专利名称：地磁测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及地磁测量设备。
背景技术：
近年来，已经开发出了用于检测地磁的三维磁传感器，该三维磁传感器安装在诸如手机之类的便携式装置或诸如汽车之类的行驶物体中。通常，三维磁传感器包括三个磁传感器模块，这三个磁传感器模块用于将磁场矢量分解为互相垂直的三个方向分量以检测矢量的作为标量的每个方向分量，并且该三维磁传感器输出具有由三个磁传感器模块作为三个分量输出的所述标量的三维矢量数据。其中安装有这样的三维磁传感器的装置(例如手机)常常包括产生磁场的部件，例如各种能够被磁化的金属和各种电路。在此情况下，由三维磁传感器输出的矢量数据除了包括表示地磁的矢量之外还包括另一个矢量，该另一个矢量表示由安装在装置中的该部件所产生的磁场。因此，为了正确地检测地磁的值，有必要执行校正处理，该校正处理用于从由三维磁传感器输出的矢量数据中去除表示由装置的该部件所产生的内部磁场的另一个矢量。在校正处理中，为了获得待检测的地磁的正确值，而从由三维磁传感器输出的数据中去除的分量称为偏移量。内部磁场是由装置的该部件所产生的磁场。内部磁场具有相对于装置的恒定的方向和恒定的幅度。当从安装在装置中的三维磁传感器观察时，即使装置的姿态发生了改变，内部磁场也被表不为具有恒定方向和恒定幅度的矢量。另一方面，地磁是具有指向北磁极的水平分量和磁倾角方向的垂直分量的磁场。地磁是相对于地来说具有恒定方向和恒定幅度的磁场。因此，在装置的姿态相对于地发生改变的情况下，从装置观察的地磁方向也发生改变。即，当从安装在装置中的三维磁传感器观察时，地磁被表示为具有随着装置姿态的改变而改变的方向而具有恒定幅度的矢量。当在将三维磁传感器上下左右旋转以使三维磁传感器的姿态在三维上极大地改变的状态中获取了多个磁数据的情况下，由三维磁传感器顺序输出的多个矢量数据指示的多个坐标分布在这样的球面附近,该球面具有其坐标由表示内部磁场的矢量来指示的中心点、以及与表示地磁的矢量的幅度相对应的半径。专利文献I公开了这样的方法，该方法基于在三维磁传感器的姿态发生改变的状态中获取的多个磁数据，使用地磁的属性和如上所述的内部磁场来计算具有恒定的方向和幅度、表示内部磁场的矢量，并且执行用于从输出数据中去除表示内部磁场的矢量作为偏移量来计算地磁的正确方向的校正处理。同时，在其中安装了三维磁传感器的装置的部件具有软磁材料的情况下，由于软磁材料被磁化的结果所产生的磁场的影响，从三维磁传感器顺序输出的矢量数据所指示的多个坐标没有分布在球面附近而是分布在椭球面附近。即，在由软磁材料产生的磁场的影响不存在的情况下将会分布在球面附近的多个坐标由于由软磁材料产生的磁场的影响而发生偏离，使得这些坐标在椭球的主轴方向上扩张和收缩，结果，这些坐标分布在具有与球面的中心点相同的中心点的椭球面附近。该现象被称为软铁效应。即，软铁效应是这样的现象在该现象中，由于如上所述的软磁材料被磁化的结果所产生的磁场的影响，从三维磁传感器顺序输出的矢量数据所指示的多个坐标分布在椭球面附近。在产生了软铁效应的情况下，基于出现在椭球面附近的坐标不可能计算出地磁的正确方向。为了计算地磁的正确方向，有必要执行坐标转换，该坐标转换用于将在椭球面上的坐标移动到在球面上的坐标，即，该坐标转换用于移动在椭球面上的坐标，使得椭球面上的坐标在椭球的主轴方向上以椭球的中心点作为起点而扩张和收缩。将在椭球面上的坐标转换为在球面上的坐标的处理被称为“椭球面校正”。通过从通过执行椭球面校正计算出的坐标转换后的坐标中减去由球面的中心点所指示的坐标，能够计算出地磁的方向。非专利文献I和非专利文献2公开了这样的方法，该方法计算坐标转换矩阵以执行坐标转换，该坐标转换用于在产生软铁效应的情况下，将从三维磁传感器输出的矢量数据所指示的椭球面上的坐标转换为球面上的坐标。具体地说，设置了联立线性方程，该联立线性方程表示从三维磁传感器顺序输出的多个矢量数据所指示的坐标位于椭球面上，并且基于假定为该联立线性方程的解的值，来计算作为坐标转换矩阵的候选的矩阵。此后，将作为坐标转换矩阵的候选的矩阵应用于非线性优化操作的初始值，以将表示坐标转换后的坐标与球面之间的误差的非线性函数的值最小化，并且作为坐标转换矩阵的候选的矩阵的各分量被顺序更新以计算出坐标转换矩阵(即，使坐标转换后的坐标与球面之间的误差最小化的坐标转换矩阵)的最优值。[专利文献I]日本专利申请公开第2007-240270号[非专利文献][非专利文献 I] J. F. Vasconcelos, G. Elkaim, C. Silvestre, P. Oliveira, andB. Cardeira, “A Geometric Approach to Strapdown Magnetometer Calibration inSensor Frame，，，in IFAC Workshop on Navigation, Guidance and Control of UnderwaterVehicles, Killaloe, Ireland, April 2008[非专利文献 2] C. C. Foster and G. H. Elkaim, “Extension of a Two-StepCalibration Methodology to Include Nonorthogonal Sensor Axes，，，IEEE Transactionson Aerospace and Electronic Systems, Vol. 44, No. 3, July 2008然而,使用非专利文献I和非专利文献2中公开的方法计算的坐标转换矩阵(即，作为坐标转换矩阵的候选的矩阵)的初始值，可能与作为非线性函数的全局最优解的坐标转换矩阵存在巨大的差异。在非线性优化操作中使用的初始值与非线性函数的全局最优解存在巨大差异的情况下，很可能的是使用非线性优化操作找到的最优解成为与全局最优解不同的局部最优解。因此，虽然通过使用非专利文献I和非专利文献2中公开的方法计算的坐标转换矩阵来对于从三维磁传感器输出的矢量数据执行了坐标转换，但是极有可能找不到地磁的正确方向。还存在另一个问题。在非专利文献I中公开的坐标转换中，除了在椭球的主轴方向上扩张和收缩的移动之外，还执行旋转球面上的坐标的转换，因此，仅基于球面上的转换后坐标，不能计算出地磁的方向。为此，在非专利文献I中，在坐标转换中产生的旋转的方向和幅度通过使用参考磁场来计算，该参考磁场是从其中安装有三维磁传感器的装置的外部产生的磁场，并且该参考磁场是当从该三维磁传感器观察时方向已知的磁场。并且，执行转换以在与坐标转换中产生的旋转的方向相反的方向上旋转经过坐标转换后的坐标，以指定在没有产生软铁效应的情况下的球面上的坐标。然而，通过使用非专利文献I中公开的参考磁场来计算地磁方向的方法要求在其中安装有三维磁传感器的装置周围产生该参考磁场的环境，结果，不能将所公开的方法应用于便携式装置或行驶物体。

发明内容
鉴于上述问题做出了本发明，本发明的一个目的是计算接近于非线性方程的全局最优解的正确初始值作为非线性最优化问题的解，并且还基于所述初始值来计算坐标转换矩阵，从而计算地磁的正确方向。本发明的另一个目的是在产生了软铁效应的情况下不使用参考磁场就能计算地磁的正确方向。 本发明的再一个目的是评估指示多个磁数据的坐标的分布的三维图形的形状，并且根据评估结果来设置磁传感器的偏移量。在下文中将描述本发明。同时，将各实施例和各变型实施例的标号以及各附图的附图标记放在括号内以便于理解，然而，本发明并不因为这样描述而限于各实施例。为了解决上述各问题，根据本发明的一种地磁测量设备包括三维磁传感器
(60)，其构造为检测三个方向上的磁分量，并且构造为输出表示由所检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据( );存储单元(100)，其构造为存储从所述三维磁传感器顺序输出的磁数据( );椭球面产生单元(初始椭球面产生单元310)，其构造为计算表示从第一椭球面(Vxx)、第二椭球面(Vyy)和第三椭球面(Vzz)中选择的至少两个椭球面中每一个椭球面的椭球面中心点的坐标，这三个椭球面中的每一个都具有不同的形状，并且这三个椭球面中的每一个在其附近具有由存储在所述存储单元中的多个磁数据( 到qN)所指示的坐标；椭球面中心点判定单元(初始椭球面中心点判定单元322)，其构造为判定表示所述至少两个椭球面的椭球面中心点的坐标之间的距离是否等于或小于第一阈值(Ac);以及校正值产生单元(初始校正值产生单元330)，其构造为基于表示所述至少两个椭球面中的至少一个椭球面的形状的系数矩阵来计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的椭球面校正矩阵(初始椭球面校正矩阵Tj，所述校正值产生单元还构造为根据所述椭球面中心点判定单元的判定结果、基于表示所述至少一个椭球面的椭球面中心点的坐标来计算中心点(初始中心点Ceq)的坐标。在实际的形式中，所述三维磁传感器安装在包括具有软磁材料的部件的装置(I)中。在优选形式中，所述地磁测量设备还包括椭球面系数矩阵判定单元(初始椭球面系数矩阵判定单元321 )，其构造为判定所述系数矩阵是否为正定的，其中，所述校正值产生单元构造为根据所述椭球面系数矩阵判定单元的判定结果和所述椭球面中心点判定单元的判定结果，来计算所述椭球面校正矩阵和计算所述中心点的坐标。例如，所述校正值产生单元构造为在所述椭球面系数矩阵判定单元判定所述系数矩阵为正定的情况下，以及在所述椭球面中心点判定单元判定表示所述至少两个椭球面的椭球面中心点的坐标之间的距离等于或小于所述第一阈值的情况下，来计算所述椭球面校正矩阵和计算所述中心点的坐标。本发明还包括一种地磁测量方法，其包括将从三维磁传感器顺序输出的磁数据存储在存储单元中，所述三维磁传感器检测三个方向上的磁分量，并且所述三维磁传感器输出表示由所检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据；计算表示从第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中选择的至少两个椭球面中每一个椭球面的椭球面中心点的坐标，这三个椭球面中的每一个都具有不同的形状，并且这三个椭球面中的每一个在其附近具有顺序地存储在所述存储单元中的多个磁数据所指示的坐标；判定表示所述至少两个椭球面的椭球面中心点的坐标之间的距离是否等于或小于第一阈值，以提供判定结果；根据所述判定结果，基于表示所述至少两个椭球面中的至少一个椭球面的形状的系数矩阵，来计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的椭球面校正矩阵；以及根据所述判定结果、基于表示所述至少一个椭球面的椭球面中心点的坐标来计算中心点的坐标。在产生了软铁效应的情况下，多个磁数据所指示的坐标分布在椭球面的附近。因此，为了计算地磁的方向，需要执行坐标转换(即，椭球面校正)，以将分布在椭球面附近的坐标转换为分布在具有与该椭球面相同的中心点的球面附近的坐标。为了计算用于执行这样的坐标转换的矩阵，需要指定在其附近具有多个磁数据的、并且正确表达多个磁数据的分布图案的椭球面的形状。然而，在难以根据磁数据所指示的坐标的分布图案来指定椭球面的形状的情况下，甚至例如在磁数据所指示的坐标以磁数据所指示的坐标没有广泛地分布在空间上的状态来分布在特定坐标的附近的情况下，也有可能强行计算了在其附近具有多个磁数据所指示的坐标的椭球面。这样的椭球面没有正确地表达磁数据的分布图案。在使用基于不适当的椭球面而产生的坐标转换矩阵来执行椭球面校正的情况下(该不适当的椭球面没有正确地表示磁数据所指示的坐标的分布图案)，难以计算地磁的正确方向。因此，在难以根据磁数据所指示的坐标的分布图案来指定椭球面的形状的情况下，需要避免计算用于椭球面校正的坐标转换矩阵。根据本发明，初始椭球面产生单元计算从第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中选择的至少两个椭球面中每一个椭球面的中心点的坐标，这三个椭球面具有不同的形状和其附近的由多个磁数据所指示的坐标。并且，初始椭球面中心点判定单元判定所述两个椭球面的中心点之间的距离是否等于或小于第一阈值。在初始椭球面中心点判定单元的判定结果为肯定的情况下，所述初始椭球面产生单元所产生的至少两个椭球面全部在其附近具有由磁数据所指示的坐标，并且所述初始椭球面产生单元所产生的至少两个椭球面中每一个椭球面的中心点的坐标可以被视为相同。因此，在初始椭球面中心点判定单元的判定结果为肯定的情况下，所述初始椭球面产生单元所产生的至少两个椭球面可以被视为具有相同的形状。在磁数据所指示的坐标以能够指定椭球面的形状的图案广泛分布的情况下，所述初始椭球面产生单元所产生的至少两个不同的椭球面被计算为具有能够被视为与通过磁数据的分布来指定的椭球面的形状相同的形状的椭球面。另一方面，在难以根据磁数据所指示的坐标的分布图案来指定椭球面的形状的情况下，仅基于这两个形状中的每一个形状在其附近具有由多个磁数据所指示的坐标的条件，来设置所述初始椭球面产生单元所产生的两个不同的椭球面的形状。在此情况下，存在很大的可能性不能将所述至少两个不同的椭球面的形状视为相同，并且存在很大的可能性不能将所述至少两个不同的椭球面的中心点所指示的坐标视为相同。根据本发明的地磁测量设备判定从第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中选择的至少两个椭球面能够被视为具有相同的形状，然后产生初始椭球面校正矩阵。因此，在难以根据磁数据所指示的坐标的分布图案来指定椭球面的形状的情况下，需要避免产生不适当的初始椭球面校正矩阵。在地磁测量设备的一种形式中，椭球面产生单元(初始椭球面产生单元310)被构造为假设存储在存储单元中的磁数据所指示的坐标随机分布在椭球面的附近，并且被构造为假设该椭球面由如下椭球面方程来表达所述椭球面方程包括表示第一轴分量的平方的项(X2)、表示第二轴分量的平方的项(y2)和表示第三轴分量的平方的项(Z2)。在这样的假设下，所述椭球面产生单元(初始椭球面产生单元310)包括从下列各单元中选择的至少两个单元第一椭球面产生单元(311)，其构造为计算表示所述第一椭球面的椭球面中心点(Cxx)的坐标，以便将通过把所述磁数据所指示的坐标代入所述椭球面方程的排除了表示第一轴分量的平方的项以外的其余各项中而获得的值与所述磁数据所指示的坐标的第一轴分量的平方值之间的误差最小化；第二椭球面产生单元(312)，其构造为计算表示所述第二椭球面的椭球面中心点(Cyy)的坐标，以便将通过把所述磁数据所指示的坐标代入所述椭球面方程的排除了表示第二轴分量的平方的项以外的其余各项中而获得的值与所述磁数据所指示的坐标的第二轴分量的平方值之间的误差最小化；以及第三椭球面产生单元(313)，其构造为计算表示所述第三椭球面的椭球面中心点(Czz)的坐标，以便将通过把所述磁数据所指示的坐标代入所述椭球面方程的排除了表示第三轴分量的平方的项以外的其余各项中而获得的值与所述磁数据所指示的坐标的第三轴分量的平方值之间的误差最小化。在磁数据所指示的坐标以能够指定椭球面的形状的图案分布的情况下，即使以任何形式来表达磁数据所指示的坐标与该椭球面之间的误差，也可通过将磁数据所指示的坐标与该椭球面之间的误差最小化而产生的椭球面设置为具有能够被视为与通过磁数据的分布而指定的椭球面的形状相同的形状。另一方面，在难以根据磁数据所指示的坐标的分布图案来指定椭球面的形状的情况下，通过使磁数据所指示的坐标与该椭球面之间的误差最小化而产生的椭球面取决于误差表达形式。本发明产生从下列各椭球面中选择的至少两个椭球面第一椭球面，其用于在基于第一轴分量的平方值来表达误差时，将磁数据所指示的坐标与该椭球面之间的误差最小化；第二椭球面，其用于在基于第二轴分量的平方值来表达误差时，将磁数据所指示的坐标与该椭球面之间的误差最小化；以及第三椭球面，其用于在基于第三轴分量的平方值来表达误差时，将磁数据所指示的坐标与该椭球面之间的误差最小化。即，所述初始椭球面产生单元所产生的所述至少两个椭球面被设置为使以不同形式表达的误差最小化。因此，在能够根据磁数据所指示的坐标的分布图案来指定椭球面的形状的情况下，所述初始椭球面产生单元所产生的所述至少两个椭球面被设置为具有能够被视为与通过磁数据所指示的坐标的分布图案来指定的椭球面的形状相同的形状。另一方面，在难以根据磁数据所指示的坐标的分布图案来指定椭球面的形状的情况下，所述初始椭球面产生单元所产生的所述至少两个椭球面取决于误差表达形式而具有不同的形状。在此情况下，所述至少两个椭球面的中心点不能被视为相同的坐标，并且不产生初始椭球面校正矩阵。因此，根据本发明，如上所述，在难以根据磁数据所指示的坐标的分布图案来指定椭球面的形状的情况下，能够防止产生不适当的初始椭球面校正矩阵。在一种有利的形式中，所述地磁测量设备还包括最优椭球面校正值产生单元(400)，其构造为设置指示起点的三维可变矢量(c)和指示磁数据(qi)相对于所述起点的坐标的第一三维可变矢量(q^c)，并且构造为设置可变矩阵(T)和第二三维可变矢量(sx-c)，所述第二三维可变矢量是通过使用所述可变矩阵来转换所述第一三维可变矢量获得的，从而所述第二三维可变矢量的坐标被定义为转换后的数据(sXi)，其中所述最优椭球面校正 值产生单元还构造为设置椭球面最优化函数(fa)，所述椭球面最优化函数表示多个转换后的数据(Sxl到Sxn)所指示的坐标与具有与所述可变矢量所指示的起点相对应的中心的球面之间的误差，并且所述椭球面最优化函数包括所述可变矩阵的分量和所述可变矢量的分量作为变量，以及其中所述最优椭球面校正值产生单元构造为将所述椭球面校正矩阵(T0)的分量和通过所述校正值产生单元(330)计算出的中心点(Cro)的坐标作为初始值应用于所述椭球面最优化函数的变量，并且构造为随后顺序地更新所述椭球面最优化函数的变量，以便计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的最优椭球面校正矩阵(TQP)，并且还计算指示作为将所述椭球面最优化函数最小化的解的最优中心点(Caff)的坐标；以及地磁计算单元(600)，其构造为通过使用所述最优椭球面校正矩阵，相对于所述最优中心点所指示的坐标，来转换表示从所述三维磁传感器输出的磁数据(Qi)所指示的坐标的三维矢量(q1-cE()P)，以便基于转换后的矢量(S1-Crop)来计算地磁(Bg)的方向。根据本发明，所述(初始)椭球面校正矩阵(Ttj)的分量和所述(初始)中心点(Cro)所指示的三个轴坐标被用作所述椭球面最优化函数(fa)的变量的初始值。如前所述,所述初始椭球面校正矩阵和所述初始中心点是基于所述初始椭球面产生单元所产生的至少两个椭球面来产生的、并且基于正确地表达磁数据所指示的坐标的分布图案的椭球面来设置的值。另一方面，用于将所述椭球面最优化函数最小化的非线性最优化操作是用于计算椭球面以将该椭球面与磁数据所指示的坐标之间的误差最小化的操作。即，所述椭球面最优化函数的全局最优解成为表示最正确地表达磁数据所指示的坐标的分布图案的椭球面的形状以及该椭球面的中心点的矩阵。因此，所述初始椭球面校正矩阵和所述初始中心点是接近于所述椭球面最优化函数的全局最优解的适当的值。S卩，根据本发明的地磁测量设备通过将接近于全局最优解的正确值用作所述非线性最优化操作的初始值，防止所述非线性最优化操作疏忽地计算了局部最优解，因此，能够计算地磁的正确方向。在另一种有利的形式中，地磁测量设备可以包括地磁计算单元(600)，其构造为通过使用所述校正值产生单元所产生的(初始)椭球面校正矩阵(TJ，相对于也通过所述校正值产生单元产生的(初始)中心点(( )的坐标，来转换表示从所述三维磁传感器输出的磁数据(Qi)所指示的坐标的三维矢量(1-( )，以便根据转换后的矢量(S1-Cro)来计算地磁(Bg)的方向。根据本发明，能够通过简单计算来执行椭球面校正并且降低计算地磁的方向的计算所涉及的负荷。在本发明的另一个方面中，一种地磁测量设备包括三维磁传感器，其构造为检测三个方向上的磁分量，并且构造为输出表示由所检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据( );存储单元，其构造为存储从所述三维磁传感器顺序输出的磁数据(Qi);以及最优椭球面校正值产生单元(400)，其构造为假设地磁的幅度是未知的，所述最优椭球面校正值产生单元构造为设置指示起点的三维可变矢量(C)和指示磁数据相对于所述起点的坐标的第一三维可变矢量(q1-c)，所述最优椭球面校正值产生单元构造为设置可变矩阵(T)和第二三维可变矢量(sx-c)，所述第二三维可变矢量是通过使用所述可变矩阵来转换所述第一三维可变矢量而获得的，从而使得所述第二三维可变矢量的坐标被定义为转换后的数据(sXi)，所述最优椭球面校正值产生单元还构造为设置椭球面最优化函数(fa)，所述椭球面·最优化函数表示多个转换后的数据(Sxl到Sxn)所指示的坐标与具有与所述可变矢量所指示的起点相对应的中心的球面之间的误差，并且所述椭球面最优化函数包括所述可变矩阵的分量和所述可变矢量的分量作为变量，所述最优椭球面校正值产生单元构造为顺序地更新所述椭球面最优化函数的变量，以便计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的最优椭球面校正矩阵(Ttff),并且还计算指示作为将所述椭球面最优化函数最小化的解的最优中心点(Cot)的坐标，其中将所述可变矩阵(T)设置为对称矩阵。在实际的形式中，所述三维磁传感器安装在包括具有软磁材料的部件的装置中。在一种有利的形式中，所述最优椭球面校正值产生单元构造为在所述最优椭球面校正值产生单元顺序地更新所述椭球面最优化函数的变量之前，将初始椭球面校正矩阵的分量和初始中心点的坐标应用于所述椭球面最优化函数的变量。在安装有所述三维磁传感器的装置包括具有软磁材料的机械或电子部件的情况下，产生了软铁效应。因此，从所述三维磁传感器输出的多个磁数据所指示的坐标分布在椭球面的附近。在此情况下，指示该椭球面的中心点的坐标的矢量表示所述三维磁传感器的偏移量。因此，通过使用用于在该椭球面的主轴方向上扩张和收缩该椭球面上的坐标的坐标转换矩阵以将该椭球面上的坐标转换为球面上的坐标，来执行关于磁数据所指示的坐标的椭球面校正，从而能够计算地磁的正确方向。根据本发明，把所述可变矩阵的分量和所述三维可变矢量的元素作为变量的所述椭球面最优化函数被最小化，以计算所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点。所述可变矩阵是用于对三维矢量的坐标进行转换的3 X 3对称矩阵。通常，该3 X 3对称矩阵具有互相垂直的三个特征矢量和与这三个特征矢量相对应的三个特征值。并且，在使用所述对称矩阵来转换三维矢量的情况下，转换后的矢量变成等于通过如下方式得到的矢量在所述对称矩阵的三个特征矢量的方向上利用与这三个特征矢量相对应的各特征值来扩张和收缩转换前的矢量。所述最优椭球面校正矩阵是在所述椭球面最优化函数被最小化时的可变矩阵，因此，所述最优椭球面校正矩阵是3X3的对称矩阵。因此，在使用所述最优椭球面校正矩阵来转换三轴矢量的情况下，转换后的矢量成为等于通过在所述最优椭球面校正矩阵的三个特征矢量的方向上利用各特征值来扩张和收缩转换前的矢量而获得的矢量。即，所述最优椭球面校正矩阵是这样的矩阵，其用于在其中以与最优椭球面校正矩阵的各个特征矢量相同的方向来排列主轴的椭球面的三个主轴方向上扩张和收缩该椭球面上的坐标，以表示用于将该椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的坐标转换。在使用这样的最优椭球面校正矩阵来转换矢量的情况下，仅执行用于在椭球面的三个轴方向上扩张和收缩该矢量的转换，而不执行用于旋转该矢量的转换。因此，在椭球面校正中，通过使用所述最优椭球面校正矩阵，能够计算地磁的正确方向。并且，根据本发明，对通过使用所述可变矩阵来转换由磁数据所指示的坐标而获得的转换后的数据所指示的坐标与球面之间的误差进行表示的所述椭球面最优化函数被最小化，以计算所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点。在所述椭球面最优化函数被最小化的情况下，通过所述可变矩阵来转换的转换后的数据所指示的坐标与球面之间的误差被最小化。所述最优椭球面校正矩阵是在所述椭球面最优化函数被最小化时的可变矩阵，因此，所述最优椭球面校正矩阵表示这样的矩阵，其用于将多个磁数据所指示的坐标转换为相对于球面具有最小误差的多个坐标。如前所述,所述最优椭球面校正矩阵是用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的矩阵。因此，在转换后的坐标与球面之间的误差被最小化的情况下，转换前的坐标与球面之间的误差也被最小化。即，通过使用所述最优椭球面校正矩阵，能够指定一个椭球面来使得该椭球面与磁数据所指示的坐标之间的误差最小化(即，指定了一个最正确地表达磁数据所指示的坐标的分布图案的椭球面)。并且，对通过所述最优椭球面校正矩阵指定的椭球面的中心点(最优中心点)的坐标进行指示的矢量成为正确地表示所述三维磁传感器的偏移量的矢量。通过使用这样的最优椭球面校正矩阵和最优中心点来执行椭球面校正，其中，该最优椭球面校正矩阵和最优中心点表达了正确地捕获磁数据所指示的坐标的分布图案的椭球面，因此，能够计算地磁的正确方向。在一种有利的形式中，所述地磁测量设备还可以包括偏移量采用单元(610)，其构造为采用所述最优中心点(Cot)所指示的坐标作为所述三维磁传感器的偏移量(Ctw)以及采用所述最优椭球面校正矩阵(Tw)作为椭球面校正矩阵(TE)，并且构造为在所述最优 椭球面校正值产生单元计算所述最优椭球面校正矩阵(Tw)和所述最优中心点(Cot)的坐标时输出所述偏移量(Ctw)和所述椭球面校正矩阵(Te);以及地磁矢量计算单元(620)，其构造为通过使用所述椭球面校正矩阵，相对于所述偏移量所指示的坐标，来转换表示从三维磁传感器输出的磁数据( )所指示的坐标的三维矢量(Q1-Ctw),以便根据转换后的矢量(S1-Coff)来计算地磁(Bg)的方向。根据本发明，通过采用所述最优中心点所指示的三个轴坐标作为偏移量并且采用所述最优椭球面校正矩阵作为所述椭球面校正矩阵来执行椭球面校正。如前所述，所述最优椭球面校正矩阵是指定了正确地表示多个磁数据所指示的坐标的分布图案的椭球面的矩阵，所述最优中心点是正确地表示所述三维磁传感器的偏移量的矢量。因此，通过使用所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点来执行椭球面校正，能够计算地磁的正确方向。此外，本发明还提供了一种地磁测量方法，其包括将从三维磁传感器顺序输出的磁数据( )存储在存储单元中，所述三维磁传感器检测三个方向上的磁分量，并且所述三维磁传感器输出表示由所检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据( );假设地磁的幅度是未知的；设置指示起点的三维可变矢量(C)和指示磁数据相对于所述起点的坐标的第一三维可变矢量(q1-c);设置可变矩阵(T)和第二三维可变矢量(sx-c)，所述第二三维可变矢量是通过使用所述可变矩阵来转换所述第一三维可变矢量获得的，从而使得所述第二三维可变矢量的坐标被定义为转换后的数据(Sxi);设置椭球面最优化函数(fa)，所述椭球面最优化函数表示多个转换后的数据(Sxl到Sxn)所指示的坐标与具有与所述可变矢量所指示的起点相对应的中心的球面之间的误差，并且所述椭球面最优化函数包括所述可变矩阵的分量和所述可变矢量的分量作为变量；以及顺序地更新所述椭球面最优化函数的变量，以便计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的最优椭球面校正矩阵( *)，并且还计算指示作为将所述椭球面最优化函数最小化的解的最优中心点(Cot)的坐标，其中所述可变矩阵(T)是对称矩阵。根据本发明，通过使用所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点来执行椭球面校正，因此，能够计算地磁的正确方向。 并且，作为本发明的具体实施例，所述地磁测量设备还可以包括中心点计算单元(800)，在假设磁数据( 到qN)所指示的三个轴坐标随机分布在用于中心点计算的球面
(S)的附近的条件下，所述中心点计算单元用于计算由用于中心点计算的球面(S)的中心点(cs)所指示的三个轴坐标；以及变形判定单元(900)，在假设所输入的三个轴坐标中的多个随机分布在具有从用于变形判定的球面(S2)变形而来的形状的三维图形(SD)的表面附近的条件下，所述变形判定单元用于计算指示所述三维图形(SD)的形状与用于变形判定的球面(S2)的形状彼此之间的差异到了什么程度的变形评估值(gD(E))，以及用于判定所述变形评估值(gD(E))是否等于或小于允许的变形值(δ。。在磁数据( 到qN)所指示的三个轴坐标被用作输入坐标时所述变形判定单元(900)的判定结果为否定的情况下，椭球面校正单元(200)中的所述最优椭球面校正值产生单元(400)可以计算所述最优椭球面校正矩阵(Tqp)和所述最优中心点(Ceqp)所指示的三个轴坐标，并且偏移量采用单元(610a)可以采用所述最优中心点(Crop)所指示的三个轴坐标作为所述偏移量(C(W)，此外，还可以采用所述最优椭球面校正矩阵(Ttff)作为所述椭球面校正矩阵(TE)。在所述变形判定单元(900)的判定结果为肯定的情况下，所述偏移量采用单元(610a)可以采用用于中心点计算的球面
(S)的中心点(Cs)所指示的三个轴坐标作为所述偏移量(C(W)，此外，还可以采用单位矩阵(I)作为所述椭球面校正矩阵(Te)。根据本发明，所述变形判定单元计算这样的变形评估值，其指示了在其表面附近具有通过所述三维磁传感器输出的磁数据所指示的三个轴坐标的三维图形的形状与用于变形判定的球面的形状彼此之间的差异到了什么程度。在所述变形判定单元的判定结果为肯定的情况下，S卩，在变形评估值等于或小于允许的评估值的情况下，三维图形的形状和用于变形判定的球面的形状能够被视为相同。在此情况下，能够设置用于中心点计算的球面，使得用于中心点计算的球面在其附近具有磁数据所指示的三个轴坐标，因此，能够采用对通过所述中心点计算单元计算出的用于中心点计算的球面的中心点的坐标进行指示的矢量作为偏移量。并且，在此情况下，磁数据所指示的坐标的分布图案没有形成椭球面，因此，没有产生软铁效应。因此，所述地磁测量设备能够在不使用所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点的坐标的情况下计算地磁的正确方向。
通过该方式，根据本发明的包括变形判定单元的地磁测量设备能够判定是否产生了软铁效应。因此，在没有产生软铁效应的情况下，能够通过不计算最优椭球面校正矩阵和最优中心点的坐标的简单计算来计算地磁的正确方向，从而降低计算负荷。另一方面，在所述变形判定单元的判定结果为否定的情况下，S卩，在变形评估值大于允许的变形值的情况下，所述三维图形具有不同于球面形状的变形形状。结果，产生了软铁效应，并且假设磁数据所指示的坐标分布在椭球面的附近。在此情况下，所述地磁测量设备计算最优椭球面校正矩阵和最优中心点的坐标，并且基于此将磁数据所指示的坐标转换为转换后的磁数据所指示的坐标，从而计算出地磁的正确方向。如上所述，根据本发明的包括变形判定单元的地磁测量设备能够判定是否产生了软铁效应。无论在产生了软铁效应的情况下还是在没有产生软铁效应的情况下，都能够计算地磁的正确方向。并且，在没有产生软铁效应的情况下，能够减少计算量。
并且，作为本发明的另一个具体实施例，所述地磁测量设备还可以包括椭球面到球面转换单元(500)，其用于通过使用所述最优椭球面校正矩阵(TJ、根据所述最优中心点(Cmp)所指示的三个轴坐标来转换表示磁数据Cq1到qN)所指示的三个轴坐标的三维矢量，以计算多个转换后的磁数据(S1到sN)。在磁数据( 到qN)所指示的三个轴坐标被用作输入坐标时所述变形判定单元(900)的判定结果为否定的情况下，所述椭球面到球面转换单元(500)可以将转换后的磁数据(S1到sN)所指示的三个轴坐标作为输入坐标应用于所述变形判定单元(900)。在转换后的磁数据(S1到sN)所指示的三个轴坐标被用作输入坐标时所述变形判定单元(900)的判定结果为肯定的情况下，所述偏移量采用单元(610)可以采用所述最优中心点(Crop)所指示的三个轴坐标作为所述偏移量(C(W)，此外，还可以采用所述最优椭球面校正矩阵(Ttff)作为所述椭球面校正矩阵(TE)。在所述变形判定单元(900)的判定结果为否定的情况下，可以不采用所述偏移量和所述椭球面校正矩阵(TE)。在安装有所述三维磁传感器的装置的周围可能存在产生磁场的外部物体，并且所述三维磁传感器可以检测到该物体所产生的磁场(外部磁场)。在所述外部磁场为非均匀磁场的情况下，非均匀磁场的方向和幅度根据该物体与所述三维磁传感器之间的相对位置关系而改变，从所述三维磁传感器输出的多个磁数据所指示的坐标分布在具有既不同于球面又不同于椭球面的变形形状的三维图形的表面附近。在此情况下，磁数据所指示的坐标没有分布在球面附近或椭球面附近。因此，在此情况下，对在磁数据所指示的坐标分布在球面附近或椭球面附近的假设下计算的球面或椭球面的中心点的坐标进行指示的矢量不能被采用为偏移量。根据本发明，在在其附近具有由磁数据所指示的坐标的三维图形具有不同于球面形状的变形形状的情况下，所述椭球面到球面转换单元根据磁数据所指示的坐标来计算多个转换后的磁数据，然后所述变形判定单元基于转换后的磁数据所指示的坐标来计算变形评估值，并且判定所述变形评估值是否等于或小于允许的变形值。在所述变形判定单元的判定结果为肯定的情况下，转换后的磁数据所指示的坐标分布在球面的附近，因此，磁数据所指示的坐标分布在椭球面的附近。即，在转换后的磁数据所指示的坐标被用作输入坐标时所述变形判定单元的判定结果为肯定的情况下，不存在非均匀外部磁场，只存在软铁效应。在此情况下，所述地磁测量设备能够基于转换后的磁数据所指示的坐标和所述最优中心点所指示的坐标来计算地磁的正确方向。
另一方面，在所述变形判定单元的判定结果为否定的情况下，转换后的磁数据所指示的坐标分布在具有既不同于球面又不同于椭球面的变形形状的三维图形的表面附近。即，在转换后的磁数据所指示的坐标被用作输入坐标时所述变形判定单元的判定结果为否定的情况下，存在非均匀外部磁场，不可能计算正确的偏移量。在此情况下，所述地磁测量设备防止了计算偏移量。此外，本发明还包括一种地磁测量方法(图19)，其包括(S2)将从三维磁传感器顺序输出的多个磁数据存储在存储单元中；(S4)假设一个球面具有这样的表面，在该表面的附近包括由所述多个磁数据所表示的坐标，并且该球面计算表示所述球面的中心点的坐标；(S5)假设第一三维图形具有附近包括由所述多个磁数据所表示的坐标的表面，并且确定所述第一三维图形的形状是否接近球面；(SlO)当确定所述第一三维图形的形状接近球面时，采用所计算的中心点的坐标作为所述三维磁传感器的偏移量；(S7)当确定所述第一三维图形的形状不接近球面时，计算能够将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的最优椭球面校正矩阵，并且计算最优中心点的坐标；(S8)利用所述最优椭球面校正矩阵和所述 最优中心点的坐标来转换所述多个磁数据所表示的坐标，从而提供转换后的坐标；(S9)假设第二三维图形具有附近包括转换后的坐标的表面，并且确定所述第二三维图形的形状是否接近球面；以及(SlO)当确定所述第二三维图形的形状接近球面时，采用所述最优中心点的坐标作为所述三维磁传感器的偏移量。在一种优选形式中，所述地磁测量方法还包括计算指示初始椭球面的初始中心点的坐标，使得所述多个磁数据的坐标分布在所述初始椭球面的表面附近，并且在确定所述第一三维图形的形状不接近球面时，还计算能够将所述初始椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的初始椭球面校正矩阵，其中，基于所述初始椭球面校正矩阵和所述初始中心点来计算所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点的坐标。在一种优选形式中，所述地磁测量方法还包括评估所述第一三维图形的形状与球面的差异程度，以便确定所述第一三维图形的形状是否接近球面；并且评估所述第二三维图形的形状与球面的差异程度，以便确定所述第二三维图形的形状是否接近球面。通过该方式，根据本发明的地磁测量设备和方法判定磁数据所指示的坐标的分布图案是否与从球面、椭球面和具有既不同于球面又不同于椭球面的变形形状的三维图形中选择的任何一个相对应。在确定磁数据所指示的坐标分布在具有既不同于球面又不同于椭球面的变形形状的三维图形的附近的情况下，所述地磁测量设备避免了计算偏移量。即，根据本发明的地磁测量设备能够避免基于受非均匀外部磁场影响的多个磁数据计算出不正确的偏移量。另一方面，在确定磁数据所指示的坐标的分布图案对应于椭球面的情况下，S卩，在确定不存在非均匀外部磁场并且产生了内部软铁效应的情况下，根据本发明的地磁测量设备能够通过采用指示该椭球面的中心点的坐标作为偏移量来计算地磁的正确方向。


图1是示出了根据本发明的一个实施例的三维磁传感器所测量的磁场的概况的概念示图。图2是示出了根据本发明的该实施例的三维磁传感器所测量的地磁和内部磁场的概念示图。图3
的概念示图。示图。
是示出了根据本发明的该实施例的三维磁传感器所测量的地磁和内部磁场
图4是示出了根据本发明的该实施例的三维磁传感器所测量的磁化磁场的概念
图5是示出了根据本发明的该实施例的三维磁传感器所测量的磁化磁场的概念
图6是示出了根据本发明的该实施例的三维磁传感器所测量的磁化磁场的概念
图7是示出了根据本发明的一个实施例的椭球面校正矩阵的概念示图。
图8是示出了安装有根据本发明的该实施例的三维磁传感器的装置的构造的框
图9是示出了根据本发明的一个实施例的地磁测量设备的构造的功能框图。
图10是示出了根据本发明的一个实施例的初始椭球面校正值产生单元的构造的示图。示图。图。
功能框图。图11 (A)、图11 (B)和图11 (C)是示出了根据本发明的一个实施例的第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面的概念示图。图12是示出了根据本发明的一个实施例的初始椭球面校正矩阵的概念示图。图13是示出了根据本发明的一个实施例的第二条件的概念示图。图14是示出了在椭球面校正中产生旋转的情况的概念示图。图15是示出了根据本发明的第二实施例的地磁测量设备的构造的功能框图。图16是示出了根据本发明的第二实施例的三维磁传感器所测量的地磁、内部磁场、磁化磁场和外部磁场的概念不图。图17是示出了根据本发明的第二实施例的三维磁传感器所测量的外部磁场的概念示图。图18 (A)和图18 (B)是示出了根据本发明的第二实施例的三维磁传感器所测量的外部磁场的概念不图。
图19是示出了根据本发明的第二实施例的地磁测量设备的操作的流程图。
图20是示出了根据本发明的第二实施例的中心点计算处理的概念示图。
图21是示出了根据本发明的第二实施例的磁数据分布判定处理的概念示图。图22是示出了根据本发明的第二实施例的磁数据分布判定处理的概念示图。图23是示出了根据本发明的第二实施例的变形判定处理的概念示图。
图24是示出了根据本发明的第二实施例的变形判定处理的概念示图。
图25是示出了根据本发明的第二实施例的变形判定处理的概念示图。
具体实施例方式<A.第一实施例>在下文中，将描述本发明的一个实施例。[1.三维磁传感器所检测的磁场的概况]
在此实施例中，假设三维磁传感器所检测的磁场除了待检测的地磁之外，还包括构成安装有该三维磁传感器的装置的部件所产生的磁场，即，内部磁场；以及磁化磁场，其在构成该装置的该部件的软磁材料被来自该装置外部的磁场磁化时产生。在下文中，将参考图1到图5来描述在此实施例中假设的这三种磁场的概况；以及在通过三维磁传感器来检测这些磁场的情况下，从三维磁传感器输出的矢量数据。图1是示出了下列三者的示图待测量的地磁Bg ;内部磁场Bi，其由构成安装有三维磁传感器的装置I的机械或电子部件2产生；以及磁化磁场B111，其由构成部件2的软磁材料21产生。·地磁Bg是具有恒定的方向和幅度的磁场,该磁场指向北磁极。严格地说,地磁Bg的方向和幅度根据地域而不同。然而，例如，在移动距离不大例如没有在不同城市之间的进行移动的情况下，地磁Bg具有恒定的方向和幅度。在本发明的实施例中，将地磁Bg的幅度视为未知参数。如下文所述，可以基于最优椭球面校正矩阵Tw的行列式来计算地磁Bg的幅度。内部磁场Bi是由构成装置I的部件2产生的磁场。当从装置I观察时，内部磁场Bi具有恒定的方向和幅度。即，不管装置I的姿态如何改变，内部磁场Bi都被三维磁传感器60检测为具有恒定的方向和幅度的磁场。磁化磁场B111是在软磁材料21被从装置I外部的物体产生的磁场(即，地磁Bg)磁化时由软磁材料21产生的磁场。因此，磁化磁场B111的方向和幅度根据地磁Bg的方向和幅度以及软磁材料21的材料、尺寸和形状而改变。为了描述方便，如图1所示，引入了大地坐标系Σ e和传感器坐标系Σ s。附于图1中所示的每个矢量的左上部分的上标G表示在大地坐标系Σ G中表达该矢量。大地坐标系Σ e是固定到地面的坐标系。具体地说，大地坐标系Σ e是这样的坐标系其以地面上的任意点作为原点，把三个互相垂直的方向，例如，东、北以及垂直于前两者的向上方向作为X轴、y轴和z轴。传感器坐标系Σ S是固定到三维磁传感器60的坐标系。具体地说，传感器坐标系Σ 3是这样的坐标系其用于将从构成三维磁传感器60的三个传感器模块输出的值分别绘制在X轴(第一轴)、y轴(第二轴)和z轴(第三轴)上。S卩，由三维磁传感器60输出的磁数据被表达为传感器坐标系Σ s的矢量数据。同时，图1中所示的姿态y指示传感器坐标系Σ s的每个轴在大地坐标系Σ G中的方向(即,三维磁传感器60在大地坐标系Σ e中的方向)。在下文中，将描述在姿态μ改变的情况下，内部磁场Bi和磁化磁场Bm在大地坐标系Σ e和传感器坐标系Σ s中的方向是如何改变的。首先，参考图2和图3来描述内部磁场Bi和地磁Bg在大地坐标系Σ。和传感器坐标系Σ s中看起来是什么样的。同时，在图2和图3中，为了简单起见，假设装置I不包括软磁材料21，并且不存在磁化磁场Bm。图2是示出了内部磁场Bi和地磁Bg在大地坐标系Σ。中的方向和幅度的示图。在装置I的姿态μ从姿态μ !改变到姿态μ 2的情况下，内部磁场eBi的幅度是恒定的，但是内部磁场eBi的方向根据姿态μ的改变而改变。另一方面，地磁eBg的方向和幅度是恒定的。
图3是示出了内部磁场Bi和地磁Bg在传感器坐标系Σ s中的方向和幅度的示图。具体地说，图3是这样的示图，该示图示出了 在装置I的姿态μ被改变为“至μΝ以测量磁场的情况下，将通过三维磁传感器60输出的N个磁数据Q1到qN所指示的坐标绘制在传感器坐标系Σ s中(N为自然数，等于或大于9，指示用于测量为了得到高精度偏移量所必需的磁数据的规定次数)。在此，附于图3中所示的每个矢量的左上部分的上标S表示该矢量是在传感器坐标系Σ s中表达的。在传感器坐标系[s中，内部磁场Bi被表达为具有恒定的方向和幅度的矢量sBi(从传感器坐标系Σ s的原点指向中心点( 的矢量)。另一方面，地磁Bg的幅度是恒定的，但是地磁Bg的方向根据三维磁传感器60的姿态μ而改变。即，地磁Bg被表达为矢量sBg(U)，该矢量sBg(U)具有取决于装置I的姿态μ的方向和恒定的幅度。因此，当姿态μ在矢量sBg(μ )的起点位于中心点Cog的状态下改变的情况中，矢量sBg(y )的终点指示球面Se上的坐标，该球面Sg具有对应于中心点Cm的中心点和对应于地磁Bg的幅度的半径。因为磁数据Q1到qN所指示的坐标表示传感器坐标系Σ s中的内部磁场sBi和地磁 sBg之和，所以磁数据Q1到qN所指示的坐标分布在球面Sg上。同时，三维磁传感器60的测量值具有测量误差。因此，严格地说，磁数据Q1到qN所指示的坐标可能分布在球面Sg的附近。因此，通过从磁数据％所指示的坐标中减去内部磁场sBi，能够计算地-sBg在传感器坐标系Σ s中的方向和幅度。从磁数据qi所指示的坐标中减去球面Sg的表示三维磁传感器60所输出的内部磁场&的中心点( 所指示的坐标，以获得待检测的地磁Bg的正确方向的处理，被称为校正处理。并且,在该校正处理中从磁数据qi中去除的矢量被称为偏移量CoFF。即，偏移量Cqff是表示内部磁场的矢量sBi，并且被表示为从传感器坐标系Σ s中的原点开始的指示球面Sg的中心点( 的矢量。在装置I包括软磁材料21的情况下，在地磁Bg的影响下，软磁材料21被磁化，结果，软磁材料21产生磁化磁场Bm。下文将参考图4和图5来描述在装置I的姿态μ改变的情况下，磁化磁场Bm在大地坐标系Σ <；和传感器坐标系Σ s中的方向和幅度是如何改变的。图4是示出了磁化磁场Bni在大地坐标系Σ e中的方向和幅度的示图。图4示出了如下的情况装置I包括立方体软磁材料21，其具有平行于传感器坐标系Σ s的X轴的长边211a和211b以及平行于传感器坐标系Σ s的7轴的短边212a和212b，并且该软磁材料21被布置为位于传感器坐标系Σ s的X轴上。磁化磁场Bni是作为软磁材料21被地磁Bg磁化的结果而产生的磁场。具体地说，磁化磁场Bni是这样的磁场其方向和幅度根据装置I的姿态μ以及软磁材料21的材料、尺寸和形状而改变。在装置I的姿态μ从姿态μ !改变到姿态μ 2的情况下，磁化磁场eBm的方向和幅度从\(μ J改变到eBni(U2)。例如，在装置I的姿态μ为姿态μ !的情况下，软磁材料21产生从软磁材料21的一个短边212a指向软磁材料21的另一个短边212b的磁化磁场eBJ μ J。在装置I的姿态μ为姿态μ 2的情况下，软磁材料21产生从软磁材料21的一个长边211a指向软磁材料21的另一个长边211b的磁化磁场eBm(U2)。
通过三维磁传感器60检测的磁化磁场\( μ )的方向和幅度取决于装置的姿态μ和软磁材料21在传感器坐标系Σ s中的位置sP1^例如，在图4的情况下，三维磁传感器60测量出磁化磁场eBm(U1)为与地-eBg(U1)指向相同的磁场。并且，三维磁传感器60测量出磁化磁场\ (μ 2)为与地磁\ (μ 2)指向相反的磁场。同时，除了被地磁Bg磁化之外，软磁材料21还被部件2所产生的磁场磁化，当从传感器坐标系Σ s观察时部件2所产生的磁场具有恒定的方向和幅度。由于软磁材料21被从传感器坐标系Σ s观察时的方向和幅度都恒定的该磁场磁化而由软磁材料21产生的磁场，即使在装置I的姿态μ改变的情况下，也具有恒定的方向和幅度。在作为软磁材料21被磁化的结果而产生的这些磁场中，即使在装置的姿态μ改变的情况下也具有恒定的方向和幅度的磁场包括在上述的内部磁场Bi中。图5是示出了在传感器坐标系Σ s中绘制磁数据Q1和磁数据q2的示图，其中，磁
数据Q1是在装置I采取姿态μ !时测量的，而磁数据q2是在装置I采取姿态μ 2时测量的。磁数据Q1是矢量sBe(U1)所指示的坐标，其中矢量sBe(U1)通过将具有由作为起点的中心点( 所指示的坐标并具有与地磁sBg (μ J相同方向的磁化磁场sBnl (μ J加上地-sBg(U1)而获得。因此，磁数据士存在于球面Se的外部。另一方面，磁数据％是矢量sBe(U2)所指示的坐标,其中矢量％(μ 2)通过将具有由作为起点的中心点( 所指示的坐标并具有与地磁sBg(U2)相反方向的磁化磁场sBni(U2)加上地-sBg(U2)而获得。因此，磁数据q2存在于球面Se的内部。即，磁数据qi和q2分布在椭球面Ve上，其中椭球面Ve通过向矢量sBg ( μ ^扩张球面Se和向矢量sBg(U2)收缩球面Se而获得。因此，在将三维磁传感器安装于包括软磁材料装置中的情况下，由于作为软磁材料被来自装置外部的诸如地磁之类的磁场所磁化的结果而产生的磁化磁场的影响，通过三维磁传感器测量的多个磁数据所指示的坐标没有分布在球面的附近，而是分布在椭球面的附近。这种由于作为软磁材料被磁化的结果而产生的磁场的影响而导致磁数据所指示的坐标分布在椭球面的附近的现象，被称为软铁效应。下文将参考图6来描述在产生了软铁效应的情况下，通过三维磁传感器60输出的多个磁数据Q1到qN所指示的坐标。图6是这样的示图，该示图示出了 在三维磁传感器60的姿态μ被改变为“至μΝ (N为自然数，等于或大于9，指示用于测量为了得到高精度偏移量所必需的磁数据的规定次数)以测量磁场的情况下，将通过三维磁传感器60输出的N个磁数据qi到qN所指示的坐标绘制在传感器坐标系Σ s中。在图6中，假设由于软铁效应，磁数据Q1到qN所指示的坐标分布在以中心点( 为中心的椭球面Ve上。同时，在图6中，没有考虑三维磁传感器60的测量误差。然而，在考虑了这种测量误差的情况下，磁数据Q1到qN所指示的坐标没有分布在椭球面Ve上，而有可能分布在椭球面Ve的附近。即，将椭球面Ve设置为使该椭球面和磁数据Q1到qN所指示的坐标之间的误差最小化。将椭球面Ve的各主轴按长度顺序设置为Le1、Le2和LE3，并且将这三个主轴的长度设置为rE1、rE2和rE3 (其中，rE1彡rE2彡rE3>0)。并且,将球面Sg的半径设置为re。此时,矢量sBe(U1)(其指示了起点在中心点( 的磁数据qi所表示的坐标)变成表示下列矢量之和的矢量与矢量SBE(y J的表示地磁的平行于主轴Lei的分量的1^/^倍相对应的矢量，与矢量sBe(μ J的平行于主轴Le2的分量的rE2/re倍相对应的矢量，以及与矢量SBE( μ D的平行于主轴Le3的分量的rE3/r(；倍相对应的矢量。因此,指示了起点在中心点( 的磁数据91所表示的坐标的矢量SBE( μ J的方向与表示地磁的矢量sBg (U1)的方向不同。并且，矢量sBe(U1)和矢量sBE(yj)之间的夹角(SP，当从中心点( 观察时,两个磁数据qi和qj所指示的坐标之间的夹角)与表示地磁的矢量sBg(Ui)和矢量sBg(Uj)之间的夹角彼此不相同。因此，在产生软铁效应的情况下，虽然从磁数据Qi的坐标中减去中心点( 的坐标，但是不能正确地找到地磁sBg(μ J的方向。在此实施例中，如图7所示，计算了用于将椭球面Ve上的坐标转换为具有半径I的球面Se的坐标的椭球面校正矩阵TE，并且将磁数据Qi所指示的坐标转换为在通过椭球面校正矩阵Te转换之后的磁数据Si所指示的球面Se上的坐标。如果在矢量sBs(Ui)(其指示了转换后起点在中心点( 的磁数据Si所表示的坐标)和矢量sBg(y J之间不存在失调角(P，则矢量sBs(Ui)指向与表示地磁的矢量咜8&)相同的方向。因此，通过从转换之后的磁数据Si所指示的坐标中减去中心点( 所指示的坐标,能够找到表示地磁的矢量sBg(μ i)·的方向。将分布在椭球面附近的多个磁数据所指示的坐标转换为分布在具有半径1、中心点与该椭球面的中心点相同的球面附近的多个坐标，以计算地磁Bg的方向的处理，被称为椭球面校正。通过椭球面校正矩阵Te执行的、从椭球面Ve上的磁数据Qi所指示的坐标到球面Se上的转换后的磁数据Si所指示的坐标的坐标转换，由下文的方程(I)表示。在此，椭球面校正矩阵Te是由下文的方程(2)所表示的3X3的对称矩阵。并且，由方程(3)所表示的三维可变矢量q是用于指示磁数据qi的坐标的可变矢量，由方程(4)所表示的三维可变矢量s是用于指示转换后的磁数据Si的坐标的可变矢量，由方程(5)所表示的三维可变矢量c是用于指示中心点Cm (即，偏移量Ctw)的坐标的可变矢量。同时，在方程(I)中，矢量(q_c)指示通过平行于传感器坐标系Σ s的原点来移动椭球面Ve的中心点( 而获得的椭球面上的坐标,矢量(S-C)指示具有半径1、中心点与传感器坐标系Σ S的原点相对应的球面上的坐标。
S-C = TE(q-c) ......(I)
'%11 %12
%1Ζ %22 *E23 ……⑵
-%13 %23 ^￡33-q = [χ Y ζ]τ ……(3)
s = [sx sy sz] ......(4)
c = [cx cy cz] ......(5)
如前文所述，椭球面校正矩阵Te是用于在以椭球面Ve的中心点Cm作为原点的坐标系中将椭球面Ve上的坐标转换为半径为I的球面Se上的坐标的矩阵。即，椭球面校正矩阵1被设置为使得互相垂直的三个特征矢量分别平行于椭球面Ve的三个主轴，并且使得与这三个特征矢量相对应的三个特征值分别等于该椭球面Ve的三个主轴的长度的倒数。在此，将椭球面校正矩阵Te的三个特征矢量设置为uT1、uT2和uT3，并且将与这些特征矢量相对应的特征值设置为λτ1、λΤ2和λΤ3 (其中，λτ1彡λΤ2彡λΤ3>0)。此时，将特其中Te;征矢量uT1设置为平行于主轴Lei，将特征矢量uT2设置为平行于主轴Le2，并且将特征矢量uT3设置为平行于主轴LE3。并且，将特征值λ π设置为等于主轴Lei的长度rE1的倒数，将特征值λ T2设置为等于主轴Le2的长度rE2的倒数，并且将特征值λ Τ3设置为等于主轴Le3的长度rE3的倒数。即，椭球面校正矩阵Te是这样的矩阵用于通过特征值λτ1来扩张和收缩任意矢量的特征矢量uT1方向分量、用于通过特征值λ Τ2来扩张和收缩该矢量的特征矢量uT2方向分量、并且用于通过特征值λ Τ3来扩张和收缩该矢量的特征矢量uT3方向分量。同时，椭球面校正矩阵Te的全部三个特征值λη、λΤ2和λΤ3都是正值，并且椭球面校正矩阵Te是正定矩阵。顺便说一下,如图7所示,在矢量sBs (μ ^ (其指示起点在中心点Cnn的转换后的磁数据Si所表示的坐标)和表示地磁的矢量sBg(Ui)之间可能会形成失调角P在此情况下，根据转换后的磁数据Si不可能计算出矢量sBg(y J的正确方向。
然而，失调角φ是取决于软磁材料21和三维磁传感器60之间的相互位置关系(SP，矢量sPm的方向和幅度)的值。因此，通过使用矢量sPm能够指定失调角(P，并且根据所指定的失调角φ和多个转换后的磁数据Si能够计算地磁Bg的正确方向。并且，可以考虑软磁材料21的布置来最小化失调角φ。在下文中，将描述用于找到椭球面Ve的形状、计算椭球面校正矩阵Te以执行椭球面校正以及计算地磁Bg的正确方向的方法。[2.装置的构造和软件的构造]图8是示出了根据本发明第一实施例的装置I的构造的框图。装置I包括中央处理器(CPU)IO，其通过总线连接至各种构造元件以用于控制整个设备；用作CPU 10的工作区的随机存取存储器(RAM) 20 ;用于存储各种程序和数据的只读存储器(ROM) 30 ;用于执行通信的通信单元40 ;用于显示图像的显示单元50 ;以及用于检测磁性以输出磁数据的三维磁传感器60。三维磁传感器60包括χ轴地磁传感器61、y轴地磁传感器62和z轴地磁传感器63。这些传感器中的每一个都能够通过使用磁阻抗装置(MI装置)或磁阻效应装置(MR装置)来构造。地磁传感器接口(I/F) 64将来自各个传感器的模拟输出信号转换为数字信号从而输出磁数据q。磁数据q是传感器坐标系Σ s中的矢量数据，该矢量数据根据传感器坐标系Σ s的三个分量(即，χ轴分量、y轴分量和z轴分量)指示来自χ轴地磁传感器61、y轴地磁传感器62和z轴地磁传感器63的输出。CPU 10、RAM 20、三维磁传感器60和磁数据处理程序70用作地磁测量设备，该地磁测量设备用于基于由三维磁传感器60检测和输出的磁数据q来计算指示地磁正确方向的地磁数据。显示单元50通过使用箭头将由CPU 10通过执行磁数据处理程序70计算出的地磁方向显示为方位角信息。同时，磁数据处理程序70可以与地图应用程序协作，并且显示单元50可以在地图上显示箭头，该箭头是指示地磁方向的方位角信息。图9是示出了由地磁测量设备的CPU 10通过执行磁数据处理程序70来执行的功能的功能框图。地磁测量设备包括存储单元100，其用于存储多个磁数据qi到qN ;椭球面校正单元200，其用于计算最优中心点cOT和最优椭球面校正矩阵Ttff的坐标；以及地磁计算单元600，其用于基于磁数据％、最优中心点cOT和最优椭球面校正矩阵Ttff来计算地磁Bg的方向。在此，最优中心点cOT是最优椭球面Vot的中心点，最优椭球面Vrop是被设置为将该椭球面和磁数据Q1到qNK指示的坐标之间的误差最小化的椭球面。并且，最优椭球面校正矩阵Ttff是3X3的对称矩阵，该3X3的对称矩阵用于将最优椭球面Vot上的坐标转换为以最优中心点Ceop为中心的球面Sot上的坐标。存储单元100将从三维磁传感器60顺序输出的磁数据Q1到qN存储在缓冲器BUl中(N为自然数，等于或大于9，指示用于为了得到高精度偏移量所必需测量磁数据的规定次数)。缓冲器BUl由RAM20形成。椭球面校正单元200包括初始椭球面校正值产生单元300和最优椭球面校正值产生单元400。初始椭球面校正值产生单元300基于存储 在存储单元100中的磁数据Q1到qN来计算初始椭球面校正矩阵To和初始中心点Cro的坐标。在此,初始中心点Cro是初始椭球面Veo的中心点，初始椭球面Vro在其附近具有由存储在存储单元100中的磁数据qi到qN来指示的坐标。并且，初始椭球面校正矩阵Ttj是3 X 3的对称矩阵，其用于将初始椭球面Vro上的坐标转换为以初始中心点( 为中心的球面Sro上的坐标。最优椭球面校正值产生单元400计算最优中心点Crop的坐标，最优中心点cOT是最优椭球面Vaff的中心点，而最优椭球面Vrop用于将磁数据qi到qN所指示的坐标和该椭球面之间的误差最小化，最优椭球面校正矩阵Ttff指示了基于由初始椭球面校正值产生单元300输出的初始椭球面校正矩阵Ttj和初始中心点Cro的坐标来从最优椭球面Vot上的坐标到以最优中心点Ceop为中心点的球面Smp上的坐标的坐标转换。在磁数据qi到qN所指示的坐标和最优椭球面Vaff之间的误差被最小化为零的情况下，椭球面Ve与最优椭球面Vmp重合,并且最优中心点cE()P与中心点Cm (即,内部磁场Bi所指示的坐标)重合。所计算的最优中心点Crop和最优椭球面校正矩阵Ttff存储在存储单元100中。地磁计算单元600通过使用椭球面校正矩阵Te和相对于由从三维磁传感器60输出的磁数据Qi所指示的坐标的偏移量Ctw来执行椭球面校正，以计算地磁sBg在传感器坐标系Σ S中的方向(严格地说，是矢量sBs (μ i)的方向)。具体地说,地磁计算单元600包括偏移量采用单元610和地磁矢量计算单元620。偏移量采用单元610采用最优椭球面校正矩阵Ttff作为椭球面校正矩阵TE，并且采用指示最优中心点cE()P的坐标的矢量作为偏移量C(W。并且，地磁矢量计算单元620通过使用椭球面校正矩阵Te和相对于从三维磁传感器60输出的磁数据qi的偏移量Ctw来执行椭球面校正，以计算地磁sBg的方向。在下文中，将详细描述初始椭球面校正值产生单元300、最优椭球面校正值产生单元400和地磁计算单元600。[3.初始椭球面的产生]图10是示出了初始椭球面校正值产生单元300的功能构造的功能框图。在此实施例中，当基于磁数据Q1到qN来计算初始椭球面Vro时，产生了第一椭球面Vxx、第二椭球面Vyy和第三椭球面Vzz，其每一个均在其附近具有由磁数据qi到qN所指示的坐标,并且基于这三个椭球面来产生初始椭球面VEQ。在下文中，将详细描述在此实施例中产生初始椭球面Vro的方法。
初始椭球面校正值产生单元300包括初始椭球面产生单元310，其用于计算第一椭球面Vxx、第二椭球面Vyy和第三椭球面Vzz的系数矩阵Dxx、Dyy和Dzz以及第一椭球面Vxx、第二椭球面Vyy和第三椭球面Vzz的中心点cxx、cyy和Czz的坐标；初始椭球面判定单元320，其用于确定基于第一椭球面Vxx、第二椭球面Vyy和第三椭球面Vzz的系数矩阵和中心点来计算初始椭球面校正矩阵I和初始中心点( 的坐标是否合适；以及初始校正值产生单元330，其用于基于第一椭球面Vxx、第二椭球面Vyy和第三椭球面Vzz的系数矩阵和中心点的坐标来计算初始椭球面校正矩阵To和初始中心点Cm的坐标。初始椭球面产生单元310包括第一椭球面产生单元311，其用于基于存储在存储单元100中的磁数据qi到qN来计算表示第一椭球面Vxx的形状的第一椭球面系数矩阵Dxx以及第一椭球面Vxx的中心点Cxx的坐标；第二椭球面产生单元312，其用于基于磁数据qi到qN来计算表示第二椭球面Vyy的形状的第二椭球面系数矩阵Dyy以及第二椭球面Vyy的中心点Cyy的坐标；以及第三椭球面产生单元313，其用于基于磁数据qi到qN来计算表示第三椭球面Vzz的形状的第三椭球面系数矩阵Dzz以及第三椭球面Vzz的中心点Czz的坐标。
在下文中，将描述计算第一椭球面系数矩阵Dxx、第二椭球面系数矩阵Dyy和第三椭球面系数矩阵Dzz，以及中心点Cxx的坐标、中心点Cyy的坐标和中心点Czz的坐标的方法。 在对从三维磁传感器60输出的磁数据q所指示的坐标进行表示的变量由方程(3 )来表示的情况下，表面上具有磁数据q的椭球面的方程(椭球面方程)由下文的方程(6)来表示。同时，方程(6)表示椭球面，因此，方程(6)中出现的全部系数θχχ、0yy和θζζ都是正值。 θ χχΧ2+ Θ xyXy + θ Χζχζ+ θ yyy2+ θ yzyz+ θ ζζζ2+ θ χχ+ θ yy+ θ ζζ+ θ r = O在磁数据qi到qN所指示的全部坐标都位于方程(6)所表示的椭球面上的情况下，得到了下面的方程(8)。然而，矢量θ χχ是九维矢量，其中方程(7)的9个系数被排列为如方程(9)所示。并且，矩阵Rxx是NX 9矩阵，其中通过将由方程(11)所表示的磁数据qi到qN所指示的坐标代入由方程(13)所表示的九维矢量Qxx而获得的N个矢量在每一行被转置和排列，如方程
(10)所表示。矩阵Wxx是九维矢量，该九维矢量把通过将负号附给X分量的平方值而获得的值作为磁数据Q1到qN所指示的坐标的每个分量，如方程(12)所表示。Rxx Θ xx = Wxx ……(8)
......(6)
将方程(6)所表示的椭球面方程修改为下面的方程(7)。
权利要求
1.一种地磁测量设备，其包括三维磁传感器，其构造为检测三个方向上的磁分量，并且构造为输出代表由所检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据；存储单元，其构造为存储从所述三维磁传感器顺序输出的磁数据；椭球面产生单元，其构造为计算代表从第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中选择的至少两个椭球面中每一个椭球面的椭球面中心点的坐标,这三个椭球面中的每一个都具有不同的形状，并且这三个椭球面中的每一个都在其附近具有由存储在所述存储单元中的多个磁数据所指示的坐标；椭球面中心点判定单元，其构造为判定表示所述至少两个椭球面的椭球面中心点的坐标之间的距离是否等于或小于第一阈值；以及校正值产生单元，其构造为基于代表所述至少两个椭球面中的至少一个椭球面的形状的系数矩阵来计算椭球面校正矩阵，所述椭球面校正矩阵用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标，所述校正值产生单元还构造为根据所述椭球面中心点判定单元的判定结果、基于代表所述至少一个椭球面的椭球面中心点的坐标来计算所述中心点的坐标。
2.根据权利要求1所述的地磁测量设备，其中所述椭球面产生单元构造为假设存储在所述存储单元中的磁数据所指示的坐标随机分布在椭球面的附近，并且构造为假设该椭球面由如下椭球面方程表达所述椭球面方程包括表示第一轴分量的平方的项、表示第二轴分量的平方的项和表示第三轴分量的平方的项，其中所述椭球面产生单元包括从下列各单元中选择的至少两个单元第一椭球面产生单元，其构造为计算表示所述第一椭球面的椭球面中心点的坐标，以将通过把所述磁数据所指示的坐标代入所述椭球面方程的排除表示第一轴分量的平方的项以外的其余各项中而获得的值与所述磁数据所指示的坐标的第一轴分量的平方值之间的误差最小化；第二椭球面产生单元，其构造为计算表示所述第二椭球面的椭球面中心点的坐标，以将通过把所述磁数据所指示的坐标代入所述椭球面方程的排除表示第二轴分量的平方的项以外的其余各项中而获得的值与所述磁数据所指示的坐标的第二轴分量的平方值之间的误差最小化；以及第三椭球面产生单元，其构造为计算表示所述第三椭球面的椭球面中心点的坐标，以将通过把所述磁数据所指示的坐标代入所述椭球面方程的排除表示第三轴分量的平方的项以外的其余各项中而获得的值与所述磁数据所指示的坐标的第三轴分量的平方值之间的误差最小化。
3.根据权利要求1所述的地磁测量设备，还包括最优椭球面校正值产生单元，其构造为设置指示起点的三维可变矢量和指示所述磁数据相对于所述起点的坐标的第一三维可变矢量，并且构造为设置可变矩阵和第二三维可变矢量，所述第二三维可变矢量是通过使用所述可变矩阵来转换所述第一三维可变矢量以将所述第二三维可变矢量的坐标定义为转换后的数据而获得的，其中所述最优椭球面校正值产生单元还构造为设置椭球面最优化函数，所述椭球面最优化函数表示多个转换后的数据所指示的坐标与具有与所述三维可变矢量所指示的起点相对应的中心的球面之间的误差，并且所述椭球面最优化函数包括所述可变矩阵的分量和所述三维可变矢量的分量作为变量，并且其中所述最优椭球面校正值产生单元构造为将所述椭球面校正矩阵的分量和由所述校正值产生单元计算出的中心点的坐标作为初始值应用于所述椭球面最优化函数的变量，并且还构造为顺序地更新所述椭球面最优化函数的各变量，以计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的最优椭球面校正矩阵，并且还计算指示作为使所述椭球面最优化函数最小化的解的最优中心点的坐标；以及地磁计算单元，其构造为通过使用所述最优椭球面校正矩阵，相对于所述最优中心点所指示的坐标，来转换表示从所述三维磁传感器输出的磁数据所指示的坐标的三维矢量，以计算地磁的方向。
4.根据权利要求1所述的地磁测量设备，还包括地磁计算单元，其构造为使用由所述校正值产生单元产生的椭球面校正矩阵，相对于也由所述校正值产生单元产生的中心点的坐标，来转换表示从所述三维磁传感器输出的磁数据所指示的坐标的三维矢量，以计算地磁的方向。
5.根据权利要求1所述的地磁测量设备，其中所述三维磁传感器安装在包括具有软磁材料的部件的装置中。
6.根据权利要求1所述的地磁测量设备，还包括椭球面系数矩阵判定单元，其构造为判定所述系数矩阵是否为正定的，其中，所述校正值产生单元构造为根据所述椭球面系数矩阵判定单元的判定结果和所述椭球面中心点判定单元的判定结果，来计算所述椭球面校正矩阵和计算所述中心点的坐标。
7.根据权利要求6所述的地磁测量设备，其中所述校正值产生单元构造为在所述椭球面系数矩阵判定单元判定所述系数矩阵为正定的情况下，以及在所述椭球面中心点判定单元判定表示所述至少两个椭球面的椭球面中心点的坐标之间的距离等于或小于所述第一阈值的情况下，计算所述椭球面校正矩阵和计算所述中心点的坐标。
8.一种地磁测量设备，其包括三维磁传感器，其构造为检测三个方向上的磁分量，并且构造为输出表示由检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据；存储单元，其构造为存储从所述三维磁传感器顺序输出的磁数据；以及最优椭球面校正值产生单元，其构造为假设地磁的幅度是未知的，所述最优椭球面校正值产生单元构造为设置指示起点的三维可变矢量和指示磁数据相对于所述起点的坐标的第一三维可变矢量，所述最优椭球面校正值产生单元构造为设置可变矩阵和第二三维可变矢量，所述第二三维可变矢量是通过使用所述可变矩阵来转换所述第一三维可变矢量以将所述第二三维可变矢量的坐标定义为转换后的数据而获得的，所述最优椭球面校正值产生单元还构造为设置椭球面最优化函数，所述椭球面最优化函数表示多个转换后的数据所指示的坐标与具有与所述三维可变矢量所指示的起点相对应的中心的球面之间的误差，并且所述椭球面最优化函数包括所述可变矩阵的分量和所述三维可变矢量的分量作为变量，所述最优椭球面校正值产生单元构造为顺序地更新所述椭球面最优化函数的各变量，以计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的最优椭球面校正矩阵，并且还计算指示作为使所述椭球面最优化函数最小化的解的最优中心点的坐标，其中将所述可变矩阵设置为对称矩阵。
9.根据权利要求8所述的地磁测量设备，还包括偏移量采用单元，其构造为采用所述最优中心点所指示的坐标作为所述三维磁传感器的偏移量以及采用所述最优椭球面校正矩阵作为椭球面校正矩阵，并且构造为在所述最优椭球面校正值产生单元计算所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点的坐标时输出所述偏移量和所述椭球面校正矩阵；以及地磁矢量计算单元，其构造为使用所述椭球面校正矩阵，相对于所述偏移量所指示的坐标，来转换表示从三维磁传感器输出的磁数据所指示的坐标的三维矢量，以计算地磁的方向。
10.根据权利要求8所述的地磁测量设备，其中所述三维磁传感器安装在包括具有软磁材料的部件的装置中。
11.根据权利要求8所述的地磁测量设备，其中所述最优椭球面校正值产生单元构造为在所述最优椭球面校正值产生单元顺序地更新所述椭球面最优化函数的各变量之前，将初始椭球面校正矩阵的分量和初始中心点的坐标应用于所述椭球面最优化函数的变量。
12.—种地磁测量方法，其包括将从三维磁传感器顺序输出的磁数据存储在存储单元中，所述三维磁传感器检测三个方向上的磁分量，并且所述三维磁传感器输出表示由所检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据；计算表示从第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中选择的至少两个椭球面中每一个椭球面的椭球面中心点的坐标，这三个椭球面中的每一个都具有不同的形状，并且这三个椭球面中的每一个在其附近具有由顺序地存储在所述存储单元中的多个磁数据指示的坐标；判定表示所述至少两个椭球面的椭球面中心点的坐标之间的距离是否等于或小于第一阈值，以提供判定结果；根据所述判定结果，基于表示所述至少两个椭球面中的至少一个椭球面的形状的系数矩阵，来计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的椭球面校正矩阵；以及根据所述判定结果，基于表示所述至少一个椭球面的椭球面中心点的坐标来计算中心点的坐标。
13.一种地磁测量方法，其包括将从三维磁传感器顺序输出的磁数据存储在存储单元中，所述三维磁传感器检测三个方向上的磁分量，并且所述三维磁传感器输出表示由所检测到的各磁分量组成的三维矢量的磁数据；假设地磁的幅度是未知的；设置指示起点的三维可变矢量和指示磁数据相对于所述起点的坐标的第一三维可变矢量;设置可变矩阵和第二三维可变矢量，所述第二三维可变矢量是通过使用所述可变矩阵来转换所述第一三维可变矢量以将所述第二三维可变矢量的坐标定义为转换后的数据而获得的；设置椭球面最优化函数，所述椭球面最优化函数表示多个转换后的数据所指示的坐标与具有与所述三维可变矢量所指示的起点相对应的中心的球面之间的误差，并且所述椭球面最优化函数包括所述可变矩阵的分量和所述三维可变矢量的分量作为变量；以及顺序地更新所述椭球面最优化函数的各变量，以计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的最优椭球面校正矩阵，并且还计算指示作为将所述椭球面最优化函数最小化的解的最优中心点的坐标，其中所述可变矩阵是对称矩阵。
14.一种地磁测量方法，其包括将从三维磁传感器顺序输出的多个磁数据存储在存储单元中；假设一个球面，其具有在附近包括由所述多个磁数据表示的坐标的表面，并且计算表示所述球面的中心点的坐标；假设一个第一三维图形，其具有在附近包括由所述多个磁数据表示的坐标的表面，并且确定所述第一三维图形的形状是否接近球面；当确定所述第一三维图形的形状接近球面时，采用计算出的中心点的坐标作为所述三维磁传感器的偏移量；当确定所述第一三维图形的形状不接近球面时，计算能够将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的最优椭球面校正矩阵，并且计算最优中心点的坐标；通过所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点的坐标来转换所述多个磁数据所表示的坐标，从而提供转换后的坐标；假设一个第二三维图形，其具有在附近包括转换后的坐标的表面，并且确定所述第二三维图形的形状是否接近球面；以及当确定所述第二三维图形的形状接近球面时，采用所述最优中心点的坐标作为所述三维磁传感器的偏移量。
15.根据权利要求14所述的地磁测量方法，还包括计算指示初始椭球面的初始中心点的坐标，使得所述多个磁数据的坐标分布在所述初始椭球面的表面附近，并且在确定所述第一三维图形的形状不接近球面时，还计算能够将所述初始椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的初始椭球面校正矩阵，其中，基于所述初始椭球面校正矩阵和所述初始中心点来计算所述最优椭球面校正矩阵和所述最优中心点的坐标。
16.根据权利要求14所述的地磁测量方法，还包括评估所述第一三维图形的形状与球面的差异程度，以确定所述第一三维图形的形状是否接近球面；并且评估所述第二三维图形的形状与球面的差异程度，以确定所述第二三维图形的形状是否接近球面。
全文摘要
本发明公开了地磁测量设备和地磁测量方法。在地磁测量设备中，磁传感器检测磁数据，存储单元存储从所述磁传感器顺序输出的磁数据。椭球面产生单元计算第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中的每一个椭球面中心点，这三个椭球面中的每一个在其附近具有由存储在所述存储单元中的多个磁数据指示的坐标。椭球面中心点判定单元判定各个椭球面中心点之间的距离是否等于或小于阈值。校正值产生单元根据判定结果并且基于表示所述第一椭球面、第二椭球面和第三椭球面中一个椭球面的形状的系数矩阵来计算用于将椭球面上的坐标转换为球面上的坐标的椭球面校正矩阵。
文档编号G01V3/40GK102998712SQ20121033145
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者半田伊吹 申请人:雅马哈株式会社