JPH10318752A - 移動体または回転体の方位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体または回転体を３６０度旋回または回
転させる必要がなく、かつ正確に移動体の進行方向の方
位または回転体の指示方向を測定できる移動体または回
転体の方位測定装置を提供する。 【解決手段】 磁気検出手段に、互いに任意の角度をな
すように移動体または回転体に固設され、地磁気の水平
成分を検出する４個の磁気検出素子１１ａ、１１ｂ、１
１ｃ、１１ｄを用い、それぞれの磁気検出素子１１ａ、
１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにより出力された信号に基づ
き、移動体または回転体の方向を算出する演算手段６を
有する構成となっている。この方位測定装置は、地磁気
ｂ１、移動体または回転体の固有磁気ｒ１が変化しても
精度良く移動体の進行方向の方位または回転体の指示方
向を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の進行方
向、または回転可能なアンテナなどのビーム方向を検出
する移動体または回転体の方位測定装置に関する。

【従来の技術】車両などの移動体の進行方向や、回転可
能に設置されたアンテナ体のビーム方向を検出する従来
の方位測定装置を図５に基づいて説明する。ここでは、
説明を煩雑にしないために、車両の進行方向を検出する
方位測定装置に限定して説明するが、回転可能なアンテ
ナ体等であっても同様に動作する。図７に示すように、
地磁気の水平成分を検出する磁気センサ５２は車両７１
の進行方向における地磁気の水平成分を検出するように
載置され、図５に示すように一つの磁気検出コイル６１
と、この磁気検出コイル６１を励振するドライブコイル
６２を有している。そして、このドライブコイル６２に
周波数ｆの交流信号を生成する発振器５１の発振出力が
供給されるようになっている。また、磁気検出コイル６
１の検出出力は、増幅器５４を介して位相検波器５５に
入力される。位相検波器５５には、発振器５１の発振出
力を逓倍し、周波数２ｆの周波数の交流信号に変換する
逓倍器５３の出力信号が入力されるようになっており、
この逓倍器５３の出力信号に基づいて位相検波器５５で
は増幅器５４より入力される磁気センサ５２の検出出力
が位相検波され、その出力信号は制御回路６０に入力さ
れるようになっている。そして、上記磁気検出コイル６
１、ドライブコイル６２、発振器５１、増幅器５４、位
相検波器５５並びに逓倍器５３にて、１つの磁気検出手
段が構成されている。今、仮想円（図示せず）を描き、
仮想円中０度の位置を東、９０度の位置を北、１８０度
の位置を西、２７０度の位置を南とする。そして、車両
が、その仮想円上を反時計方向に旋回した時の磁気検出
コイル６１の出力は以下のようになる。まず、磁気検出
コイル６１の方向が０度の位置にいる時、車両も東を向
いており、磁気検出コイル１１の向きと地磁気の向きと
が直交するため、磁気センサ５２の出力は０となる。次
いで、車両の旋回にともない、磁気検出コイル６１の方
向が９０度（北）の位置に来た時には、磁気検出コイル
１１の向きと地磁気の向きとが一致するため、その出力
は極大値となる。同様に、１８０度（西）の位置では出
力は０となり、２７０度（南）の位置では出力は極小値
となる。そして、各間の位置における出力の変化は、図
６に示すように、サインカーブとなる。したがって、事
前に車両を３６０度旋回させて、磁気検出手段により得
られた極大と極小のデータを記憶しておき、上記磁気検
出手段の出力値と比較演算することにより、車両の進行
方向の方位角θ、すなわち、車両の進行方向または車両
が向いている方向を知ることができる。ここで、図６か
ら明らかなように、ある出力値が検出されると、極大値
及び極小値の特異点を除いてそれに対応する方位角θが
２つ存在するため、そのままでは車両がどの方向を向い
ているのかが不定となる。これを解決するために、上記
２つの方位角θ１ ，θ２ が極大値または極小値を挟ん
で両側に位置することに着目し、磁気センサ５２の出力
値が増加基調にあるか減少基調にあるかを検出し、いず
れか１つを決定するようにしている。すなわち、図６に
よれば、例えば車両が左旋回していると仮定すると、出
力値が増加基調にあれば、車両は方位角θ１ を向いて
いることになり、減少基調にあれば方位角θ２ を向い
ていることになる。そして、この増減方向の検出は、例
えば、前回検出した出力値を記憶しておき、その前回デ
ータと今回検出された出力値との差をとることにより容
易に検出することができる。これにより、一つの磁気検
出コイル６１からの出力に基づいて車両の進行方向また
は車両が向いている方向を検出することができる。具体
的には、制御回路６０は、位相検波器５５から与えられ
た信号及び記憶部（図示せず）に記憶した極大と極小デ
ータに基づいて移動体の方位角を算出する演算回路５６
と、記憶部に過去に格納された演算回路の出力データと
演算回路５６から出力される最新のデータとの異同並び
に大小を比較し、その比較出力と前記演算回路５６の最
新の出力データから車両の進行方向を判定する方向判定
回路５７とを備えている。ここで車両に載置した磁気検
出コイル６１から、地磁気上の東方向へ伸ばした線を基
準線として測定した車両の進行方向の方位角θは、事前
の１回転時に得られたデータの極大値をＬmax 、極小値
をＬmin 、さらに測定時の磁気検出手段の出力値をＬと
すると、 θ＝ｓｉｎ^-1｛｛２Ｌ−(Ｌmax＋Ｌmin)｝／(Ｌmax−Ｌmin)｝ （１） で与えられる。演算回路５６は、（１）式の計算を行
い、求められたθから適切なθを方向判定回路５７で決
定する。

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の移動体
または回転体の方位測定装置では、移動体または回転体
の正確な進行方向または指示方向を得るのに、移動体や
回転体のもつ固有磁気ｒ１の影響を取り除く必要があ
り、そのためには、移動体または回転体を３６０度旋回
または回転し、図6で示したような固有磁気ｒ１を求め
る必要があり、特に移動体の場合にはそれは煩わしいこ
とであった。さらに、この固有磁気ｒ１はまわりの環境
などで変化するために、ある場所で移動体または回転体
を３６０度旋回または回転して固有磁気ｒ１の値を得た
としても、移動した場所の環境、たとえば電車の踏切な
どの強磁場などにより値が変化するため、再び３６０度
旋回または回転しなければ、正確な車両または回転体の
進行方向または指示方向を得ることが出来ないという課
題があった。本発明は、上記の課題を解決し、移動体ま
たは回転体を３６０度旋回または回転させる必要がな
く、かつ正確に移動体の進行方向または回転体の指示方
向を測定できる移動体または回転体の方位測定装置を提
供することを課題としている。

【課題を解決するための手段】本発明にかかわる移動体
または回転体の方位測定装置は、磁気検出手段に、互い
に任意の角度をなすように移動体または回転体に固設さ
れ、地磁気の水平成分を検出する４個の磁気検出素子を
用い、それぞれの磁気検出素子により出力された信号に
基づき、移動体または回転体の方向を算出する演算手段
を有する構成とした。そして、本発明の移動体または回
転体の方位測定装置における演算手段は、移動体または
回転体の方向情報、移動体または回転体の固有磁気情
報、移動体または回転体の方向と移動体または回転体の
固有磁気方向とのなす角度情報、および移動体または回
転体がある場所の地磁気情報のうち、少なくとも１つの
情報を出力するように構成した。さらに、本発明の移動
体または回転体の方位測定装置における演算手段は、４
個の磁気検出素子がそれぞれ出力する信号に基づいた情
報ｌｉを用いて、下記の（２）式 ｌ_i＝２｛ｒ１ｃｏｓ（Δθ_i＋α）＋ｂ１ｓｉｎ（θ＋Δθ_i）｝ （２） （ただし、ｉ＝１、２、３、４；Δθ_iは、移動体の進
行方向または回転体の指示方向と各磁気検出素子とのな
す角度）に基づいて、移動体または回転体の方向情報
θ、移動体または回転体の固有磁気情報ｒ１、移動体ま
たは回転体の方向と移動体または回転体の固有磁気方向
とのなす角度情報α、および移動体または回転体がある
場所の地磁気情報ｂ１のうち、少なくとも１つの情報を
出力する構成とした。さらにまた、本発明の移動体の方
位測定装置は、ハンドル操作によるハンドル回転角度情
報を検出するハンドル操作検出手段をさらに有し、所定
以内のハンドル回転角度である場合には、移動体固有磁
気情報ｒ１と移動体がある場所の地磁気情報ｂ１を更新
せずに用いて、移動体の方向情報、前記移動体の方向と
移動体固有磁気方向とのなす角度情報のうち、少なくと
も１つを求める構成とした。上記のように構成すること
により、互いに任意の角度をなすように固設された４個
の磁気検出素子から出力された４つの信号ｌ_i（ｉ＝１
〜４）を（２）式に代入すると、式の数が４つ、未知数
がｒ１、α、ｂ１、θの４個であるために、これらの未
知数を求めることが出来る。なお、Δθ_iは、上記のよ
うに移動体の進行方向または回転体の指示方向と各磁気
検出素子とのなす角度であるために、磁気検出素子を取
り付けるときに既知である。

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。まず、本発明にかかわる移動体または回
転体の方位測定装置の測定原理について説明する。図２
及び図３は、移動体の進行方向と、移動体の固有磁気、
地磁気の関係を示す説明図である。図２のように、東西
方向をｘ軸で表わし、北南方向をｙ軸で表わす座標系を
定める。この座標系において、Ｖは移動体の進行方向を
示し、ｂ１はその移動体がいる場所の地磁気ベクトル、
ｒ１はその移動体固有磁化による車両固有磁気ベクト
ル、ｌ１は地磁気ベクトルｂ１と車両固有磁気ベクトル
ｒ１との合成ベクトルである。さらに、θは移動体の進
行方向とｘ軸とのなす角、αは移動体の進行方向と車両
固有磁気ベクトルのなす角であり、したがって、（θ−
α）は車両固有磁気ベクトルとｘ軸とのなす角になる。
この時、Ｐは移動体が旋回したときに生じる合成ベクト
ルｌ１の軌跡を示す。地磁気ベクトルｂ１はある地域内
ではほぼ一定と考えられるので、あまりにも大きく旋回
しない限り地磁気ベクトルｂ１は一定とみなすことが出
来る。この時、合成ベクトルｌ１の大きさは、 ｌ１＝ＳＱＲＴ｛（ｂ１＋ｒ１・ｓｉｎ（θ−α））² ＋（ｒ１・ｃｏｓ（θ−α））²｝ （３） で与えられる。（ただし、ＳＱＲＴ（・）は（・）の平
方根を表わす。）合成ベクトルｌ１とｘ軸とのなす角を
φとすると、φは、 ｔａｎφ＝｛ｂ１＋ｒ１・ｓｉｎ（θ−α）｝ ／｛ｒ１・ｃｏｓ（θ−α）｝ （４） で与えられる。次に図３において、移動体の進行方向
（Ｖ、Ｖ'）とΔθの角度をなす方向に取り付けられた
地磁気を検出する１つの磁気検出素子の方向特性曲線
を、中心座標（ａ２，ｂ２）、半径ｒ２の円で表わし、
これをＱとすると、 （ｘ―ａ２）²＋（ｙ―ｂ２）²＝ｒ２² （５） の関係となる。 ここで、ａ２＝ｒ２・ｃｏｓ（θ＋Δθ） ｂ２＝ｒ２・ｓｉｎ（θ＋Δθ） であるので、これを（５）式に代入すると、 ｛ｘ―ｒ２・ｃｏｓ（θ＋Δθ）｝² ＋｛ｙ―ｒ２・ｓｉｎ（θ＋Δθ）｝²＝ｒ２² （６） となる。地磁気ベクトルｂ１と車両固有磁気ベクトルｒ
１との合成磁気ベクトルｌ１と、方向特性曲線Ｑとの交
点は、ｙ＝ｘ・ｔａｎφ の式と（６）式との交点とし
て求めることが出来るから、座標の原点から交点までの
長さｌ２は、 ｌ２＝２ｒ２｛ｃｏｓ（θ＋Δθ）＋ｔａｎφ・ｓｉｎ（θ＋Δθ）｝ ／ＳＱＲＴ（１＋ｔａｎ²φ） （７） （７）式のｔａｎφに（４）式を代入すると、 ｌ２＝２ｒ２｛ｒ１・ｃｏｓ（Δθ＋α）＋ｂ１・ｓｉｎ（θ＋Δθ）｝ ／ＳＱＲＴ｛（ｒ１・ｃｏｓ（θ―α））² ＋（ｂ１＋ｒ１・ｓｉｎ（θ―α））²｝ （８） 移動体の進行方向とΔθの角度をなすように取り付けら
れた磁気検出素子の出力ｌΔθは、合成磁気ベクトルｌ
１と、合成磁気ベクトルｌ１方向への磁気検出素子のゲ
イン成分との積で表わされるので、（３）式と（８）式
を用いて、 ｌΔθ＝ｌ１×ｌ２ ＝２ｒ２｛ｒ１・ｃｏｓ（Δθ＋α）＋ｂ１・ｓｉｎ（θ＋Δθ）｝ （９） となる。（９）式を簡単のためにｒ２＝１と正規化すると、 ｌΔθ＝２｛ｒ１・ｃｏｓ（Δθ＋α）＋ｂ１・ｓｉｎ（θ＋Δθ）｝ （１０） が得られる。ここで、移動体の進行方向とのなす角度が
それぞれ既知である４つの磁気検出素子の出力が得られ
るならば、（１０）式の未知数は、移動体の進行方向
θ、車両固有磁気ベクトルｒ１、車両固有磁気ベクトル
ｒ１と移動体の進行方向のなす角α、地磁気ベクトルｂ
１の４つであり、（１０）式は４式できるので、未知数
を求めることができる。たとえば図８に示すように、磁
気検出素子である磁気検出コイル８１、８２、８３、８
４のうち１つの磁気検出コイル８１を移動体の進行方向
と同じ方向に、すなわち、Δθ＝０に取り付け、他の磁
気検出コイル８２、８３、８４をそれぞれΔθ＝４５
°、Δθ＝９０°、Δθ＝１３５°となるように取り付
けた場合、 ｌ０＝２｛ｒ１・ｃｏｓα＋ｂ１・ｓｉｎθ｝ ｌ４５＝２｛ｒ１・ｃｏｓ（α＋４５°）＋ｂ１・ｓｉｎ（θ＋４５°）｝ ｌ９０＝２｛ｒ１・ｃｏｓ（α＋９０°）＋ｂ１・ｓｉｎ（θ＋９０°）｝ ｌ１３５＝２｛ｒ１・ｃｏｓ（α＋１３５°）＋ｂ１・ｓｉｎ（θ＋１３５° ）｝ （１１） の４つの式により、４つの未知数θ、ｒ１、α、ｂ１を
求めることができる。上記のことから明らかなように、
本発明は、移動体を旋回させて磁気検出素子の出力の極
大値と極小値を求める必要がなく、４つの磁気検出素子
の出力を得るだけで、移動体のｘ軸（東）を基準にして
測定した進行方向の方位角などを得ることができる。 （１１） 式を解くために、本実施の形態ではＮｅｗｔ
ｏｎ―Ｒａｐｈｓｏｎ法を用いている。もちろん、本発
明は４つの未知数を４つの式から導き出せる手法であれ
ばこれに限定されるものではない。Ｎｅｗｔｏｎ―Ｒａ
ｐｈｓｏｎ法は良く知られているのでこれについての説
明はここでは省略するが、本実施の形態では、一度求め
たθ、ｒ１、α、ｂ１の値をメモリに記憶させて、次の
計算時の初期値に用いるようにして計算の収束時間を短
縮している。この４つの磁気検出素子のそれぞれの出力
から４つの未知数θ、ｒ１、α、ｂ１を求めるＮｅｗｔ
ｏｎ―Ｒａｐｈｓｏｎ法は、演算回路内のソフトウエア
で実行されているがこれに限定されるものではない。以
上、本発明の実施の形態を、移動体を例にして説明した
が、建物に取り付けられた回転可能なビームアンテナな
どのアンテナのビーム方向を検出する場合にも本発明は
適用できる。この場合には、θがアンテナのビーム方向
の方位角を、ｒ１がアンテナの固有磁気ベクトル示し、
Δθはアンテナのビーム方向と磁気検出素子のなす角度
になる。また、ｂ１は地磁気ベクトル、αはアンテナの
固有磁気ベクトルとアンテナのビーム方向とのなす角で
ある。アンテナが建物などの固定した場所に設置される
場合には、地磁気ベクトルｂ１はほとんど変化せず、ま
た、アンテナの固有磁気ベクトルｒ１も変化が小さいと
考えられるので、一旦求めたｂ１とｒ１は有効な初期値
として使用でき、計算時間を短縮することが出来る。ま
た、移動体に取り付けられた回転可能なアンテナの場合
には、地磁気ベクトルｂ１、アンテナの固有磁気ベクト
ルｒ１は変化するが、移動体の進行方向検出の場合と同
様にして、そのビーム方向を求めることができる。

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。図１は、移動体や回転体に載置される方位測定装
置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、
地磁気の水平成分を検出する磁気センサ２は車両（図示
せず）の進行方向における地磁気の水平成分を検出する
ように載置され、図１に示すように４つの磁気検出コイ
ル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、これらの磁気検
出コイル１１を励振するドライブコイル１２を有してい
る。そして、このドライブコイル１２に周波数ｆの交流
信号を生成する発振器１の発振出力が供給されるように
なっている。また、磁気検出コイル１１の検出出力は、
４つの増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを介して４つの位
相検波器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに入力される。位相検
波器５には、発振器１の発振出力を逓倍し、周波数２ｆ
の周波数の交流信号に変換する逓倍器３の出力信号がそ
れぞれ入力されるようになっており、この逓倍器３の出
力信号に基づいて位相検波器５では増幅器４より入力さ
れる磁気センサ２の４つの検出出力が位相検波され、そ
の４つの出力信号は制御回路１０に入力されるようにな
っている。そして、上記磁気検出コイル１１、ドライブ
コイル１２、発振器１、増幅器４、位相検波器５並びに
逓倍器３にて、１つの磁気検出手段が構成されている。
磁気検出コイル１１は、たとえば図８に示すように互い
に４５度の角度をなすように取り付けられているとす
る。したがって、１つの磁気検出コイルを移動体の進行
方向に一致させて取り付けると、（１１）式に示すよう
なｌ０、ｌ４５、ｌ９０、ｌ１３５に対応する出力が増
幅器４、位相検波器５を介して得られる。制御回路１０
は、入力されたデータｌ０、ｌ４５、ｌ９０、ｌ１３５
に基づいて（１１）式を解き、移動体の進行方向の方位
を算出する演算回路６と演算回路６が出力する方位デー
タを地図上の方位データに修正する方向決定回路７とを
有している。方向決定回路７を演算回路６に含めて構成
してもよいことはいうまでもない。方向決定回路７の出
力はカーナビゲータ９などに入力され、その表示手段で
あるディスプレイにて移動体の運転・操縦者に知らされ
る。演算回路６は、Ａ／Ｄ変換機能を有するＣＰＵ（図
示せず）とメモリ（図示せず）を持ち、位相検波器５を
介して入力された磁気検出コイル１１の出力情報ｌ０、
ｌ４５、ｌ９０、ｌ１３５をＡ／Ｄ変換した後、Ａ／Ｄ
変換されたデータを用いて（１１）式をＮｅｗｔｏｎ―
Ｒａｐｈｓｏｎ法などのプログラムによって解き、移動
体の進行方向の方位データθ、車両固有磁気ｒ１、車両
固有磁気ベクトルｒ１と移動体の進行方向のなす角α、
地磁気ｂ１を求めている。これらの求められたデータ
θ、ｒ１、α、ｂ１はメモリに格納され、次回の（１
１）式の演算の初期値として用いられる。地磁気ｂ１、
車両固有磁気ｒ１および車両固有磁気ベクトルｒ１と移
動体の進行方向のなす角αは急に大きく変化するもので
はないので、上記のように求めたデータを次回の演算の
初期値として使用することは（１１）式の演算収束時間
を短縮することに有効である。本実施例では、さらに、
移動体の進行方向の方位データθ、車両固有磁気ｒ１、
車両固有磁気ベクトルｒ１と移動体の進行方向のなす角
α、地磁気ｂ１のうち任意のデータを初期値として演算
回路６に入力するためのキーボードなどの入力手段８を
設けている。たとえば、移動体の進行方向の方位θは、
地図を見ればおおよそどの方向に向かっているかを容易
に知ることができるので、初期値として入力手段８から
予め入力しておくと（１１）式の演算収束時間が短縮さ
れる。また、地磁気ｂ１の値は理科年表などで知ること
ができるので、日本の平均的な地磁気の値を装置出荷前
にメーカが予め不揮発性メモリなどに入れておくように
することができる。このようにすれば、不適切な初期値
を与えることがないので、演算時間の短縮化を図ること
ができる。さらにまた、本実施例では運転・操縦者のハ
ンドル１４の操作を検出するハンドル操作検出回路１３
を有しており、ハンドル操作検出回路１３の出力は演算
回路６に入力されている。ハンドル操作検出回路１３
は、一定時間内のハンドル操作の回転角を検出するもの
であって、オプティカルエンコーダなどの光学的な検出
手段、回転角を抵抗値や電圧値などで検出する電気的な
検出手段など上記の出力を得られるものであればなんで
もよい。ハンドル操作検出手段１３は次の場合に有効性
を示す。たとえば、移動体が踏み切りなどで停車してい
る場合、電車が移動体のすぐ前を通過中または通過直後
の磁気検出コイル１１からの出力は比較的大きく影響を
受ける。このような場合、影響を受けたデータｌ０、ｌ
４５、ｌ９０、ｌ１３５を用いて（１１）式を計算する
と、誤ったデータθ、ｒ１、ｂ１、αが求まってしま
う。ハンドル操作検出回路１３は、所定の時間内にハン
ドルを所定の回転量以上大きくハンドル１４を操作した
かどうかを検出し、所定の回転量以下のハンドル操作で
あって、かつ移動体の進行方向の方位が大きく変化した
場合には、メモリに記憶してある前回の方位データを出
力するようにしている。もちろん、電車などが発生する
外乱磁界がなくなった後は、通常どおり移動体の進行方
向の方位データθ、車両固有磁気ｒ１、車両固有磁気ベ
クトルｒ１と移動体の進行方向のなす角α、地磁気ｂ１
を得ることができる。外乱磁界がなくなった後でも、外
乱磁界の影響で、車両固有磁気ベクトルｒ１や、車両固
有磁気ベクトルｒ１と移動体の進行方向のなす角αなど
が以前とは異なる値に変化してしまうことがある。この
ような場合にも、４つの磁気検出コイルからの出力値に
基づいて、新しい移動体の進行方向の方位データθ、車
両固有磁気ｒ１、車両固有磁気ベクトルｒ１と移動体の
進行方向のなす角α、地磁気ｂ１を得ることができるの
で、本発明の移動体または回転体の方位測定装置は問題
なく対処できる。上記のように、本発明の移動体の方位
測定装置は、地磁気ベクトルｂ１や、車両固有磁気ベク
トルｒ１や、車両固有磁気ベクトルｒ１と移動体の進行
方向のなす角αが変化しても正確に移動体の進行方向の
方位を測定できるので、有人・無人の移動体の自動操縦
にも適用できる。たとえば、移動体の走行距離を測定す
る走行距離検出手段と本発明の移動体の方位測定装置具
備した車両において、走行距離と進行方向を道路などに
沿って予め細かく設定しておき、車両が走行中に常時進
行方向と走行距離を求めて、予め設定した走行距離と進
行方向とに一致させるように車両の走行を制御すれば、
移動体の自動操縦が可能になる。これは、地磁気ベクト
ルｂ１や、車両固有磁気ベクトルｒ１や、車両固有磁気
ベクトルｒ１と移動体の進行方向のなす角αが変化して
も正確に移動体の進行方向の方位を測定できる本発明を
適用するから可能となるのである。次に本発明の移動体
または回転体の方位測定装置を、回転可能なアンテナに
適用したビームアンテナの方向制御装置を実施例を図４
に基づいて説明する。本実施例のビームアンテナ方向制
御装置は、アンテナ４１、４個の磁気検出コイルを含み
アンテナ４１に取り付けられた磁気センサ４２、アンテ
ナ４１を回転するモータ４３、磁気センサ４２の出力を
アンテナ４１の方向に対応する電気信号にして出力する
フラックスゲート磁力計の電子回路部分等で構成される
磁気測定手段４４、磁気測定手段４４の出力をディジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４５、Ａ／Ｄ変換器４５
の出力を受けて現在のアンテナ４１のビーム方向を決定
し、アンテナ４１を所定の方向に設定するための制御信
号を出力する演算処理装置４６、演算処理装置４６が出
力するモータ４３に対するモータ制御信号４０を受け、
モータ４３を駆動する信号を出力するモータ駆動回路５
０、および演算処理装置４６に指示を与えるためのキー
ボード４８から構成されている。演算処理装置４６は、
例えばパソコンなどで構成されており、その場合には、
ＣＲＴなどの表示装置４７及びフロッピードライブやハ
ードディスクドライブ装置などの記憶装置４９がその周
辺装置として接続されている。アンテナ４１の現在のビ
ーム方向の検出は、発明の実施の形態および移動体の方
位測定装置の実施例で述べたものと同様の動作で検出さ
れる。すなわち、磁気センサ４２内の４個の磁気検出コ
イルで検出されたｌ０、ｌ４５、ｌ９０、ｌ１３５に対
応するデータを磁気測定手段４４で電気信号にして出力
し、それをＡ／Ｄ変換器４５でディジタル信号に変換し
て方位決定データｌ０、ｌ４５、ｌ９０、ｌ１３５と
し、演算処理装置４６に入力する。ここで磁気測定手段
４４の出力は、図１の位相検波器４の出力に相当する。
演算処理装置４６は、方位決定データｌ０、ｌ４５、ｌ
９０、ｌ１３５に基づいて（１１）式からビームアンテ
ナのビーム方向の方位データθ、アンテナ体固有磁気ベ
クトルｒ１、アンテナ体固有磁気ベクトルｒ１とビーム
アンテナのビーム方向とのなす角α、地磁気ｂ１を求め
るＮｅｗｔｏｎ―Ｒａｐｈｓｏｎ法のプログラムを格納
している。求められた現在のアンテナビームの方位角Ｑ
を演算処理装置４６の記憶部（図示せず）に格納する。
所望の方向にアンテナ４１を向ける場合には、キーボー
ド４８から所望の方位角Ｐを入力する。演算処理装置４
６は入力された方位角Ｐと現在のアンテナの方位角Ｑと
を比較し、その方位角間の差が無くなるようにモータ制
御信号４０を出力する。本実施例の場合のモータ駆動回
路５０は、モータ制御信号４０により半導体リレーのオ
ン・オフを制御して、モータ用電源の電流のモータ４３
への印加をコントロールしている。このようにしてアン
テナ４１を回転させるとともに、演算処理装置４６は、
回転中のアンテナ４１の方位角Ｑを順次求め、所望の方
位角Ｐとその都度比較して、新しいモータ制御信号４０
を出力する。そして、所望の方位角Ｐと現在の方位角Ｑ
との間に差が無くなったとき、またはその差が所定以上
に小さくなったときにモータを止めるように制御してい
る。もちろん、モータの種類によって、演算処理装置４
６が出力するモータ制御信号４０は変わる。例えば、モ
ータ駆動信号のパルス数やパルス幅によって回転が制御
されるモータの場合は、所望の方位角Ｐと現在のアンテ
ナ４１の方位角Ｑの差によって決められる回転角度に対
応するパルス数やパルス幅をモータ制御信号４０として
１回与えるだけで良い。また、本実施例の演算処理装置
４６は、所望の方位角Ｐと現在の方位角Ｑとの差が正
か、負かを判断し、アンテナ４１を右に回すか、左に回
すかを決定している。ビームアンテナなどのアンテナ体
が建物に固定されている場合は、地磁気ベクトルｂ１の
変化は少なく、また外乱磁界による影響がなければアン
テナ体固有磁気ベクトルｒ１、アンテナ体固有磁気ベク
トルｒ１とビームアンテナのビーム方向とのなす角αも
変化が小さいと考えられる。したがって、求めたｂ１、
ｒ１、αを演算処理装置４６内の記憶部にその都度また
は適当なタイミングで格納して、次回からの演算の初期
値として使用すれば、アンテナのビーム方向の方位デー
タθを求めるときの収束時間が極めて短縮される。本発
明では、移動体の進行方向または回転体の指示方向θ、
移動体または回転体固有磁気ベクトルｒ１、移動体また
は回転体固有磁気ベクトルｒ１と移動体の進行方向また
は回転体の指示方向とのなす角α、地磁気ベクトルｂ１
の４つの情報が求まるが、これをすべて出力する必要は
なく、必要な情報を出力すればよい。上記の実施例で
は、磁気検出素子に磁気検出コイルを用いたが、半導体
磁気検出素子などを用いて構成してもよいし、また4個
以上の磁気検出素子でも良いことはいうまでもない。

【発明の効果】以上のように、本発明の移動体または回
転体の方位測定装置は、移動体または回転体に取り付け
られ、互いになす角度が既知である４つの磁気検出素子
の出力を用いて、移動体または回転体を３６０度旋回ま
たは回転する必要がなく、簡単かつ高精度で、移動体の
進行方向の方位または回転体の指示方向の方位、および
移動体または回転体の固有磁気ベクトル、地磁気、移動
体または回転体の固有磁気ベクトルと移動体の進行方向
または回転体の指示方向とのなす角を求めることができ
る。さらに、本発明の移動体または回転体の方位測定装
置は、移動体または回転体の固有磁気ベクトル、地磁
気、移動体または回転体の固有磁気ベクトルと移動体の
進行方向または回転体の指示方向とのなす角が変化した
場合も正確に移動体の進行方向の方位または回転体の指
示方向を正確に求めることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動体または回転体の方位測定装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】移動体の進行方向と、移動体の固有磁気、地磁
気の関係を示す説明図である。

【図３】移動体の進行方向と、移動体の固有磁気、地磁
気及び磁気検出素子の特性曲線の関係を示す説明図であ
る。

【図４】本発明の移動体または回転体の方位測定装置を
ビームアンテナの方向制御装置に適用した場合の一実施
例を説明する構成図である。

【図５】従来の移動体または回転体の方位測定装置の構
成を説明するブロック図である。

【図６】従来の移動体または回転体の方位測定装置の磁
気検出素子から得られる信号の説明図である。

【図７】従来の移動体方位測定装置を車両に搭載した様
子を示す説明図である。

【図８】本発明の移動体または回転体の方位測定装置に
用いる磁気検出コイルの構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１、 ５１ 発振器 ２、 ５２ 磁気センサ ３、５３ 逓倍器 ４ａ，４ｂ、４ｃ、４ｄ、５４ 増幅器 ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５５ 位相検出器 ６、５６ 演算回路 ７ 方向決定回路 ８ 入力手段 ９ カーナビゲータ １０、６０制御回路 １１ａ，１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、６１ 磁気検出コイ
ル １２、６２ ドライブコイル １３ ハンドル操作検出回路 １４ ハンドル ４０ モータ制御信号 ４１ アンテナ ４２ 磁気センサ ４３ モータ ４４ 磁気測定手段 ４５ Ａ／Ｄ変換器 ４６ 演算処理装置 ４７ 表示装置 ４８ キーボード ４９ 記憶装置 ５０ モータ駆動回路 ５７ 方向判定回路 ７１ 車両 ８１、８２、８３、８４ 磁気検出コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに任意の角度をなすように移動体ま
   たは回転体に固設され、地磁気の水平成分を検出する４
   個の磁気検出素子と、該４個の磁気検出素子により出力
   された信号に基づき、前記移動体または回転体の方向を
   算出する演算手段とから構成されたことを特徴とする移
   動体または回転体の方位測定装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、移動体または回転体の
   方向情報、移動体または回転体の固有磁気情報、移動体
   または回転体の方向と移動体または回転体の固有磁気方
   向とのなす角度情報、および移動体または回転体がある
   場所の地磁気情報のうち、少なくとも１つの情報を出力
   することを特徴とする請求項１に記載の移動体または回
   転体の方位測定装置。
3. 【請求項３】 前記演算手段は、前記４個の磁気検出素
   子の出力ｌ１、ｌ２、ｌ３およびｌ４を用いて、下記の
   式に基づき、移動体または回転体の方向情報θ、移動体
   または回転体の固有磁気情報ｒ１、移動体または回転体
   の方向と移動体または回転体の固有磁気方向とのなす角
   度情報α、および移動体または回転体がある場所の地磁
   気情報ｂ１を得るための演算処理部を有し、前記θ、ｒ
   １、α、ｂ１のうち、少なくとも１つの情報を出力する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の移動体また
   は回転体の方位測定装置。 ｌ_i＝２｛ｒ１ｃｏｓ（Δθ_i＋α）＋ｂ１ｓｉｎ（θ＋
   Δθ_i）｝ （ただし、ｉ＝１、２、３、４；Δθ_iは、移動体の進
   行方向または回転体の指示方向と各磁気検出素子とのな
   す角度）
4. 【請求項４】 前記移動体の方位測定装置は、さらに、
   前記演算処理部で得られた前記データθ、ｒ１、α、ｂ
   １を保持する記憶部と、ハンドル操作によるハンドル回
   転角度情報を検出するハンドル操作検出手段とを有し、
   所定以内のハンドル回転角度である場合には、前回得ら
   れた移動体または回転体の方向情報θを前記記憶部から
   読み出して出力することを特徴とする請求項３に記載の
   移動体の方位測定装置。