产生影响的磁性部件为铁等示出软磁性的部件，则地磁测量值变形而分布 成椭球体形。

这些偏移磁场的影响、分布形状的变形会导致方位角误差，因此，为了 得到正确的方位角，需要对这些影响进行校正。

作为对硬磁体的影响进行校正的方法，例如专利文献1所记载的内容涉 及一种使用了地磁检测单元的方位角测量装置以及方位角测量方法，特别是 涉及一种适合于磁传感器的偏移校正的方位角测量装置以及方位角测量方 法，公开了与物理量数据分布在球面上的偏移计算有关的内容。

作为对软磁体的影响进行校正的方法，例如在专利文献2中公开了一种 用于在本来应该分布成球形的物理量数据分布成椭球体形的情况下进行校 正以使所得到的椭球体形的数据分布成球形的基本的运算方法。

专利文献1：日本再表2004-003476号公报

专利文献2：美国专利第5117375号说明书

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述专利文献1中丝毫未公开本发明那样的、运算控制部基于 控制参数群来适当地控制近似椭球体运算部和/或校正系数运算部这样的结 构以及方法。

另外，在上述专利文献2中公开了用于在应该分布成球形的物理量数据 分布成椭球体形的情况下进行校正以使所得到的椭球体形的数据分布成球 形的基本的运算方法，但是在实际环境中存在外部环境的变化、混乱，因此 即使知道基本的运算方法也难以准确且快速地进行校正。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供以下一种物理量数 据校正装置以及物理量数据校正方法，运算控制部基于控制参数群来适当地 控制近似椭球体运算部和/或校正系数运算部，由此即使在外部环境的变化、 混乱的影响下也能够准确且快速地进行校正。

用于解决问题的方案

本发明是为了达到这种目的而完成的，以以下事项为特征。

(1)一种物理量数据校正装置，其特征在于，具备：物理量数据获取部， 其获取从n轴的物理量检测部输出的物理量数据，其中，n为2以上的整数； 近似椭球体运算部，其运算n维椭球体的近似式，该n维椭球体的近似式用于 对通过使上述物理量数据分布在n轴的坐标空间上而得到的分布形状进行近 似；校正系数运算部，其运算用于将上述n维椭球体校正为n维球的校正系数； 运算控制部，其基于控制参数群来控制上述近似椭球体运算部和上述校正系 数运算部中的至少一个运算部；以及校正数据输出部，其基于上述校正系数 来校正上述物理量数据，输出进行该校正得到的物理量数据。

(2)特征在于，还具备数据选择部，该数据选择部基于通过使上述物理量 数据分布在n轴的坐标空间上而得到的分布形状的n维体积，从上述物理量数 据获取部所获取到的上述物理量数据中选择一部分物理量数据，将进行该选 择得到的物理量数据输出到上述近似椭球体运算部。

(3)特征在于，上述运算控制部具有多个控制参数群，各控制参数群由多 个控制参数构成，上述运算控制部具备精度设定部，该精度设定部设定进行 上述校正得到的物理量数据的精度，上述运算控制部根据上述精度设定部所 设定的精度来从上述多个控制参数群中选择控制参数群，使用进行该选择得 到的控制参数群来进行控制。

(4)特征在于，上述控制参数群具有对从测量出上述物理量数据群所包含 的数据起的经过时间的范围进行指定的参数。

(5)特征在于，上述校正系数运算部基于作为多个校正系数候选的校正系 数候选群来运算校正系数。

(6)特征在于，上述控制参数群具有对从运算出上述校正系数候选群所包 含的校正系数候选起的经过时间的范围进行指定的参数。

(7)特征在于，上述控制参数群具有对上述校正系数候选群所包含的校正 系数候选的偏差的范围进行指定的参数。

(8)特征在于，上述控制参数群具有对上述校正系数候选群所包含的校正 系数候选中的有效校正系数候选的数量范围进行指定的参数。

(9)特征在于，上述多个校正系数候选为上述校正系数运算部已经输出的 校正系数。

(10)特征在于，上述控制参数群具有对上述物理量数据获取部已经获取 到的物理量数据与上述物理量数据获取部新获取到的上述物理量数据之差 的范围进行指定的参数。

(11)特征在于，上述控制参数群具有对上述近似椭球体运算部的运算的 妥当性或者上述校正系数运算部的运算的妥当性进行评价的参数。

(12)特征在于，对上述近似椭球体运算部的运算的妥当性或者上述校正 系数运算部的运算的妥当性进行评价的参数为基于通过使上述物理量数据 分布在n轴的坐标空间上而得到的分布形状的n维体积的参数。

(13)特征在于，上述控制参数群具有对上述物理量数据的分布形状与上 述n维椭球体之间的偏移的范围进行指定的参数。

(14)特征在于，上述控制参数群具有对上述物理量数据的分布平坦性的 范围进行指定的参数。

(15)特征在于，上述控制参数群具有对上述n维椭球体的轴长的范围进行 指定的参数。

(16)特征在于，上述控制参数群具有对上述n维椭球体的n维体积的范围 进行指定的参数。

(17)特征在于，上述运算控制部具有校正系数存储部，该校正系数存储 部存储过去运算出的既存校正系数，上述控制参数群具有对上述既存校正系 数的妥当性进行评价的参数。

(18)特征在于，在上述既存校正系数的妥当性高的情况下，上述运算控 制部控制上述校正系数运算部使得不进行上述校正系数运算部的运算。

(19)特征在于，在上述既存校正系数的妥当性低的情况下，上述运算控 制部重置上述校正系数存储部内存储的上述既存校正系数。

(20)一种物理量数据校正方法，其特征在于，具有以下步骤：物理量数 据获取步骤，获取从n轴的物理量检测部输出的物理量数据，其中，n为2以 上的整数；近似椭球体运算步骤，运算n维椭球体的近似式，该n维椭球体的 近似式用于对通过使上述物理量数据分布在n轴的坐标空间上而得到的分布 形状进行近似；校正系数运算步骤，运算用于将上述n维椭球体校正为n维球 的校正系数；运算控制步骤，基于控制参数群来控制上述近似椭球体运算步 骤和上述校正系数运算步骤中的至少一个运算步骤；以及校正数据输出步 骤，基于上述校正系数来校正上述物理量数据，输出进行该校正得到的物理 量数据。

(21)一种程序，用于使计算机作为(1)～(19)中的任一项所记载的物理量数 据校正装置而发挥功能。

发明的效果

根据本发明，能够实现以下一种物理量数据校正装置以及物理量数据校 正方法，运算控制部基于控制参数群来适当地控制近似椭球体运算部和/或校 正系数运算部，由此即使在外部环境的变化、混乱的影响下也能够准确且快 速地进行校正。

附图说明

图1是用于说明硬磁体的影响(Hard-Iron Effect)的示意图。

图2是用于说明软磁体的影响(Soft-Iron Effect)的示意图。

图3是用于说明本发明所涉及的物理量数据校正装置的结构框图。

图4是表示图1中的各种数据的图。

图5是用于说明地磁测量值的分布根据地点、时间的不同而发生变化的 示意图。

图6是表示基于控制参数的物理量数据缓冲存储器取入控制的例子(其1) 的图。

图7是表示基于控制参数的物理量数据缓冲存储器取入控制的例子(其2) 的图。

图8是用于说明物理量数据群的分布与近似椭球体运算的关系的示意图 (其1)。

图9是用于说明物理量数据群的分布与近似椭球体运算的关系的示意图 (其2)。

图10是用于说明基于n维椭球体的n维体积对物理量数据进行过滤的效 果的示意图(其1)。

图11是用于说明基于n维椭球体的n维体积对物理量数据进行过滤的效 果的示意图(其2)。

图12是有效数据数量的范围的说明图。

图13是用于说明本发明所涉及的物理量数据校正的流程的图(其1)。

图14是用于说明本发明所涉及的物理量数据校正的流程的图(其2)。

图15是用于说明本发明所涉及的物理量数据校正的流程的图(其3)。

图16是用于说明本发明所涉及的物理量数据校正的流程的图(其4)。

图17是表示本发明所涉及的物理量数据校正方法的具体运算处理的流 程图(其1)的图。

图18是表示本发明所涉及的物理量数据校正方法的具体运算处理的流 程图(其2)的图。

图19是表示本发明所涉及的物理量数据校正方法的具体运算处理的流 程图(其3)的图。

图20是表示本发明所涉及的物理量数据校正方法的更具体的运算处理 的流程图的图。

图21是表示向物理量数据缓冲存储器取入新物理量数据的方法的例子 (其1)的图。

图22是表示向物理量数据缓冲存储器取入新物理量数据的方法的例子 (其2)的图。

图23是表示向物理量数据缓冲存储器取入新物理量数据的方法的例子 (其3)的图。

图24是表示向物理量数据缓冲存储器取入新物理量数据的方法的例子 (其4)的图。

图25是用于说明正常的地磁强度范围的示意图。

图26是表示主要控制参数群的例子的图。

具体实施方式

首先，说明实施本发明所需的数学运算的概要。

将理想环境下的物理量数据设为Xideal，将受到外部环境的变化、混乱 的影响的物理量数据设为Xmeas.。Xideal呈球形分布，Xmeas.呈椭球体形 分布。此时，能够用以下关系式来表示Xideal和Xmeas.。

[式1]

x_meas.＝αDx_ideal+o

                                       …(1)

x_ideal＝α^-1D^-1(x_meas.-o)

在此，α为标量，Xideal、Xmeas.、o为n维矢量，D为矩阵式的值为1的n×n 矩阵。

理想环境下的物理量数据Xideal分布成球形，因此将其n维球的半径设为 R而下式成立。

[式2]

(x_ideal)^t·x_ideal＝R²                   …(2)

根据数式1和数式2，对于Xmeas.而言，下式成立。

[式3]

(αR)²＝(x_meas.-o)^tA(x_meas.-o)

                                       …(3)

A≡(D^-1)^tD^-1

数式3的A、o、αR为决定物理量数据Xmeas.的分布的参数，本发明的 近似椭球体运算相当于计算这些参数。

在此，A一般为n×n的实正规矩阵，因此能够对角化，当将使A对角化的 正交矩阵设为U、将由A的固有值构成的对角矩阵设为Λ时，能够进行如下记 载。

[式4]

A＝U^tΛU                 …(4)

并且，由于Λ为对角矩阵，因此通过求得各对角成分的平方根，能够容 易地求Λ的平方根，当将Λ的平方根设为κ时，数式4能够如下那样地变形。

[式5]

A＝(κU)^εκU                         …(5)

当使用该κU来校正物理量数据Xmeas.时，成为

[式6]

(κUx_meas.-o)^t(κUx_meas.-o)＝(αR)²           …(6)

可知校正物理量数据κUXmeas.的分布被校正为球形。

因而，通过求出κ、U，能够对物理量数据Xmeas.进行校正使之从椭球 体形分布变成球形分布，本发明中的校正系数运算相当于计算这些参数。o 为对偏移值加以校正的参数，能够在近似椭球体运算的过程中计算o，因此 也可以将其也视为校正系数的一部分。另外，α为对灵敏度加以校正的参数， 在预先获知物理量数据Xideal的半径R的情况下能够用数式6计算α，因此也 可以将其也视为校正系数的一部分。

在本发明中，运算控制部基于控制参数群来适当地控制近似椭球体运算 部和/或校正系数运算部，由此即使在外部环境的变化、混乱的影响下也能够 准确且快速地校正物理量数据。

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图3是用于说明本发明所涉及的物理量数据校正装置的结构框图。在附 图中，附图标记10表示物理量数据校正装置，11表示物理量数据获取部，11a 表示数据选择部，12表示近似椭球体运算部，13表示校正系数运算部，14表 示运算控制部，15表示校正数据输出部。

图4是表示图3中的各种数据的图。在附图中，附图标记21表示物理量数 据群，22表示近似椭球体参数，23表示校正系数候选群，24表示校正系数， 25表示控制参数水平，26表示控制参数群，27表示物理量数据缓冲存储器， 28表示校正系数候选缓冲存储器，29表示控制参数群的组。

在本发明的物理量数据校正装置中，运算控制部14基于控制参数群来适 当地控制近似椭球体运算部12和/或校正系数运算部13，由此即使在外部环境 的变化、混乱的影响下也能够准确且快速地进行校正。

物理量数据获取部11获取从检测物理量的物理量检测部输出的物理量 数据。不对物理量检测部特别进行限定，例如也可以使用检测磁场的磁检测 部、检测加速度的角速度检测部、检测角速度的角速度检测部等。物理量检 测部的轴数只要在2轴以上就不特别进行限定，但是优选为2轴或者3轴。

另外，数据选择部11a对由物理量数据获取部11获取到的物理量数据进 行选择。另外，近似椭球体运算部12运算n维椭球体的近似式，该n维椭球体 的近似式表示通过使由数据选择部11a选择出的物理量数据分布在n(n为2以 上的整数)轴的坐标空间上而得到的分布形状。

另外，校正系数运算部13运算校正系数，该校正系数将由近似椭球体运 算部12运算得到的n维椭球体校正为n维球。另外，运算控制部14基于控制参 数群26来控制近似椭球体运算部12和/或校正系数运算部13。

另外，校正数据输出部15基于由校正系数运算部13运算得到的校正系数 来校正物理量数据，输出校正后的物理量数据(校正物理量数据)。

另外，运算控制部14具有由与校正物理量数据的精度相应地变化的多个 控制参数群26构成的控制参数群的组29。在各控制参数群26中设定有控制参 数水平25，对于控制参数水平25低的控制参数群26，所期望的校正物理量数 据的精度低，反之运算量小，直到计算校正系数为止的时间短。另一方面， 控制参数水平25高的控制参数群26的运算量大，直到计算校正系数为止的时 间长，但是能够得到精度高的校正物理量数据。

另外，运算控制部14具备对校正后的物理量数据的精度进行设定的精度 设定部。运算控制部14根据精度设定部所设定的精度来从多个控制参数群的 组29中选择控制参数群26，使用所选择的控制参数群26来控制近似椭球体运 算部12、校正系数运算部13。精度设定部也可以根据计算出校正系数的次数 来设定目标精度。例如，在紧接在接通物理量数据校正装置10的电源之后等 还未计算校正系数的状况下，精度设定部将校正物理量数据的精度设定得低 来缩短直到计算校正系数为止的时间。在计算出足够数量的校正系数的状况 下，精度设定部将校正物理量数据的精度设定得高来延长直到计算校正系数 为止的时间。除此以外，也可以根据用户的输入来设定目标精度。

另外，运算控制部14从控制参数群的组29中选择一个控制参数群。而且， 使用所选择的控制参数群来控制近似椭球体运算部12、校正系数运算部13。

另外，控制参数群26具有对从测量出物理量数据群21所包含的物理量数 据起的经过时间的范围进行指定的参数。该控制参数表示针对物理量数据的 有效期限的概念。地磁等的分布根据位置、时间的不同而发生变化，因此有 时最好不使用过旧的物理量数据。

图5是用于说明地磁测量值的分布根据位置、时间的不同而发生变化的 示意图。在图5中，可看到偏移值和地磁强度不同的两个地磁测量球分布， 因此，当使用在一个地磁环境下得到的物理量数据来进行另一个地磁环境下 的近似椭球体运算、校正系数运算时，可能会计算出错误的结果。

另外，控制参数群26具有对物理量数据群21所包含的物理量数据与由物 理量数据获取部11新获取到的物理量数据之差的范围进行指定的参数。本参 数具有以下效果：若是噪声水平程度的变动则不将新获取到的物理量数据取 入到物理量数据缓冲存储器，由此获得物理量数据的分布角，提高近似椭球 体运算的精度。为了高精度地求出近似椭球体，物理量数据群需要具有大分 布角以在一定程度上示出椭球体的轮廓，另外，需要避免在只是噪声的输入 不幸分布成椭球体时错误地进行运算。其中，本申请中的物理量数据的分布 角是指从n维椭球体的中心估计物理量数据的分布的角，对于二维物理量数 据的分布，用通常的角度表示，对于三维物理量数据的分布，用立体角表示。

图6是表示基于控制参数的物理量数据缓冲存储器取入控制的例子(其1) 的图。在本例中，新获取到的物理量数据与物理量数据群所包含的各数据之 差落入由控制参数指定的向物理量数据缓冲存储器的取入被抑制的范围，因 此，在该情况下，向物理量数据缓冲存储器的取入被抑制。

图7是表示基于控制参数的物理量数据缓冲存储器取入控制的例子(其2) 的图。在本例中，新获取到的物理量数据与物理量数据群所包含的各数据之 差未落入由控制参数指定的向物理量数据缓冲存储器的取入被抑制的范围， 因此，在该情况下，执行向物理量数据缓冲存储器的取入。

图8是用于说明物理量数据的分布与近似椭球体运算的关系的示意图 (其1)。在本例中，物理量数据的分布不均匀，物理量数据的分布角小，因此， 有时会导致计算出与在近似椭球体运算中应该计算出的正确的近似椭球体 有大幅不同的近似椭球体。

图9是用于说明物理量数据的分布与近似椭球体运算的关系的示意图 (其2)。在本例中，物理量数据的分布角大，能够高精度地进行近似椭球体的 计算。

数据选择部11a根据n维椭球体的n维体积来对由物理量数据获取部11获 取到的物理量数据进行过滤。此外，二维椭球体的二维体积与二维椭球体的 面积相同。

关于椭球体的体积，若用电子罗盘来说则相当于地磁测量球的体积，若 用加速度传感器来说则相当于重力加速度测量值所形成的测量值分布球(重 力测量球)的体积。在将物理量数据取入到物理量数据缓冲存储器时的判断 等中，通过如果椭球体小则使阈值小、如果椭球体大则使阈值也大，能够实 现对外部环境的动态适应，有时能够得到稳定的性能。

图10是用于说明基于n维椭球体的n维体积来过滤物理量数据的效果的 示意图(其1)，是在保持与图7相同的分布形状的状态下使测量值所分布的椭 球体的体积变成1/8的情况下、没有改变对物理量数据缓冲存储器内的各数据 与新获取到的物理量数据之差的范围进行指定的参数时的示意图。在该情况 下，虽然分布形状与图7的分布形状相同，但是新获取到的物理量数据向物 理量数据缓冲存储器的取入被抑制。

图11是用于说明基于n维椭球体的n维体积来过滤物理量数据的效果的 示意图(其2)，是在图10中与椭球体的体积相应地变更对物理量数据缓冲存储 器内的各数据与新获取到的物理量数据之差的范围进行指定的参数的情况 下的示意图。在该情况下，与图7同样地执行新获取到的物理量数据向物理 量数据缓冲存储器的取入。

另外，运算控制部14也可以基于控制参数群26来从由物理量数据获取部 11获取到的物理量数据中选择用于运算n维椭球体的物理量数据群21。在求 出近似椭球体的运算中，所使用的物理量数据数越多则运算精度越高，但是 运算负荷、数据存储所需的空间会增加，因而，为了实现运算负荷的最优化， 优选数据数采用使两者的平衡性良好的范围。

图12是有效数据数的范围的说明图。作为平衡性良好的有效数据数的范 围，例如从相当于允许误差的上限的有效数据数一直取到相当于允许负荷的 上限的有效数据数。

另外，控制参数群26具有对近似椭球体运算部12的运算的妥当性进行评 价的参数。为了提高近似椭球体运算的精度，对物理量数据群与近似椭球体 之间的误差是否大、或者求出的近似椭球体的轴长是否异常且求出的近似椭 球体的体积是否异常等进行评价。

运算控制部14例如基于通过使物理量数据分布在n轴的坐标空间上而得 到的分布形状的n维体积来对计算出的近似椭球体的轴长是否异常且计算出 的近似椭球体的体积是否异常等进行评价。在评价结果为评价对象不妥当的 情况下，运算控制部14对近似椭球体运算部12进行控制使其不向其它功能块 输出近似椭球体运算部12的运算结果。

另外，控制参数群26具有对物理量数据的分布与n维椭球体之间的偏移 的范围进行指定的参数。为了提高近似椭球体运算的精度，对物理量数据群 与近似椭球体之间的误差是否大进行评价。

另外，控制参数群26具有对物理量数据的分布平坦性的范围进行指定的 参数。为了提高近似椭球体运算的精度，对物理量数据的分布角是否不够充 分进行评价。其中，本发明中的分布平坦性是指n维的物理量数据的分布为 大致(n-1)以下的维度。例如在图8中，二维的物理量数据群大致直线形地分 布，大致呈一维的分布。作为分布平坦性的指标，能够用(n-1)以下的维度来 近似物理量数据群的分布，使用物理量数据群与其近似面、线之间的距离的 方差、总和、平均值、最大值等作为分布平坦性的指标。

另外，控制参数群26具有对n维椭球体的轴长范围进行指定的参数。为 了进行测量值分布的异常检测而考虑到：在求出的近似椭球体的轴长是否异 常或者长轴与短轴之比太大的情况下，有可能即使进行校正但校正后的测量 值的可靠性也低。在所有轴长过大或者过小的情况下，有可能是测量环境异 常。

另外，控制参数群26具有对n维椭球体的体积的范围进行指定的参数。 为了进行测量值分布的异常检测而考虑到：在求出的近似椭球体的体积是否 异常或者近似椭球体的体积过大或过小的情况下，有可能是测量环境异常。

另外，校正系数运算部13基于作为多个校正系数的候选的校正系数候选 群23来运算校正系数。为了实现校正系数的精度提高和稳定性，检查是否在 某一期间稳定地得到了同样的结果。进行平均等来实现校正系数的稳定化。

运算控制部14对物理量数据的分布与n维椭球体之间的偏移、物理量数 据的分布平坦性、n维椭球体的轴长、n维椭球体的体积等进行评价。在这些 值不妥当的情况下，运算控制部14对近似椭球体运算部12进行控制使其不向 其它功能块输出近似椭球体运算部12的运算结果。运算控制部14可以对近似 椭球体运算部12进行控制以在一定时间内中止近似椭球体运算部12的运算， 也可以对近似椭球体运算部12进行控制以将近似椭球体运算部12所获取到 的物理量数据丢弃。在丢弃物理量数据的情况下，运算控制部14对近似椭球 体运算部12进行控制以再次获取物理量数据。

另外，控制参数群26具有对从运算出校正系数候选群23所包含的校正系 数候选起的经过时间的范围进行指定的参数。该控制参数表示针对校正系数 候选的有效期限的概念。校正系数根据使用物理量数据校正装置的环境的变 化而变化，因此有时最好不使用过旧的校正系数候选。环境的变化可举出例 如温度、搭载并安装于物理量数据校正装置的磁性部件的磁化量的变化、随 着物理量数据校正装置的形状变化而产生的内部部件之间的位置关系的变 化等。

运算控制部14对校正系数运算部13进行控制使其使用有效期限内的校 正系数候选来计算校正系数。

另外，控制参数群26具有对校正系数候选群23的偏差的范围进行指定的 参数。为了实现校正系数的精度提高和稳定性，进行是否在某一期间稳定地 得到了同样的结果的检查。作为校正系数候选缓冲存储器内的各数据的偏差 的指标，考虑使用校正系数候选的每个参数的方差的总和、最大值与最小值 的差、最大值与最小值的差的总和等方法等。

运算控制部14对校正系数运算部13进行控制使其使用规定偏差范围的 校正系数候选来计算校正系数。

另外，控制参数群26具有对校正系数运算部13的运算的妥当性进行评价 的参数。为了提高校正系数运算的精度，对是否成为能够恰当地校正物理量 数据群的校正系数、或者校正系数候选群的各候选的偏差是否大等进行评 价。

在物理量检测部为检测地磁的磁检测部、物理量数据为地磁数据的情况 下，校正物理量数据的分布形状理想上为以地磁的大小为半径的球。在校正 系数不妥当的情况下，有可能虽然校正物理量数据的分布形状是球但是其半 径不是地磁的大小。运算控制部14例如也可以基于通过使物理量数据分布在 n轴的坐标空间上而得到的分布形状的n维体积来评价计算出的校正系数。在 评价结果为不妥当的情况下，运算控制部14基于n维体积来对校正系数运算 部13进行控制以使校正系数成为适当的值。具体地说，在物理量检测部为检 测地磁的磁检测部的情况下，对校正系数运算部13进行控制以使校正物理量 数据的分布形状呈以地磁的大小为半径的球。

另外，在存在过去运算出的既存校正系数的情况下，控制参数群26具有 对既存校正系数的妥当性进行评价的参数。在用既存校正系数校正物理量数 据群的结果是物理量数据的分布呈球形分布的情况下，能够判断为测量环境 没有大的变化、既存校正系数的妥当性高。在既存校正系数的妥当性高的情 况下，不进行用于求出新校正系数的运算而是等待下一个测量数据，由此实 现处理的简化。另外，在用既存校正系数校正物理量数据群的结果是物理量 数据的分布大幅偏离于假设的球面的情况下，能够推测为测量环境发生大幅 的变化而判断为既存校正系数的妥当性低。在既存校正系数的妥当性低的情 况下，能够通过降低控制参数水平25并进行物理量数据缓冲存储器27、校正 系数候选缓冲存储器28的重置处理等来迅速地应对测量环境的变化。

另外，控制参数群26具有对物理量数据群21所包含的物理量数据中的有 效物理量数据的数量范围进行指定的参数。用于运算的物理量数据数越多则 运算的精度越高，但是运算负荷、数据存储所需的空间会增加，因而，为了 实现运算负荷的最优化，优选数据数采用使两者的平衡性良好的范围。

另外，控制参数群26具有对校正系数候选群23所包含的校正系数候选中 的有效校正系数候选的数量范围进行指定的参数。校正系数候选数越多则校 正的精度越高，但是运算负荷、数据存储所需的空间会增加，因而，为了实 现运算负荷的最优化，优选数据数采用使两者的平衡性良好的范围。

另外，校正系数24能够表现为矩阵式的值为1的n阶方阵。另外，校正系 数24表示n维椭球体在沿着n个主轴的方向上的伸缩。另外，校正系数24由使 n维椭球体的系数矩阵对角化的正交矩阵与对n维椭球体的系数矩阵进行对 角化而得到的对角矩阵的平方根的逆矩阵之积构成。

校正系数运算部13所输出的校正系数也可以作为校正系数候选群23而 存储到运算控制部14。

图13至图16是用于说明本发明所涉及的物理量数据校正的流程的示意 图。图13是由物理量数据获取部获取到的物理量数据的分布的概念图，物理 量数据示出由于外部环境的变化、混乱的影响而变形为椭球体形的分布。图 14示出为了运算物理量数据分布的近似椭球体而按照控制参数群提取出的 物理量数据。图15示出根据按照控制参数群提取出的物理量数据的分布计算 出的近似椭球体的概念图。图16示出基于根据近似椭球体计算出的校正系数 进行校正后的校正物理量数据的分布的概念图，可知已被校正为作为本来的 物理量数据应形成的分布形状的球形分布。

校正数据输出部15的输出也可以输出到用于计算n维球的基准点(中心) 的基准点计算部。另外，在物理量数据为从检测地磁等磁场的磁检测部输出 的磁数据的情况下，校正数据输出部15的输出也可以输出到用于计算方位角 的方位角计算部。

这样，通过运算控制部基于控制参数群来适当地控制近似椭球体运算部 和/或校正系数运算部，能够实现一种即使在外部环境的变化、混乱的影响下 也能够准确且快速地进行校正的物理量数据校正装置。

接着，说明本发明所涉及的物理量数据校正方法。

在本发明的物理量数据校正方法中，运算控制部14基于控制参数群来适 当地控制近似椭球体运算部12和/或校正系数运算部13，由此即使在外部环境 的变化、混乱的影响下也能够准确且快速地进行校正。

另外，本发明的物理量数据校正方法具有：物理量数据获取步骤，获取 从n(n为2以上的整数)轴的物理量检测部输出的物理量数据；近似椭球体运算 步骤，运算n维椭球体的近似式，该n维椭球体的近似式用于对通过使物理量 数据分布在n轴的坐标空间上而得到的分布形状进行近似；校正系数运算步 骤，运算用于将n维椭球体校正为n维球的校正系数；运算控制步骤，基于控 制参数群来控制近似椭球体运算步骤和校正系数运算步骤中的至少一个运 算步骤；以及校正数据输出步骤，基于校正系数来校正上述物理量数据，输 出进行该校正得到的物理量数据。

另外，还具有数据选择步骤，基于通过使物理量数据分布在n轴的坐标 空间上而得到的分布形状的n维体积，从在物理量数据获取步骤中获取到的 物理量数据中选择一部分物理量数据，将进行该选择得到的物理量数据输出 到上述近似椭球体运算步骤。

另外，在运算控制步骤中，具有与所期望的校正物理量数据的精度相应 地由多个控制参数群构成的控制参数群的组。

另外，校正系数运算步骤包含以下步骤：基于作为多个校正系数候选的 校正系数候选群来运算校正系数。

另外，控制参数群包含对从运算出校正系数候选群所包含的校正系数候 选起的经过时间的范围进行指定的参数。另外，控制参数群包含对校正系数 候选群的偏差的范围进行指定的参数。

另外，控制参数群包含对物理量数据群所包含的数据与在物理量数据获 取步骤中新获取到的物理量数据之差的范围进行指定的参数。另外，控制参 数群包含对近似椭球体运算步骤的运算的妥当性进行评价的参数。

另外，控制参数群包含对校正系数运算步骤的运算的妥当性进行评价的 参数。另外，控制参数群包含对物理量数据的分布与上述n维椭球体之间的 偏移的范围进行指定的参数。另外，控制参数群包含对物理量数据的分布平 坦性的范围进行指定的参数。

另外，控制参数群包含对n维椭球体的轴长的范围进行指定的参数。另 外，控制参数群包含对n维椭球体的体积的范围进行指定的参数。另外，在 存在过去运算得到的既存校正系数的情况下，控制参数群包含对既存校正系 数的妥当性进行评价的参数。

另外，在既存校正系数的妥当性高的情况下，不进行校正系数运算步骤。 另外，在既存校正系数的妥当性低的情况下，重置既存校正系数。

另外，控制参数群包含对物理量数据群所包含的物理量数据中的有效物 理量数据的数量范围进行指定的参数。另外，控制参数群包含对校正系数候 选群所包含的校正系数候选中的有效校正系数候选的数量范围进行指定的 参数。

另外，校正系数能够表现为矩阵式的值为1的n阶方阵。另外，校正系数 表示n维椭球体在沿着n个主轴的方向上的伸缩。另外，校正系数由使n维椭 球体的系数矩阵对角化的正交矩阵与对n维椭球体的系数矩阵进行对角化而 得到的对角矩阵的平方根的逆矩阵之积构成。

另外，运算控制步骤包含数据群选择步骤，在该数据群选择步骤中，基 于控制参数群，从在物理量数据获取步骤中获取到的物理量数据中选择用于 运算n维椭球体的物理量数据群。

图17是表示本发明所涉及的物理量数据校正方法的具体运算处理的流 程图(其1)的图。首先，获取物理量数据(步骤S1)。接着，更新物理量数据缓 冲存储器(步骤S2)。接着，运算近似椭球体(步骤S3)。如果近似椭球体的运 算失败，则结束运算处理，在测量出新物理量数据之后，再次开始进行运算。 接着，如果近似椭球体的运算成功，则运算校正系数候选(步骤S4)。接着， 如果校正系数候选的运算成功，则更新校正系数候选缓冲存储器(步骤S5)。 接着，运算校正系数(步骤S6)。接着，如果校正系数的运算成功，则更新控 制参数水平(步骤S7)。接着，输出校正系数(步骤S8)。

图18是表示本发明所涉及的物理量数据校正方法的具体运算处理的流 程图(其2)的图。首先，获取物理量数据(步骤S11)。接着，更新物理量数据 缓冲存储器(步骤S12)。接着，运算近似椭球体(步骤S13)。如果近似椭球体 的运算失败，则结束运算处理，在测量出新物理量数据之后，再次开始进行 运算。接着，如果近似椭球体的运算成功，则运算校正系数候选(步骤S14)。 接着，如果校正系数候选的运算成功，则更新校正系数候选缓冲存储器(步 骤S15)。接着，运算校正系数(步骤S16)。接着，如果校正系数的运算成功， 则更新控制参数水平(步骤S17)。接着，运算校正物理量数据(步骤S18)。接 着，输出校正物理量数据(步骤S19)。

图19是表示本发明所涉及的物理量数据校正方法的具体运算处理的流 程图(其3)的图。首先，获取物理量数据(步骤S21)。接着，更新物理量数据 缓冲存储器(步骤S22)。接着，运算近似椭球体(步骤S23)。如果近似椭球体 的运算失败，则结束运算处理，在测量出新物理量数据之后，再次开始进行 运算。接着，如果近似椭球体的运算成功，则运算校正系数候选(步骤S24)。 接着，如果校正系数候选的运算成功，则更新校正系数候选缓冲存储器(步 骤S25)。接着，运算校正系数(步骤S26)。接着，如果校正系数的运算成功， 则更新控制参数水平(步骤S27)。接着，运算校正物理量数据(步骤S28)。接 着，输出校正物理量数据(步骤S29)。

图20是表示本发明所涉及的物理量数据校正方法的更具体的运算处理 的流程图的图。首先，获取物理量数据(步骤S31)。

接着，确认物理量数据缓冲存储器内的数据的有效期限(步骤S32)。作为 步骤S32的具体方法，例如存在以下方法。对于物理量数据缓冲存储器内的 数据，确认从测量出该数据起的经过时间是否超过由控制参数群指定的物理 量数据的有效期限，将超过有效期限的旧数据丢弃。作为有效期限的判断方 法，在步骤S31中获取物理量数据时，连同物理量数据一起记录其获取时刻， 如果物理量数据缓冲存储器内的数据的获取时刻和当前时刻之差落入由控 制参数群指定的物理量数据的有效期限以内，则判断为有效数据，否则判断 为无效数据。或者，也可以是以下方法等：在步骤S31中获取物理量数据时， 连同物理量数据一起设定表示由控制参数群指定的物理量数据的有效期限 的计数值，每当在步骤S31中获取到新物理量数据时对该计数值进行倒计数， 在该计数值成为0的时间点判断为到有效期限。

接着，更新物理量数据缓冲存储器(步骤S33)。作为步骤S33的具体方法， 例如存在以下方法。计算在步骤S31中获取到的新物理量数据与物理量数据 缓冲存储器内的各数据之差的绝对值的最小值，与由控制参数群指定的阈值 进行比较。如果比较的结果是差的最小值超过阈值，则取入到物理量数据缓 冲存储器，此时在物理量数据缓冲存储器内的数据数达到上限的情况下，将 物理量数据缓冲存储器内的最早的数据(或者提供差的绝对值的最小值的数 据)丢弃。另外，如果比较的结果是差的绝对值的最小值未超过阈值，则结 束物理量数据缓冲存储器的更新处理并等待下一个物理量数据。另外，在物 理量数据缓冲存储器内的提供差的绝对值的最小值的数据为最新的物理量 数据的情况下，也可以不结束物理量数据缓冲存储器的更新处理而是用新物 理量数据来替换该数据。除此以外，作为物理量数据缓冲存储器的更新方法， 也可以以使物理量数据群具有大分布角的方式进行更新，由此能够提高后续 的近似椭球体运算的精度。

图21是表示向物理量数据缓冲存储器取入新物理量数据的方法的例子 (其1)的图。附图的左侧表示更新前的物理量数据缓冲存储器，右侧表示更新 后的物理量数据缓冲存储器。以下，图21至图24是设定如果物理量数据缓冲 存储器内的各数据与新物理量数据之差的绝对值落入大于10的范围则将新 物理量数据取入到物理量数据缓冲存储器那样的值作为向物理量数据缓冲 存储器取入新物理量数据时的控制参数的情况下的例子。另外，为了便于说 明而将物理量数据缓冲存储器的数据数设为8。

在图21中，物理量数据缓冲存储器内的各数据与新物理量数据之差的绝 对值全部大于10，因此取入新物理量数据并将最早的物理量数据丢弃。

图22是表示向物理量数据缓冲存储器取入新物理量数据的方法的例子 (其2)的图。在图22中，物理量数据缓冲存储器内的各数据与新物理量数据之 差的绝对值为10以下的物理量数据有多个，因此新物理量数据的取入被抑 制。

图23是向物理量数据缓冲存储器取入新物理量数据的方法的例子(其3)。 在图23中，存在物理量数据缓冲存储器内的各数据与新物理量数据之差的绝 对值为10以下的物理量数据，但是该数据为物理量数据缓冲存储器内的最新 数据，因此通过将该数据替换为新测量出的物理量数据来更新物理量数据缓 冲存储器。

图24是向物理量数据缓冲存储器取入新物理量数据的方法的例子(其4)。 在图24中，示出使用通过替换物理量数据缓冲存储器内的与新物理量数据之 差的绝对值为最小的数据来进行更新的方法作为物理量数据缓冲存储器内 的各数据与新物理量数据之差的绝对值全部大于10的情况下的物理量数据 缓冲存储器的更新方法的情况。

接着，检查物理量数据缓冲存储器内的数据数(步骤S34)。作为步骤S34 的具体方法，例如存在以下方法。确认物理量数据缓冲存储器的数据数是否 超过由控制参数群指定的所需数据数的阈值，如果未超过则结束处理并等待 下一个物理量数据。当考虑三维的情况时，用于决定椭球体的未知变量为九 个，因此所需数据数最小为9，但是在考虑物理量数据中包含的噪声的影响 的情况下，增加所需数据数是有效的。另外，从运算处理的负荷的观点出发， 当过分增加运算所使用的数据数时，负荷会增加，因此使所需数据数具有上 限是有效的。

接着，用既存的校正系数来进行临时校正(步骤S35)。作为步骤S35的具 体方法，例如存在以下方法。在已经求出一些校正系数的情况下，用既存的 校正系数来对物理量数据群进行临时校正，如果是物理量数据缓冲存储器内 数据与临时校正结果的期望分布的球面的偏差为由控制参数群指定的阈值 以下，则跳过后续的处理。在能够用既存的校正系数很好地进行校正的情况 下，不需要新求出校正系数，因此通过跳过后续的处理能够减轻运算处理的 负荷。另外，如果物理量数据缓冲存储器内的数据与临时校正结果的期望分 布的球面的偏差为由控制参数群指定的阈值以上，则视为周围环境大幅变化 而重置内部数据(步骤S45)，重新进行处理的处理在提高对周围环境的追随性 方面也有效。此时，是否跳过后续的处理的阈值与是否重置内部数据的阈值 也可以是不同的值。作为物理量数据缓冲存储器内的数据与临时校正结果的 期望分布的球面的偏差的指标，考虑使用球面与物理量数据缓冲存储器内的 各数据的距离的方差、总和、平均值、最大值的方法等。

接着，运算近似椭球体(步骤S36)。使用物理量数据缓冲存储器内的由控 制参数群指定的个数的数据进行对椭球体的最小二乘拟合。得到相当于椭球 体的系数矩阵/中心坐标/椭球体的体积的近似椭球体参数。

接着，检查近似椭球体的运算的妥当性(步骤S37)。作为步骤S37的具体 方法，例如存在以下方法。对照由控制参数群指定的阈值来确认椭球体的体 积是否妥当、进行拟合所使用的物理量数据群的分布角是否充分、与近似椭 球体进行拟合所使用的物理量数据群的误差是否成为问题。作为椭球体体积 妥当的范围，例如，如果物理量数据为地磁数据，则考虑该妥当范围相当于 作为地球上的一般地磁场大小的20微特斯拉至70微特斯拉(图25)。另外，如 果物理量数据为加速度数据，则考虑该妥当范围相当于作为地球上的一般重 力加速度的9.8m/s/s。另外，作为用于确认进行拟合所使用的物理量数据群 的分布角是否充分的方法，例如存在以下方法：求出进行拟合所使用的物理 量数据群的近似面，使用近似面与进行拟合所使用的物理量数据群之间的距 离的最大值来进行判断。其为以下方法等：如果近似面与进行拟合所使用的 物理量数据群之间的距离的最大值为近似椭球体的短轴的1/2以上，则判断为 进行拟合所使用的物理量数据群足够立体地分布。

接着，运算校正系数候选(步骤S38)。作为步骤S38的具体方法，例如存 在以下方法。通过Shift-QR法等使椭球体的系数矩阵对角化。通过对角化而 得到的对角矩阵的各成分相当于椭球体的各轴长的平方，因此，如果将这些 变换为相等的值，则能够将分布为椭球体形的物理量数据校正为球形。通过 求得对角矩阵的平方根的倒数，能够得到用于实现该变换的矩阵。作为校正 系数的候选，能够使用由对角矩阵的平方根的倒数构成的对角矩阵与实现对 角化的正交矩阵之积。

接着，检查校正系数候选的数值范围(步骤S39)。作为步骤S39的具体方 法，例如存在以下方法。确认校正系数候选的固有值是否在由控制参数群指 定的值的范围内。作为由控制参数群指定的校正系数候选的固有值的范围， 例如考虑设为0.5～2.0等。校正系数候选的固有值相当于近似椭球体的各轴长 的倒数，因此在本例中相当于将近似椭球体的长轴与短轴之比限定在4以内。 当使用值大的校正系数时，噪声、误差也会与信号同时被放大，因此，有时 即使能够校正物理量数据的分布，校正物理量数据也不实用。为了排除这一 状况，检查校正系数候选的数值范围是有效的。

接着，更新校正系数候选缓冲存储器(步骤S40)。作为步骤S40的具体方 法，例如存在以下方法。将校正系数的候选取入到校正系数候选缓冲存储器 中并设定有效期限。对校正系数候选缓冲存储器内的数据，确认从运算出起 的经过时间是否超过由控制参数群指定的校正系数候选的有效期限。将超过 有效期限的旧数据丢弃。关于校正系数候选的有效期限，也可以使用步骤S32 所记载那样的其它方法。

接着，检查校正系数的妥当性(步骤S41)。作为步骤S41的具体方法，例 如存在以下方法。确认校正系数候选缓冲存储器内的数据数是否为由控制参 数群指定的阈值以上，确认校正系数候选缓冲存储器内的数据的偏差是否为 由控制参数群指定的值以下。对多个校正系数候选进行比较并确认其值已经 稳定，由此能够判断为校正系数候选缓冲存储器内的数据是妥当的。作为校 正系数候选缓冲存储器内的各数据的偏差的指标，考虑使用校正系数候选的 每个参数的方差的总和、最大值与最小值的差、最大值与最小值的差的总和 等的方法等。

接着，使校正系数平滑化(步骤S42)。作为步骤S42的具体方法，例如存 在以下方法。作为最简单的方法，使用将对校正系数候选缓冲存储器内的校 正系数候选进行平均而得到的值作为校正系数的方法。或者可以使用以下的 方法等：使用自适应IIR滤波器作为平滑化单元，根据在步骤S37中计算出的 近似椭球体运算的妥当性、在步骤S41中计算出的校正系数的妥当性来决定 滤波器的强度。

接着，提高控制参数水平(步骤S43)。更新用于切换控制参数群的控制参 数水平。接着，输出校正系数(步骤S44)。

另外，图26是表示主要控制参数群的例子的图。

这样，能够实现以下一种物理量数据校正方法：运算控制部基于控制参 数群来适当地控制近似椭球体运算部和/或校正系数运算部，由此即使在外部 环境的变化、混乱的影响下也能够准确且快速地进行校正。

本发明能够使用的物理量数据并不特别限定于所例示的地磁数据、加速 度数据。例如，对于流体的流量数据、电磁波等的辐射量数据等也同样能够 应用。

附图标记说明

10：物理量数据校正装置；11：物理量数据获取部；11a：数据选择部； 12：近似椭球体运算部；13：校正系数运算部；14：运算控制部；15：校正 数据输出部；21：物理量数据群；22：近似椭球体参数；23：校正系数候选 群；24：校正系数；25：控制参数水平；26：控制参数群；27：物理量数据 缓冲存储器；28：校正系数候选缓冲存储器；29：控制参数群的组。