JPH0820268B2 - 羅針盤方位校正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、磁力計型羅針盤（compass）に関し、特
に、「下降（down）」すなわち真性垂直重力に対する、
磁界感知素子の非垂直配分に起因する、磁力計型羅針盤
の誤差を修正する方法に関する。

［従来の技術］ ２つの水平成分H_xおよびH_yに対応する出力信号、およ
び垂直磁界成分H_zに対応する出力信号を出す、３個の直
交素子から成る、磁力計型羅針盤では、式 arctan（H_y/H_x） （１） から羅針盤の方位θを計算する。この種の羅針盤は、通
常、共通平形構成体上にあって、両水平軸を中心として
移動するように配設された、水平磁界（H_x,H_y）セン
サ、およびH_z成分が、地球中心部に向かって半径方向側
に向き、また平形構成体が、地球表面に対して正接する
ように、H_x,H_yセンサ平面に対して直交に配設されたペ
ンダント形分銅を備えている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この種の羅針盤は、電気的および機械的に複
雑であり、また液体で満たした密閉ハウジングに内蔵さ
れているため、各組立素子を正確に調整するのが困難で
ある。すなわち、水平磁界測定素子がH_z成分測定素子と
完全に直交していないと、最高（低）緯度地方等におい
て、式（１）で計算した航行方向にかなりの誤差が生じ
て、校正し直さなければならない。

従来は、磁界を計算して校正を行っていた。すなわ
ち、台を地表の種々の場所に移動し、各場所と、羅針盤
が示した航行方向との誤差に応じて、計算された航行方
向を修正していたが、このような校正方法は、不便であ
り、不正確であることが多く、これを本発明の解決課題
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は、上記問題点を解消した羅針盤方位修
正方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明においては、第１緯度で、
地磁界を表す、第１磁界を与える工程、得られたH_x,H_y
およびH_z信号を記憶する工程、第２緯度で地磁界を表
す、第２磁界を与える工程、得られたH_x,H_yおよびH_z信
号を記憶する工程、前記別個に記憶された信号H_x,H_yお
よびH_zの差を、差分信号dH_x,dH_yおよびdH_zとして出す工
程、dH_x/dH_zから、第１誤差係数信号Ｐを計算する工
程、dH_y/dH_zから、第２誤差係数信号Ｒを計算する工
程、および方位角のコサインおよびサインの計算に、誤
差係数ＰおよびＲを加算する工程から成り、 式 θ＝arctan（H_ym/H_xm） ＝arctan［（H_y−H_z＊Ｒ）／（H_x−H_z＊Ｐ）］ から、修正方位角を計算することを特徴とする羅針盤方
位校正方法を、一つの課題解決手段とする。

また、本発明においては、第１緯度で、地磁界を表す
第１磁界を与える工程、得られたH_x,H_yおよびH_z信号を
記憶する工程、第２緯度で、地磁界を表す第２磁界を与
える工程、得られたH_x,H_yおよびH_z信号を記憶する工
程、前記別個に記憶した信号H_x,H_yおよびH_zの差を、そ
れぞれ差分信号dH_x,dH_yおよびdH_zとして出す工程、dH_x/
dH_zから、第１誤差係数信号Ｐを計算する工程、dH_y/dH_z
から、第２誤差係数信号Ｒを計算する工程、および方位
角のコサインおよびサインの計算に、誤差係数Ｐおよび
Ｒを加算することにより、 式 H_x（修正済）＝H_x′cosP＋H_z′sinP および 式 H_y（修正済）＝H_y′cosR＋H_z′sinR で表されるＨベクトル出力信号を出す工程から成ること
を特徴とする羅針盤方位校正方法を、別の課題解決手段
とする。

［作 用］ 本発明による羅針盤方位修正方法では、羅針盤製造の
最終工程において、少なくとも２つの異なる磁界を印加
し、該磁界に対して、水平および垂直磁界成分に相当す
る信号H_x,H_yおよびH_zを記憶するが、この場合、２つの
印加磁界において、測定された水平磁界成分（垂直成分
に対する）間の差を処理して、２つの修正係数を出し、
これを羅針盤に永久記憶して、方位角の計算に役立て
る。こうした処理は、研究室又は製造環境内で行われ、
計算された誤差修正係数は、製造された各羅針盤に、局
部記憶される。こうして計算し羅針盤に記憶した係数に
ついては、設置後、現場校正する必要はなく、縦ゆれお
よび横ゆれの残差アンバランスを反映する。

また、羅針盤に、物理的ショックがかかり、水平磁界
測定素子と垂直磁界測定素子とを整合し直さなければな
らない場合は、ハウジング又は機械的構成体を分解せず
に、羅針盤を工場に戻して再校正できる。

［実施例］ 次に添付図面を参照して本発明方法の好適実施例を説
明する。

図示のとおり、羅針盤は、磁力計アセンブリ20から成
っており、該磁力計は、それぞれx,yおよびｚ座標に沿
って配置され、平形取付面28に取付けられた、３個の直
交磁界感知磁束ゲート22,24,26を備えており、前記取付
面からは、通常ｚ座標に沿って、ペンダント形分銅30が
垂下している。また前記取付面28は、x,y座標を中心と
して自由に移動できるように、ジンバル構成されてい
る。分銅30は、ｚ軸線を、地球中心部に向かって、半径
方向に保つと共に、平形面28を地表に対して正接位置に
保っている。羅針盤のコンピュータ部40の一部である、
信号サンプリング素子42は、磁束ゲート22,24および26
が測定したH_x,H_yおよびH_z信号を受信して記憶し、素子4
4で方位角θを計算できるようにする。上記システムで
は、方位角θを式（１）で計算すると、垂直重力と平形
面28上の水平感知素子22,24との整合誤差により、誤り
が出てしまう。本発明方法では、垂直感知素子26の不整
合から、誤差ＲおよびＰを割り出し、次式（２），
（３）に示すように、方位角θの計算に役立てる。

H_x＝H_x′cosP＋H_z′sinP （２） （ここにH_xは地球磁界のｘ軸方向水平成分の信号出力、 H_x′は地球磁界のｘ軸方向水平成分の真値、 H_z′は地球磁界のｚ軸方向成分の真値、 Ｐは現実の取付面（28）がＹ軸に関し傾斜している誤差
角 であり、したがって式（２）は、方位角がθである場合
において、地球磁界のｘ軸方向水平成分の測定値（H_x）
が、H_x′の取付面（28）に沿う方向の成分（右辺第１
項）と、H_z′の取付面（28）に沿う方向の成分（右辺第
２項）との和で表されることを示す） H_y＝H_y′cosR＋H_z′sinR （３） （ここにH_yは地球磁界のｙ軸方向水平成分の信号出力、 H_y′は地球磁界のｙ軸方向水平成分の真値、 H_z′は地球磁界のｚ軸方向成分の真値、 Ｒは現実の取付面（28）がｘ軸に関し傾斜している誤差
角 であり、したがって式（３）は、方位角がθである場合
において、地球磁界のｙ軸方向水平成分の測定値（H_y）
が、H_y′の取付面（28）に沿う方向の成分（右辺第１
項）と、H_z′の取付面（28）に沿う方向の成分（右辺第
２項）との和で表されることを示す） また、ＲおよびＰが、15゜以下等の小角度である場合
には、H_Z＝H_z′であるから、近似的に H_x＝H_x′＋H_Z＊Ｐ （４） H_y＝H_y′＋H_Z＊Ｒ （５） となる。

修正係数ＲおよびＰは、図示のように、平面28の整合
ずれに相当するが、ラボまたは製造組立工程の一部とし
て、通常ヘルムホルツ（Helmholz）コイル50によって、
磁界感知素子22,24,26領域全体に、おおむね均一な第１
および第２磁界を順次形成することにより計算される。
コイル50を付勢すると、２つの異なる緯度に相当する、
第１および第２磁界H_Z1′,H_Z2′ができる。次式
（６），（７）に従って、これら２磁界において、水平
成分H_xから得られる信号H_x1,H_x2を測定する。

H_x1＝H_X1′＋H_Z1′＊Ｐ （６） H_x2＝H_X2′＋H_Z2′＊Ｐ （７） つぎに、地球磁界の性質上H_X1′＝H_X2′と見做して差
し支えないので、これら両式から、信号H_x1とH_x2の差が
式（８）のとおり計算される。

H_x1−H_x2＝（H_Z1′−H_Z2′）＊Ｐ （８） 同様にして、H_Y信号の差を、次式（９）で計算する。

H_y1−H_y2＝（H_Z1′−H_Z2′）＊Ｒ （９） 修正係数P,Rは、羅針盤内における、磁界感知素子の
アンバランスまたは整合ずれを表すが、これらは、それ
ぞれ式（８），（９）を変形した次式（10），（11）か
ら計算する。

（H_x1−H_x2）／（H_Z1−H_Z2）＝dH_x/dH_Z＝Ｐ （10） （H_y1−H_y2）／（H_Z1−H_Z2）＝dH_y/dH_Z＝Ｒ （11） 得られた係数ＰおよびＲを、羅針盤に記録し、これら
を使って、次式（12），（13）から２つの水平成分を計
算する。

H_xm（実測H_x）＝H_Hcosθ＝H_x−H_Z＊Ｐ （12） H_ym＝H_Hsinθ＝H_y−H_Z＊Ｒ （13） 従って、式（14）から修正方位θ_CORが次のように計
算される。

式（12），（13）は、それぞれ式（４），（５）か
ら、それぞれH_x′,H_y′を推定する式である。なおH_Hは
外部磁界の合成水平成分をあらわす。

θ_COR＝ATN（H_ym/H_xm） ＝ATN［（H_y−H_Z ^＊Ｒ）／（H_x−H_Z ^＊Ｐ）］ （1
4） （ATNはarctangentをあらわす） さらに厳密には、R,Pが微小であるときに許される近
似計算を適用しないことにすれば、 θ_COR＝ATN（H_ym/H_xm） ＝ATN［（H_y−H_ZsinR）／（H_x−H_ZsinP）］ （1
5） を得る。

また、Ｈベクトル出力信号については、式（16），
（17）から求められる。

H_y（COR）＝H_y−H_ZsinR （16） H_X（COR）＝H_X−H_ZsinP （17） 上式において、H_y（COR）,H_X（COR）はそれぞれ修正
後のH_yおよびH_xをあらわす。すなわち修正後のｙ軸方向
の地球磁界H_y（COR）は、式（16）のとおり、ｙ軸方向
地球磁界の信号出力H_yからｚ軸方向地球磁界の信号出力
H_zのｙ軸方向成分（H_zsinR）を差し引いて得られる。ま
た修正後のｚ軸方向の地球磁界H_x（COR）は、式（17）
により同様にして得られる。

図示のように、素子46は、記憶された値H_x,H_yおよびH
_zを受信し、上式から修正係数ＲおよびＰを計算する。E
PROM,ROM等の記憶レジスタ48は、得られた係数Ｒおよび
Ｐを記憶するが、係数計算素子については、計算素子44
の一部として組込んだり、磁力計算素子20に常設するこ
とができる。代替実施例では、素子46に代わって、羅針
盤製造中の校正時のみに限って、接続する外部装置で、
係数ＲおよびＰを計算する。

本発明による校正処理例として、ヘルムホルツコイル
を付勢して、相対する−500mG（リミガウス）および＋5
00mGの磁界を形成して、式（10）でＰを計算すると、H
_x1＝100、H_x2＝110およびH_z1−H_z2＝1000となり、この
ため、Ｐ＝dH_x/dH_z＝0.01で、これは、0.57゜のアンバ
ランス又は整合ずれに相当する。

上記の通り、本発明実施例の詳細を説明したが本発明
はこれに限定されず、種々の修正変形を加えることがで
きる。

［発明の効果］ 上記の説明から分かるように、本発明によると、従来
方法に比して、より簡単な構成により、より簡便かつ正
確に、方位修正が行える。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明による方位計算、校正素子の概略図および
ブロック線図である。 20……磁力計アセンブリ 40……コンピュータ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平成分を独立出力信号H_xおよびH_yとして
   感知するほぼ水平に配置された手段、および垂直成分を
   感知して対応する出力信号H_zを出すほぼ垂直に配置され
   た手段を備える磁力計からなる、羅針盤の方位θを校正
   する方法であって、 第１緯度で、地磁界を表す第１磁界を与える工程、 得られたH_x,H_yおよびH_z信号を記憶する工程、 第２緯度で、地磁界を表す第２磁界を与える工程、 得られたH_x,H_yおよびH_z信号を記憶する工程、 前記別個に記憶されたH_x,H_yおよびH_zの差を、それぞれ
   差分信号dH_x,dH_yおよびdH_zとして出す工程、 dH_x/dH_zから、第１誤差係数信号Ｐを計算する工程、 dH_y/dH_zから、第２誤差係数信号Ｒを計算する工程、お
   よび 方位角のコサインおよびサインの計算に、誤差係数Ｐお
   よびＲを加算する工程から成り、 式 θ＝arctan（H_ym/H_xm） ＝arctan［（H_y−H_z＊Ｒ）／（H_x−H_z＊Ｐ）］ から、修正方位角を計算することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】前記ＲおよびＰ項を、それぞれsinRおよび
   sinPとする 式 θ＝arctan（H_ym/H_xm） ＝arctan［（H_y−H_zsinR）／（H_x−H_zsinP）］ から正確な方位を求めることを特徴とする請求の範囲１
   による方法。
3. 【請求項３】羅針盤を外部から校正することを特徴とす
   る請求の範囲１による方法。
4. 【請求項４】水平成分を独立出力信号H_xおよびH_yとして
   感知するほぼ水平に配置された手段、および垂直成分を
   感知して対応する出力信号H_zを出すほぼ垂直に配置され
   た手段を備える磁力計からなる、羅針盤の方位θを校正
   する方法であって、 第１緯度で、地磁界を表す第１磁界を与える工程、 得られたH_x,H_yおよびH_z信号を記憶する工程、 第２緯度で、地磁界を表す第２磁界を与える工程、 得られたH_x,H_yおよびH_z信号を記憶する工程、 前記別個に記憶されたH_x,H_yおよびH_zの差を、それぞれ
   差分信号dH_x,dH_yおよびdH_zとして出す工程、 dH_x/dH_zから、第１誤差係数信号Ｐを計算する工程、 dH_y/dH_zから、第２誤差係数信号Ｒを計算する工程、お
   よび 方位角のコサインおよびサインの計算に、誤差係数Ｐお
   よびＲを加算することにより、式 H_x（修正済）＝H_x−H_zsinPおよび H_y（修正済）＝H_y−H_zsinR で表わされるＨベクトル出力信号を出す工程から成るこ
   とを特徴とする方法。