KR100561849B1 - 이동체의 방위각 보정방법 및 장치 - Google Patents

이동체의 방위각 보정방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

이동체의 방위각 보정방법 및 장치가 개시된다. 이동체의 방위각 보정방법은 (a) 이동체에 설치된 자기센서를 모터 구동에 의해 회전시켜 매 샘플링단위시간마다 자기장을 측정하여 매 보정단위시간마다 자계를 형상화하는 단계; (b) 소정의 조건을 만족하는 보정단위시간에 대하여 상기 (a) 단계에서 형상화된 자계를 이용하여 보정파라미터를 갱신하는 단계; 및 (c) 다음 보정단위시간에 도달할 때까지 현재 보정단위시간에서 갱신된 보정파라미터 또는 이전 보정단위시간에서 사용된 보정파라미터를 이용하여 상기 자기센서의 방위각을 보정하는 단계로 이루어진다.

Description

이동체의 방위각 보정방법 및 장치 {Method and apparatus for calibration of heading direction in mobile subject}
도 1은 이동체에 부착된 서로 직각으로 배치된 한쌍의 자기센서를 360°회전시킴에 따라서 검출되는 자계를 형상화한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 이동체의 방위각 보정장치의 일실시예에 따른 구성을 나타낸 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 이동체의 방위각 보정방법의 동작을 설명하는 흐름도, 및
도 4는 도 3에 있어서 330 단계의 세부적인 동작을 설명하는 흐름도이다.
본 발명은 이동체의 방위각 보정에 관한 것으로서, 특히 외부 자기장으로 인한 전자나침반의 방위오차를 보정하여, 이동체의 보정된 방위각을 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다
현재, 지능형 차량, 이동로봇, 무인 비행기 등과 같은 이동체의 진행방향을 파악하기 위하여 플럭스게이트(fluxgate) 소자나 자기저항(Magnetoresistive) 소자 와 같은 자기센서로 이루어지는 전자나침반을 널리 사용하고 있다. 그런데, 전자나침반은 주위에 근접하여 위치한 금속성분의 물질에 의한 외부 자기장으로 인하여 지구 자기장이 교란되어 방위오차가 발생하게 된다.
방위오차로 인하여 이동체가 방향을 잘못 판단하는 오류를 범하는 것을 방지하기 위하여, 종래에는 보정단위시간마다 이동체의 회전여부를 조사하여 360도 회전이 되었을 경우 보정테이블 또는 보정변수를 구하여 전자나침반의 방위오차를 보정하였다. 따라서, 이동체가 직선운동을 하는 경우에는 방위오차 보정이 불가능할 뿐 아니라, 방위오차가 보정되기 전까지는 상당한 시간동안 잘못된 방위각 데이터가 제공되어 여전히 이동체가 방향을 잘못 판단할 가능성이 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 매 보정단위시간마다 자기센서를 모터를 이용하여 회전시킴으로서 방위오차 보정을 위한 보정테이블 또는 보정변수를 생성하고, 생성된 보정테이블 또는 보정변수와 같은 보정파라미터를 이용하여 이동체의 보정된 방위각을 제공하는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동체의 방위각 보정방법은 (a) 이동체에 설치된 자기센서를 모터 구동에 의해 회전시켜 매 샘플링단위시간마다 자기장을 측정하여 매 보정단위시간마다 자계를 형상화하는 단계; (b) 매 보정단위시간에 대하여 상기 (a) 단계에서 형상화된 자계를 이용하여 보정파라미터를 생성하는 단계; 및 (c) 다음 보정단위시간에 도달할 때까지 현재 보정단위시간 에서 생성된 보정파라미터를 이용하여 상기 자기센서의 방위각을 보정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동체의 방위각 보정방법은 (a) 이동체에 설치된 자기센서를 모터 구동에 의해 회전시켜 매 샘플링단위시간마다 자기장을 측정하여 매 보정단위시간마다 자계를 형상화하는 단계; (b) 소정의 조건을 만족하는 보정단위시간에 대하여 상기 (a) 단계에서 형상화된 자계를 이용하여 보정파라미터를 갱신하는 단계; 및 (c) 다음 보정단위시간에 도달할 때까지 현재 보정단위시간에서 갱신된 보정파라미터 또는 이전 보정단위시간에서 사용된 보정파라미터를 이용하여 상기 자기센서의 방위각을 보정하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동체의 방위각 보정장치는 모터; 이동체에 고정 설치되며, 상기 모터에 의해 회전하면서 자기를 검출하는 방위각 검출부; 및 상기 모터의 구동을 제어하며, 상기 모터의 회전에 의해 상기 방위각 검출부에서 검출된 방위각데이터에 의해 형성된 자계에 대하여 상기 방위각검출부의 이론적 방위각과 이에 대응하는 실제 방위각을 보정파라미터로 생성하고, 생성된 보정파라미터를이용하여 상기 방위각검출부의 방위각을 보정하여 출력하는 제어부를 포함한다.
상기 방법은 바람직하게는 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 이동체에 부착된 자기센서를 360°회전시킴에 따라서 매 샘플링단위시간마다 측정되는 자기장에 의해 형상화되는 자계를 나타내는 것으로서, 지구자기장만 존재하는 경우에는 자계는 H1과 같이 완전한 원의 형태를 가지나, 지구자기장 뿐만 아니라 외부자기장이 존재하는 경우에는 자계는 H2와 같이 소정의 오프셋 자계(Ho)에 의해 중심이 P1에서 P2로 이동한 왜곡된 원의 형태가 된다. 오프셋 자계(Ho)를 X 축과 Y 축으로 분해하면 X축 오프셋성분(Hox) 및 Y축 오프셋성분(Hoy)이 된다.
도 2는 본 발명에 따른 전자 나침반의 방위오차 보정장치의 일실시예에 따른 구성을 나타낸 블럭도로서, 방위각검출부(210), 모터(230), 제어부(250) 및 저장부(270)로 이루어진다.
도 2를 참조하면, 방위각검출부(210)는 2축 플렉스게이트(fluxgate) 소자나 자기저항(Magneto-resistive) 소자와 같은 자기센서로 이루어지며, 모터(230)에 의해 소정 회전속도로 소정 보정단위시간마다 360도 이상 회전한다.
모터(230)는 방위각검출부(210)를 회전시키기 위한 것으로서, 방위각검출부(210)에 영향을 주지 않는 초음파 모터 등의 자기장이 약한 모터를 사용하는 것이 바람직하다. 모터(230)에 의해 방위각검출부(210)를 회전시킴으로써 방위각검출부(210)가 부착된 이동체를 회전시키는 것과 동일한 효과를 얻게 된다.
제어부(250)는 모터(230)의 구동을 제어하고, 모터(230)에 의해 방위각검출 부(210)가 회전하면서 전체 360°에 대하여 매 샘플링단위시간마다 측정되는 자기장데이터로부터 소정 각도 단위로 검출되는 방위각데이터를 이용하여 도 1의 H2와 같은 자계를 형성한다. 제어부(250)는 방위각검출부(210)에서 검출된 방위각데이터에 의해 형상화된 자계로부터 모터(230)에 부착된 엔코더(미도시)로부터 제공되는 방위각검출부(210)의 이론적 방위각과 이에 대응하는 실제 방위각을 보정테이블로 생성하거나 일대일 대응을 구현할 수 있는 보정변수를 생성하여 저장부(270)에 저장한다. 이때, 보정테이블 또는 보정변수와 같은 보정파라미터는 매 보정단위시간마다 갱신되거나, 각 보정단위시간에서 측정된 오프셋 자계가 소정 문턱치 이상인 횟수에 따라서 보정테이블 또는 보정변수의 갱신여부를 결정한다. 예를 들어, 현재 보정단위시간에서 보정테이블 또는 보정변수를 갱신하는 것으로 결정되면, 다음 보정단위시간에 도달할 때까지 소정의 샘플링시간마다 측정된 방위각을 갱신된 보정테이블 또는 보정변수를 이용하여 보정하여 이동체의 보정된 방위각을 출력한다. 한편, 현재 보정단위시간에서 보정테이블 또는 보정변수과 같은 보정파라미터를 갱신하지 않는 것으로 결정되면, 다음 보정단위시간에 도달할 때까지 소정의 샘플링시간마다 측정된 방위각검출부(210)의 방위각을 이전 보정단위시간에서 사용된 보정테이블 또는 보정변수를 이용하여 보정하여 이동체의 보정된 방위각을 출력한다.
여기서, 보정테이블은 방위각검출부(210)의 이론적인 방위각과 실제 방위각을 각각 대응시킨 것이다. 본 발명의 보정테이블은 소정의 각도 간격으로 배치된 자기센서로부터 측정된 자기장 크기를 원 또는 타원으로 일대일 대응하고, 대응된 값의 최대값과 최소값을 이용하여, 상기 타원을 이상적인 원의 모양을 가진 자계로 일대일 대응시킬 수 있는 보정변수로 대치될 수 있는 경우도 있다. 보정변수는 다음의 수학식 1에서
Figure 112003042876138-pat00001
를 의미한다.
Figure 112003042876138-pat00002
단, 여기서
Figure 112003042876138-pat00003
는 보정된 자계의 x성분, y성분;
Figure 112003042876138-pat00004
는 보정되지 않은 자계의 x성분, y성분;
Figure 112003042876138-pat00005
는 오프셋 자계의 x성분, y성분; 및,
Figure 112003042876138-pat00006
는 보정되지 않은 자계로부터 구한 타원의 최대값에서 최소값을 뺀 수치의 x성분, y성분을 의미한다. 상기 수학식 1로부터 방위각은
Figure 112003042876138-pat00007
의 형태로 구할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 이동체의 방위오차 보정방법을 설명하는 흐름도로서, 도 1 및 도 2와 결부시켜 설명하기로 한다.
310 단계에서는 모터(230)의 구동에 의해 방위각검출부(210)가 회전되도록 한다. 여기서는 초기화 단계에서 일단 모터(230)를 360도 이상 구동시키는 것으로 가정한다. 320 단계에서는 방위각검출부(210)에 의해 전체 360°에 대하여 매 샘플링단위시간마다 자기장을 측정하여 소정 각도 단위로 방위각데이터를 검출한다.
330 단계에서는 320 단계에서 검출된 방위각데이터에 의해 형상화되는 자계로부터 오프셋 자계(Ho)를 산출하고, 오프셋 자계(Ho)의 X축 오프셋성분(Hox)과 Y축 오프셋성분(Hoy)의 크기와 이전 보정단위시간까지 누적된 카운트값을 이용하여 결정되는 보정 플래그를 체크한다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
340 단계에서는 보정테이블 또는 보정변수 갱신이 필요한지 여부를 보정 플래그를 참조하여 결정한다. 보정테이블 또는 보정변수 갱신이 필요한 경우 즉, 보정플래그가 '1'인 경우에는 350 단계로 진행하여 현재 보정단위시간에서 보정테이블을 갱신하여 저장부(270)에 저장한다.
360 단계에서는 소정의 샘플링단위시간에 대하여 소정의 샘플링시간마다 방위각검출부(210)의 방위각을 측정한다. 이때의 방위각은 지구자기장 뿐만 아니라 외부자기장의 영향을 받은 방위각을 의미하는 것이다.
370 단계에서는 저장부(270)에 저장되어 있는 이전 보정단위시간에서 사용한 보정테이블 또는 보정변수 또는 350 단계에서 갱신된 보정테이블 또는 보정변수를 참조하여 360 단계에서 측정된 방위각에 대응하는 보정된 방위각을 출력한다. 여기서, 보정된 방위각은 지구자기장의 영향만을 받은 방위각을 의미하는 것이다.
380 단계에서는 310 단계에서의 모터 구동시점으로부터 카운트하여 다음 보정단위시간에 도달하였는지를 판단하고, 다음 보정단위시간에 도달한 경우 310 단계로 복귀하고, 다음 보정단위시간에 도달하지 않은 경우 360 단계로 복귀한다.
310 단계로 복귀하는 경우에는 310 단계에서 자기센서가 부착된 모터가 다시 360도 이상 회전구동되는 동안 360단계에서 수행하던 매 샘플링단위시간마다의 방위각 측정이 310 단계에서 대신 수행된다. 이때 모터가 회전한 각도는 엔코더로부터 알 수 있으므로 회전된 자기센서에서 측정된 자기장으로부터 자기센서의 방위각 을 구하고 모터가 회전한 각도를 상기 방위각에서 제거하면 이동체의 방위각을 계산할 수 있다.
도 4는 도 3에 있어서 330 단계의 세부적인 동작을 설명하는 흐름도이다.
410 단계에서는 모터(230)의 360°회전에 의해 형성되는 자계, 예를 들면 도 1의 H2로부터 오프셋 자계(Ho)를 산출하고, 오프셋 자계(Ho)을 분해하여 X축 오프셋성분(Hox)과 Y축 오프셋성분(Hoy)을 산출한다.
420 단계에서는 X축 오프셋성분(Hox)과 제1 문턱치(Th1)을 비교하여, X축 오프셋성분(Hox)이 제1 문턱치(Th1)보다 작거나 같은 경우에는 430 단계로 진행하고, X축 오프셋성분(Hox)이 제1 문턱치(Th1)보다 큰 경우에는 440 단계에서 카운트값을 1 증가시킨다. 여기서, 카운트값은 자계의 X축과 Y축 오프셋성분 중 적어도 하나의 크기가 대응하는 문턱치보다 큰 것으로 판단되는 보정단위시간의 누적 횟수를 의미한다.
430 단계에서는 Y축 오프셋성분(Hoy)과 제2 문턱치(Th2)을 비교하여, Y축 오프셋성분(Hoy)이 제2 문턱치(Th2)보다 작거나 같은 경우에는 450 단계에서 보정 플래그로 '0'으로 설정한다. 한편, 430 단계에서의 비교결과, Y축 오프셋성분(Hoy)이 제2 문턱치(Th2)보다 큰 경우에는 440 단계에서 카운트값을 1 증가시킨다.
460 단계에서는 440 단계에서 증가된 카운트값을 제3 문턱치(Th3)와 비교하여, 카운트값이 제3 문턱치와 동일하면 470 단계에서 카운트값을 리셋시킨 다음, 480 단계에서 보정 플래그를 '1'로 설정한다.
즉, X축 오프셋성분(Hox)이 제1 문턱치(Th1)보다 크거나 Y축 오프셋성분(Hoy)이 제2 문턱치(Th2)보다 클 경우 카운트값을 1 증가시키고, 증가된 카운트값이 제3 문턱치(Th3)와 같을 경우 이전의 보정테이블 또는 보정변수를 갱신하여 갱신된 보정테이블 또는 보정변수를 이용하여 이동체의 보정된 방위각을 산출하도록 하고, X축 오프셋성분(Hox)이 제1 문턱치(Th1)보다 작거나 같고 Y축 오프셋성분(Hoy)이 제2 문턱치(Th2)보다 작거나 같은 경우 이전의 보정테이블 또는 보정변수를 그대로 이용하여 이동체의 보정된 방위각을 산출하도록 한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 매 보정단위시간마다 자기센서를 모터를 이용하여 회전시켜 방위오차 보정을 위한 보정테이블 또는 보정변수를 생성함으로써 이동체가 정지하고 있거나 이동체의 회전이 없는 경우에도 정확하게 방위각을 보정할 수 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. (a) 이동체에 설치된 자기센서를 모터 구동에 의해 회전시켜, 매 샘플링단위시간마다 측정되는 자기장의 크기를 이용하여 자계곡선을 형상화하는 단계;
    (b) 매 보정단위시간마다 상기 (a) 단계에서 형상화된 자계곡선으로부터 진폭과 오프셋을 포함하는 보정파라미터를 생성하는 단계; 및
    (c) 다음 보정단위시간에 도달할 때까지 현재 보정단위시간에서 생성된 보정파라미터를 이용하여 보정된 방위각을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 방위각 보정방법.
  2. (a) 이동체에 설치된 자기센서를 모터 구동에 의해 회전시켜 매 샘플링단위시간마다 측정되는 자기장의 크기를 이용하여 자계곡선을 형상화하는 단계;
    (b) 매 보정단위시간에서 형성된 자계의 X축과 Y축 오프셋성분 중 적어도 하나의 크기가 대응하는 제1 및 제2 문턱치보다 큰 것으로 판단되는 보정단위시간의 누적 횟수가 제3 문턱치에 해당하는 보정단위시간에 대하여 상기 (a) 단계에서 형상화된 자계곡선으로부터 진폭과 오프셋을 포함하는 보정파라미터를 갱신하는 단계; 및
    (c) 다음 보정단위시간에 도달할 때까지 현재 보정단위시간에서 갱신된 보정파라미터 또는 이전 보정단위시간에서 사용된 보정파라미터를 이용하여 상기 자기센서의 방위각을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 방위각 보정방법.
  3. 삭제
  4. 제1 항 및 제2 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기재한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  5. 모터;
    이동체에 고정 설치되며, 상기 모터에 의해 회전하면서 매 샘플링단위시간마다 입력된 자기장의 세기를 이용하여 오차가 포함된 실제 방위각을 검출하는 방위각검출부; 및
    상기 모터의 구동을 제어하며, 상기 모터의 회전에 의해 측정되는 상기 자기장의 세기를 이용하여 자계곡선을 형상화하고, 상기 형상화된 자계곡선을 이용하여 이론적 방위각과 이에 대응하여 상기 방위각검출부로부터 제공되는 상기 실제 방위각 간의 진폭과 오프셋을 포함하는 보정파라미터를 생성하고, 생성된 보정파라미터를 이용하여 보정단위시간에 보정된 방위각을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 방위각 보정장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 모터는 초음파 모터인 것을 특징으로 하는 이동체의 방위각 보정장치.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 보정파라미터는 매 보정단위시간마다 갱신되는 것을 특징으로 하는 이동체의 방위각 보정장치.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 보정파라미터는 매 보정단위시간에서 형성된 자계의 X축과 Y축 오프셋성분 중 적어도 하나의 크기가 대응하는 제1 및 제2 문턱치보다 큰 것으로 판단되는 보정단위시간의 누적 횟수가 제3 문턱치에 해당하면 갱신되는 것을 특징으로 하는 이동체의 방위각 보정장치.
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