JPH08136260A - 方位測定装置 - Google Patents

方位測定装置

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JPH08136260A
JPH08136260A JP30562394A JP30562394A JPH08136260A JP H08136260 A JPH08136260 A JP H08136260A JP 30562394 A JP30562394 A JP 30562394A JP 30562394 A JP30562394 A JP 30562394A JP H08136260 A JPH08136260 A JP H08136260A
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Satomi Suzuki
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動中、停止中に関わらず、常に正確な方位
を表示することができるようにする。 【構成】 方位測定装置10において、GPS受信部1
1の移動中の進行方位から求められる絶対方位の「真
北」と、磁気センサ12から求められる「磁北」との方
位誤差を制御部17で各測定地点毎に演算処理して、常
に最新の方位誤差をRAM14に保持しておき、移動中
は、GPSによる進行方位に基づく絶対方位の「真北」
を表示部16に表示するようにし、停止中は、磁気セン
サ12で検出された「磁北」をRAM14に格納された
最新の方位誤差によって補正した方位により「真北」を
表示するようにする。このため、方位測定装置10の移
動中だけでなく、停止中でも絶対方位による正確な「真
北」を表示することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、方位測定装置に関し、
特に移動中や停止中に関わりなく現在位置における絶対
方位を示す方位測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年では、人工衛星を利用して地球上の
任意の地点における緯度、経度、高度を測定するGPS
(Global Positioning System)装置が実用化されつつ
ある。
【0003】このGPS装置は、衛星から送信された信
号が受信機に到達するまでにかかる時間を計測して衛星
から受信地点までの距離を算出し、これを複数の衛星か
らの信号に対して行うことにより各衛星位置に対して算
出された受信位置の経度、緯度等を数メートルから数十
メートルの誤差で求めるものである。そして、このGP
S装置は、移動中における進行方位を正確に検出するこ
とが可能である。このGPS装置により測定される方位
は、地球の緯度、経度に基づく絶対方位である。現在、
GPS装置は、GPS衛星を利用した船舶、自動車など
のナビゲーションシステムに実用化されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方位測定装置にあっては、移動中における絶
対方位を明示することができるが、停止中は進行方位が
測定できないため、停止中に正確な方位を知ることがで
きないという問題があった。
【0005】そこで、従来ではコンパスや磁気センサな
どを用いることにより、停止中でも磁北を示すことがで
きる方位測定装置がある。この地磁気を利用した従来の
方位測定装置は、移動中や停止中であっても磁北を示す
ことができるが、絶対方位ではなく、特に緯度が高くな
るにつれて磁北と絶対方位の差が大きくなることから、
正確な方位を表示できないという問題があった。
【0006】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであって、移動中、停止中に関わらず、常に正
確な絶対方位を示すことができる方位測定装置を提供す
ることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の方位測定装置
は、衛星からの信号を受信する受信手段と、該受信手段
で受信される衛星からの信号に基づいて受信地点におけ
る方位情報を検出する衛星方位情報検出手段と、地磁気
に基づく現在位置の方位情報を検出する磁気方位情報検
出手段と前記衛星方位情報検出手段の方位情報と前記磁
気方位情報検出手段の方位情報の方位誤差を算出する方
位誤差算出手段と、該算出された方位誤差を記憶する方
位誤差記憶手段と、該方位誤差を使って前記地磁気に基
づく方位情報を補正する磁気方位情報補正手段と、を備
え、前記受信手段の移動時には前記衛星方位情報検出手
段の方位情報により絶対方位を得るとともに、前記受信
手段の停止時には前記地磁気による方位情報を前記方位
誤差で補正した方位に基づいて絶対方位を得ることによ
り、上記目的を達成する。
【0008】また、本発明の方位測定装置は、例えば、
請求項2に記載されるように、前記方位誤差算出手段
が、前記受信手段の移動中に方位誤差の算出処理を所定
時間毎に繰り返し行って前記方位誤差記憶手段に常に最
新位置における方位誤差を記憶させるようにしてもよ
い。
【0009】
【作用】本発明の方位測定装置では、受信手段により衛
星からの信号を受信し、その受信手段で受信される衛星
からの信号に基づいて衛星方位情報検出手段で受信地点
の方位情報を検出するとともに、磁気方位情報検出手段
で地磁気に基づく現在位置の方位情報を検出し、方位誤
差算出手段で前記衛星方位情報検出手段の方位情報と前
記磁気方位情報検出手段の方位情報の方位誤差を算出し
て、方位誤差記憶手段に方位誤差を記憶し、磁気方位情
報補正手段により方位誤差を使って前記地磁気に基づく
方位情報を補正する。
【0010】従って、受信手段の移動時には、衛星方位
情報検出手段の方位情報により絶対方位を得るととも
に、受信手段の停止時には地磁気による方位情報を方位
誤差で補正することによって絶対方位が得られるため、
移動中、停止中に関わらず常に正確な方位を示すことが
できる。
【0011】請求項2記載の方位測定装置では、請求項
1記載の方位誤差算出手段が、受信手段の移動中に方位
誤差の算出処理を所定時間毎に繰り返し行って、方位誤
差記憶手段に常に最新位置における方位誤差を記憶させ
る。
【0012】従って、方位誤差記憶手段には、常に最新
位置における衛星情報検出手段の方位情報と磁気方位情
報検出手段の方位情報との方位誤差が記憶されているた
め、移動中に不意に停止してもその直前の位置における
方位誤差を使って、磁気方位情報補正手段で地磁気に基
づく方位情報を補正することが可能となり、停止中の方
位を一層正確に示すことができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の方位測定装置を図面に基づい
て説明する。図1〜図6は、本発明の方位測定装置を説
明する図であり、本実施例では、GPS(Global Posit
ioning System) 用衛星から送信される無線信号を受信
して方位を測定するGPS受信機と、地磁気を検出して
方位を測定する磁気センサとが電子腕時計に搭載されて
いる。
【0014】まず、構成を説明する。図1は、本発明の
方位測定装置を適用した受信機能付電子腕時計の外観図
である。この図において、時計本体1の中央には、後述
するGPS受信機による受信地点での緯度経度からなる
位置情報や絶対方位の「真北」を表示するドットマトリ
クス表示部2が設けられている。そして、ドットマトリ
クス表示部2の下部には、衛星からの信号の受信開始を
指示するK1キーと、方位を表示させるときに操作する
K2キーとが設けられている。
【0015】また、時計本体1の右側面には、衛星から
の無線信号の受信頻度を調節するK3キーと、電子腕時
計の時刻修正する等のときに操作するK4キーとが設け
られている。さらに、時計本体1の左側面には、衛星か
らの無線信号を受信するためのマイクロストリップアン
テナなどを収納したアンテナ収納部3が設けられてい
る。
【0016】次に、図2は図1の時計本体1における方
位測定装置10の回路構成図である。方位測定装置10
は、GPS受信部11、磁気センサ12、ROM13、
RAM14、入力部15、表示部16、制御部17など
から構成されている。
【0017】そして、上記GPS受信部11は、アンテ
ナ21、高周波増幅部22、信号処理部23、受信制御
部24、発振器25及び衛星データメモリ26などから
構成されている。アンテナ21は、ここでは約1.5ギ
ガヘルツのGPS衛星から送信される信号を受信して高
周波増幅部22に出力する。
【0018】高周波増幅部22は、アンテナ21から入
力される信号を所定の中間周波数信号に変換、増幅した
後、信号処理部23に出力する。信号処理部23は、こ
の中間周波数信号にGPS受信機2の内部で発生させた
PRNコードを同期させ、スペクトラム拡散された衛星
からの受信信号を逆拡散し、その逆拡散によって得られ
る信号から衛星と受信地点との間の疑似距離データを求
めるものである。この実施例では、信号処理部23は、
4個の衛星からの疑似距離データを求め、それらのデー
タと受信信号の中のメッセージ(衛星時計の補正情報、
軌道情報など)を受信制御部24に出力している。
【0019】受信制御部24は、信号処理部23から出
力される複数の衛星の疑似距離データから受信地点にお
ける位置情報及び方位情報を求め、その位置情報と方位
情報とを後述する制御部3に出力する。上記した方位情
報は、移動中に検出した直前の位置と現在位置との関係
で進行方位を求めるものである。また、受信制御部24
は、衛星データメモリ26に記憶されているGPS用の
24個の衛星の軌道情報等から、その時刻に受信可能な
衛星を判断し、その衛星のPRNコードの発生を信号処
理部23に指示する。
【0020】磁気センサ12は、地磁気の方向を検出す
るセンサであって、その検出した地磁気の磁極の方向に
よって磁北の方位情報を得るものである。ROM(Read
Only Memory)13は、制御部17により実行される方
位測定処理プログラムや電子腕時計の各種システムデー
タを格納する。
【0021】RAM(Random Access Memory)14は、
制御部17により実行される方位測定処理に必要なデー
タとして、例えば、GPS受信機11の方位情報、磁気
センサ12の方位情報、これらの方位情報を演算処理し
て得られる方位誤差の情報、あるいは電子腕時計が移動
中か否かを判別するためのフラグ等を一時的に格納する
メモリ領域が形成されている。
【0022】入力部15は、各種データを入力するため
のキーで構成されており、例えば、図1に示す受信開始
キーK1、方位表示操作キーK2、受信頻度調節キーK
3、時刻修正操作キーK4等があり、各キーの操作信号
を制御部3に出力する。表示部16は、ここでは、腕時
計に装着できる小型のLCD(液晶表示ディスプレイ)
で構成されており、入力される時計情報や方位情報に基
づいて、図1に示すドットマトリクス表示部2に時刻や
絶対方位を表示するものである。
【0023】制御部17は、方位測定装置10の回路全
体の動作を制御する制御部であり、ROM13に格納さ
れている制御プログラムに従った方位測定処理を実行す
る。具体的には、制御部17は、GPS受信部11の受
信制御部24で逐次算出される位置情報と、これに基づ
いて算出される進行方位情報から絶対方位を算出すると
ともに、磁気センサ12から入力される磁北の方位情報
との方位誤差を算出する。すなわち、現在位置における
絶対方位の「真北」と「磁北」との方位角の差を検出す
る。そして、移動中は、GPS受信部で検出される方位
情報に基づいて絶対方位である「真北」を表示部16に
表示させるとともに、停止中は、磁気センサ12の「磁
北」に上記算出した方位誤差を使って磁北の方位を補正
した「真北」を表示部16に表示させる。本実施例で
は、この方位誤差の算出処理を所定時間毎に行っている
が、一定時間内に上記算出処理を行う頻度を図1の受信
頻度調節キーK3を使って調節することができる。この
方位誤差の算出処理頻度を多くすることによって、不意
に移動を停止した場合でも、その直前の位置における最
新の方位誤差情報が得られるため、停止中に表示する方
位の精度を高くすることができる。
【0024】図3は、上記RAM14のレジスタ構成を
示す図である。RAM14には、時計本体1が移動中か
停止中かを示すフラグを表示するフラグ領域N14a
と、GPS受信部11でGPSの方位情報を記憶するG
PS方位情報記憶レジスタ14bと、磁気センサ12で
地磁気による方位情報を記憶する磁気センサ方位情報レ
ジスタ14cと、上記したGPSによる方位情報と磁気
センサによる方位情報との方位誤差の演算結果を記憶す
る方位誤差記憶レジスタ14dとが設けられている。
【0025】また、RAM14には、ドットマトリクス
表示部2に表示するデータを一時記憶する表示レジスタ
14eが設けられている。
【0026】次に、本実施例の動作を説明する。本実施
例の方位測定装置10における方位表示処理は、GPS
受信部11の移動中の進行方位から求められる絶対方位
の「真北」と、磁気センサ12から求められる「磁北」
との方位誤差を各測定地点毎に演算処理して、常に最新
の方位誤差を保持しておき、移動中は、GPSによる進
行方位に基づく絶対方位の「真北」をそのまま表示する
ようにする。また、停止中は、磁気センサ12で検出さ
れた「磁北」を最新の方位誤差を使って方位を補正する
ことにより、絶対方位の「真北」を表示するようにす
る。
【0027】このため、正確な方位表示を時計本体1の
移動中だけでなく、停止中であっても絶対方位による正
確な「真北」を表示することが可能となる。図4は、G
PS受信機11と磁気センサ12とでそれぞれ検出され
る方位誤差を求める処理を説明するフローチャートであ
る。
【0028】まず、入力部15の受信開始キーK1が押
下されると、所定時間毎に衛星からの無線信号の受信が
開始される。図4のフローチャートのステップS1で移
動中か否かを判定する方法としては、種々のものが考え
られるが、ここでは、図2の制御部17の制御信号をG
PS受信部11に出力して、GPS受信部11で各受信
地点における緯度、経度からなる位置情報を算出し、こ
の算出した各位置情報を制御部17で比較することによ
って、位置が変化していない場合は停止中であり、位置
が変化している場合は移動中と判断する(ステップS
1)。この移動中か否かの判断結果は、制御部17によ
ってRAM14のフラグ領域14aに示される。すなわ
ち、移動中の場合は、N=1としてフラグを立てて、停
止中の場合は、N=0とする。制御部17は、このフラ
グの状態によって移動中か否かを判断することができ
る。
【0029】ステップS1で停止中と判断した場合は、
GPSによる方位情報が得られないため、磁気センサ1
2による方位情報との方位誤差を求めることができない
ので、移動状態になるまでステップS1に戻る。
【0030】次に、移動中の場合は、制御部17が磁気
センサ12によって地磁気の方向を検出して「磁北」の
方位情報を取り出し、RAM14の磁気センサ方位情報
記憶レジスタ14cに格納する。また、制御部17は、
GPS受信機11から以下のようにして方位情報を得て
いる。
【0031】まず、図2に示すように、GPS受信機1
1では、図示しないGPS衛星から送信される約1.5
ギガヘルツの無線信号を受信して高周波増幅部22に出
力し、高周波増幅部22で所定の中間周波数信号に変換
して増幅し、この中間周波数信号を信号処理部23でP
RNコードに同期させて、スペクトラム拡散された衛星
からの受信信号を逆拡散処理し、その逆拡散によって得
られる信号からここでは4個の衛星と受信地点との間の
疑似距離データが求められる。そして、信号処理部23
では、それらのデータと受信信号の中に含まれる衛星時
計の補正情報や軌道情報などのメッセージを受信制御部
24に出力し、受信制御部24では複数の衛星の疑似距
離データに基づいて受信地点における位置情報を求め
る。方位情報は、上記処理によって求められた現在の受
信地点での位置情報と、その直前の受信地点での位置情
報とを演算処理して移動体の進行方位を求め、この進行
方位に基づいて絶対方位である「真北」の方位情報を得
るものである。このようにして得られたGPSの方位情
報は、制御部17がRAM14のGPS方位情報記憶レ
ジスタ14bに格納される。
【0032】次に、制御部17は、上記得られた磁気セ
ンサ12とGPS受信機11との各方位情報に基づい
て、現在位置における方位誤差を演算する。この方位誤
差が生じる理由は、地磁気による「磁北」が地球の緯
度、経度に基づく極方向に対してずれているためであ
る。そして、この方位誤差は、緯度や経度によって異な
るため、本実施例のように方位誤差に基づいて方位情報
を補正する場合は、常に最新の方位誤差を保持する必要
がある。
【0033】方位誤差は、制御部17がRAM14から
磁気センサ12による「磁北」の方位情報と、GPS受
信機11による「真北」の方位情報とを読み出して、そ
の方位誤差が演算され(ステップS2)、RAM14の
方位誤差記憶レジスタ14dに格納される(ステップS
3)。
【0034】次に、図5は、移動中あるいは停止中にお
いて方位表示を行う際の動作を説明するフローチャート
である。まず、移動中あるいは停止中における方位を知
りたい場合は、操作者が図1に示す時計本体1の方位表
示操作キーK2を押下する。これにより、図2の制御部
71は、RAM14のフラグ領域14aを見て、N=1
の場合は、移動中と判断し、N=0の場合は停止中と判
断する(ステップS11)。
【0035】ここで、移動中と判断された場合、制御部
17はRAM14内のGPS方位情報記憶レジスタ14
bに格納されているGPS受信機11の方位情報を読み
出して表示レジスタ14eに移動させる(ステップS1
2)。
【0036】そして、制御部17は、RAM14の表示
レジスタ14eに格納されている方位情報に基づいて表
示部15のドライバを駆動して絶対方位の「真北」を表
示させる(ステップS13)。
【0037】また、ステップS11で停止中と判断され
た場合、制御部17はRAM14の方位誤差記憶レジス
タ14dに格納されている最新の方位誤差に基づいて、
磁気センサ方位情報記憶レジスタ14cに格納されてい
る磁気センサ12の方位情報を補正する(ステップS1
4)。この補正を行うための演算処理は、停止位置直前
の移動中におけるGPS受信機11と磁気センサ12と
の方位誤差に基づき、停止時における磁気センサ12の
方位情報を補正するため、停止中であっても絶対方位の
「真北」を表示することを可能にしている。
【0038】そして、この補正された方位情報は、上記
と同様にRAM14の表示レジスタ14eに格納され、
制御部17が表示部15のドライバを駆動して「真北」
を表示させる(ステップS13)。
【0039】図6は、上記した方位測定処理に基づいて
表示部15に方位表示した場合の方位表示例を示す図で
ある。図6(a)に示すように、GPS受信機11で検
出された絶対方位の「真北」を示す矢印に対して、磁気
センサ12で検出される「磁北」を示す矢印との間には
方位誤差θがあって、方位測定装置10では、予めこの
方位誤差θをRAM14に保持している。そして、この
方位誤差は、移動中は常に最新の方位誤差に書き換えら
れている。
【0040】次に、図6(b)では、方位測定装置10
が内蔵された受信機能付電子腕時計を装着した人が移動
中の場合であり、この場合は、GPS受信機11によっ
て得られる進行方位に基づいて、絶対方位の「真北」を
表示することができる。
【0041】また、停止時において方位を表示させる場
合は、図6(c)に示すように、実際には表示部16の
画面上に表示されないが、の現在位置において磁気セ
ンサ12により得られる「磁北」の方位情報に基づい
て、方位誤差θによっての「磁北」の方位情報を補
正して、の絶対方位としての「真北」を表示画面上に
表示することができる。
【0042】以上述べたように、本実施例の方位測定装
置は、移動中はGPS受信機11による位置検出により
進行方位を求めて、絶対方位の「真北」を表示すること
ができる、また、停止中であっても予め演算したGPS
と磁気センサとの方位誤差により磁気センサ12の「磁
北」を補正して、「真北」を正確に表示することが可能
である。このように、本発明は、移動中や停止中に関わ
らず常に正確な方位を知ることができるので非常に有効
である。
【0043】なお、上記実施例では、受信機能付電子腕
時計に方位測定装置を内蔵して実施した例を示したが、
これに限定されるものでなく、例えば、移動体としての
自動車等に装着されるナビゲーションシステムに適用可
能である。
【0044】また、最近の自転車に設けられているサイ
クルコンピュータなどに本実施例の方位測定装置を装着
して、移動中あるいは停止中の方位を表示させるように
してもよい。
【0045】さらに、上記実施例では、受信地点の位置
情報を算出して方位情報を求めるためのマイクロコンピ
ュータ(受信制御部24)と、腕時計の計時制御を行っ
たり、方位誤差の算出や方位補正処理等の演算処理を行
うマイクロコンピュータ(制御部17)との2個のマイ
クロコンピュータを使用しているが、1個のマイクロコ
ンピュータで両者を兼用させるようにしてもよい。
【0046】また、上記実施例ではGPS受信機を用い
て移動中の絶対方位を検出するようにしたが、これに限
定されるものではなく、他の方位測定システムを用いて
絶対方位を得ることで上記と同様の効果を得ることがで
きる。
【0047】また、上記実施例では、表示部に表示する
基準方位として「真北」を表示させるようにしたが、演
算処理プログラムを変えることにより、所望の方位を表
示させるようにしてもよい。
【0048】
【発明の効果】本発明の方位測定装置によれば、衛星か
らの無線信号を受信して衛星方位情報検出手段により受
信地点の方位情報を検出するとともに、磁気方位情報検
出手段により地磁気に基づく現在位置での方位情報を検
出し、衛星方位情報検出手段の方位情報と前記磁気方位
情報検出手段の方位情報の方位誤差を算出して、その方
位誤差を使って前記地磁気に基づく方位情報を補正する
ようにしたので、移動時には、衛星方位情報検出手段の
方位情報により絶対方位が得られるとともに、停止時に
は、地磁気による方位情報を方位誤差で補正した絶対方
位が得られることから、移動中、停止中に関わらず常に
正確な方位を表示することができる。
【0049】請求項2記載の方位測定装置によれば、請
求項1記載の方位誤差算出手段が、受信手段の移動中に
方位誤差の算出処理を所定時間毎に繰り返し行って、方
位誤差記憶手段に常に最新位置における方位誤差を記憶
させるので、方位誤差記憶手段には、常に最新位置にお
ける衛星情報検出手段の方位情報と磁気方位情報検出手
段の方位情報との方位誤差を記憶していることから、移
動中に不意に停止してもその直前の位置での方位誤差に
よって地磁気に基づく方位情報を補正することが可能と
なり、停止中の方位を一層正確に表示することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方位測定装置を適用した受信機能付電
子腕時計の外観図である。
【図2】図1の時計本体における方位測定装置の回路構
成図である。
【図3】RAMのレジスタ構成を示す図である。
【図4】GPS受信機と磁気センサとでそれぞれ検出さ
れる方位誤差を求める処理を説明するフローチャートで
ある。
【図5】移動中あるいは停止中において方位表示を行う
際の動作を説明するフローチャートである。
【図6】方位測定処理に基づいて表示部に方位表示した
場合の方位表示例を示す図である。
【符号の説明】
1 時計本体 2 ドットマトリクス表示部 3 アンテナ収納部 10 方位測定装置 11 GPS受信機 12磁気センサ 13 ROM 14 RAM 14a フラグ領域 14b GPS方位情報記憶レジスタ 14c 磁気センサ方位情報記憶レジスタ 14d 方位誤差記憶レジスタ 14e 表示レジスタ 15 入力部 16 表示部 17 制御部 21 アンテナ 22 高周波増幅部 23 信号処理部 24 受信制御部 25 発振器 26 衛星データメモリ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】衛星からの信号を受信する受信手段と、 該受信手段で受信される衛星からの信号に基づいて受信
    地点における方位情報を検出する衛星方位情報検出手段
    と、 地磁気に基づく現在位置の方位情報を検出する磁気方位
    情報検出手段と前記衛星方位情報検出手段の方位情報と
    前記磁気方位情報検出手段の方位情報の方位誤差を算出
    する方位誤差算出手段と、 該算出された方位誤差を記憶する方位誤差記憶手段と、 該方位誤差を使って前記地磁気に基づく方位情報を補正
    する磁気方位情報補正手段と、 を備え、 前記受信手段の移動時には前記衛星方位情報検出手段の
    方位情報により絶対方位を得るとともに、前記受信手段
    の停止時には前記地磁気による方位情報を前記方位誤差
    で補正した方位に基づいて絶対方位を得ることを特徴と
    する方位測定装置。
  2. 【請求項2】前記方位誤差算出手段は、 前記受信手段の移動中に方位誤差の算出処理を所定時間
    毎に繰り返し行って前記方位誤差記憶手段に常に最新位
    置における方位誤差を記憶させることを特徴とする請求
    項1記載の方位測定装置。
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