，并且磁場可靠性評估單元105可W將結果發(fā)送到姿態(tài)計算單元104。 所知道的是，來自磁場傳感器16的傳感器數據的準確性可能取決于環(huán)繞傳感器裝置的地 球磁性和環(huán)境磁場的變化而降低。磁場可靠性評估單元105可W評估所述影響并且判定傳 感器數據是否可靠。在下文中，解釋了判定過程。
[0134] 磁場可靠性評估單元105獲得第一姿態(tài)數據（四元數），所述第一姿態(tài)數據（四元 數）是通過上述手續(xù)已經被獲取的最新的姿態(tài)數據。接下來，磁場可靠性評估單元105使 用加速度的參考矢量W及由磁場獲取單元103獲得的地球磁性和磁場矢量根據TRIAD算法 獲取第二姿態(tài)數據（四元數）。加速度的參考矢量W及表示垂直向下的方向的地球磁性是 工廠配置的或者由用戶配置的。 。"引伸用TRIAD算法計算姿杰
[0136] 圖16是示出由磁場可靠性評估單元105進行的、W根據已知的TRIAD算法計算第 二姿態(tài)數據的手續(xù)的示意圖。
[0137] 在步驟S10處，在將裝置出貨或者響應于用戶的指令之前進行初始化過程，并且 存儲參考矢量AccRef和Ma排ef。AccRef指示加速度的垂直向下的分量，并且Ma濁ef是磁 場矢量。指示加速度的垂直向下的分量的矢量可W從如在下面步驟S20處解釋的四元數計 算。磁場矢量指向從磁場傳感器輸入的指南針的北。該步驟僅在將裝置出貨或響應于用戶 的指令之前進行。因此，參考矢量保持相同的值除非初始化過程被執(zhí)行。
[0138] 在步驟S20處，磁場可靠性評估單元105將指示慣性裝置1的最新的姿態(tài)的將最 新的四元數矢量（4x1)轉換為指示垂直分量（向下的方向）的lx3(即1行、3列）的矩陣 AccFrame。
[0139] 在步驟S30處，磁場可靠性評估單元105使用Acc化ame和指示由磁場傳感器獲取 的磁場矢量的矩陣MagFrame計算3x3矩陣MagRrameM。
[0140] 在步驟S32處，磁場可靠性評估單元105通過取Acc化ame和MagFrame的交叉乘 積并且歸一化計算的結果計算矩陣Acc化ossMag。
[014。 在步驟S34處，磁場可靠性評估單元105通過取Acc化ame和Acc化ossMag的交叉 乘積并且歸一化計算的結果計算矩陣Acc化ossAcM。
[0142] 在步驟S36處，磁場可靠性評估單元105通過使用Acc化ame、在步驟S32處計算的 AccCrossMagW及在步驟S34 處計算的AccCrossAcM計算 3x3 矩陣MagFrameM。
[0143] 在步驟S40處，磁場可靠性評估單元105使用AccRef和Ma濁ef計算3x3矩陣 Ma濁efM。
[0144] 在步驟S42處，磁場可靠性評估單元105通過取AccRef和Ma濁ef的交叉乘積并 且歸一化計算的結果計算矩陣Mag化ossAcc。
[0145] 在步驟S44處，磁場可靠性評估單元105通過取AccRef和Mag&ossAcc的交叉乘 積并且歸一化計算的結果計算矩陣Mag化0SS。
[0146]在步驟S46處，磁場可靠性評估單元105通過組合分別轉置的AccRef、在步驟S42 處計算的MagCrossAccW及在步驟S44處計算的MagCross創(chuàng)建3x3矩陣Ma濁efM。
[0147] 可W在當AccRef和Ma濁ef在初始化之后改變時進行步驟S40 (S42-S46)。因此， 磁場可靠性評估單元105可W重新使用并且存儲MagRefM直到再次進行初始化。
[0148] 在步驟S50處，磁場可靠性評估單元105獲取MagFrame和Ma濁efM的內積。獲取 的矩陣被稱為"mag_triad" (3x3)。mag_triad被用于將裝置坐標系統(tǒng)轉換為絕對坐標系 統(tǒng)。在TRIAD算法中，S列分別被稱為TRIAD1、TRIAD2和TRIAD3。
[0149] 在步驟S60處，磁場可靠性評估單元105逆變mag_triad(用于在絕對坐標系統(tǒng)和 裝置坐標系統(tǒng)之間轉換的矩陣）并且將逆變的mag_triad轉換為四元數。四元數指示第二 姿態(tài)數據。
[0150] 磁場可靠性評估單元105將第一姿態(tài)數據的微分值與通過上述步驟S計算的第二 姿態(tài)數據的微分值比較W判定是否存在差異。當沒有差異（即微分值的差異小于口限值） 時，磁場可靠性評估單元105判定由磁場傳感器16獲取的數據（地球磁性）是可靠的。
[0151] 此外，磁場可靠性評估單元105可W通過使用下述準則改善該樣的評估的準確 性：
[0152] -磁場矢量的絕對值是否在預先確定的范圍中；
[0153] -從第一姿態(tài)數據獲取的俯角W及磁場矢量是否在預先確定的范圍中；W及
[0154] -從第二姿態(tài)數據獲取的俯角W及磁場矢量是否在預先確定的范圍中。
[0巧5] 可W使用由日本地理調查研究所發(fā)布的俯角數據和磁場矢量的幅度定義所述范 圍。
[0156] 當地球磁性數據是可靠的時，使用從第二姿態(tài)數據計算的偏航角度執(zhí)行第二測量 更新手續(xù)。否則，不執(zhí)行第二測量更新手續(xù)。
[0157] 絕對加速度轉換單元107將由加速度獲取單元101獲得的加速度乘W由姿態(tài)計算 單元104計算的逆旋轉矩陣106W在絕對坐標系統(tǒng)中計算=軸加速度。 。巧引3. 2行講方向的估計
[0159] 如圖3中所示的方向估計單元200-一其執(zhí)行"行進方向的估計"功能一一包括帶 通過濾器201、峰值檢測單元204、峰值位置存儲單元205、轉換的加速度存儲單元206、轉換 的速度管理單元的水平分量207、轉換的加速度管理單元的峰值的垂直分量208、轉換的速 度獲取單元的水平分量209、周期獲取單元210、判定單元211W及方向計算單元212。
[0160] 方向估計單元200可W基于由在絕對坐標系統(tǒng)中的坐標系統(tǒng)轉換單元100獲得的 加速度計算用于每個步伐的目標的行進方向。
[0161] 帶通過濾器201可W從由坐標系統(tǒng)轉換單元100輸出的=軸絕對加速度移除重力 分量。例如，通帶可W是大約1-3HZ，該是步行運動的普通頻率。注意通帶可W取決于用于 慣性裝置1的目標的步行或行進運動的頻率變化。該里，重力分量被移除的絕對加速度被 稱為"轉換的加速度202"，其由帶通過濾器201輸出。轉換的加速度202可W被存儲在轉 換的加速度存儲單元206中。此外，轉換的加速度的垂直分量被表示為"轉換的加速度的垂 直分量203"。轉換的加速度的垂直分量203被傳送到峰值檢測單元204(之后解釋）。
[0162] 峰值檢測單元204可W在由帶通過濾器201輸出的轉換的加速度202的轉換的加 速度的垂直分量203測量變化（時間變化）并且檢測波形的下轉折點（峰值時間或峰值位 置）。檢測的峰值位置被存儲在峰值位置存儲單元205(之后解釋）中。在下文中，解釋了 用于下轉折點的檢測方法。
[0163] 圖10示出了指示轉換的加速度的垂直分量203狂）和轉換的加速度的水平分量 狂，巧的變化的波形，其中橫軸指示時間（秒）。如圖10中所示，每個波形具有對應于移動 周期（例如，步行周期）的周期。特別地，轉換的加速度的垂直分量203的波形相比于水平 分量具有較大的幅度（從-Im/V到Im/s2)。當目標的一腳觸地時出現(xiàn)上轉折點。當一個 腳超過另一個腳時出現(xiàn)下轉折點。
[0164] 圖31是示出在垂直方向中的步行的運動特性的示意圖。一般來說，步行運動根據 下肢運動可W被分類為站立相和擺動相。在站立相中，一個腳的腳后跟觸地并且然后腳的 腳尖升離地面。在擺動相中，一個腳的腳尖升離地面并且然后腳的腳后跟觸地。此外，步行 運動具有雙支撐時段的特征。一般來說，當步行運動變慢時，雙支撐時段的速率提高，并且 當步行運動變快時，速率降低。此外，跑步運動消除雙支撐時段。此外，當用戶直著步行時， 已知的是在垂直方向和水平方向中的移動在"站立中期"相最大。
[0165] 站立中期相的第一半包括提升腳超過軸屯、腳（提升腳超過身體處軀干下的一點） 的運動。身體朝向上方向移動，并且轉換的加速度發(fā)生在垂直向上方向處。另一方面，站立 中期相的后一半包括提升腳觸地的運動。身體朝向下方向移動，并且轉換的加速度發(fā)生在 垂直向下方向處。
[0166] 圖32是示出在水平方向中的步行的運動特性的示意圖。在站立中期相的第一半 中的轉換的加速度的水平分量受當提升一腳W向目標位置移動時的加速度；W及由于由重 屯、的移動引起的搖擺的加速度的影響。另一方面，在站立中期相的后一半中的轉換的加速 度的水平分量受當提升一腳W向目標位置移動時的加速度；W及由于由重屯、的移動引起的 搖擺的加速度的影響。因此，在站立中期相的后一半中，不觀測提升腳所需要轉換的加速 度。
[0167] 相應地，根據本發(fā)明的實施例的慣性裝置1可W使用在站立中期相的第一半中的 轉換的加速度估計行進方向，其中所述在站立中期相的第一半中的轉換的加速度反映用于 提升腳W移動目標的身體的加速度。
[016引因此，慣性裝置1可W使用信號口限檢測在轉換的加速度的垂直分量203中的下 轉折點并且測量步行步伐。由于在水平方向中、在上轉折點（即接觸地面的腳）處的轉換 的加速度有可能包括由于接觸而引起的波動和噪聲，下轉折點被用于檢測步行步伐。在水 平方向中、在下轉折點處的轉換的加速度較少地被腳的接觸影響并且可W更加精確地表示 由步行運動引起的實際加速度。
[0169] 峰值檢測單元204可W通過檢測在轉換的加速度的垂直分量203降到化W下之 后，轉換的加速度的垂直分量203超過預先確定的口限的時刻檢測峰值（轉向點）。該里， 峰值檢測單元204可W通過計算當轉換的加速度的垂直分量203降到化W下時的時間tg W及當轉換的加速度的垂直分量203超過化的時間tb之間的中間時間指明峰值位置。例 如，化可W是在實際步行運動中觀測的轉換的加速度的垂直分量的一半的值?？蒞使用任 何其它方法檢測峰值位置。
[0170] 此外，通過存儲過去的峰值位置，峰值檢測單元204可W計算指示過去的峰值位 置和現(xiàn)在的峰值位置之間的時間間隔峰值間隔。
[0171] 峰值位置存儲單元205可W存儲由峰值檢測單元204檢測的峰值位置。峰值位置 存儲單元205使用環(huán)形緩沖區(qū)存儲過去的峰值和最新的峰值位置。峰值位置存儲單元205 存儲至少最新的峰值位置和之前的峰值位置。峰值位置由之后獲得的峰值位置更新。存儲 在峰值位置存儲單元205中的峰值位置的數量可W根據慣性裝置1的存儲能力而修改。
[0172] 轉換的加速度存儲單元206可W將時間數據添加到由帶通過濾器201輸出的轉換 的加速度202并且將它們存儲為時間順序數據。
[0173] 當峰值檢測單元204檢測峰值位置時，轉換的速度管理單元的水平分量207可W 在W峰值位置為中屯、的預先確定的時段（T)中積分用于每個分量（X和y)的轉換的加速 度的水平分量并且計算在水平方向中的速度。速度被稱為"轉換的速度的水平分量"。轉換 的速度的水平分量被表示為指示速度的方向和幅度的相對值的矢量。轉換的速度管理單元 的水平分量207可W存儲一組轉換的速度的水平分量和時間t。因此，轉換的速度管理單元 的水平分量207具有計算轉換的速度的水平分量的功能；W及存儲轉換的速度的水平分量 的功能。
[0174] 圖11示出了指示轉換的加速度的垂直分量203W及轉換的加速度的水平分量的 變化的波形，其對應于圖10中所示的波形。在該示例中，轉換的速度管理單元的水平分量 207可W關于在W從轉換的加速度的垂直分量203的波形檢測的峰值位置ti、t2和13為中 屯、的預先確定的時段（T)中的時間積分轉換的加速度的水平分量，并且可W計算轉換的 速度的水平分量Vi、V2、V3。
[01巧]所期望的是，時段（T)小于或等于（tb-t。）。該是因為，如果轉換的速度管理單元 的水平分量207在整個時間域中進行積分，其結果可能受由步行運動引起的擺動產生的加 速度W及當腳后跟接觸地面產生的加速度影響，并且轉換的速度管理單元的水平分量207 不能正確地估計行進方向。
[0176] 當一個腳超過軸屯、腳時，可W通過上述峰值檢測手續(xù)W及之后的手續(xù)產生轉換的 速度的水平分量。產生的特征可W被表示為指示速度的方向和幅度的轉換的速度矢量的水 平分量。如圖12中所示，轉換的速