CN102224394B - 物理量测量装置以及物理量测量方法 - Google Patents

Abstract

即使不是在作为测量对象的矢量物理量的大小均匀的空间内获取到的测量数据群也能够根据状况迅速或高精确度地估计出可靠性较高的偏移，从而进一步提高估计出的偏移的可靠性。基于使用了差矢量群的规定的评价式，利用统计方法估计所获取的矢量物理量数据群所包含的偏移。偏移估计如下：基于矢量物理量数据群、差矢量群、估计出的多个基准点这三项中的至少一项并按照用于算出基准点的可靠性信息的计算参数来算出基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断基准点是否具有可靠性，将被判断为具有可靠性的基准点作为数据获取单元所获取的矢量物理量数据中所包含的偏移而输出。

Description

物理量测量装置以及物理量测量方法

技术领域

本发明涉及一种物理量测量装置以及物理量测量方法。更详细地说，涉及一种用于基于由检测矢量物理量的传感器获取到的矢量物理量数据群、根据状况来迅速或高精确度地估计矢量物理量数据群所包含的偏移(Offset)的物理量测量装置以及物理量测量方法。

背景技术

已知一种在两个方向或三个方向上配置磁传感器，测量地磁场来计算方位的方位角测量装置(所谓的电子罗盘)。近年来，方位角测量装置的小型化不断发展，出现装载在以手机、PDA(Personal Digital Assistant：个人数字助理)为代表的便携设备上的例子。

在磁传感器的周边配置有扬声器等已被磁化的部件的情况下，这种方位角测量装置在检测地磁场的同时也检测从已被磁化的部件漏出的磁场，因此如果不是在从测量信号中减去由地磁场以外的原因引起的信号成分之后求出方位，就会计算出错误的方位。将由地磁场以外的原因引起的稳定的信号成分称为偏移。

专利文献1、专利文献2等公开了一种适于便携设备的方位角测量装置的偏移的估计方法。专利文献1、专利文献2所公开的方法是如下一种技术：便携设备根据使用者的使用状况而采取各种姿势，利用这一点，不会被使用者意识到而自动估计装载在便携式设备上的方位角测量装置的偏移。

图17是说明在以往的方位角测量装置中估计偏移的方法的概念的图。

在地磁场的大小均匀的环境下，在使用者自由移动方位角测量装置1时，方位角测量装置1所获取的地磁场数据分布在以数据中所包含的偏移为中心的球面上。此外，设为方位角测量装置1的各测量轴的灵敏度相同。

在本案中，如上述那样将数据中所包含的作为被测量对象的矢量物理量(例如地磁场)以外的成分称为偏移。在估计偏移时，首先，估计地磁场数据群所分布的球面(使用三轴的地磁场传感器检测地磁场的情况)的中心。将球面的中心称为基准点。接着，调查所估计出的基准点的可靠性(是否以系统所能够允许的估计误差进行估计)，采用被判断为具有可靠性的基准点作为系统的偏移。在不进行可靠性判断的情况下，直接采用基准点作为系统的偏移。

根据专利文献1，在将由方位角测量装置1反复获取到的三轴测量数据群设为(x_i，y_i，z_i)时，以使评价式[数1]最小的方式估计基准点(o_x，o_y，o_z)较为妥当，此时利用[数2]所示的一次联立方程式的解来求出基准点。即，

[数1]

$S=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|{(x_i-o_x)}^2+{(y_i-o_y)}^2+{(z_i-o_z)}^2-r^2\left|\right|}^2$

[数2]

$\left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i(x_i-\stackrel{\‾}{x})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i(x_i-\stackrel{\‾}{x})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i(x_i-\stackrel{\‾}{x})\\ \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i(x_i-\stackrel{\‾}{x})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i(y_i-\stackrel{\‾}{y})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i(y_i-\stackrel{\‾}{y})\\ \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i(x_i-\stackrel{\‾}{x})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i(y_i-\stackrel{\‾}{y})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i(z_i-\stackrel{\‾}{z})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{o}_x\\ o_y\\ o_z\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_i^2+y_i^2+z_i^2)(x_i-\stackrel{\‾}{x})\\ \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_i^2+y_i^2+z_i^2)(y_i-\stackrel{\‾}{y})\\ \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_i^2+y_i^2+z_i^2)(z_i-\stackrel{\‾}{z})\end{array}\right]$

在此，

[数3]

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i,$ $\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i,$ $\stackrel{\‾}{z}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i,$

N为所获取的地磁场数据个数。

专利文献8公开了求出传感器的偏移的其它方法。根据专利文献8，将连接磁场检测单元所检测到的三个点以上的磁场数据中的任意两点之间的直线的垂直平分线和连接与上述任意两点不同的其它两点之间的直线的垂直平分线的交点设为偏移。

另外，从多个磁场数据中提取多组任意的两点，按照连接各自的两点之间的每条直线来设定多条垂直平分线，并且将对上述多条垂直平分线相交叉的多个交点的坐标进行平均化而得到的交点的坐标设为偏移。

近年来，作为能够安装在便携设备上的轻量小型的三轴加速度传感器而开发出了一种使用了MEMS(Micro ElectroMechanical Systems：微机电系统)技术的半导体设备的压电电阻型三轴加速度传感器(参照专利文献7)。

加速度传感器检测动态加速度和运动加速度。能够在伴随有移动的情况下在检测重力加速度的同时检测动态加速度，而在静止状态下仅检测重力加速度。该加速度传感器包括以下的应用：能够基于静止状态下的加速度传感器的三轴的加速度输出算出加速度传感器的倾斜角，根据该倾斜角求出装载了加速度传感器的便携设备的姿势角。

在要求出加速度传感器的倾斜角时，需要求出施加于加速度传感器的各轴的重力加速度的值，因而需要算出加速度传感器的偏移来进行校正。例如通过加速度传感器的出厂检查、便携设备的出厂检查、或者由使用者进行的用于估计推移的操作来求出加速度传感器的偏移。

在专利文献5、专利文献6中公开了一种不会被使用者意识到而自动估计加速度传感器的偏移的方法。它们都是以[数2]为基础的技术，都公开了用于利用加速度特有的性质来估计可靠度较高的偏移的技术。

与图17的方位角测量装置同样地，三轴加速度传感器所检测的重力加速度测量数据分布在以加速度传感器的偏移为中心的球面上。此外，假设加速度传感器的各测量轴的灵敏度相同。

加速度传感器在检测重力加速度的同时检测运动加速度，因此为了求出可靠度较高的偏移，重力加速度与运动加速度的分离成为技术要点。

在专利文献5中，根据时间上连续的加速度测量数据来判断便携终端已静止，并仅使用此时的加速度测量数据来估计偏移。

在专利文献6中，根据时间上连续的加速度测量数据的偏差来估算加速度测量数据中包含运动加速度的概率，从而根据包含有运动加速度的测量数据也能够估计偏移。

专利文献1：国际公开WO2004/003476号公报

专利文献2：国际公开WO2005/003683号公报

专利文献3：国际公开WO2005/061990号公报

专利文献4：日本特开2005-195376号公报

专利文献5：国际公开WO2006/016671号公报

专利文献6：国际公开WO2007/077859号公报

专利文献7：日本特公3985215号公报

专利文献8：日本特开2006-226810号公报

发明内容

发明要解决的问题

上述的[数2]是根据在地磁场的大小均匀的空间中获取的地磁场数据群来估计地磁场数据群所包含的偏移的式子。

然而，地磁场的大小均匀的环境较少。

图18是表示在市区一边步行在直线上一边测量地磁场的大小、地磁场的倾角(Depression)以及步行方位(地磁场方位)的结果的图。

获取图18的数据时的步行速度大约为1m/秒左右，因此可以考虑大致以m(米)为横轴的单位。已知地磁场根据场所而发生变动。由于建筑物中所包含的铁等磁性体对地磁场产生吸引，因此通常地磁场在人工建筑物的周围不均匀。

因此，即使随机抽取方位角测量装置所获取的地磁场测量数据并使用[数2]来求出偏移，也未必得到正确的值。

如果使用专利文献8所公开的根据垂直平分线的交点来求出偏移的方法，则只要用于设定各垂直平分线的至少两个磁场数据是在地磁场的大小相同的场所获取的，那么即使获取所有磁场数据的场所的地磁场的大小不同，也能够求出传感器的偏移。但是，专利文献8所公开的方法并不适于根据实际的步行时得到的混入了噪声的磁场数据来求出偏移(理由在后面详细叙述)。

专利文献1、专利文献2、专利文献3等公开了结合[数2]来估计可靠度较高的偏移的技术。在专利文献1中，例如算出在利用[数2]进行估计中使用的测量数据群的各轴成分的最大值与最小值的差，在差为规定值以上的情况下，采用所估计出的基准点作为偏移。即使是在地磁场的大小各异的场所获取的数据群，如果数据群分布在较广的区域，则所估计的基准点的精确度也会提高。

另外，定期算出被估计的基准点群的各轴成分的最大值与最小值的差(偏差)，在差为规定值以下的情况下，采用估计出的基准点作为偏移。一般认为，当被估计的基准点的偏差较小时，在均匀的地磁场环境下获取用于估计的测量数据群的可能性较高，估计出的基准点的可靠性较高。

只要使用能够表现数据分布的指标作为偏差即可，例如，能够使用磁场数据群的各轴成分的最大值与最小值的差、或者各轴的测量值的标准偏差等。

在专利文献3中，将用于估计的测量数据群应用到平面中，算出所应用的平面与测量数据群的距离，在距离的最大值为规定值以上的情况下，采用估计出的基准点作为偏移。

在专利文献2中，公开了如下方法：使上述规定值定期地(例如在每次得到规定次数的偏移时)变得严格(变更为可得到可靠性更高的偏移的规定值)，或者在产生了特定的事件的情况下(例如在便携终端上安装了存储卡等磁性体部件)放宽上述规定值(变更为可更快得到偏移的规定值)，由此，紧接在便携设备的操作刚开始之后，即使可靠度较低也迅速地估计偏移，渐渐提高偏移的可靠性。

图19是表示以往的偏移估计单元300的结构的框图。

偏移估计单元300利用数据选择部302来根据需要选择保存由数据获取单元301获取到的数据，由基准点估计部304基于预先决定的评价式303并根据所保存的该数据群来估计在数据获取单元301输出的数据中包含的基准点，由可靠性判断部305调查估计出的基准点的可靠性(专利文献1、专利文献2、专利文献3)，从而仅将被判断为具有可靠性的基准点作为偏移而输出。用于调查估计出的基准点的可靠性的判断基准(以下判断值)是由偏移估计参数管理部306进行管理的，根据状况而发生变更。

判断值并非一定表示一个值。例如，能够根据基于上述[数2]求出的基准点、利用[数4]求出假设估计中所使用的地磁场数据群是从地磁场的大小均匀的空间中获取到的数据群的情况下的该地磁场的大小(r)。能够根据获取地磁场数据的地理上的场所来将r限定在某个程度的范围内。例如，在日本，典型的值为45uT左右，因此设为在所计算出的r的值位于例如30uT～60uT的范围内的情况下基准点的可靠性较高，在范围外则认为不可靠并将基准点丢弃。这样，也有时以具有上限和下限的方式称为判断值。

[数4]

$r^2=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({(x_i-o_x)}^2+{(y_i-o_y)}^2+{(z_i-o_z)}^2)$

使用专利文献2所公开的一个例来说明根据状况来变更判断值的理由。在估计装载于方位角测量装置上的地磁场传感器的偏移时，算出估计出的基准点的偏差，仅在该偏差为规定值(判断值)以下的情况下将估计出的基准点用作偏移，但是根据状况动态变更该判断值则更为理想。

仅使用在均匀的磁场环境下获取到的数据估计出的基准点、仅使用分布在较广的立体角上的数据估计出的基准点一般来说误差较小(可求出接近真正的偏移的基准点)。相反，在磁场不均匀的情况下、或获取到的数据所分布的立体角较小的情况下，估计出的基准点的误差倾向于变大，因而连续估计出的基准点的偏差变大。

因此，当将偏差的判断值设定为较宽松时，有可能会算出误差较大的偏移。但是，存在以下的优点：由于偏移易于进行更新，因此在方位角测量装置的磁化状态发生变化而偏移发生较大变化的情况下，该偏移也能够立即被修正。相反，当判断值较严格时，偏移不怎么进行更新，但是可以求出可靠性较高(接近真正的偏移)的偏移。

当始终使用一个判断值来决定基准点的采用、丢弃时，难以同时满足方位角测量装置所要求的响应速度、精确度等多个规格，因此较为理想的是根据状况即根据迅速估计出偏移较为重要还是与估计所需的时间相比估计出高精确度的偏移较为重要来动态地变更判断值。

偏移估计参数管理部306对测量参数、计算参数(分别在后面叙述)、判断值(将这三个统一作为偏移估计参数)进行管理，根据事件检测单元所检测出的状况来变更偏移估计参数。

数据选择部302选择保存适于估计可靠性较高的基准点的数据。可靠性较高的基准点估计中需要分布于尽可能广的立体角上的数据。因此，例如在接下来获取到与数据选择部最近选择的数据偏离规定值(最低数据距离)以上的数据之前，不保存新的数据。

测量参数例如包括数据获取单元获取数据的频率、数据选择部所保存的在基准点估计中所使用的数据的个数、上述的最低数据距离等。

计算参数包括计算上述基准点的偏差时所使用的基准点的个数等。

然而，上述的以往方法是以基于地磁场均匀这样的假设而导出的式子[数2]为前提的，也存在由于用于估计的数据(混有在地磁场的大小不同的环境下获取到的数据的情况)而错误地采用精确度较低的基准点的情况。当为了不错误地采用精确度较低的基准点而将规定值设定得过于严格时，直到得到偏移为止会花费非常长的时间。通常很难设定满足利用方位角测量装置的系统所要求的多个规格(所需的偏移的平均精确度、直到得到偏移为止的时间等)的偏移估计参数。

即使场所发生改变，重力加速度也基本不发生变化，因此，在得到不包含运动加速度的纯粹的重力加速度数据的情况下，利用[数2]能够求出高精确度的偏移。

如专利文献5所公开的那样，能够进行便携设备的静止判定，利用静止时的测量数据来得到不包含运动加速度的测量数据。例如能够在规定时间T的期间内所获取的加速度测量数据群的各测量轴的偏差在规定范围TH以下的情况下，判断为便携设备静止。通过延长T、减小TH来降低测量数据中包含运动加速度的概率，但是代价是直到得到静止数据为止要花费较长的时间(因而，直到求出偏移为止要花费较长的时间)。在为了加快直到估计出偏移为止的时间而宽松地设定T、TH的情况下，所得到的静止数据也有时会包含运动加速度，根据这种数据估计出的偏移的可靠性一般较低。

即使便携终端的使用者不移动终端，也存在获取错误的重力加速度数据的情况。例如，电梯以大约0.1G(≈1m/s²)的恒定加速度进行加速减速。另外，由于技术的进步，升降过程中的振动也没有了。因此，存在电梯内静止的加速度传感器受到1.1G或者0.9G左右的恒定加速度的情况，并且满足上述静止判断基准的情况较多。

在误将便携终端掉落的情况下，便携终端所受到的加速度(取决于便携终端的旋转运动的程度，但是)大约为0G。在自由落体过程中，满足上述静止判断基准的情况较多。

如上所述，以往，利用专利文献5、专利文献6所公开的技术，使用了在使用者环境下求出加速度传感器的偏移的方法，但是这些方法都无法判断是否仅利用重力加速度估计出基准点，因此也有时无法正确估计偏移的可靠度。

因此，本发明的目的在于提供一种即使不是在作为测量对象的矢量物理量的大小均匀的空间内获取到的测量数据群也能够根据状况迅速或高精确度地估计出可靠性较高的偏移的物理量测量装置以及物理量测量方法。

另外，本发明的其它目的在于提供一种能够进一步提高估计出的偏移的可靠性的物理量测量装置以及物理量测量方法。

用于解决问题的方案

本发明涉及一种物理量测量装置，用于测量物理量，其特征在于，具备：矢量物理量检测单元，其检测由多个成分构成的矢量物理量；数据获取单元，其通过反复获取所检测到的上述矢量物理量作为矢量物理量数据，来获取矢量物理量数据群；以及偏移估计单元，其根据所获取的上述矢量物理量数据群算出差矢量群，基于使用了所算出的该差矢量群的规定的评价式，利用统计方法估计所获取的上述矢量物理量数据群所包含的偏移，其中，上述偏移估计单元包括：差矢量算出部，其利用所获取的上述矢量物理量数据群的各成分的差算出上述差矢量群；数据选择部，其基于规定的测量参数对上述差矢量群进行选择并保存；基准点估计部，其基于使用了所选择出的上述差矢量群的上述评价式，在以所获取的上述矢量物理量数据群的各成分为坐标值的坐标系上利用统计方法估计基准点的坐标；以及可靠性判断部，其基于上述矢量物理量数据群、上述差矢量群、估计出的多个上述基准点这三项中的至少一项并按照用于算出上述基准点的可靠性信息的计算参数来算出上述基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断上述基准点的可靠度，输出被判断为可靠度高的基准点作为上述数据获取单元所获取的矢量物理量数据群中所包含的偏移。

上述偏移估计单元还包括偏移估计参数管理部，该偏移估计参数管理部将上述判断阈值、上述测量参数、上述计算参数作为偏移估计参数来进行管理，上述偏移估计参数管理部基于由上述可靠性判断部算出的上述可靠性信息、被判断为可靠度高的次数以及使用同一上述偏移估计参数的时间中的至少一项来改变上述偏移估计参数。

还具备事件检测单元，该事件检测单元检测物理量测量装置内外环境的变化或者操作者的操作，在发生了这些事件的情况下，上述偏移估计参数管理部判断为所输出的上述偏移的可靠度有可能变差，改变上述偏移估计参数。

上述环境的变化是温度变化。

在由上述数据获取单元获取的数据超过了规定的范围的情况下，上述偏移估计参数管理部视为上述环境发生了变化而改变上述偏移估计参数。

使用上述差矢量与连接该差矢量的中点和上述基准点的矢量的内积的绝对值的N次方来规定上述评价式。

上述N优选2。

上述测量参数包括上述矢量物理量检测单元检测上述矢量物理量的时间间隔以及上述数据获取单元获取上述矢量物理量数据的时间间隔

上述测量参数包括数据变化量，上述数据变化量是上述数据获取单元获取到的矢量物理量数据与上述数据选择部选择出的数据之间的差，上述数据选择部选择上述数据变化量为预定值以上的差矢量。

上述测量参数包括用于上述偏移估计单元估计基准点的矢量物理量数据的个数。

上述测量参数包括获取到构成上述差矢量群中的每个差矢量的两个矢量物理量数据的时间差，上述数据选择部仅选择上述时间差为规定值以下的差矢量。

上述测量参数包括差矢量的大小，上述数据选择部仅选择该差矢量的大小为规定值以上的差矢量。

上述测量参数包括两个差矢量所形成的角度，上述数据选择部仅选择新算出的差矢量与已选择的差矢量所形成的角度为规定值以上的差矢量。

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的角度信息，该角度信息是根据如下角度算出的信息：用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度，在用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度均处于规定的范围内时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，该距离信息是根据如下距离算出的信息，该距离为从该估计出的基准点向用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量作垂线而得到的垂足与该差矢量的中点之间的距离，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。

在上述矢量物理量检测单元是两个成分的矢量物理量检测单元的情况下，上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，该距离信息是根据上述差矢量群中的每个差矢量的各垂直平分线与该估计出的基准点之间的距离算出的信息，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。

在上述矢量物理量检测单元是三个成分的矢量物理量检测单元的情况下，上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，该距离信息是根据上述差矢量群中的每个差矢量的各垂直平分面与该估计出的基准点之间的距离算出的信息，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。

上述可靠性信息包括根据规定个数M的上述基准点的偏差算出的信息，在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

上述可靠性信息包括根据构成用于估计上述基准点的数据群的数据的各轴成分的偏差算出的信息，在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

上述可靠性信息包括用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离，在用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离处于规定的范围内时，将上述基准点判断为可靠度高。

上述可靠性信息包括如下的信息：在以物理量数据的各成分为坐标成分的坐标轴上确定一个平面，使该平面与用于估计上述基准点的数据群的各数据之间的距离之和最小，根据该数据群的各数据与该平面之间的距离算出该信息，在用于估计上述基准点的数据群的各数据与根据用于估计上述基准点的数据群算出的上述平面之间的距离的最大值为规定值以上时，将上述基准点判断为可靠度高。

上述可靠性信息包括根据获取用于估计上述基准点的数据群中最早获取到的数据时的时间与获取最后获取到的数据时的时间差算出的信息，在上述时间差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

上述计算参数包括用于算出上述基准点的偏差的基准点的个数M。

将用于估计上述偏移的上述偏移估计参数的状态输出到外部。

输出上述可靠性信息和上述可靠度中的至少一个。

上述矢量物理量检测单元是检测磁场作为上述矢量物理量的磁传感器。

上述矢量物理量检测单元是检测加速度作为上述矢量物理量的加速度传感器。

本发明涉及一种物理量测量方法，用于测量物理量，其特征在于，包括以下步骤：矢量物理量检测步骤，检测由多个成分构成的矢量物理量；数据获取步骤，通过反复获取所检测到的上述矢量物理量作为矢量物理量数据，来获取矢量物理量数据群；以及偏移估计步骤，根据所获取的上述矢量物理量数据群算出差矢量群，基于使用了所算出的该差矢量群的规定的评价式，利用统计方法估计所获取的上述矢量物理量数据群所包含的偏移，其中，上述偏移估计步骤包括：差矢量算出步骤，利用所获取的上述矢量物理量数据群的各成分的差算出上述差矢量群；数据选择步骤，基于规定的测量参数对上述差矢量群进行选择并保存；基准点估计步骤，基于使用了所选择出的上述差矢量群的上述评价式，在以所获取的上述矢量物理量数据群的各成分为坐标值的坐标系上利用统计方法估计基准点的坐标；以及可靠性判断步骤，基于上述矢量物理量数据群、上述差矢量群、估计出的多个上述基准点这三项中的至少一项并按照用于算出上述基准点的可靠性信息的计算参数来算出上述基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断上述基准点的可靠度，输出被判断为可靠度高的基准点作为上述数据获取单元所获取的矢量物理量数据群中所包含的偏移。

附图说明

图1是表示作为本发明的第一实施方式的物理量测量系统的整体概要结构的框图。

图2是表示偏移估计单元的结构例的框图。

图3是表示物理量测量装置的物理量测量的概要的流程图。

图4是表示物理量测量装置的事件检测的概要的流程图。

图5是表示所使用的偏移估计参数的表的说明图。

图6是说明根据在地磁场大小不均匀的环境下获取的数据群来估计偏移的方法的概念的图。

图7A是说明在基准点的估计中利用的差矢量和混入到测量数据中的噪声与偏移之间的关系的图，是差矢量的大小较大的情况的例子。

图7B是说明在基准点的估计中利用的差矢量和混入到测量数据中的噪声与偏移之间关系的图，是差矢量的大小较小的情况的例子。

图8A是说明在基准点的估计中利用的差矢量和构成差矢量的测量数据的获取时间差与偏移之间的关系的图，是时间差较小的情况的例子。

图8B是说明在基准点的估计中利用的差矢量和构成差矢量的测量数据的获取时间差与偏移之间的关系的图，是时间差较大的情况的例子。

图9A是说明在测量数据中混入了噪声的情况下，在基准点的估计中利用的差矢量和差矢量之间所形成的角度与偏移之间的关系的图，是差矢量之间所形成的角度较小的情况的例子。

图9B是说明在测量数据中混入了噪声的情况下，在基准点的估计中利用的差矢量和差矢量之间所形成的角度与偏移之间的关系的图，是差矢量之间所形成的角度较大的情况的例子。

图10A是说明真正的偏移、估计出的基准点与从估计出的基准点引到用于估计的差矢量的中点的矢量之间的关系的图，是利用由没有混入噪声的测量数据构成的差矢量来估计基准点的情况的例子。

图10B是说明真正的偏移、估计出的基准点与从估计出的基准点引到用于估计的差矢量的中点的矢量之间的关系的图，是利用由混入了噪声的测量数据构成的差矢量来估计基准点的情况的例子。

图11是说明真正的偏移和估计出的基准点与用于估计的差矢量之间的关系的图。

图12是说明利用本发明所涉及的[数8]以及文献8所公开的方法来估计偏移的情况的概念的图。

图13是用于说明利用[数8]估计的偏移的估计偏差的图。

图14是用于说明利用文献8所公开的方法估计的偏移的估计偏差的图。

图15是说明作为本发明的第二实施方式的物理量测量装置中的数据选择部与差矢量算出部的其它结构例的图。

图16是说明作为本发明的第二实施方式的物理量测量装置中的数据选择部与差矢量算出部的其它结构例的图。

图17是说明在以往的方位角测量装置中估计偏移的方法的概念的图。

图18是表示在市区一边步行在直线上一边测量地磁场的大小、地磁场的倾角以及步行方位(地磁场方位)的结果的图。

图19是表示以往的偏移估计单元的结构的框图。

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。

[第一例]

根据图1～图14来说明本发明的第一实施方式。

<结构>

图1示出物理量测量系统100的整体概要结构。

物理量测量系统100由物理量测量装置10以及运算部200构成。

物理量测量装置10由矢量物理量检测单元20、数据获取单元30、偏移估计单元40以及事件检测单元600构成。

矢量物理量检测单元20检测由多个成分构成的矢量物理量。

数据获取单元30通过反复获取所检测到的矢量物理量作为矢量物理量数据来获取矢量物理量数据群。

偏移估计单元40根据所获取的矢量物理量数据群算出差矢量群，基于使用了所算出的该差矢量群的规定的评价式来估计矢量物理量数据群所包含的基准点，对所估计出的该基准点的可靠度进行判断，将被判断为可靠度较高的基准点作为偏移而输出。

事件检测单元600检测各种物理量测量装置内外的状况的变化，物理量测量装置10接受该状况的变化而改变行为(改变偏移估计参数)。

另外，运算部200根据由物理量测量装置10获取到的矢量物理量数据群以及估计出的偏移来算出系统所需的信息。

图2示出偏移估计单元40的结构例。

偏移估计单元40由差矢量算出部41、数据选择部42、基准点估计部44、可靠性判断部45以及偏移估计参数管理部46构成。

差矢量算出部41利用所获取的矢量物理量数据群的各成分的差来算出差矢量群(V1)。

数据选择部42判断差矢量以及构成该差矢量的数据是否是适于基准点估计的数据，并保存被判断为适于估计的差矢量以及构成该差矢量的数据。

基准点估计部44基于使用了所算出的差矢量群(V1)的评价式43，利用统计方法估计在以所获取的矢量物理量数据群的各成分为坐标值的规定的坐标系上被确定的基准点的坐标。

可靠性判断部45判断由基准点估计部44估计出的基准点的可靠度，将被判断为可靠度较高的基准点作为偏移而输出。考虑到了各种判断基准点的可靠度的方法，其中包括按照后述的计算参数算出基准点的可靠性信息、通过将该可靠性信息与判断值进行比较来作为可靠度的指标的方法。判断值可以是一个，也有时基于多个判断值将可靠度划分为多个。在这种情况下，也可以仅在判断为可靠度最高的分类的情况下输出偏移，但是并非一定要如此，例如在将可靠度划分为优、良、可、不可这四种来进行判断的情况下，也有时从使用者的便利性的角度进行考虑而优选在当良或者可时也输出偏移。

偏移估计参数管理部46对与偏移估计有关的各种参数进行管理。偏移估计参数管理部46根据偏移估计单元的状态、事件检测单元600所检测到的事件的变化来变更与偏移估计有关的各种参数，从而根据状况来管理偏移估计单元40的整体行为以估计出最佳偏移。如图5所示那样，偏移估计参数按级别将测量参数、判断值、计算参数准备成一个表，偏移估计参数管理部46也可以根据状况从多个级别中选择一个级别，以所选择的该级别中示出的偏移估计参数来管理物理量测量装置的行为。或者，偏移估计参数管理部46还可以根据状况使偏移估计参数的各种项目连续变化。

事件检测单元307并未特别地进行图示，其用于检测有可能对偏移的可靠度产生影响的各种事件，例如，基于物理量测量装置10内部的状态或者由物理量测量装置10检测、获取到的数据来检测有可能对偏移的可靠度产生影响的各种事件，或者检测设置于物理量测量装置10的外部的传感器所检测到的值、装载有物理量测量装置10的系统的操作者所进行的操作等有可能对物理量测量装置的偏移的可靠度产生影响的事件。所检测到的事件、其检测方法并不限于上述例，这是不言而喻的。

偏移估计参数管理部也可以能够输出当前所使用的偏移估计参数的管理状态。可靠性判断部也可以能够输出可靠性信息或可靠度。另外，可靠性判断部也可以能够输出可靠性信息和可靠度这两者。

下面，说明各部分的具体结构例。

矢量物理量检测单元20检测两个成分或三个成分的物理量，输出与所检测到的物理量对应的信号。作为成为对象的物理量，例如有地磁场、加速度等。

作为矢量物理量检测单元20的结构，例如能够使用检测磁场并输出与所检测到的该磁场成比例的电压的磁传感器、检测加速度并输出与所检测到的该加速度成比例的电压的加速度传感器等。

数据获取单元30将矢量物理量检测单元20所输出的信号变换为后级(偏移估计单元40以后)的各模块易于处理的形式并进行获取。

另外，数据获取单元30例如对物理量检测单元20所输出的信号进行放大，对所放大的信号进行A/D变换，输出转换后的数字数据。也有时在进行放大的同时，为了去除噪声而实施滤波处理。

通常，以磁传感器、加速度传感器等为代表的传感器输出非常小的信号，因此在进行放大、实施滤波处理来提高信噪比(S/N)之后，转换成在计算机等中易于处理的数字数据并输出。也可以不进行A/D变换而直接以模拟信号进行后级的处理。滤波处理也可以对A/D变换后的数字数据进行。作为去除高频噪声的数字滤波器，例如可以举出进行平均化处理等。

<动作>

下面，说明本系统的动作。

(物理量测量的概要)

图3是表示物理量测量装置10的物理量测量的概要的流程图。

在步骤S1中，检测由多个成分构成的矢量物理量。

在步骤S2中，将检测到的矢量物理量变换为后级(偏移估计单元40以后)的各模块易于处理的形式并进行获取。

在步骤S3中，取所获取的矢量物理量数据群的各成分的差来算出差矢量群。

在步骤S4中，基于使用了差矢量群的评价式，利用统计方法估计在以所获取的矢量物理量数据群的各成分为坐标值的规定的坐标系上被确定的基准点的坐标。由此，将估计出的该基准点的坐标作为偏移而输出。

(偏移估计参数的管理的概要)

图4是表示物理量测量装置10中的偏移估计参数的管理的概要的流程图。

在步骤S30中检测到物理量测量装置10内部的状态的变化、测量环境的变化的情况下，在步骤S31中根据物理量测量装置10内部的状态、测量环境来变更偏移估计参数。

下面，举出具体例子来说明物理量测量。

(基准点的估计)

在图2的偏移估计单元40中，根据由数据获取单元30获取的两个测量数据或者根据测量数据群计算出的两个数据来计算差矢量。然后，根据需要来存储差矢量以及构成该差矢量的数据。基于预先决定的评价式并根据所存储的该差矢量群以及构成该差矢量的数据群来估计由数据获取单元输出的数据所包含的基准点，将其作为偏移而输出。

如后所述，通过将差矢量使用在评价式中，根据在矢量物理量的大小不均匀的环境下获取的数据群也能够进行偏移的估计。

构成差矢量的两个数据可以是由数据获取单元获取的数据，也可以使用为了降低噪声的影响而对测量数据群实施某种计算处理(例如，平均化)而得到的值。

(运算处理)

图1所示的物理量测量系统100在运算部200中通常接受由物理量测量装置10的数据获取单元30所获取的测量数据以及由偏移估计单元40估计出的偏移来计算系统所需的信息。

例如，在物理量检测单元是三轴磁传感器并且是以检测地磁场来算出方位角为目的的方位角测量装置的情况下，根据估计出的偏移以及所获取的测量数据来首先算出地磁场的值，进一步算出方位角。

具体地说，当设估计出的偏移为(o_x，o_y，o_z)、设具备本发明所涉及的物理量测量系统100的便携设备水平(磁传感器x测量轴、y测量轴位于水平面上)时的磁场测量数据为m＝(x_i，y_i，z_i)时，利用下式计算x测量轴相对于磁北的方位。

[数5]

$\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left(\frac{-m_y-o_y}{m_x-o_x}\right)$

例如，在矢量物理量检测单元20是三轴加速度传感器并且是以算出便携设备相对于水平面的倾斜为目的的倾斜角测量装置的情况下，根据估计出的偏移以及所获取的数据来首先计算重力加速度的值，进一步算出便携设备的倾斜角。

具体地说，当设估计出的偏移为(o_x，o_y，o_z)、设重力加速度测量数据为g＝(x_i，y_i，z_i)时，利用下式计算x测量轴相对于水平面所形成的角度Φ、y测量轴相对于水平面所形成的角度η。

[数6]

$\mathrm{\&eta;}={\tan }^{-1}\frac{g_y-o_y}{g_z-o_z}$

(基准点的估计方法)

在如上所述那样地磁场的大小不发生变化的环境下，在使用三轴的磁传感器来获取地磁场数据的情况下，地磁场的测量数据分布在球面上。在使两轴磁传感器在水平面上移动的情况下，地磁场数据分布在以偏移为中心的圆(所谓方位圆)上。下面，为了简单化而以二维的情况为主进行说明，但是三维的情况也能够同样地运用原理。

图6是说明根据在地磁场大小不均匀的环境下获取的数据群来估计偏移的方法的图。

例如，表示水平固定在汽车的仪表板上的两轴磁传感器所检测的磁场的时间变化。通常，汽车在各种磁场环境中高速通过。例如，桥大多是铁结构物，地磁场被吸引从而大小、方向都发生变化。也有时在道路中也埋有铁结构物。另外，在都市的道路的情况下，也受到道路周边的建筑物等的影响。因此，设置在汽车内的磁传感器所检测的地磁场测量值不是分布在一个圆上，而是分布在同心圆状的多个圆上。如上所述，[数2]是根据在地磁场的大小均匀的空间中获取的地磁场数据群来估计地磁场数据群所包含的偏移的式子，因而，使用[数2](将[数2]修改为在两个成分的情况下的式子)求出的偏移的精确度通常较差。

在图6中，为了说明本发明的概念，示出了在通过了地磁场的大小不同的三个区域的情况下所获取的磁场数据。

连接在地磁场的大小相同的区域中获取的两个地磁场数据的矢量(差矢量)与连接偏移和该差矢量的中点的矢量正交。即，连结两个地磁场数据的差矢量与连接偏移和该差矢量的中点的矢量的内积应该大致为0。

换言之，将由地磁场传感器反复获取的两轴测量数据群设为m_i＝(x_i，y_i)，将地磁场传感器的测量数据所包含的偏移设为o＝(o_x，o_y)。由位于一个方位圆上的任意两个地磁场数据mm、mn构成的差矢量与连接地磁场传感器的偏移和该差矢量的中点的矢量的内积为0。

简单来说，如果在地磁场的大小相同的区域中获取的两个地磁场数据的组为两组(获取到其中一组和另一组数据时的地磁场的大小也可以不同)，则能够根据两组地磁场数据算出两个差矢量，从而估计出连接偏移点和差矢量的中点的矢量与差矢量的内积之和最接近0的点作为偏移。在实际的地磁场测量数据中包含有噪声的情形很多，并且在地磁场的大小相同的区域内不一定能够获取两个地磁场数据，因此，希望根据多个成对数据来统计地求出偏移。

另一方面，积极地利用差矢量的大小、以偏移点为起点朝向差矢量的中点的矢量的大小中的至少一项的想法还是有用的。如后所述，差矢量的大小越大，由噪声导致的偏移估计误差越小。因而，在偏移估计中，较大的差矢量的贡献度应该较大，较小的差矢量的贡献度应该较小。差矢量与连接该差矢量的中点和偏移的矢量的内积在被两个矢量的角度影响的同时也被两个矢量的大小影响。即，在差矢量较大时噪声的影响变小，因此该差矢量对偏移估计的贡献度变大，在差矢量较小时，贡献度变小。

另外，也可以根据以偏移为起点连接差矢量的中点的矢量的大小来将差矢量的大小标准化。在这种情况下，无论地磁场尺寸都能够将差矢量的大小作为方位圆上的移动角(立体角)来进行评价。

场所稍有改变地磁场的大小就发生变动的情况较多，很难严格地获取相同方位圆上的两个测量数据，但是认为在场所接近(即时间上接近)处所获取的两个数据大致处于相同大小的方位圆上也无妨。即使方位圆的大小与时间一起变动，只要能够获取位于相同(程度的)大小的方位圆上的测量数据的组，则由各测量数据的组制作的内积全部为近似0的值。所有的由测量数据的组制作的内积的绝对值的平方如下式。

[数7]

$S=\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|(m_{2i+1}-m_{2i})\&CenterDot;(\frac{m_{2i}+m_{2i+1}}{2}-o)\left|\right|}^2$

理想上S的值为0，但是实际的测量值中包含噪声、或者是没有严格地位于相同方位圆上的测量数据的组，因此为近似0的值。将求出使[数7]为最小值的o的方法作为估计方法是适当的。作为使[数7]最小的方法，存在利用Newton-Raphson法等迭代法来渐进地求出o的方法，也能够通过求解下面的联立方程式来解析地求出o。

[数8]

$\left[\begin{array}{c}\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{(x_{2i+1}-x_{2i})}^2\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}(x_{2i+1}-x_{2i})(y_{2i+1}-y_{2i})\\ \underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}(x_{2i+1}-x_{2i})(y_{2i+1}-y_{2i})\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{(y_{2i+1}-y_{2i})}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{o}_x\\ o_y\end{array}\right]$

$=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}({x_{2i+1}}^2-{x_{2i}}^2+{y_{2i+1}}^2-{y_{2i}}^2)(x_{2i+1}-x_{2i})\\ \underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}({x_{2i+1}}^2-{x_{2i}}^2+{y_{2i+1}}^2-{y_{2i}}^2)(y_{2i+1}-y_{2i})\end{array}\right]$

针对利用内积这一方面，也可以将差矢量的大小、偏移到差矢量的矢量大小标准化，使它们分别成为单位矢量。即，运算以差矢量的中点为起点朝向与差矢量同方向的单位矢量(标准化差矢量)与以偏移点为起点朝向差矢量的中点的单位矢量的内积，从而能够根据基于多个地磁场数据对运算出的多个标准化差矢量来统计地求出偏移。

另一方面，虽然较为相似，但是作为不同想法的例子，也考虑了利用差矢量的垂直平分线。由一个方位圆上的两点构成的差矢量的垂直平分线通过方位圆的中心，因此只要定义[数9]或[数10]的评价式，确定使这些评价式取得最小值的o即可。

[数9]

$S=\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|m_{2i}+((o-m_{2i})\&CenterDot;\frac{(m_{2i+1}-m_{2i})}{\left|\right|m_{2i+1}-m_{2i}\left|\right|})\frac{(m_{2i+1}-m_{2i})}{\left|\right|m_{2i+1}-m_{2i}\left|\right|}-\frac{m_{2i}+m_{2i+1}}{2}\left|\right|}^2$

[数10]

$\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\frac{(m_{2i+1}-m_{2i})\&CenterDot;(o-\frac{m_{2i}+m_{2i+1}}{2})}{\left|\right|m_{2i+1}-m_{2i}\left|\right|}\right|}^2$

[数9]对各差矢量中的每个差矢量计算由两个测量数据构成的差矢量的中点与从基准点引到差矢量的垂线的垂足点之间的距离的平方，是对各差矢量中的每个差矢量进行计算得到的值的和。

[数10]对各差矢量中的每个差矢量计算由两个测量数据构成的差矢量的垂直平分线与基准点之间的距离的平方，是对各差矢量中的每个差矢量进行计算得到的值的和。(在三个成分的物理量检测装置的情况下，为“对各差矢量中的每个差矢量计算由两个测量数据构成的差矢量的垂直平分面与基准点之间的距离的平方，是对各差矢量中的每个差矢量进行计算得到的值的和”。[数10]是矢量描述，因此两个成分也好三个成分也好都是相同的)。

[数9]和[数10]仅导出的思考过程不同，是相同的式子。

作为使[数9]和[数10]最小的方法，存在利用Newton-Raphson法等迭代法来渐进地求出o的方法。

[数7]、[数9]、[数10]为绝对值的平方和的形式，但是通常也可以是绝对值的N次方的和。例如，也可以使用下式来代替[数7]的评价式。

[数11]

$S=\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|(m_{2i+1}-m_{2i})\&CenterDot;(\frac{m_{2i}+m_{2i+1}}{2}-o)\left|\right|}^N$

通常，当N变大时计算量增加，并且计算过程中必须处理的值的范围变大，因此对表现数值的位数受到限制的系统来说并不适合。

两个差矢量的垂直平分线(物理量检测单元检测两个成分的物理量的情况。在三个成分的情况下，为三个差矢量的垂直平分面)通过基准点。因而，也可以制作多组的两个差矢量的组，对每一组计算垂直平分线的交点C，将对每一组计算出的交点与基准点之间的距离的和的N次方规定为评价式([数12])。

[数12]

$S=\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|C-o\left|\right|}^N,$

$C={\left[\begin{array}{c}{(m_{2i+1}-m_{2i})}^T\\ {(m_{2j+1}-m_{2j})}^T\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\left(\frac{m_{2i}+m_{2i+1}}{2}\right)\&CenterDot;(m_{2i+1}-m_{2i})\\ \left(\frac{m_{2j}+m_{2j+1}}{2}\right)\&CenterDot;(m_{2j+1}-m_{2j})\end{array}\right]$

其中，关于矢量a，a^T代表行矢量。

也可以进一步扩展，定义根据多个(例如A个)差矢量确定特定的点的方法，制作多组的A个差矢量的组，对每一组计算特定的点，将对每一组计算出的特定的点与基准点之间的距离的和的N次方规定为评价式。

N的值优选2或4。

例如，能够将通过根据三个差矢量对[数7]进行求解而得到的(o_x，o_y)定义为特定点。

另外，基于任意的三点定义出分别相连接的两个或三个差矢量，并定义出该差矢量所存在的平面。将该两个或三个差矢量与以该差矢量的中点为基点的矢量的内积之和最接近0的点定位为平面中心。通过该平面中心的平面法线矢量通过偏移。

考虑到了定义两个以上的多个上述平面来估计各平面的平面法线矢量的交点的方法。或者，将各平面上的矢量与以偏移为起点通过平面中心的矢量的内积的内积总和最接近0的点作为偏移等。

(数据的选择方法)

如上述的图3所示，数据选择部42在步骤S10中，判断所算出的差矢量群的各差矢量是否适于基准点的估计，根据该判断结果仅选择保存规定的差矢量群(以及构成该差矢量的数据群)用于基准点的估计，并输出到基准点估计部44。

下面，具体说明数据选择部42的功能。

即使设为根据由图1的数据获取单元30获取的任意两个数据计算差矢量并求出使评价式[数7]、[数9]或者[数10]最小的o，通常也由于在测量数据中混入有噪声、或者构成差矢量的两个数据未必在一个方位圆上等原因，根据构成差矢量的两个数据的选择方法而存在偏移的估计精确度较差的情况。因此，优选为仅挑选适于基准点估计的差矢量来进行基准点的估计。

图2的数据选择部42利用一个至多个方法来判断从差矢量算出部41输出的差矢量群的各差矢量是否适于基准点的估计，保存仅由被判断为适于基准点的估计的差矢量构成的差矢量群V2以及构成差矢量群的数据群(为了计算各差矢量而使用的矢量物理量数据的集合)D2并输出到基准点估计部44。

(数据的选择例1)

图7A、图7B是说明在基准点的估计中利用的差矢量和混入到测量数据401中的噪声与偏移400之间的关系的图。

图7A是差矢量的大小较大的情况的例子，图7B是差矢量的大小较小的情况的例子。

在图7A、图7B中，示出在所选择的一组数据的一个数据中混入了噪声的情况下的差矢量的垂直平分线与方位圆的中心之间的关系。

可知即使噪声相同，差矢量的大小越小，差矢量的垂直平分线越偏离方位圆的中心。由此，可知为了降低由噪声的影响而引起的估计误差，最好在基准点估计中使用尽可能大的差矢量。

将大小为规定值以上的差矢量用于基准点的估计，在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为测量参数进行管理。

(数据的选择例2)

图8A、图8B是说明在基准点的估计中利用的差矢量和构成差矢量的测量数据401的获取时间差与偏移400之间的关系的图。

图8A是时间差较小的情况的例子，图8B是时间差较大的情况的例子。

在图8A、图8B中，示出存在如下情况：即使差矢量的大小较大，根据不位于相同的方位圆上的测量数据401计算出的差矢量的垂直平分线也远离表示偏移400的点。402是地磁场变化。

如上所述那样，由于地磁场的大小因场所而发生变动，因此为了得到较大的差矢量而使用在相互远离的场所(分开的时间)获取的两个磁场数据不可取。因而，应该事先将要算出差矢量的两个磁场数据的获取时间决定为规定值以下。在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为测量参数进行管理。

(数据的选择例3)

图9A、图9B是说明在测量数据401中混入了噪声的情况下、在基准点的估计中利用的差矢量和差矢量之间所形成的角度与偏移400之间的关系的图。

图9A是差矢量之间所形成的角度较小的情况的例子，图9B是差矢量之间所形成的角度较大的情况的例子。

在图9A、图9B中，示出在测量数据401中混入了噪声的情况下、在基准点的估计中利用的差矢量和差矢量之间所形成的角度与偏移400之间的关系。当两个差矢量所形成的角度较小(接近平行)时，有时所估计的基准点(两个差矢量的交点)远离真正的偏移。

与此相对，在两个差矢量所形成的角度接近90度(直角)时，一般不容易受到噪声的影响。在根据多个差矢量来统计地估计偏移的情况下，当差矢量均等地分布在各种方位上时不容易受到噪声的影响。

由于存储器、计算能力的问题，很难将所有测量数据都保存在便携设备的存储器等中并根据所保存的测量数据来计算分布在各种方向上的差矢量。在便携设备那样的小型系统中，作为得到分布于各种方向方位的差矢量的方法，存在如下的方法。

即，以由数据选择部之前最近选择过的差矢量为基准，在该差矢量与新计算出的差矢量所形成的角度在规定的角度以上时，选择保存新计算出的差矢量。相反，在所形成的角度在规定的角度以下时，认为新计算出的差矢量不适合可靠性较高的基准点估计而将其丢弃。通过这样，不会仅利用指向相同方向的差矢量来估计基准点。在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为测量参数进行管理。

如上所述，在用于基准点的估计计算的差矢量群朝向各个方向的情况下可以求出可靠度较高的基准点。当构成所选择的两个差矢量的数据群的距离较近时差矢量也朝向相同的方向的可能性较高。在计算出由与构成最近选择的差矢量的数据偏离规定值以上的数据构成的差矢量之前，不对新的差矢量进行选择保存。在偏移估计参数管理部46中将作为数据的最低变化量的该规定值作为测量参数进行管理。

当根据状况改变用于计算基准点的差矢量群的个数时，能够对响应性和计算精确度进一步进行控制。在电源启动时，减少用于基准点估计的差矢量群的个数，虽然计算精确度降低，但提高了响应性，在可以求得偏移的同时通过逐渐增加用于基准点估计的差矢量群的个数来提高计算精确度。在偏移估计参数管理部46中将保存于数据选择单元的差矢量的个数即用于基准点的估计的差矢量的个数作为测量参数进行管理。

作为测量参数，还可以举出矢量物理量检测单元检测矢量物理量的时间间隔、以及数据获取单元获取矢量物理量的时间间隔(称作数据获取时间间隔)等。当根据状况改变数据获取时间间隔时，能够对响应性和消耗电力进一步进行控制。在电源启动时，缩短数据获取时间间隔，使得在最开始求出偏移的估计时间缩短，在可以求得更高精确度的偏移的同时如果逐渐延长该时间间隔则能够削减消耗电力。在偏移估计参数管理部46中将数据获取时间间隔作为测量参数进行管理。

在所测量矢量物理量是地磁场的地磁场测量装置的情况下，当步行者携带内置有地磁场测量装置的便携用移动终端进行移动时，根据在时间上连续的测量数据作出的差矢量朝向大致相同的方向的情况较多。即，时间上连续的两个差矢量的内积连续得到正值的情况较多。相反地，该时间上连续的两个差矢量的内积的正负随机而杂乱时，测量数据中混入噪声的可能性较高。对时间上连接得到的差矢量的内积一个个地进行计算，在内积的值为规定值以上的情况出现规定次数以上时，认为该差矢量适于基准点估计而将其选择保存。在偏移估计参数管理部46中将该规定次数以及规定值作为测量参数进行管理。

另外，可以认为时间上连续的两个差矢量的内积同样连续地进行变化，而在内积不是连续地进行变化，而是在一瞬间或仅在规定的期间内发生较大的变化(大小)的情况下，能够估计为存在较强的干扰等的过程的变化，可以采取丢弃该获取到的数据等的对策。

(基准点的可靠性判断方法)

如上述的图3所示，可靠性判断部45在步骤S20中，使用差矢量群、构成该差矢量群的数据群以及已经估计出的基准点群来判断所估计出的该基准点的可靠度，根据该判断结果仅将规定的基准点作为偏移而输出。

下面，具体说明可靠性判断部45的功能。

另外，在下面的实施例中，例示了通过与一个判断值进行比较来判断基准点的可靠度的方法，但是也可以具有多个判断值而将可靠度划分为多个。此时，采用哪个分类的可靠度的基准点是设计事项。

如上所述，由于在测量数据中混入了噪声、或者矢量物理量的大小(例如地磁场的大小)发生了变动，因此所估计的基准点中通常包含有误差。应该调查所估计出的基准点能够可靠到什么程度，仅在判断为可靠时将所估计出的基准点作为偏移而输出。

图10A、图10B是说明真正的偏移400和所估计出的基准点403与从所估计出的基准点403引到在估计中使用的差矢量的中点的矢量之间的关系的图。

图10A是利用由没有混入噪声的测量数据401构成的差矢量进行基准点的估计的情况的例子。图10B是利用由混入了噪声的测量数据401构成的差矢量进行基准点的估计的情况的例子。

在图10A中，在估计中使用的各差矢量是在矢量物理量的大小相同的环境下获取的并且是由没有混入噪声的测量数据401构成的情况下，所估计的基准点与真正的偏移400一致，连接各差矢量的中点和基准点的矢量与各差矢量正交。

反之，在估计中使用的差矢量是在矢量物理量的大小不同的环境下获取的或者是由混入了噪声的数据构成的情况下，所估计的基准点403与真正的偏移不一致，连接各差矢量的中点和基准点的矢量所形成的角度为90度以下。

对在估计中使用的所有差矢量计算差矢量与连接估计出的基准点和差矢量的中点的矢量所形成的角度。在所计算出的所形成所有的角与90度之差在规定值以下的情况下，将估计出的基准点判断为可靠。反之，只要所形成的角度与90度之差有一个在规定值以上，就判断为估计出的基准点不可靠而将其丢弃。由此，能够估计出进一步提高了可靠度的偏移。在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为判断值进行管理。

(基准点的可靠性判断方法2)

图11是两个成分的矢量物理量检测单元的例，是利用由混入了噪声的测量数据401构成的差矢量进行基准点的估计的情况的例。未混入噪声的情况的例与图10A相同。

在图10A中，在估计中使用的各差矢量是在矢量物理量的大小相同的环境下获取的、并且由没有混入噪声的测量数据401构成的情况下，估计出的基准点与真正的偏移400一致，各差矢量的垂直平分线通过基准点。

反之，在估计中使用的差矢量是在矢量物理量的大小不同的环境下获取的、或者由混入了噪声的数据构成的情况下，估计出的基准点403与真正的偏移400不一致，各差矢量的垂直平分线与基准点的距离为大于0的值。

对估计中使用的所有差矢量计算差矢量的垂直平分线与估计出的基准点之间的距离。将计算出的所有距离的最大值、或所有距离之和为规定值以下的情况下估计出的基准点判断为可靠。反之，如果该距离的最大值、或者距离之和为规定值以上，则将估计出的基准点判断为不可靠并将其丢弃。由此，能够估计出进一步提高了可靠度的偏移。在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为判断值进行管理。

差矢量的垂直平分线与基准点之间的距离和从基准点向差矢量作垂线的垂足与该差矢量的中点之间的距离是相同的，因此也可以使用该距离来判断估计出的基准点的可靠性。

(基准点的可靠性判断方法3)

在三个成分的矢量物理量检测单元的情况下，在估计中使用的各差矢量是在矢量物理量的大小相同的环境下获取的、并且由没有混入噪声的测量数据401构成的情况下，估计出的基准点与真正的偏移400一致，各差矢量的垂直平分面通过基准点。

反之，在估计中使用的差矢量是在矢量物理量的大小不同的环境下获取的、或者由混入了噪声的数据构成的情况下，估计出的基准点与真正的偏移不一致，各差矢量的垂直平分面与基准点的距离为大于0的值。

对估计中使用的所有差矢量计算差矢量的垂直平分面与估计出的基准点之间的距离。将计算出的所有距离的最大值、或所有距离之和为规定值以下的情况下估计出的基准点判断为可靠。反之，如果该距离的最大值、或者距离之和为规定值以上，则将估计出的基准点判断为不可靠并将其丢弃。由此，能够估计出进一步提高了可靠度的偏移。在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为判断值进行管理。

(基准点的可靠性判断方法4)

如上所述，在用于基准点的估计计算的差矢量群朝向各个方向时可以求出可靠度较高的基准点。作为用于基准点的估计的差矢量群朝向各个方向的必要条件，可以举出该差矢量群的各轴成分的偏差较大这样的条件。将该偏差为规定值以上的情况下估计出的基准点判断为可靠。在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为判断值进行管理。

(基准点的可靠性判断方法5)

如上所述，作为判断偏移的可靠度的指标，举出了估计出的多个基准点的偏差。将最近求出的特定个数的基准点的偏差为规定值以下的情况下估计出的基准点判断为可靠。在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为判断值进行管理。另外，在偏移估计参数管理部46中将用于求出该偏差的基准点的个数作为计算参数进行管理。

(基准点的可靠性判断方法6)

构成基准点估计中使用的差矢量群的各数据与基准点之间的距离与获取该数据时的矢量物理量的大小相当。例如，在物理量测量装置是检测地磁场的地磁场检测装置的情况下，该数据与估计出的基准点之间的距离与获取该数据时的地磁场的大小相当。在日本地磁场的大小约为45μT，在计算出与其相差较大的地磁场的大小的情况下，认为估计出的基准点中包含较大误差、基准点估计中使用的数据本身包含较大误差。因此，如果构成基准点估计中使用的差矢量群的各数据与基准点之间的距离在预先决定的上限值与下限值之间，则将估计出的基准点判断为可靠。在偏移估计参数管理部46中将该上限值和下限值作为判断值进行管理。

(基准点的可靠性判断方法7)

构成基准点估计中使用的差矢量群的数据群中最早获取到的数据的时间与最后获取到的数据的时间之差过大时，物理量测量系统本身的偏移发生变动的可能性变高，根据这种数据群估计出的基准点的可靠度较低。将仅在该时间之差为规定值以下的情况下估计出的基准点判断为可靠。在偏移估计参数管理部46中将该规定值作为判断值进行管理。

(基准点的可靠性判断方法8)

在基准点估计中使用的差矢量群分布于同一平面上的情况下，根据这种差矢量群估计出的基准点中混入较大的误差。该差矢量群是否分布于同一平面上是判断估计出的基准点的可靠性的重要指标。如下面那样判断差矢量群是否分布于同一平面上。即，在三个成分的矢量物理量测量装置中，当将构成该差矢量群的数据群设为(x_i，y_i，z_i)时，数据群(x_i，y_i，z_i)被应用到[数13]所表示的平面中。

[数13]

ax+by+cz+d＝0

如下那样解出[数13]的各系数(a、b、c、d)。即，当设为

[数14]

$\mathrm{XX}=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}x(x-\stackrel{\&OverBar;}{x})$

$\mathrm{YY}=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}y(y-\stackrel{\&OverBar;}{y})$

$\mathrm{ZZ}=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}z(z-\stackrel{\&OverBar;}{z})$

$\mathrm{XY}=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}x(y-\stackrel{\&OverBar;}{y})=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}y(x-\stackrel{\&OverBar;}{x})$

$\mathrm{YZ}=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}y(z-\stackrel{\&OverBar;}{z})=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}z(y-\stackrel{\&OverBar;}{y})$

$\mathrm{ZX}=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}z(x-\stackrel{\&OverBar;}{x})=\stackrel{N}{\mathrm{\&Sigma;}}x(z-\stackrel{\&OverBar;}{z})$

时，计算

[数15]

Det0＝YY×ZZ-YZ×YZ

Det1＝ZZ×XX-ZX×ZX

Det2＝XX×YY-XY×XY

找出最大值。根据哪个式子为最大值，分别解出下面的一次联立方程式来算出各系数。

[数16]

Det0最大的情况下(此时a＝1)

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{YY}& \mathrm{YZ}\\ \mathrm{YZ}& \mathrm{ZZ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}b\\ c\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}\mathrm{XY}\\ \mathrm{ZX}\end{array}\right]$

Det1最大的情况下(此时b＝1)

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{ZZ}& \mathrm{ZX}\\ \mathrm{ZX}& \mathrm{XX}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}c\\ a\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}\mathrm{YZ}\\ \mathrm{XY}\end{array}\right]$

Det2最大的情况下(此时c＝1)

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{XX}& \mathrm{XY}\\ \mathrm{XY}& \mathrm{YY}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}\mathrm{ZX}\\ \mathrm{YZ}\end{array}\right]$

并且，

$d=-\frac{1}{N}\mathrm{\&Sigma;a}{\mathrm{Si}}_x+\mathrm{bS}{i}_y+\mathrm{cS}{i}_z$

各数据(x_i，y_i，z_i)到所应用的平面的距离di通过

[数17]

$d_i=\frac{{\mathrm{ax}}_i+{\mathrm{by}}_i+{\mathrm{cz}}_i+d}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}$

来求出。各点的距离di的正负根据属于被所估计出的平面分割开的两个区域中的哪一个区域而不同。求出该各点的距离di的最大值和最小值，将该最大值与最小值之差为规定值以上时估计出的基准点判断为可靠。

利用以上例示的方法，能够判断基准点的可靠度。

在这种情况下，通过将例示那样的基于一个判断值和基于两个或多个判断值得到的多个分类的基准点的可靠度、判断可靠度时与判断值进行比较的信息即可靠度信息输出到外部，系统能够识别被采用为偏移的基准点的可靠度。

此外，判断基准点的可靠度的方法并不一定限于上述例，这是不言而喻的。

(可靠性信息的判断值以及测量参数、计算参数的管理)

例如在物理量测量装置是检测地磁场的地磁场测量装置时，在电源启动时、或在地磁场传感器的情况下周围的磁化状态发生较大变化时，偏移的值有可能与过去求出的值相比发生变化。然而，在这种情况下，之前测量出的测量数据群消失或者之前的数据群无效。此时，当可靠性信息的判断值过于严格时，直到算出正确的值为止有时会花费较长时间，因此，较为理想的是在最开始时将判断值设定得较为宽松。

在获取了适于估计可靠性较高的偏移的差矢量群、并确认已估计出可靠性较高的偏移之后，只要使判断值逐渐严格，就能够渐渐提高估计出的偏移的精确度。

在物理量测量装置在二维或三维空间上几乎没有变化的情况下，从传感器输出的测量数据也几乎不变化。即使由聚集了变化较少的数据得到的数据群构成差矢量来算出基准点，由于数据的波动、噪声的影响变大，基准点有时也不正确。因而，评价从传感器输出的数据相对于之前选择的数据的变化量，仅采用变化了规定值以上的数据构成为差矢量群，这对提高偏移的精确度是较为重要的。但是，当提高变化量的阈值时，由于仅在物理量装置动作较大时选择数据，因此直到算出偏移为止会花费较长的时间。即，可以是以如下的方式进行设定：在想要迅速求出偏移而即使偏移的可靠度较低也可的情况下，也选择数据变化量较小的数据，在想要提高可靠度而即使算出偏移的时间较长也可的情况下，仅选择数据变化量较大的数据。

为了判断偏移的可靠度，对估计出的多个基准点的偏差进行评价。为了得到可靠性较高的偏移，期望进行评价的基准点的数量尽量较多，但是在像电源启动时、周围的磁化状态变化较大时那样、测量数据群消失或者之前的数据群无效时等，为了迅速算出偏移，需要减少进行评价的基准点的数量。

在随着使用物理量测量装置的环境的变化而偏移进行变动的情况下，无法使用用过的偏移来计算各种运算量。在这种情况下，需要将之前获取的数据群全部丢弃，利用新获取的数据群重新计算偏移。

关于使用物理量测量装置的环境，举出了以下的情况等：如果是地磁场传感器，则是指装载地磁场传感器的系统受到电车、道口等所发出的强磁场而构成系统的磁性体的磁化量发生变化的情况；如果是加速度传感器，则是指环境温度发生变化的情况。

作为获知磁化量的变化的手段之一，存在利用根据此时采用的偏移计算出的磁场数据的大小来进行判断的方法。例如，存在将基于所使用的物理量测量装置在地球上的存在位置的理想的地磁场大小与根据此时采用的偏移和磁场数据计算出的地磁场的大小进行比较的方法。在日本地磁场的大小为45到50微特斯拉(μT)。

作为获知磁化量的变化的手段，还能够根据倾角、获取到的数据的范围、基准点的偏差、与之前最近计算出的基准点之间的差异、引起磁化状态的变化的已知事件等来获知。当存在可能引起磁化状态的变化的已知事件时，能够通过设置检测该事件的单元来检测该事件。

例如，在折叠式手机中内置有方位角测量装置的情况下，磁化状态有时会由于折叠手机而发生变化。另外，在最近的手机中，也存在能够使用用于存储图像数据、音乐数据的外部存储卡的手机，磁化状态也有时会由于存储卡的取出插入而发生变化。考虑到了下面的应用等：检测这种事件，识别系统的磁化状态发生变化的可能性，判断为偏移有可能已发生变化，将之前获取的数据群全部丢弃，利用新获取的数据群重新计算偏移。也可以设置根据使用者的判断对方位角测量装置通知磁化状态的变化的按钮。

在加速度传感器的情况下，有时会由于掉落等的冲击而引起偏移的不可逆的变动。能够通过捕捉冲击即捕捉获取到的数据的范围超过了规定值的情况来检测冲击。另外，假设在掉落之前系统为自由落体状态，因此也可以在测量到规定时间以上的自由落体状态即接近0G的加速度的情况下判断为已掉落。也可以在测量到接近0G的加速度之后，检测增加了超过规定范围的加速度的情况来判断为掉落。

能够利用独立于物理量测量装置而设置的温度传感器来获知温度的变化。

在偏移进行变动的情况下，只要放宽用于求出偏移变动前的高精确度的偏移的判断值，使其成为可更快求出偏移的判断值，就能够快速应对偏移的变化。将判断值恢复为初始值的情况也大多是有效的。

这样，通过根据物理量测量装置的内外的环境的变化来改变偏移估计参数，能够进行适于物理量测量装置的状态、使用环境的控制。

在物理量测量装置的状态突发地变化并迅速恢复的情况下(例如，装载了地磁场传感器的方位角测量装置误靠近磁铁等)立即丢弃偏移是很草率的。如果在某个固定时间以内地磁场等矢量物理量的大小就恢复为允许值，则不需要丢弃偏移。

存在等到以某个偏移估计参数来估计规定次数以上的偏移之后变更偏移估计参数的方法。在确认了以一个偏移估计参数稳定地估计偏移之后，变更为能够估计出更高精确度的偏移的偏移估计参数。即使已利用某个偏移估计参数求出了偏移，由于作为估计的根本的技术是统计方法，因此无法否认该偏移是偶然根据包含较多噪声的数据估计出的偏移。也可以将该规定次数作为计算参数而在偏移估计参数管理部46中作为判断值进行管理。如上所述，偏移估计参数与偏移的可靠度是相关联的，求出某个偏移时所使用的偏移估计参数可以说表示了偏移的可靠度，即，也考虑到了根据现在利用哪个偏移估计参数求出偏移来表现偏移的可靠度。

关于偏移估计参数，也可以是以多个参数群为集合，预先准备成一个表，还可以根据矢量物理量的大小、基准点的偏差的值在数式中算出。另外，在准备了表的情况下，更新顺序可以是一个状态一个状态地进行更新，也可以更新到跳过几个状态后的状态。

例如，在使判断值渐渐严格时，一步步地缩小判断值和参数是较为妥当的，另外，在算出的矢量物理量的大小异常大等而判断为可靠性较低的情况下，将偏移估计参数一下子放宽到初始值来重新算出偏移是较为妥当的。也可以根据时间和情况使偏移估计参数严格好几步。

只要由物理量测量装置输出这段期间内所使用的偏移估计参数，物理量测量装置的使用者就能够获知运算部所计算出的各种运算量的可靠度。

下面，说明本发明与文献8的技术的差异。

在像市区那样人工建筑物较多的场所，地磁场均匀的区域非常狭窄，因而对于步行者所获取的两个磁场数据，即使磁场数据在时间上接近，也几乎都是获取它们的场所的地磁场的大小不完全一致的情况。另外，由于汽车等已磁化的移动体、屋内外的各种电流的影响，在磁场数据中混入噪声的情况较多。

图9A、图9B是表示根据混入了噪声的地磁场数据而设定的两个垂直平分线的交点与真正的偏移的关系的图。在磁场数据中混入噪声的情况下，由于在偏移的估计中使用的垂直平分线而包含较大的误差。

图12是说明利用[数8]以及文献8所公开的方法来估计偏移的情况的概念的图。

在图12中将地磁场传感器的真正的偏移设为X，以虚线表示地磁场传感器的测量值所描绘的真正的方位圆。以410表示利用[数8]并根据此时十二个点的磁场数据而估计的偏移，以510表示利用文献8而估计的偏移。

利用[数8]估计的偏移410是根据所有十二个点的磁场数据一次求出的。

关于利用文献8而得到的偏移510，首先求出由用测量数据401表示的四个点制作的两条平分线的交点，接着求出由用测量数据420表示的四个点制作的两条平分线的交点，最后求出由用测量数据430表示的四个点制作的两条平分线的交点，最后对所求出的三个交点进行平均化，由此估计出偏移500。在所有磁场数据中混入方位圆的半径的10％以下的噪声。

如图12所示，利用本发明的[数8]求出的偏移410与利用文献8所公开的方法求出的偏移510并不相同。

在本发明的方法中，重叠在很多差矢量上的噪声的影响因其随机性而被相抵消，即使噪声重叠也能够算出接近真正值的偏移的值。

另一方面，在文献8的方法中，使用连接距离比较近的两点的垂直平分线来进一步求出比较接近的两个垂直平分线的交点，并对其进行平均化。在这种情况下，比较近的两个垂直平分线所包含的噪声的影响未必相互抵消，作为偏移的值，噪声的影响反而增加，因而容易求出与真正值差异较大的偏移的值。此时，可以认为即使对多个垂直平分线的交点进行平均化，其噪声的影响也不相互抵消，所求出的偏移与真正值的误差变大。

图13是表示利用本发明的[数8]进行一千次偏移估计而估计出的所有偏移的图。

图14是表示利用文献8的方法进行一千次偏移估计而估计出的所有偏移的图。

图13、图14每次都根据相同的磁场数据估计出偏移。当比较两个图时，明显可知本发明的方法的偏移的估计精确度较高。

以上，根据本发明，在基于使用了差矢量群的规定的评价式、利用统计方法估计所获取的矢量物理量数据群所包含的偏移的情况下，根据矢量物理量数据群、差矢量群、估计出的多个基准点这三项中的至少一项并按照用于算出基准点的可靠性信息的计算参数来算出基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断基准点的可靠度，将被判断为可靠度较高的基准点作为数据获取单元所获取的矢量物理量数据中所包含的偏移而输出，因此即使不是在作为测量对象的矢量物理量的大小均匀的空间中获取的测量数据群，也能够根据状况迅速或高精确度地估计出可靠性较高的偏移，从而能够进一步提高估计出的偏移的可靠性。

[第二例]

根据图15和图16说明本发明的第二实施方式。此外，对与上述的第一例相同的部分省略其说明，附加相同的附图标记。

在图2中，数据选择部42将差矢量算出部的输出作为输入，但是也可以构成为以下的结构。

如图15所示，也可以首先由数据选择部42选择测量数据，在差矢量算出部41中根据所选择出的该数据算出差矢量。

如图16所示，也可以将图15中算出的差矢量输入到其它数据选择部42来再次进行选择。

如上所述，作为成为本发明的测量对象的矢量物理量的接近的例，例举出地磁场、加速度等。另外，只要人工制作的稳定磁场、电场等矢量物理量的大小变化与矢量物理量和矢量物理量检测单元的相对姿势关系的变化相比有延迟，则可以是任何物理量。

Claims (52)

1.一种物理量测量装置，用于测量物理量，其特征在于，具备：

矢量物理量检测单元，其检测由多个成分构成的矢量物理量；

数据获取单元，其通过反复获取所检测到的上述矢量物理量作为矢量物理量数据，来获取矢量物理量数据群；以及

偏移估计单元，其根据所获取的上述矢量物理量数据群算出差矢量群，基于使用了所算出的该差矢量群的规定的评价式，利用统计方法估计所获取的上述矢量物理量数据群所包含的偏移，

其中，使用上述差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和基准点的矢量的内积的绝对值的N次方来规定上述评价式，

并且，上述偏移估计单元包括：

差矢量算出部，其利用所获取的上述矢量物理量数据群的各成分的差算出上述差矢量群；

数据选择部，其基于规定的测量参数对上述差矢量群进行选择并保存；

基准点估计部，其基于使用了所选择出的上述差矢量群的上述评价式，在以所获取的上述矢量物理量数据群的各成分为坐标值的坐标系上利用统计方法估计上述基准点的坐标；以及

可靠性判断部，其基于上述矢量物理量数据群、上述差矢量群、估计出的多个上述基准点这三项中的至少一项并按照用于算出上述基准点的可靠性信息的计算参数来算出上述基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断上述基准点的可靠度，输出被判断为可靠度高的基准点作为上述数据获取单元所获取的矢量物理量数据群中所包含的偏移。

2.根据权利要求1所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述偏移估计单元还包括偏移估计参数管理部，该偏移估计参数管理部将上述判断阈值、上述测量参数、上述计算参数作为偏移估计参数来进行管理，

上述偏移估计参数管理部基于由上述可靠性判断部算出的上述可靠性信息、判断出的上述可靠度、被判断为可靠度高的次数以及使用同一上述偏移估计参数的时间这四项中的至少一项来改变上述偏移估计参数。

3.根据权利要求2所述的物理量测量装置，其特征在于，

还具备事件检测单元，该事件检测单元检测物理量测量装置内外环境的变化或者操作者的操作，

在发生了这些事件的情况下，上述偏移估计参数管理部判断为所输出的上述偏移的可靠度有可能变差，改变上述偏移估计参数。

4.根据权利要求3所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述环境的变化是温度变化。

5.根据权利要求3所述的物理量测量装置，其特征在于，

在由上述数据获取单元获取的数据超过了规定的范围的情况下，上述偏移估计参数管理部视为上述环境发生了变化而改变上述偏移估计参数。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述N是2或4。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述测量参数包括上述矢量物理量检测单元检测上述矢量物理量的时间间隔以及上述数据获取单元获取上述矢量物理量数据的时间间隔。

8.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述测量参数包括数据变化量，

上述数据变化量是上述数据获取单元获取到的矢量物理量数据与上述数据选择部选择出的数据之间的差，

上述数据选择部选择上述数据变化量为预定值以上的差矢量。

9.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述测量参数包括用于上述偏移估计单元估计基准点的矢量物理量数据的个数。

10.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述测量参数包括时间差，所述时间差表示获取到两个矢量物理量数据的时间之差，所述两个矢量物理量数据构成上述差矢量群中的一个差矢量，

上述数据选择部仅选择上述时间差为规定值以下的差矢量。

11.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述测量参数包括差矢量的大小，

上述数据选择部仅选择该差矢量的大小为规定值以上的差矢量。

12.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述测量参数包括两个差矢量所形成的角度，

上述数据选择部仅选择新算出的差矢量与已选择的差矢量所形成的角度为规定值以上的差矢量。

13.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的角度信息，

该角度信息是根据如下角度算出的信息：用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度，

在用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度均处于规定的范围内时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。

14.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，

该距离信息是根据如下距离算出的信息，该距离为从该估计出的基准点向用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量作垂线而得到的垂足与该差矢量的中点之间的距离，

在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。

15.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

在上述矢量物理量检测单元是两个成分的矢量物理量检测单元的情况下，

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，

该距离信息是根据上述差矢量群中的每个差矢量的各垂直平分线与该估计出的基准点之间的距离算出的信息，

在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。

16.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

在上述矢量物理量检测单元是三个成分的矢量物理量检测单元的情况下，

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，

该距离信息是根据上述差矢量群中的每个差矢量的各垂直平分面与该估计出的基准点之间的距离算出的信息，

在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。

17.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据规定个数M的上述基准点的偏差算出的信息，

在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

18.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据构成用于估计上述基准点的数据群的数据的各轴成分的偏差算出的信息，

在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

19.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述可靠性信息包括用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离，

在用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离处于规定的范围内时，将上述基准点判断为可靠度高。

20.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述可靠性信息包括如下的信息：在以物理量数据的各成分为坐标成分的坐标轴上确定一个平面以使该平面与用于估计上述基准点的数据群的各数据之间的距离之和最小从而根据该数据群的各数据与该平面之间的距离算出的信息，

在用于估计上述基准点的数据群的各数据与根据用于估计上述基准点的数据群算出的上述平面之间的距离的最大值为规定值以上时，将上述基准点判断为可靠度高。

21.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据获取用于估计上述基准点的数据群中最早获取到的数据时的时间与获取最后获取到的数据时的时间差算出的信息，

在上述时间差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

22.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述计算参数包括用于算出上述基准点的偏差的基准点的个数M。

23.根据权利要求2至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

将用于估计上述偏移的上述偏移估计参数的状态输出到外部。

24.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

输出上述可靠性信息和上述可靠度这二个中的至少一个。

25.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述矢量物理量检测单元是检测磁场作为上述矢量物理量的磁传感器。

26.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，

上述矢量物理量检测单元是检测加速度作为上述矢量物理量的加速度传感器。

27.一种物理量测量方法，用于测量物理量，其特征在于，包括以下步骤：

矢量物理量检测步骤，检测由多个成分构成的矢量物理量；

数据获取步骤，通过反复获取所检测到的上述矢量物理量作为矢量物理量数据，来获取矢量物理量数据群；以及

偏移估计步骤，根据所获取的上述矢量物理量数据群算出差矢量群，基于使用了所算出的该差矢量群的规定的评价式，利用统计方法估计所获取的上述矢量物理量数据群所包含的偏移，

其中，使用上述差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和基准点的矢量的内积的绝对值的N次方来规定上述评价式，

并且，上述偏移估计步骤包括：

差矢量算出步骤，利用所获取的上述矢量物理量数据群的各成分的差算出上述差矢量群；

数据选择步骤，基于规定的测量参数对上述差矢量群进行选择并保存；

基准点估计步骤，基于使用了所选择出的上述差矢量群的上述评价式，在以所获取的上述矢量物理量数据群的各成分为坐标值的坐标系上利用统计方法估计上述基准点的坐标；以及

可靠性判断步骤，基于上述矢量物理量数据群、上述差矢量群、估计出的多个上述基准点这三项中的至少一项并按照用于算出上述基准点的可靠性信息的计算参数来算出上述基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断上述基准点的可靠度，输出被判断为可靠度高的基准点作为上述数据获取单元所获取的矢量物理量数据群中所包含的偏移。

28.根据权利要求27所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述偏移估计步骤还包括偏移估计参数管理步骤，在该偏移估计参数管理步骤中将上述判断阈值、上述测量参数、上述计算参数作为偏移估计参数来进行管理，

上述偏移估计参数管理步骤基于由上述可靠性判断部算出的上述可靠性信息、判断出的上述可靠度、被判断为可靠度高的次数以及使用同一上述偏移估计参数的时间这四项中的至少一项来改变上述偏移估计参数。

29.根据权利要求28所述的物理量测量方法，其特征在于，

还具备事件检测步骤，在该事件检测步骤中检测物理量测量装置内外环境的变化或者操作者的操作，

在发生了这些事件的情况下，在上述偏移估计参数管理步骤中判断为所输出的上述偏移的可靠度有可能变差，改变上述偏移估计参数。

30.根据权利要求29所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述环境的变化是温度变化。

31.根据权利要求29所述的物理量测量方法，其特征在于，

在由上述数据获取步骤获取的数据超过了规定的范围的情况下，在上述偏移估计参数管理步骤中视为上述环境发生了变化而改变上述偏移估计参数。

32.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述N是2或4。

33.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述测量参数包括上述矢量物理量检测步骤检测上述矢量物理量的时间间隔以及上述数据获取步骤获取上述矢量物理量数据的时间间隔。

34.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述测量参数包括数据变化量，

上述数据变化量是上述数据获取步骤获取到的矢量物理量数据与上述数据选择步骤选择出的数据之间的差，

上述数据选择步骤选择上述数据变化量为预定值以上的差矢量。

35.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述测量参数包括用于在上述偏移估计步骤中估计基准点的矢量物理量数据的个数。

36.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述测量参数包括时间差，所述时间差表示获取到两个矢量物理量数据的时间之差，所述两个矢量物理量数据构成上述差矢量群中的一个差矢量，

上述数据选择步骤仅选择上述时间差为规定值以下的差矢量。

37.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述测量参数包括差矢量的大小，

上述数据选择步骤仅选择该差矢量的大小为规定值以上的差矢量。

38.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述测量参数包括两个差矢量所形成的角度，

上述数据选择步骤仅选择新算出的差矢量与已选择的差矢量所形成的角度为规定值以上的差矢量。

39.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的角度信息，

该角度信息是根据如下角度算出的信息：用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度，

在用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度均处于规定的范围内时，在上述可靠性判断步骤中将该基准点判断为可靠度高。

40.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，

该距离信息是根据如下距离算出的信息，该距离为从该估计出的基准点向用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量作垂线而得到的垂足与该差矢量的中点之间的距离，

在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，在上述可靠性判断步骤中将该基准点判断为可靠度高。

41.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

在上述矢量物理量检测步骤是两个成分的矢量物理量检测步骤的情况下，

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，

该距离信息是根据上述差矢量群中的每个差矢量的各垂直平分线与该估计出的基准点之间的距离算出的信息，

在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，在上述可靠性判断步骤中将该基准点判断为可靠度高。

42.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

在上述矢量物理量检测步骤是三个成分的矢量物理量检测步骤的情况下，

上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，

该距离信息是根据上述差矢量群中的每个差矢量的各垂直平分面与该估计出的基准点之间的距离算出的信息，

在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，在上述可靠性判断步骤中将该基准点判断为可靠度高。

43.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据规定的个数M的上述基准点的偏差算出的信息，

在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

44.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据构成用于估计上述基准点的数据群的数据的各轴成分的偏差算出的信息，

在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

45.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述可靠性信息包括用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离，

在用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离处于规定的范围内时，将上述基准点判断为可靠度高。

46.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述可靠性信息包括如下的信息：在以物理量数据的各成分为坐标成分的坐标轴上确定一个平面以使该平面与用于估计上述基准点的数据群的各数据之间的距离之和最小从而根据该数据群的各数据与该平面之间的距离算出的信息，

在用于估计上述基准点的数据群的各数据与根据用于估计上述基准点的数据群算出的上述平面之间的距离的最大值为规定值以上时，将上述基准点判断为可靠度高。

47.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述可靠性信息包括根据获取用于估计上述基准点的数据群中最早获取到的数据时的时间与获取最后获取到的数据时的时间差算出的信息，

在上述时间差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。

48.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述计算参数包括用于算出上述基准点的偏差的基准点的个数M。

49.根据权利要求28至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

将用于估计上述偏移的上述偏移估计参数的状态输出到外部。

50.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

输出上述可靠性信息和上述可靠度这二个中的至少一个。

51.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述矢量物理量检测步骤是检测磁场作为上述矢量物理量的磁传感器。

52.根据权利要求27至31中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，

上述矢量物理量检测步骤是检测加速度作为上述矢量物理量的加速度传感器。