JP4181539B2

JP4181539B2 - 移動体の方位角補正装置及び方法

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Publication number: JP4181539B2
Application number: JP2004330853A
Authority: JP
Inventors: 雄權; 慶植盧; 相彦崔; 宇燮韓; 營輔沈
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2024-11-15
Also published as: US20050160609A1; KR20050046299A; JP2005148073A; KR100561850B1; US7069663B2

Description

本発明は電子羅針盤の方位角補正に係り、特に、電子羅針盤を装着した移動体を回転させずに、移動体の方位角を補正するための装置及び方法に関する。

現在、知能型車両、移動ロボット、無人飛行機などの移動体の進行方向を認識するために磁気抵抗素子やホール素子のような磁気センサーよりなる電子羅針盤を広く使用している。ところが、電子羅針盤の周囲に近接して金属成分の物質が位置すれば、これら物質が地球磁場を撹乱させるために方位角エラーが発生する。

移動体が進行方向を誤って判断することを防止するために、一定の時間毎または時刻毎に移動体の回転状態を調べて３６０°回転された場合、磁気センサーにより検知した磁場強度の磁場データを求めて電子羅針盤の方位角を補正していた（以下ではこのような補正をする時間または時刻を補正時間と呼ぶ）。したがって、方位角が補正されていない場合には、方位角に影響された方向値により誤った方向に移動する可能性があった。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、複数の２軸磁気センサーを所定の角度間隔で移動体に配置することによって、電子羅針盤を装着した移動体を回転させずに移動体の方位角を補正するための装置及び方法を提供するところにある。

前記技術的課題を解決するために本発明による移動体の方位角補正装置は、移動体に設置され、複数の２軸磁気センサーが３６０度に亘って所定の角度間隔に配置され、前記各２軸磁気センサーが配置された相異なる方向での磁場の強度を測定しその結果を磁場データとする磁場測定部と、前記磁場測定部で得られた磁場データを利用して磁場曲線を形状化し、該形状化された磁場曲線を利用して理論的な方位角と前記移動体の実際の方位角との間の補正パラメータを生成し、該生成された補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する制御部とを含み、前記補正パラメータは、前記磁場データによって形成される実際の磁場軌跡の最大値から最小値を差し引いた値のＸ成分及びＹ成分と、オフセット磁場のＸ成分及びＹ成分とにより構成されることを特徴とする。

前記技術的課題を解決するために本発明による移動体の方位角補正方法は、（ａ）移動体に設置され、複数の２軸磁気センサーが３６０度に亘って所定の角度間隔に配置され、前記各２軸磁気センサーが配置された相異なる方向での磁場の強度をそれぞれ測定しその結果である磁場データを利用して磁場曲線を形状化する段階と、（ｂ）前記（ａ）段階で形状化された磁場曲線を利用して理論的な方位角と前記移動体の実際の方位角との間の補正パラメータを生成する段階と、（ｃ）前記補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する段階とを含み、前記補正パラメータは、前記磁場データによって形成される実際の磁場軌跡の最大値から最小値を差し引いた値のＸ成分及びＹ成分と、オフセット磁場のＸ成分及びＹ成分とにより構成されることを特徴とする。

前記移動体の方位角補正方法は、望ましくはコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現することができる。

本発明によれば、複数の２軸磁気センサーを所定の角度間隔で移動体に配置することによって、電子羅針盤を装着した移動体を回転させずに移動体の方位角を補正することができる。その結果、移動体が停止しているか、移動体の回転がない場合にも方位角を補正することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施例についてより詳細に説明する。

図１は、互いに直角に配置された一対の磁気センサーを装着した移動体を３６０゜回転させることによって形成される磁場軌跡を示したものである。地球磁場のみが存在する直線磁束環境の下では磁気センサーによりセンシングされた磁場強度の磁場データを２次元平面上に投影して得られる磁場軌跡はＨ１のように完全な円の形態を有する。しかし、地球磁場だけではなく、外部磁場が存在する、すなわち磁場の外乱が作用する曲線磁束環境の下で磁場軌跡はＨ２のように所定のオフセット磁場Ｈ_osにより中心がＰ１からＰ２に移動した歪曲された円の形態になる。オフセット磁場Ｈ_osをｘ軸とｙ軸とに分解すれば、ｘ軸オフセット成分Ｈ_ox及びｙ軸オフセット成分Ｈ_oyになる。磁場軌跡で羅針盤の方位角はｘ軸またはｙ軸と円上の座標がなす角度に該当する。

図２は、本発明による移動体の方位角補正装置の一実施例による構成を示したブロック図であって、磁場測定部２１０、制御部２３０及び貯蔵部２５０よりなる。

図２を参照すれば、磁場測定部２１０は複数の２軸磁気抵抗素子や磁気抵抗素子のような磁気センサーを移動体上に所定の角度間隔に配列させたものであって、少なくとも３つ以上の磁気センサーを使用することが望ましい。このように複数の磁気センサーを所定の角度間隔に配置することによって、互いに直角に配置された一対の磁気センサーを装着した移動体を３６０゜回転させるのと類似した効果を得られる。他の実施例としては、多軸磁気センサーを１つのチップに集積化して移動体に装着する方法を使用することもある。磁場測定部２１０は、磁気センサーが配置された角度間隔によって相異なる方向での磁場の強度測定しその結果である磁場データを制御部２３０に提供する。

制御部２３０は、直線磁束環境下で磁場測定部２１０から得られた図１のＨ１のような理論的な磁場軌跡を貯蔵している。制御部２３０は、全体角度３６０゜に対して磁場測定部２１０から同時に入力される一定な角度間隔の磁場データを利用して図１のＨ２のような実際の磁場軌跡を形成する。実際の磁場軌跡は少なくとも３つ以上の磁気センサーからそれぞれ生成する磁場強度の磁場データを２次元平面上に投影させ、２次元平面上に投影された座標を円や楕円に近似化させることによって得られる。制御部２３０は実際の磁場軌跡と理論的な磁場軌跡上に位置する座標値を相互対応させた補正テーブルを生成するか、または実際の磁場軌跡と理論的な磁場軌跡間に一対一の対応を実現できる補正パラメータを生成して貯蔵部２５０に貯蔵する。この時、補正テーブル、または補正変数のような補正パラメータは補正時間毎に更新されうる。一方、各補正時間で測定されたオフセット磁場が所定閾値以上である回数によって、補正テーブルまたは補正パラメータの更新如何を決定しうる。また、円または楕円への近似化の結果、各磁気センサーで検出されたエラーの平均と所定閾値との比較結果も補正テーブルの更新如何を決定する要素として作用できる。例えば、現在の補正時間で補正テーブルまたは補正パラメータを更新すると決定されれば、次の補正時間になるまでサンプリング時間毎に磁場測定部２１０を通じて測定された移動体の方位角を更新された補正テーブルまたは補正パラメータを利用して補正して、移動体の補正された方位角を出力する。一方、現在の補正時間で補正テーブルまたは補正パラメータを更新しないと決定されれば、次の補正時間になるまで所定のサンプリング時間毎に磁場測定部２１０を通じて測定された移動体の方位角を以前の補正時間で使われた補正テーブルまたは補正パラメータを利用して補正して移動体の補正された方位角を出力する。

ここで、補正テーブルは図１のＨ１のような理論的な磁場軌跡として求められる方位角Ｐｔと図１のＨ２のような実際の磁場軌跡として求められる方位角Ｐａとをそれぞれ対応させたものである。一方、本発明の補正テーブルは補正パラメータによって置き換えることができ、補正パラメータは次の数式１でＡ_x、Ｈ_ox、Ａ_y、Ｈ_oyを意味する。

ただし、ここで、Ｈ_cx、Ｈ_cy理論的な磁場軌跡のｘ成分、ｙ成分、Ｈ_x、Ｈ_yは実際の磁場軌跡のｘ成分、ｙ成分、Ｈ_ox、Ｈ_oyはオフセット磁場のｘ成分、ｙ成分、Ａ_x、Ａ_yは実際の磁場軌跡の最大値から最小値を引いた結果の値のｘ成分、ｙ成分を意味する。前記数式１を用いて補正された方位角はａｒｃｔａｎ（Ｈ_cx／Ｈ_cy）なる数学計算により求められる。

図３は、図２において磁場測定部２１０の一実施例を示したものであって、ここでは４５゜間隔に８個の磁気センサーＣ１〜Ｃ８を円に配置した例である。これによれば、磁気センサーＣ１〜Ｃ８はそれぞれ回転角０゜、４５゜、９０゜、１３５゜、１８０゜、２２５゜、２７０゜、３１５゜に対応する磁場強度の磁場データを出力する。これら磁場データから得られるＸ軸磁界成分Ｈ_xとＹ軸磁界成分Ｈ_yを利用して図１のＨ２のような磁界を形成する。

図４Ａ及び図４Ｂは、図２において磁場測定部２１０を構成する複数の磁気センサーを設置する例を示す図面であって、図４Ａは、移動体内部の所定位置に１つのユニットで配置した例であり、図４Ｂは、移動体の外周面に沿って磁気センサーを配置した例である。

図５は、本発明による移動体の方位角補正方法を説明するフローチャートであって、図１ないし図３と結び付けて説明する。

５１０段階では、磁場測定部２１０の複数の磁気センサーから全体角度３６０゜に対して補正時間毎に相異なる方向での磁場の強度を測定しその結果を磁場データとする。５２０段階では、５１０段階で得られた複数の磁場データから得られる実際の磁場軌跡に対して円または楕円としての近似を行う。

５３０段階では、５２０段階で近似化された実際の磁場軌跡と理論的な磁場軌跡からオフセット磁場Ｈ_osを求め、オフセット磁場Ｈ_osのＸ軸オフセット成分Ｈ_oxとＹ軸オフセット成分Ｈ_oyの強度と以前の補正時間まで累積されたカウント値を利用して決定される補正フラッグをチェックする。これについては図６を参照して後述する。

５４０段階では、補正テーブルあるいは補正パラメータの更新が必要であるか否かを、補正フラッグを参照して決定する。補正テーブルあるいは補正パラメータの更新が必要である場合、すなわち補正フラッグが「１」である場合には、５５０段階において理論的方位角と５２０段階において測定された実際の方位角を用いて現在の補正時間で補正テーブルまたは補正パラメータを更新して貯蔵部２５０に貯蔵する。

５６０段階では、サンプリング時間毎に磁気測定部２１０の複数の磁気センサーから提供される磁場強度の磁場データを平均して移動体の方位角を測定する。この時の方位角は地球磁場だけではなく、外部磁場の影響された方位角を意味するものである。

５７０段階では、貯蔵部２５０に貯蔵されている以前の補正時間で使用した補正テーブルまたは補正パラメータまたは５５０段階で更新された補正テーブルまたは補正パラメータを参照して５６０段階で求めた実際の方位角に対応する補正された方位角を出力する。ここで、補正された方位角は地球磁場の影響のみを受けた方位角を意味するものである。

５８０段階では、補正時間になったか否かを判断し、補正時間になった場合、５１０段階に復帰し、補正時間になっていない場合、５６０段階に復帰する。

図６は、図５において５３０段階の細部的な動作を説明するフローチャートである。

６１０段階では複数の磁気センサーＣ１〜Ｃ８から提供される磁場強度の磁場データにより形成される、例えば図１のＨ２のような実際の磁場軌跡と、例えば図１のＨ１のような理論的な磁場軌跡からオフセット磁場Ｈ_osを算出し、オフセット磁場Ｈ_osを分解してＸ軸オフセット成分Ｈ_oxとＹ軸オフセット成分Ｈ_oyを求める。

６２０段階では、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxと第１閾値Ｔｈ１とを比較して、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxが第１閾値Ｔｈ１より小さいか、同じ場合には、６３０段階に進み、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxが第１閾値Ｔｈ１より大きい場合には、６５０段階でカウント値を１増加させる。ここで、カウント値は磁界のＸ軸とＹ軸オフセット成分のうち少なくとも１つの強度が対応する閾値より大きいか、円または楕円への近似化の結果、エラーの平均が所定の閾値より大きいと判断される補正時間の累積回数を意味する。

６３０段階では、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyと第２閾値Ｔｈ２とを比較して、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyが第２閾値Ｔｈ２より小さいか、同じ場合には６４０段階に進み、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyが第２閾値Ｔｈ２より大きい場合には、６５０段階でカウント値を１増加させる。

６４０段階では、実際の磁場軌道を通常のサークルフィッテイング（ＣｉｒｃｌｅＦｉｔｔｉｎｇ）またはオーバルフィッティング（ＯｖａｌＦｉｔｔｉｎｇ）により円または楕円への近似した結果によるエラーの平均値を第３閾値Ｔｈ３と比較する。すなわち、各磁気センサーにより得られる磁場強度の磁場データにより得られるＸ軸磁界成分とＹ軸磁界成分とにより決定される位置の値と近似された円または楕円上の位置の値の間の距離をエラーとし、各エラーを合わせた後、磁気センサーの総数で割ることによって平均エラーを得られる。円または楕円への近似の結果生じる平均エラーが第３閾値Ｔｈ３より小さいか、同じ場合には６６０段階で補正フラッグを「０」に設定する。一方、円または楕円への近似の結果生じる平均エラーが第３閾値Ｔｈ３より大きい場合には、６５０段階でカウント値を１増加させる。

６７０段階では、６５０段階で得られたカウント値を第４閾値Ｔｈ４と比較して、カウント値が第４閾値と同一であれば、６８０段階でカウント値をリセットさせた後、６９０段階で補正フラッグを「１」に設定する。

すなわち、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxが第１閾値Ｔｈ１より大きいか、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyが第２閾値Ｔｈ２より大きいか、円または楕円への近似の結果生じる平均エラーが第３閾値Ｔｈ３より大きい場合、カウント値を１増加させ、増加したカウント値が第４閾値Ｔｈ４と同じである場合、以前の補正テーブルを更新し、更新された補正テーブルを利用して移動体の補正された方位角が求められるようにする。一方、Ｘ軸オフセット成分Ｈ_oxが第１閾値Ｔｈ１より小さいか、同じであり、Ｙ軸オフセット成分Ｈ_oyが第２閾値Ｔｈ２より小さいか同じであり、円または楕円への近似の結果生じる平均エラーが第３閾値Ｔｈ３より小さいか、同じ場合、補正テーブルを更新せずにそのまま利用して移動体の補正された方位角を算出させる。ここで、円または楕円への近似の結果生じる平均エラーはオプションとして第３閾値Ｔｈ３との比較することもできる。

また、本発明はコンピュータにより読み取り可能な記録媒体にコンピュータ読み取り可能なプログラムコードとして実現することが可能である。コンピュータ読み取り可能記録媒体はコンピュータシステムよって読み取れるデータが保存される全種の記録装置を含む。コンピュータ可読記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フレキシブルディスク、光データ貯蔵装置などがあり、また、キャリアウェーブ（例えば、インターネットを通じた伝送）の形態で実現されるものも含む。また、コンピュータ読み取り可能記録媒体はネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータ可読コードが保存されて実行されうる。そして、本発明を実現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは本発明が属する技術分野のプログラマーにより容易に推論されうる。

以上、図面と明細書で最適の実施例が開示された。ここで、特定な用語が使われたが、これはただ本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本技術分野の当業者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施例が可能である点が理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲、さらに本発明の詳細な説明、に記載された技術的思想により定められねばならない。

本発明は知能型車両、移動ロボット、無人飛行機などの電子羅針盤を具備した移動体に広く適用されて移動体を別途に回転させずにも補正時間毎に、あるいは一定条件を満足する場合、補正テーブルを更新して移動体の補正された方位角を提供できる。

相互直角に配置された一対の磁気センサーを装着した移動体を３６０゜回転させることによって形成される磁場軌跡を示した図面である。本発明による移動体の方位角補正装置の一実施例による構成を示したブロック図である。図２において磁場測定部の一実施例を示した図面である。図２において磁場測定部を構成する複数の磁気センサーを設置する例を示す図面である。図２において磁場測定部を構成する複数の磁気センサーを設置する例を示す図面である。本発明による移動体の方位角補正方法の動作を説明するフローチャートである。図５において５３０段階の詳細な動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

２１０磁場測定部
２３０制御部
２５０貯蔵部

Claims

移動体に設置され、複数の２軸磁気センサーが３６０度に亘って所定の角度間隔に配置され、前記各２軸磁気センサーが配置された相異なる方向での磁場の強度を測定しその結果を磁場データとする磁場測定部と、
前記磁場測定部で得られた磁場データを利用して磁場曲線を形状化し、該形状化された磁場曲線を利用して理論的な方位角と前記移動体の実際の方位角との間の補正パラメータを生成し、該生成された補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する制御部とを含み、
前記補正パラメータは、前記磁場データによって形成される実際の磁場軌跡の最大値から最小値を差し引いた値のＸ成分及びＹ成分と、オフセット磁場のＸ成分及びＹ成分とにより構成される
ことを特徴とする移動体の方位角補正装置。
前記補正パラメータは補正時間毎に更新されることを特徴とする請求項１に記載の移動体の方位角補正装置。
前記補正パラメータは各補正時間で形成された実際の磁場軌跡のＸ軸オフセット成分とＹ軸オフセット成分のうち少なくとも１つが対応する第１及び第２閾値より大きいと判断される補正時間の累積回数が第３閾値に該当すれば、更新されることを特徴とする請求項１に記載の移動体の方位角補正装置。
前記補正パラメータは各補正時間で形成された実際の磁場軌跡のＸ軸オフセット成分とＹ軸オフセット成分のうち少なくとも１つの強度が対応する第１閾値及び第２閾値より大きいか、前記実際の磁場軌跡の円または楕円への近似の結果得られる平均エラーが第３閾値より大きいと判断される補正時間の累積回数が第４閾値に該当すれば、更新されることを特徴とする請求項１に記載の移動体の方位角補正装置。
前記複数の２軸磁気センサーは前記移動体の内部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の移動体の方位角補正装置。
前記複数の２軸磁気センサーは前記移動体の外周面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の移動体の方位角補正装置。
（ａ）移動体に設置され、複数の２軸磁気センサーが３６０度に亘って所定の角度間隔に配置され、前記各２軸磁気センサーが配置された相異なる方向での磁場の強度をそれぞれ測定しその結果である磁場データを利用して磁場曲線を形状化する段階と、
（ｂ）前記（ａ）段階で形状化された磁場曲線を利用して理論的な方位角と前記移動体の実際の方位角との間の補正パラメータを生成する段階と、
（ｃ）前記補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する段階とを含み、
前記補正パラメータは、前記磁場データによって形成される実際の磁場軌跡の最大値から最小値を差し引いた値のＸ成分及びＹ成分と、オフセット磁場のＸ成分及びＹ成分とにより構成される
ことを特徴とする移動体の方位角補正方法。
前記補正パラメータは補正時間毎に更新されることを特徴とする請求項７に記載の移動体の方位角補正方法。
前記補正パラメータは各補正時間で形成された実際の磁場軌跡のＸ軸オフセット成分とＹ軸オフセット成分のうち少なくとも１つが対応する第１閾値及び第２閾値より大きいと判断される補正時間の累積回数が第３閾値に該当すれば、更新されることを特徴とする請求項７に記載の移動体の方位角補正方法。
前記補正パラメータは各補正時間で形成された実際の磁場軌跡のＸ軸オフセット成分とＹ軸オフセット成分のうち少なくとも１つの強度が対応する第１閾値及び第２閾値より大きいか、前記実際の磁場軌跡の円または楕円への近似の結果、平均エラーが第３閾値より大きいと判断される補正時間の累積回数が第４閾値に該当すれば、更新されることを特徴とする請求項７に記載の移動体の方位角補正方法。
（ａ）移動体に設置され、複数の２軸磁気センサーが３６０度に亘って所定の角度間隔に配置され、前記各２軸磁気センサーが配置された相異なる方向での磁場の強度をそれぞれ測定しその結果である磁場データを利用して磁場曲線を形状化する段階と、
（ｂ）前記（ａ）段階で形状化された磁場曲線を利用して理論的な方位角と前記移動体の実際の方位角との間の補正パラメータを生成する段階と、
（ｃ）前記補正パラメータを利用して前記移動体の方位角を補正する段階とを含み、
前記補正パラメータは、前記磁場データによって形成される実際の磁場軌跡の最大値から最小値を差し引いた値のＸ成分及びＹ成分と、オフセット磁場のＸ成分及びＹ成分とにより構成される
ことを特徴とする移動体の方位角補正方法を実行できるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。