KR100655936B1 - Azimuth calculation device and method thereof - Google Patents

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KR100655936B1
KR100655936B1 KR1020050124849A KR20050124849A KR100655936B1 KR 100655936 B1 KR100655936 B1 KR 100655936B1 KR 1020050124849 A KR1020050124849 A KR 1020050124849A KR 20050124849 A KR20050124849 A KR 20050124849A KR 100655936 B1 KR100655936 B1 KR 100655936B1
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이승완
이우종
최상언
조우종
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삼성전자주식회사
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Abstract

An azimuth calculation device and a method thereof are provided to prevent a calculation load of dip angle data from being aggravated by performing a dip angle data calculation selectively according to the degree of tilt angle. In an azimuth calculation device, a terrestrial magnetism measurement unit(110) detects X-axis and Y-axis terrestrial magnetism data, corresponding to an external terrestrial magnetism, by using X-axis and Y-axis terrestrial magnetism sensors. A tilt measurement unit(120) measures a tilt angle. A first calculation unit(130) computes dip angle data, corresponding to the present tilt angle, by using the previous and present tile angles and the X-axis and Y-axis terrestrial magnetism data in a case of the tile angle to be varied. A second calculation unit(140) computes virtual Z-axis terrestrial magnetism data by using the dip angle data, the present tile angle, and the X-axis and Y-axis terrestrial magnetism data. An azimuth calculation unit(150) computes an azimuth by using the virtual Z-axis terrestrial magnetism data and the X-axis and Y-axis terrestrial magnetism data.

Description

방위각 측정 장치 및 방법 { Azimuth calculation device and method thereof }Azimuth calculation device and method

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 장치의 구성을 나타내는 블럭도,1 is a block diagram showing the configuration of an azimuth measuring device according to an embodiment of the present invention;

도 2는 도 1의 방위각 측정 장치에서 사용되는 지자기측정부 구성의 일 예를 나타내는 블럭도,2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a geomagnetic measuring unit used in the azimuth measuring device of FIG. 1;

도 3은 구형 좌표계를 나타내는 모식도,3 is a schematic diagram showing a spherical coordinate system;

도 4는 도 3의 구형 좌표계 상에서 경사각 변화에 따른 복각 데이터 산출 과정을 설명하기 위한 모식도,4 is a schematic diagram for describing a process of calculating dip data according to a change in an inclination angle on a rectangular coordinate system of FIG. 3;

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,5 is a flowchart for explaining an azimuth measurement method according to an embodiment of the present invention, and

도 6은 도 5의 방위각 측정 방법에서 복각 데이터 산출하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an example of a process of calculating dip data in the azimuth measurement method of FIG. 5.

* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawing

110 : 지자기 측정부 120 : 틸트 측정부110: geomagnetic measuring unit 120: tilt measuring unit

130 : 제1 연산부 140 : 제2 연산부130: first operation unit 140: second operation unit

150 : 방위각 연산부 111 : 구동신호생성부150: azimuth calculation unit 111: drive signal generation unit

112 : X축 지자기 센서 113 : Y축 지자기 센서112: X-axis geomagnetic sensor 113: Y-axis geomagnetic sensor

114 : 신호처리부 115 : 지자기 측정 제어부114: signal processing unit 115: geomagnetic measuring control unit

116 : 메모리116: memory

본 발명은 방위각 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2축 지자기 센서를 사용하여 방위각을 측정함에 있어, 현재 위치에서의 복각 데이터를 산출하여 산출된 복각 데이터를 이용하여 방위각 보상 작업을 수행함으로써 정확한 방위각을 산출하는 방위각 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an azimuth measuring device and a method thereof, and more particularly, to measuring azimuth using a two-axis geomagnetic sensor, azimuth compensation operation is performed by using dip data calculated by calculating dip data at a current position. The present invention relates to an azimuth measuring device and a method for calculating an accurate azimuth.

지자기 센서란, 인간이 느낄 수 없는 지구 자기의 세기 및 방향을 측정해 주는 장치를 의미한다. 지자기 센서는 일반적으로는 플럭스게이트(flux-gate)로 구현될 수 있다. 지자기 센서에서 산출된 지자기 데이터를 이용하여 방위각을 산출하는 장치를 방위각 측정 장치라 한다. 이러한 방위각 측정 장치는 휴대폰, 노트북, PDA 등과 같은 다양한 전자 제품에 적용될 수 있다.The geomagnetic sensor refers to a device that measures the strength and direction of the earth's magnetism that humans cannot feel. The geomagnetic sensor can generally be implemented as a flux-gate. An apparatus for calculating an azimuth using geomagnetic data calculated by a geomagnetic sensor is called an azimuth measuring device. The azimuth measuring device can be applied to various electronic products such as mobile phones, notebook computers, PDAs, and the like.

방위각 측정 장치는 일반적으로 2축 또는 3축 지자기 센서를 이용할 수 있다. 이 경우, 지자기 센서를 이용하여 방위각을 측정하는 과정에서 지자기 센서가 기울어지면, 방위각이 잘못 계산될 여지가 있다. 이에 따라, 경사각, 즉, 피치각이나 롤각을 이용하여 방위각을 보상해주는 것이 일반적이다.The azimuth measuring device may generally use a biaxial or triaxial geomagnetic sensor. In this case, if the geomagnetic sensor is tilted in the process of measuring the azimuth using the geomagnetic sensor, there is a possibility that the azimuth is incorrectly calculated. Accordingly, it is common to compensate the azimuth angle by using the inclination angle, that is, the pitch angle or the roll angle.

한편, 자기장은 방향성을 띄기 때문에 방위각 측정 장치의 이용자세에 따라 측정값이 달라지게 된다. 즉, 방위각 측정 장치가 소정 각도로 기울어진 상태에서 방위각을 측정하면, 실제 방위각과 다른 값이 측정될 수 있게 된다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 경사각을 측정하여 기울기에 따른 영향을 보상하여 정확한 방위각을 연산하는 방위각 보상 작업을 수행한다.On the other hand, since the magnetic field is directional, the measured value varies depending on the user posture of the azimuth measuring device. That is, when the azimuth angle is measured while the azimuth measuring device is inclined at a predetermined angle, there is a problem that a value different from the actual azimuth angle can be measured. In order to solve this problem, azimuth compensation is performed to calculate the correct azimuth by measuring the inclination angle and compensating the influence of the inclination.

이 경우, 3축 플럭스게이트를 사용하는 지자기센서인 경우 복각(dip angle : λ)에 따른 영향을 고려할 필요가 없지만, 2축 플럭스게이트를 사용하는 지자기 센서의 경우에는 복각에 따른 영향을 고려해주어야 한다. 왜냐하면, 2축 플럭스게이트 센서의 경우 지표면 상에 놓여진 X축 및 Y축 플럭스게이트만을 구비하므로, 지표면에 투사되는 실제 지자기 벡터의 수평 성분 값만을 이용하여 방위각을 측정하기 때문이다. 복각이란 지자기가 지표면에 입사하는 각도를 의미하므로, 실제 지자기 벡터의 수직 성분 값까지 고려하기 위해서는 복각에 대한 정보를 필요로 한다. In this case, it is not necessary to consider the effect of dip angle (λ) in case of geomagnetic sensor using 3-axis fluxgate, but the effect of dip should be considered in case of geomagnetic sensor using 2-axis fluxgate. . This is because the two-axis fluxgate sensor includes only the X-axis and Y-axis fluxgates placed on the ground surface, so that the azimuth angle is measured using only the horizontal component values of the actual geomagnetic vector projected on the ground surface. Since the dip refers to the angle at which the geomagnetism is incident on the earth's surface, information about the dip is needed to consider the vertical component values of the actual geomagnetic vector.

이에 따라, 2축 플럭스게이트를 이용하던 종래의 지자기센서에서는, 복각을 임의로 설정하여 사용하던지 아니면 GPS와 같은 외부장치로부터 복각 값을 입력받아 방위각을 연산하였다. 하지만, 동일 지역 내에 위치하더라도 주변 지형에 따라 복각 값은 차이가 있을 수 있다. 이에 따라, 복각을 임의로 설정하여 사용하면, 방위각 정보가 왜곡될 수 있다는 문제점이 있었다. Accordingly, in the conventional geomagnetic sensor using a two-axis fluxgate, a dip is arbitrarily set or a dip angle is input from an external device such as GPS to calculate an azimuth angle. However, even if located within the same area, the dip value may vary depending on the surrounding terrain. Accordingly, there is a problem that azimuth information may be distorted when the dip is arbitrarily set and used.

한편, GPS와 같은 외부장치로부터 복각 값을 입력받는 경우에는, 그 외부장치와의 통신을 위한 장비가 더 필요하므로, 지자기 센서의 크기 및 제조비용이 증가하게 된다는 문제점이 있다. 또한, 복각을 필요로 하지 않는 3축 플럭스게이트 지자기센서는 지표면에 수직한 방향으로 설치되어야 하는 Z축 플럭스게이트를 추가 로 더 필요로 하므로, 그로 인한 사이즈 증가가 불가피하게 된다. 따라서, 소형 휴대형 전자기기에 사용하기에는 부적합하다는 문제점이 있었다.On the other hand, in the case of receiving a dip value from an external device such as GPS, there is a problem in that the size and manufacturing cost of the geomagnetic sensor increases because more equipment for communication with the external device is needed. In addition, since the 3-axis fluxgate geomagnetic sensor that does not require a dip needs an additional Z-axis fluxgate that must be installed in a direction perpendicular to the ground surface, the size increase is inevitable. Therefore, there is a problem that it is not suitable for use in small portable electronic devices.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 현재 위치에서의 복각 데이터를 산출하여 방위각 보상 작업을 수행함으로써, 정확한 복각을 이용한 방위각 보상이 가능하고, 이에 따라, 정확한 방위각을 산출할 수 있는 방위각 측정 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.The present invention is to solve the above-described problems, an object of the present invention is to calculate the azimuth data at the current position to perform the azimuth compensation operation, it is possible to azimuth compensation using accurate dip, thereby calculating the correct azimuth angle The present invention provides an azimuth measuring device and a method thereof.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 장치는, X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 지자기 측정부, 경사각을 측정하는 틸트 측정부, 상기 경사각이 변화되면, 이전 경사각 및 현재 경사각과 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 상기 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출하는 제1 연산부, 상기 복각 데이터, 상기 현재 경사각, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 제2 연산부, 및, 상기 가상의 Z축 지자기 데이터, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 상기 경사각을 이용하여 방위각을 연산하는 방위각 연산부를 포함한다.Azimuth measuring device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the geomagnetic measuring unit for detecting the X-axis and Y-axis geomagnetic data corresponding to the external geomagnetic using the X-axis and Y-axis geomagnetic sensor, A tilt measurement unit for measuring an inclination angle, a first calculation unit for calculating dip data corresponding to the current inclination angle by using a previous inclination angle and a current inclination angle and the X and Y axis geomagnetic data when the inclination angle is changed, the dip data, A second calculator configured to calculate virtual Z-axis geomagnetic data using the current tilt angle, the X-axis and Y-axis geomagnetic data, and the virtual Z-axis geomagnetic data, the X-axis and Y-axis geomagnetic data, and the inclination angle It includes an azimuth calculation unit for calculating the azimuth using.

바람직하게는, 상기 제1 연산부는, 상기 현재 경사각이 기 설정된 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 이용하여 상기 복각 데이터를 산출하고 상기 현재 경사각이 기 설정된 제2 임계각 이상이면 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나 를 상기 복각 데이터로서 산출하며, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 이상이고 상기 제2 임계각 미만이면 소정의 복각 데이터 연산을 수행하여 그 결과값을 상기 복각 데이터로서 산출할 수 있다.Preferably, the first calculator is configured to calculate the dip data using a preset dip when the current tilt angle is less than a first threshold angle, and the X and Y axes when the current tilt angle is greater than or equal to a preset second threshold angle. One of the geomagnetic data may be calculated as the dip data, and if the current tilt angle is greater than or equal to the first threshold angle and less than the second threshold angle, a predetermined dip data operation may be performed to calculate the result value as the dip data.

또한 바람직하게는, 상기 경사각은 피치각 및 롤각 중 적어도 하나가 될 수 있다.Also preferably, the inclination angle may be at least one of a pitch angle and a roll angle.

보다 바람직하게는, 상기 제1 연산부는, 상기 경사각 중 롤각이 측정되는 경우 및 경사각 중 피치각이 측정되는 경우 별로 상이한 수식을 이용하여 복각 데이터 연산을 수행할 수 있다. More preferably, the first calculator may perform the dip data operation using different equations for each of the case where the roll angle is measured and the pitch angle is measured.

또한, 상기 제2 연산부는, 현재 경사각, 복각 데이터, X축 및 Y축 지자기 데이터 등을 소정의 수학식에 대입하여 상기 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산할 수 있으며, 상기 방위각 연산부는, 현재 경사각, 가상의 Z축 지자기 데이터, X축 및 Y축 지자기 데이터를 소정의 수학식에 대입하여 상기 방위각을 연산할 수 있다.The second calculator may calculate the virtual Z-axis geomagnetic data by substituting a current inclination angle, dip data, X-axis and Y-axis geomagnetic data, and the like into a predetermined equation, and the azimuth calculator calculates the current inclination angle. The azimuth angle may be calculated by substituting virtual Z-axis geomagnetic data, X-axis, and Y-axis geomagnetic data into a predetermined equation.

보다 바람직하게는, 상기 지자기 측정부는, 상기 X축 및 Y축 지자기 센서의 출력값을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화한 정규화값을 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 출력할 수 있다.More preferably, the geomagnetic measuring unit may output, as the X-axis and Y-axis geomagnetic data, a normalized value obtained by normalizing the output values of the X-axis and Y-axis geomagnetic sensors to a value within a preset range, respectively.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 방법은, (a) X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 단계, (b) 경사각을 측정하는 단계, (c) 이전 경사각 및 현재 경사각과 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 상기 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출하는 단계, (d) 상기 복각 데이터, 상기 현재 경사각, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 단계 및 (e) 상기 가상의 Z축 지자기 데이터, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 상기 현재 경사각을 이용하여 방위각을 연산하는 단계를 포함한다.On the other hand, azimuth measurement method according to an embodiment of the present invention, (a) detecting the X-axis and Y-axis geomagnetic data corresponding to the external geomagnetism using the X-axis and Y-axis geomagnetic sensor, (b) the tilt angle Measuring, (c) calculating dip data corresponding to the current tilt angle by using a previous tilt angle and a current tilt angle and the X-axis and Y-axis geomagnetic data, and (d) the dip data, the current tilt angle, and X Calculating virtual Z-axis geomagnetic data using the axis and Y-axis geomagnetic data; and (e) calculating azimuth using the virtual Z-axis geomagnetic data, the X-axis and Y-axis geomagnetic data, and the current tilt angle. Steps.

바람직하게는, 상기 (c)단계는, 상기 현재 경사각을 기 설정된 제1 임계각 및 제2 임계각과 비교하는 단계, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 이용하여 상기 복각 데이터를 산출하고, 상기 현재 경사각이 기 설정된 제2 임계각 이상이면 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 상기 복각 데이터로서 산출하며, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 이상이고 상기 제2 임계각 미만이면 소정의 복각 데이터 연산을 수행하여 그 결과값을 상기 복각 데이터로서 산출할 수 있다. Preferably, in the step (c), comparing the current tilt angle with a preset first and second threshold angles, and calculating the dip data using a preset dip when the current tilt angle is less than the first threshold angle. And when the current inclination angle is greater than or equal to a preset second critical angle, one of the X-axis and Y-axis geomagnetic data is calculated as the repetition data, and when the current inclination angle is greater than or equal to the first critical angle and less than the second critical angle, a predetermined dip. The data operation may be performed to calculate the result value as the dip data.

또한 바람직하게는, 상기 경사각은 피치각 및 롤각 중 적어도 하나가 될 수 있다.Also preferably, the inclination angle may be at least one of a pitch angle and a roll angle.

한편, 상기 (c)단계는, 상기 경사각 중 롤각이 측정되는 경우 및 상기 경사각 중 피치각이 측정되는 경우에 각각 소정의 수식을 이용하여 복각 데이터를 연산할 수 있다. Meanwhile, in the step (c), when the roll angle is measured and the pitch angle is measured, the dip data may be calculated using a predetermined formula.

또한 바람직하게는, 상기 (d)단계는, 현재 경사각, 복각 데이터, X축 및 Y축 지자기 데이터 등을 소정의 수학식에 대입하여 상기 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산할 수 있으며, 상기 (e)단계는, 현재 경사각, 가상의 Z축 지자기 데이터, X축 및 Y축 지자기 데이터를 소정의 수학식에 대입하여 상기 방위각을 연산할 수 있다.Also preferably, in step (d), the virtual Z-axis geomagnetic data may be calculated by substituting a current inclination angle, dip data, X-axis and Y-axis geomagnetic data, etc. into a predetermined equation, and (e) In step), the azimuth angle may be calculated by substituting the current tilt angle, virtual Z-axis geomagnetic data, X-axis and Y-axis geomagnetic data into a predetermined equation.

보다 바람직하게는, 상기 (a)단계는, 상기 X축 및 Y축 지자기 센서의 출력값 을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화한 정규화값을 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 출력할 수도 있다. More preferably, the step (a) may output the normalized value obtained by normalizing the output values of the X-axis and Y-axis geomagnetic sensors to a value within a preset range, respectively, as the X-axis and Y-axis geomagnetic data.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 1에 따르면, 본 방위각 측정 장치는 지자기 측정부(110), 틸트 측정부(120), 제1 연산부(130), 제2 연산부(140), 방위각 연산부(150)를 포함한다.1 is a block diagram showing the configuration of an azimuth measuring device according to an embodiment of the present invention. According to FIG. 1, the azimuth measuring device includes a geomagnetic measuring unit 110, a tilt measuring unit 120, a first calculating unit 130, a second calculating unit 140, and an azimuth calculating unit 150.

지자기 측정부(110)는 상호 직교하는 X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여, 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 측정한다.The geomagnetic measuring unit 110 measures X-axis and Y-axis geomagnetic data corresponding to the geomagnetism by using mutually orthogonal X-axis and Y-axis geomagnetic sensors.

도 2는 지자기 측정부(110) 구성의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 2에 따르면, 지자기 측정부(110)는 구동신호생성부(111), X축 지자기센서(112), Y축 지자기센서(113), 신호처리부(114), 지자기측정제어부(115) 및 메모리(116)를 포함한다.2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the geomagnetic measuring unit 110. According to FIG. 2, the geomagnetic measuring unit 110 includes a driving signal generator 111, an X-axis geomagnetic sensor 112, a Y-axis geomagnetic sensor 113, a signal processor 114, a geomagnetic measurement control unit 115, and a memory. 116.

구동신호생성부(111)는 X축 및 Y축 지자기센서(112, 113)를 구동시키기 위한 구동신호를 생성하는 역할을 한다. 구동신호로는 펄스파 또는 반전 펄스파 등이 사용될 수 있다. The driving signal generator 111 generates a driving signal for driving the X-axis and Y-axis geomagnetic sensors 112 and 113. As the driving signal, a pulse wave or an inverted pulse wave may be used.

X축 및 Y축 지자기센서(112, 113)는 각각 플럭스게이트로 구현될 수 있다. 각 플럭스게이트는 사각링 또는 바 형태의 자성체 코어, 자성체 코어에 권선된 구동 코일 및 검출코일을 포함한다. 구동 코일은 구동 신호 생성부(111)에서 출력되는 전기적 신호를 수신하여 자성체 코어를 여자(勵磁)시키는 역할을 하고, 검출코일은 구동코일의 구동에 의해 발생된 자기로부터 유도된 기전력을 검출하는 역할을 한다.The X- and Y-axis geomagnetic sensors 112 and 113 may be implemented as fluxgates, respectively. Each fluxgate includes a magnetic core in the form of a square ring or bar, a drive coil wound around the magnetic core, and a detection coil. The driving coil serves to excite the magnetic core by receiving an electrical signal output from the driving signal generator 111, and the detection coil detects electromotive force induced from magnetism generated by driving the driving coil. Play a role.

한편, X축 지자기센서(112)는 방위각 측정 장치의 전단부를 향하는 방향(즉, X축 방향)으로 배치되고, Y축 지자기 센서(113)는 X축 지자기 센서에 수직한 방향으로 방위각 측정 장치의 측면을 향하는 방향(즉, Y축 방향)으로 배치될 수 있다. On the other hand, the X-axis geomagnetic sensor 112 is disposed in the direction toward the front end of the azimuth measuring device (that is, the X-axis direction), the Y-axis geomagnetic sensor 113 is a direction perpendicular to the X-axis geomagnetic sensor It may be arranged in the direction toward the side (ie, Y-axis direction).

신호 처리부(114)는 검출코일에서 외부자계의 세기에 비례하는 전압성분이 유도되면, 이를 증폭, 쵸핑(chopping)하는 등의 일련의 처리를 한 후 각 축에 대응되는 전압값을 출력하는 역할을 한다.When a voltage component proportional to the intensity of an external magnetic field is derived from the detection coil, the signal processor 114 performs a series of processes such as amplifying and chopping the output coil, and then outputs a voltage value corresponding to each axis. do.

지자기 측정 제어부(115)는 신호처리부(114)에서 출력된 전압값들을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화하여, 정규화된 값을 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 제1 연산부(130)로 제공한다. 정규화는 일반적으로 -1 내지 1 사이의 범위로 이루어질 수 있다.The geomagnetic measurement control unit 115 normalizes the voltage values output from the signal processor 114 to values within a preset range, and provides the normalized values to the first calculator 130 as X-axis and Y-axis geomagnetic data. Normalization can generally be in the range of -1 to 1.

구체적으로는, 지자기 측정 제어부(115)는 아래 수식을 이용하여 정규화를 수행할 수 있다.Specifically, the geomagnetic measurement control unit 115 may perform normalization using the following equation.

Figure 112005073867662-pat00001
Figure 112005073867662-pat00001

Figure 112005073867662-pat00002
Figure 112005073867662-pat00002

Figure 112005073867662-pat00003
Figure 112005073867662-pat00003

Figure 112005073867662-pat00004
Figure 112005073867662-pat00004

수학식 1에서, Xf 및 Yf는 각각 X축 및 Y축 지자기센서의 실제 출력값, Xfnorm 및 Yfnorm은 각각 X축 및 Y축 정규화값, Xfmax 및 Xfmin은 각각 Xf의 최대값 및 최소값, Yfmax 및 Yfmin은 각각 Yf의 최대값 및 최소값, 그리고, α는 고정상수를 의미한다. 이 경우, α는 X축 및 Y축 플럭스게이트 출력값이 수평상태에서 ±1의 범위 내의 값으로 매핑될 수 있도록 1보다 작은 값을 사용한다. 바람직하게는, 본 방위각 측정 장치가 사용되는 지역의 대표적인 복각값을 이용하여 α를 설정할 수 있다. 우리나라의 복각은 대략 53°정도이므로, cos 53°≒ 0.6 을 α로 둘 수 있다. 한편, Xfmax, Xfmin, Yfmax, Yfmin은 사전에 방위각 측정 장치를 적어도 1 회 이상 회전시키면서 그 출력값을 측정하여 그 중 최대값 및 최소값으로 설정한다. 설정된 α, Xfmax, Xfmin, Yfmax, Yfmin은 메모리(116)에 저장하여 정규화 작업시 사용할 수 있다. In Equation 1, Xf and Yf are the actual output values of the X- and Y-axis geomagnetic sensors, respectively, Xf norm and Yf norm are normalization values of the X-axis and Y-axis, Xf max and Xf min are the maximum and minimum values of Xf, respectively. Yf max and Yf min are the maximum and minimum values of Yf, respectively, and α represents a fixed constant. In this case, α uses a value less than 1 so that the X- and Y-axis fluxgate output values can be mapped to values in the range of ± 1 in the horizontal state. Preferably, α can be set using a representative dip value of the region where the present azimuth measuring device is used. The dip in Korea is about 53 °, so we can put cos 53 ° ≒ 0.6 as α. On the other hand, Xf max , Xf min , Yf max , and Yf min measure the output value while rotating the azimuth measuring device at least one time in advance and set the maximum value and the minimum value among them. The set α, Xf max , Xf min , Yf max , and Yf min may be stored in the memory 116 and used during normalization.

다시 도 1에 대한 설명으로 돌아가서, 틸트 측정부(120)는 방위각 측정 장치의 기울어진 정도, 즉, 경사각을 측정한다. 경사각은 피치각 및 롤각으로 표현될 수 있다. 즉, X축 지자기 센서가 방위각 측정 장치의 전단부를 향하는 방향(즉, X축 방향)으로 배치되고, Y축 지자기 센서가 X축 지자기 센서에 수직한 방향으로 방위각 측정 장치의 측면을 향하는 방향(즉, Y축 방향)으로 배치된 경우, X축을 기준으로 방위각 측정 장치가 회전하면 롤각이 변화되고, Y축을 기준으로 방위각 측정 장치가 회전하면 피치각이 변화된다. 틸트 측정부(120)는 피치각 및 롤각을 측정할 수 있다. 틸트 측정부(120)는 구체적으로는 2축 또는 3축 가속도 센서로 구현될 수 있다. 2축 가속도 센서로 구현된 경우, 피치각 및 롤각은 아래 수식을 이용하여 연 산될 수 있다.Returning to the description of FIG. 1 again, the tilt measuring unit 120 measures the inclination, that is, the inclination angle of the azimuth measuring device. The inclination angle may be represented by a pitch angle and a roll angle. That is, the X-axis geomagnetic sensor is disposed in the direction toward the front end of the azimuth measurement device (ie, the X-axis direction), and the Y-axis geomagnetic sensor is directed toward the side of the azimuth measurement device in a direction perpendicular to the X-axis geomagnetic sensor (ie, , Y-axis direction), the roll angle is changed when the azimuth measuring device rotates about the X axis, and the pitch angle is changed when the azimuth measuring device rotates about the Y axis. The tilt measurement unit 120 may measure a pitch angle and a roll angle. The tilt measuring unit 120 may be specifically implemented as a two-axis or three-axis acceleration sensor. When implemented with a two-axis acceleration sensor, the pitch angle and the roll angle can be calculated using the following equation.

φ=sin-1(ay / g)φ = sin -1 (a y / g)

θ=sin-1(ax / g)θ = sin -1 (a x / g)

수학식 2에서 g는 중력 가속도, φ는 롤각, θ는 피치각, ax 는 X축 가속도 센서 출력값, ay는 Y축 가속도 센서 출력값을 나타낸다.In Equation 2, g is gravity acceleration, φ is roll angle, θ is pitch angle, a x is X-axis acceleration sensor output value, a y represents the Y-axis acceleration sensor output value.

제1 연산부(130)는 지자기 측정부(110)에서 측정한 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 틸트 측정부(120)에서 측정한 경사각을 이용하여 복각 데이터를 연산한다. 복각 데이터란 복각을 Z축 방향으로 수직 투영한 복각의 수직 성분을 의미한다. 구체적으로는, 복각 데이터는 sinλ로 표현될 수 있다. 여기서 λ는 복각을 의미한다.The first calculating unit 130 calculates the dip data using the X-axis and Y-axis geomagnetic data measured by the geomagnetic measuring unit 110 and the inclination angle measured by the tilt measuring unit 120. Dip data means the vertical component of the dip which vertically projected the dip in the Z-axis direction. Specifically, the dip data may be represented by sinλ. Where λ means dip.

도 3은 가상의 Z축을 포함하는 구형 좌표계를 나타내는 모식도이다. 도 3에 따르면, X축 및 Y축이 이루는 평면에 수직한 방향으로 Z축이 배치된다. X, Y, Z축 지자기 데이터는 구형 좌표계 상의 각 점의 (X, Y, Z)좌표가 된다. 이러한 구형 좌표계를 통해서 볼 때, 피치각 및 롤각 중 하나 이상이 0°가 아닌 경우, 즉, 경사각이 발생한 상태에서 방위각 측정 장치를 구동시키면, 산출되는 X축 및 Y축 지자기 데이터는 지자기의 영향에 의해 왜곡된다. 이에 따라, 구형 좌표계 상에서의 지자기 데이터를 수평 좌표계 상으로 변환하기 위해 가상의 Z축 지자기 데이터를 연 산한다.3 is a schematic diagram illustrating a spherical coordinate system including a virtual Z axis. According to FIG. 3, the Z axis is disposed in a direction perpendicular to the plane formed by the X and Y axes. The X, Y, and Z axes geomagnetic data are the (X, Y, Z) coordinates of each point on the spherical coordinate system. Through this spherical coordinate system, when one or more of the pitch angle and the roll angle is not 0 °, that is, when the azimuth measuring device is driven while the inclination angle is generated, the calculated X-axis and Y-axis geomagnetic data are affected by the influence of geomagnetism. Are distorted by Accordingly, the virtual Z-axis geomagnetic data is calculated to convert the geomagnetic data on the spherical coordinate system to the horizontal coordinate system.

가상의 Z축 지자기 데이터는 아래 수식을 통해 연산할 수 있다.Virtual Z-axis geomagnetic data can be calculated using the following equation.

Figure 112005073867662-pat00005
Figure 112005073867662-pat00005

여기서, Zb는 가상의 Z축 지자기 데이터를 의미하고, X, Y는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 의미하며, Zh는 복각 데이터를 의미한다.Here, Z b means virtual Z-axis geomagnetic data, X, Y means X-axis and Y-axis geomagnetic data, and Z h means dip data.

상술한 바와 같이, 종래 방위각 측정 장치에서는 복각 데이터를 임의로 설정된 값 또는 GPS와 같은 외부 장치로부터 제공되는 값을 사용하였다. 하지만, 본 방위각 측정 장치에 따르면, 제1 연산부(130)에서 복각 데이터를 직접 연산한다.As described above, in the conventional azimuth measurement device, a value arbitrarily set for dip data or a value provided from an external device such as GPS is used. However, according to the present azimuth measuring device, the first calculating unit 130 directly calculates the dip data.

도 4는 경사각 중 롤각만이 변화되는 경우의 복각 데이터 산출 수식을 구하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4에 따르면, 구형 좌표계 상의 임의의 a지점(Xa, Ya, Za)에서 b지점(Xb, Yb, Zb)으로의 이동 또는 자세 변환이 일어났다고 가정하면, a지점(Xa, Ya, Za)에서 b지점(Xb, Yb, Zb)에서 측정된 경사각을 이용하여 b지점에서의 복각 데이터, 즉, 현재 상태의 복각 데이터를 산출한다. 4 is a schematic diagram for explaining a process of obtaining a dip data calculation formula when only a roll angle of the inclination angle is changed. According to FIG. 4, assuming that a movement or posture transformation has occurred from any point a (Xa, Ya, Za) on the spherical coordinate system to point b (Xb, Yb, Zb), point a (Xa, Ya, Za) The reconstruction data at point b, that is, the repetition data of the current state is calculated using the inclination angle measured at point b (Xb, Yb, Zb) in.

도 4에 따르면, a지점은 롤각이 φa만큼 기울어진 상태이고, b지점은 롤각이 φb만큼 기울어진 상태에 해당한다. 구형 좌표계의 중점으로부터 a지점이 속하는 단면(410)의 중심(Ca)까지의 거리는 a지점의 복각 데이터 Zha가 되고, b지점이 속하 는 단면(420)의 중심(Cb)까지의 거리는 b지점의 복각 데이터 Zhb가 된다. 또한, 구형 좌표계의 중점으로부터 a지점까지의 거리가 Ra이고, b지점까지의 거리가 Rb로 가정하고, Ra=Rb로 두면, 삼각 함수를 이용하여 b지점에서의 복각 데이터를 연산할 수 있다.According to FIG. 4, point a corresponds to a state where the roll angle is inclined by φ a, and point b corresponds to a state where the roll angle is inclined by φ b. The distance from the center of the spherical coordinate system to the center Ca of the cross section 410 to which point a belongs becomes the reconstruction data Z ha of point a, and the distance to the center Cb of the cross section 420 to which point b belongs is point b Is the reproduction data of Z hb . If the distance from the midpoint of the spherical coordinate system to the point a is Ra, and the distance to the point b is Rb, and Ra = Rb, it is possible to calculate the dip data at the point b using a trigonometric function.

구체적으로는, 제1 연산부(130)는 아래 수식을 이용하여 복각 데이터를 연산할 수 있다. Specifically, the first calculating unit 130 may calculate the dip data by using the following equation.

Figure 112005073867662-pat00006
Figure 112005073867662-pat00006

수학식 4에서, Zh는 복각 데이터, φa는 이전 롤각, φb는 현재 롤각을 의미한다. 또한, xa는 a지점에서의 X축 지자기 데이터, 즉, 이전 X축 지자기 데이터를 의미하고, xb는 b지점에서의 Y축 지자기 데이터, 즉, 현재 X축 지자기 데이터를 의미한다.In Equation 4, Z h represents dip data, φ a represents a previous roll angle, and φ b represents a current roll angle. In addition, x a refers to the X-axis geomagnetic data, that is, the previous X-axis geomagnetic data at point a, and x b refers to the Y-axis geomagnetic data, that is, the current X-axis geomagnetic data at point b.

수학식 4는 롤각만이 변화된 경우에 적용할 수 있는 수학식이다. 피치각만이 변화되는 경우에도 도 4와 마찬가지 방식으로 이전 지점과 현재 지점간의 피치각 차와, Y축 지자기 데이터를 이용하여 복각 데이터를 산출할 수 있다. 구체적으로는, 피치각만이 변화되는 경우에는, 제1 연산부(130)는 아래 수학식을 이용하여 복각 데이터를 연산할 수 있다. Equation 4 is an equation that can be applied when only the roll angle is changed. Even when only the pitch angle is changed, the dip data may be calculated using the pitch angle difference between the previous point and the current point and the Y-axis geomagnetic data in the same manner as in FIG. 4. Specifically, when only the pitch angle is changed, the first calculator 130 may calculate the dip data by using the following equation.

Figure 112005073867662-pat00007
Figure 112005073867662-pat00007

수학식 5에서 θa는 이전 피치각, θb는 현재 피치각, ya는 이전 Y축 지자기 데이터, 그리고, yb는 현재 Y축 지자기 데이터를 의미한다. In Equation 5, θ a is the previous pitch angle, θ b is the current pitch angle, y a is the previous Y-axis geomagnetic data, and y b is the current Y-axis geomagnetic data.

제2 연산부(140)는 제1 연산부(130)로부터 제공되는 복각 데이터를 상술한 수학식 3에 대입하여, 현재 위치에서의 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산한다. 구체적으로는, 현재 위치가 b지점인 경우, 제2 연산부(140)는 아래 수학식을 이용하여 b지점에서의 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산한다. The second calculator 140 substitutes the reproduction data provided from the first calculator 130 into the above Equation 3 to calculate virtual Z-axis geomagnetic data at the current position. Specifically, when the current position is point b, the second calculator 140 calculates virtual Z-axis geomagnetic data at point b by using the following equation.

Figure 112005073867662-pat00008
Figure 112005073867662-pat00008

수학식 6에서 Zb는 b지점에서의 가상의 Z축 지자기 데이터를 의미한다.In Equation 6, Z b means virtual Z-axis geomagnetic data at point b.

한편, 방위각 연산부(150)는 제2 연산부(140)로부터 제공되는 가상의 Z축 지자기 데이터와, 지자기 측정부(110)에서 제공되는 현재 위치에서의 X축 및 Y축 지자기 데이터, 틸트 측정부(120)에서 제공되는 현재 경사각을 이용하여 방위각을 연산한다. 방위각 연산부(150)에 의해 연산된 방위각은 경사각의 영향이 보상된 방위각이 된다. 예를 들어 b지점에서 측정된 경우라면, 방위각 연산부(150)는 아래 수 식을 이용하여 방위각 연산을 수행할 수 있다.Meanwhile, the azimuth calculator 150 may include virtual Z-axis geomagnetic data provided from the second calculator 140, an X-axis and Y-axis geomagnetic data at a current position provided by the geomagnetic measuring unit 110, and a tilt measuring unit ( The azimuth angle is calculated using the current tilt angle provided at 120. The azimuth angle calculated by the azimuth calculator 150 is an azimuth angle in which the influence of the inclination angle is compensated. For example, when measured at point b, the azimuth calculator 150 may perform azimuth calculation using the following equation.

Figure 112005073867662-pat00009
Figure 112005073867662-pat00009

수학식 7에서 ψ는 방위각을 의미한다.In Equation 7, ψ means azimuth angle.

한편, 제1 연산부(130)는 현재 경사각의 크기에 따라 복각 데이터를 다양한 방식으로 산출할 수 있다. 구체적으로는, 경사각이 기 설정된 크기의 제1 임계각 미만이라면 기 설정된 복각을 그대로 이용하여 복각 데이터를 산출한다. 예를 들어, 복각이 53°으로 설정되어 있다면, sin(53)≒0.8을 복각 데이터로서 산출한다.Meanwhile, the first calculator 130 may calculate the dip data in various ways according to the size of the current tilt angle. Specifically, when the inclination angle is less than the first critical angle of the preset size, the dip data is calculated using the preset dip as it is. For example, if the dip is set to 53 degrees, sin (53) _0.8 is calculated as the dip data.

한편, 경사각이 제1 임계각 이상이고 제2 임계각 미만이라면 상술한 수학식 4 또는 5를 이용하여 복각 데이터를 산출한다. 반면, 제2 임계각 이상이라면 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 복각 데이터로서 산출한다. 제1 임계각 및 제2 임계각은 제작자 또는 사용자 임의대로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 임계각은 15 ~ 20°, 제2 임계각은 80 ~ 85°정도로 설정할 수 있다.On the other hand, if the inclination angle is greater than or equal to the first critical angle and less than the second critical angle, the dip data is calculated by using Equation 4 or 5 described above. On the other hand, if the second critical angle or more, one of the X-axis and Y-axis geomagnetic data is calculated as the reproduction data. The first critical angle and the second critical angle may be set by the manufacturer or the user. For example, the first critical angle may be set to about 15 to 20 degrees, and the second critical angle may be set to about 80 to 85 degrees.

도 4를 기준으로 설명하면, 경사각 중 롤각이 제1 임계각 미만인 경우에는 밴드 1에 해당한다. 이 경우에는 경사각에 인한 왜곡 정도가 크지 않으므로, 기 설정된 복각을 그대로 이용하여 복각 데이터를 산출하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4, when the roll angle of the inclination angle is less than the first critical angle, it corresponds to the band 1. In this case, since the degree of distortion due to the inclination angle is not large, it is preferable to calculate the dip data using the preset dip as it is.

반면, 제1 임계각 이상 제2 임계각 미만의 범위는 밴드 2에 해당한다. 이 경우에는 경사각으로 인한 왜곡이 크므로, 상술한 수학식 4 및 5를 이용하여 복각 데이터를 정확하게 산출하고, 그에 따라 방위각을 산출하는 것이 바람직하다.On the other hand, the range below the first critical angle and below the second critical angle corresponds to band 2. In this case, since the distortion due to the inclination angle is large, it is preferable to accurately calculate the dip data using the above-described Equations 4 and 5, and to calculate the azimuth angle accordingly.

경사각이 제2 임계각 이상인 범위는 밴드 3에 해당한다. 이 경우에는 Zh가 거의 X축 지자기 데이터와 비슷해지는 것을 알 수 있다. 따라서, 별도의 연산을 수행하지 않고 X축 지자기 데이터를 그대로 사용할 수 있다.The range where the inclination angle is greater than or equal to the second critical angle corresponds to band 3. In this case, it can be seen that Z h is almost similar to the X-axis geomagnetic data. Therefore, the X-axis geomagnetic data can be used as it is without performing a separate operation.

한편, 피치각만이 변화되는 경우에는, Zh가 Y축 지자기 데이터와 거의 동일한 값으로 연산되므로, Y축 지자기 데이터를 복각 데이터로서 산출한다.On the other hand, when only the pitch angle is changed, since Z h is calculated to be almost the same value as the Y-axis geomagnetic data, the Y-axis geomagnetic data is calculated as dip data.

한편, 도 1의 방위각 측정 장치에서, 제1 연산부(130), 제2 연산부(140) 및 방위각 연산부(150)는 하나의 단일 마이크로 프로세서로 구현될 수도 있으며, 각각 별개의 마이크로 프로세서로 구현될 수도 있다.Meanwhile, in the azimuth measuring device of FIG. 1, the first calculating unit 130, the second calculating unit 140, and the azimuth calculating unit 150 may be implemented as one single microprocessor, or may be implemented as separate microprocessors. have.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5에 따르면, 먼저, X축 및 Y축 지자기 데이터를 산출한다(S510). 이 경우, 상술한 수학식 1과 같은 정규화 수식을 이용하여 정규화된 지자기 데이터를 출력하는 것이 바람직하다.5 is a flowchart illustrating a method for measuring azimuth according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, first, the X-axis and the Y-axis geomagnetic data are calculated (S510). In this case, it is preferable to output normalized geomagnetic data by using a normalization formula such as Equation 1 described above.

다음으로, 가속도 센서를 이용하여 경사각을 산출한다(S520). 경사각은 피치각 및 롤각 중 하나가 될 수 있다. 도 5에서는 X축 및 Y축 지자기 데이터 산출 이후에 경사각 산출이 이루어지는 것으로 도시되어 있으나, 그 순서는 바뀌어도 무방하다.Next, the inclination angle is calculated using the acceleration sensor (S520). The inclination angle may be one of a pitch angle and a roll angle. In FIG. 5, the inclination angle calculation is performed after the calculation of the X-axis and Y-axis geomagnetic data, but the order may be changed.

다음으로, 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출한다(S530). 복각 데이터 산출은 상술한 수학식 4 또는 5를 이용하여 이루어질 수 있다.Next, dip data corresponding to the current tilt angle is calculated (S530). Dip data calculation may be performed using Equation 4 or 5 described above.

이에 따라, 산출된 복각 데이터, 현재 경사각, X축 및 Y축 지자기 데이터 등 을 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 산출한다(S540). 가상의 Z축 지자기 데이터 산출은 상술한 수학식 3 또는 6을 이용하여 이루어질 수 있다.Accordingly, the virtual Z-axis geomagnetic data is calculated using the calculated dip data, the current tilt angle, the X-axis and the Y-axis geomagnetic data, and the like (S540). The virtual Z-axis geomagnetic data calculation may be performed using Equation 3 or 6 above.

그리고 나서, 산출된 가상의 Z축 지자기 데이터를 이용하여 방위각을 연산한다(S550). 방위각 연산은 상술한 수학식 7을 이용하여 이루어질 수 있다. Then, the azimuth angle is calculated using the calculated virtual Z-axis geomagnetic data (S550). The azimuth calculation may be performed using Equation 7 described above.

도 7은 도 6의 방위각 측정 방법 중 복각 데이터 산출 단계의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7에 따르면, 현재 경사각이 검출되면 기 설정된 제1 및 2 임계각과 비교한다(S531). 비교 결과, 현재 경사각이 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 그대로 이용하여 복각 데이터를 산출한다(S533).7 is a flowchart illustrating an example of calculating dip data in the azimuth measurement method of FIG. 6. According to FIG. 7, when the current tilt angle is detected, the first tilt angle is compared with the preset first and second threshold angles (S531). As a result of the comparison, if the current inclination angle is less than the first critical angle, the reproduction data is calculated using the preset dip as it is (S533).

반면, 비교 결과 현재 경사각이 제1 임계각 이상이고 제2 임계각 미만이면(S534), 상술한 수학식 4 또는 5를 이용하여 복각 데이터를 산출한다(S535).On the other hand, if the current tilt angle is greater than or equal to the first critical angle and less than the second critical angle (S534), the replicating data is calculated using Equation 4 or 5 described above (S535).

반면, 현재 경사각이 제2 임계각 이상이면 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 그대로 복각 데이터로서 산출한다(S536). 이에 따라, 복각 데이터 연산에 따른 부담을 최소화시킬 수 있다.On the other hand, if the current inclination angle is greater than or equal to the second critical angle, one of the X-axis and Y-axis geomagnetic data is calculated as the reproduction data (S536). Accordingly, it is possible to minimize the burden caused by the operation of the reproduction data.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이전 경사각 및 현재 경사각을 이용하여 복각 데이터를 산출하고, 산출된 복각 데이터를 이용하여 방위각을 보상한다. 이에 따라, 정확한 방위각을 산출할 수 있다. 또한, 경사각의 크기 정도에 따라 선택적으로 복각 데이터 연산을 수행하므로, 복각 데이터 연산 부담이 가중되는 것을 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, the dip data is calculated using the previous tilt angle and the current tilt angle, and the azimuth angle is compensated using the calculated dip data. As a result, an accurate azimuth angle can be calculated. In addition, since the repetition data operation is selectively performed according to the magnitude of the inclination angle, it is possible to prevent an increase in the repetition data operation burden.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였 지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져 서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and the technology to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

Claims (14)

X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 지자기 측정부;Geomagnetic measuring unit for detecting the X-axis and Y-axis geomagnetic data corresponding to the external geomagnetism using the X-axis and Y-axis geomagnetic sensor; 경사각을 측정하는 틸트 측정부;A tilt measuring unit measuring an inclination angle; 상기 경사각이 변화되면, 이전 경사각 및 현재 경사각과 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 상기 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출하는 제1 연산부;A first calculator configured to calculate dip data corresponding to the current inclination angle by using a previous inclination angle and a current inclination angle and the X and Y axis geomagnetic data when the inclination angle is changed; 상기 복각 데이터, 상기 현재 경사각, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 제2 연산부; 및,A second calculator configured to calculate virtual Z-axis geomagnetic data using the dip data, the current tilt angle, and the X-axis and Y-axis geomagnetic data; And, 상기 가상의 Z축 지자기 데이터, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 상기 경사각을 이용하여 방위각을 연산하는 방위각 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.And an azimuth calculation unit configured to calculate an azimuth using the virtual Z-axis geomagnetic data, the X-axis and Y-axis geomagnetic data, and the inclination angle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 연산부는,The first operation unit, 상기 현재 경사각이 기 설정된 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 이용하여 상기 복각 데이터를 산출하고, When the current tilt angle is less than the first threshold angle, the dip data is calculated using a preset dip. 상기 현재 경사각이 기 설정된 제2 임계각 이상이면 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 상기 복각 데이터로서 산출하며, If the current tilt angle is greater than or equal to a second predetermined threshold angle, one of the X-axis and Y-axis geomagnetic data is calculated as the repetition data, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 이상이고 상기 제2 임계각 미만이면 소정의 복각 데이터 연산을 수행하여 그 결과값을 상기 복각 데이터로서 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.And assuming that the current tilt angle is greater than or equal to the first threshold angle and less than the second threshold angle, a predetermined dip data operation is performed to calculate a result value as the dip data. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 경사각은 피치각 및 롤각 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.And the inclination angle is at least one of a pitch angle and a roll angle. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1 연산부는,The first operation unit, 상기 경사각 중 롤각이 측정되는 경우 아래 수식(1)을 이용하여 상기 복각 데이터 연산을 수행하고, 상기 경사각 중 피치각이 측정되는 경우 아래 수식(2)를 이용하여 상기 복각 데이터 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치 :When the roll angle is measured among the inclination angles, the dip data operation is performed using Equation (1) below, and when the pitch angle is measured, the dip data operation is performed using Equation (2) below. Azimuth measuring device:
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Figure 112005073867662-pat00011
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여기서, Zh는 상기 복각 데이터, φa는 이전 롤각, φb는 현재 롤각, θa는 이전 피치각, θb는 현재 피치각, xa는 이전 X축 지자기 데이터, xb는 현재 X축 지자기 데이터, ya는 이전 Y축 지자기 데이터, 그리고, yb는 현재 Y축 지자기 데이터.Where Z h is the dip data, φ a is the previous roll angle, φ b is the current roll angle, θ a is the previous pitch angle, θ b is the current pitch angle, x a is the previous X-axis geomagnetic data, and x b is the current X-axis Geomagnetic data, y a is the previous Y-axis geomagnetic data, and y b is the current Y-axis geomagnetic data.
제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제2 연산부는,The second operation unit, 아래 수식을 이용하여 상기 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치 :Azimuth measuring device, characterized in that for calculating the virtual Z-axis geomagnetic data using the following equation:
Figure 112005073867662-pat00012
Figure 112005073867662-pat00012
여기서, Zb는 상기 가상의 Z축 지자기 데이터.Z b is the virtual Z-axis geomagnetic data.
제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 방위각 연산부는,The azimuth calculation unit, 아래 수식을 이용하여 상기 방위각을 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치 :Azimuth measuring device, characterized in that for calculating the azimuth using the following formula:
Figure 112005073867662-pat00013
Figure 112005073867662-pat00013
여기서, ψ는 방위각(azimuth).Where ψ is azimuth.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 지자기 측정부는,The geomagnetic measuring unit, 상기 X축 및 Y축 지자기 센서의 출력값을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화한 정규화값을 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 출력하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.And outputting a normalized value obtained by normalizing output values of the X-axis and Y-axis geomagnetic sensors to a value within a preset range, respectively, as the X-axis and Y-axis geomagnetic data. (a) X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 단계;(a) detecting X-axis and Y-axis geomagnetic data corresponding to the external geomagnetism using the X-axis and Y-axis geomagnetic sensors; (b) 경사각을 측정하는 단계;(b) measuring the tilt angle; (c) 이전 경사각 및 현재 경사각과 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 상기 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출하는 단계;(c) calculating dip data corresponding to the current tilt angle by using a previous tilt angle and a current tilt angle and the X-axis and Y-axis geomagnetic data; (d) 상기 복각 데이터, 상기 현재 경사각, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 단계; 및,(d) calculating virtual Z-axis geomagnetic data using the dip data, the current tilt angle, the X-axis and Y-axis geomagnetic data; And, (e) 상기 가상의 Z축 지자기 데이터, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 상기 현재 경사각을 이용하여 방위각을 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.(e) calculating an azimuth angle using the virtual Z-axis geomagnetic data, the X-axis and Y-axis geomagnetic data, and the current inclination angle. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (c)단계는,Step (c) is, 상기 현재 경사각을 기 설정된 제1 임계각 및 제2 임계각과 비교하는 단계;Comparing the current tilt angle with a preset first threshold angle and a second threshold angle; 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 이용하여 상기 복각 데이터를 산출하고, 상기 현재 경사각이 기 설정된 제2 임계각 이상이면 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 상기 복각 데이터로서 산출하며, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 이상이고 상기 제2 임계각 미만이면 소정의 복각 데이터 연산을 수행하여 그 결과값을 상기 복각 데이터로서 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.If the current inclination angle is less than the first critical angle, the reconstruction data is calculated using a preset dip. If the current inclination angle is greater than or equal to a second predetermined threshold angle, one of the X and Y-axis geomagnetic data is calculated as the reconstruction data. And if the current inclination angle is greater than or equal to the first threshold angle and less than the second threshold angle, a predetermined dip data operation is performed to calculate a result value as the dip data. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 경사각은 피치각 및 롤각 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.And the inclination angle is at least one of a pitch angle and a roll angle. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 (c)단계는,Step (c) is, 상기 경사각 중 롤각이 측정되는 경우 아래 수식(1)을 이용하여 상기 복각 데이터 연산을 수행하고, 상기 경사각 중 피치각이 측정되는 경우 아래 수식(2)를 이용하여 상기 복각 데이터 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법 :When the roll angle is measured among the inclination angles, the dip data operation is performed using Equation (1) below, and when the pitch angle is measured, the dip data operation is performed using Equation (2) below. Azimuth measurement method:
Figure 112005073867662-pat00014
Figure 112005073867662-pat00014
Figure 112005073867662-pat00015
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여기서, Zh는 상기 보상값, φa는 이전 롤각, φb는 현재 롤각, θa는 이전 피치각, θb는 현재 피치각, xa는 이전 X축 지자기 데이터, xb는 현재 X축 지자기 데이터, ya는 이전 Y축 지자기 데이터, 그리고, yb는 현재 Y축 지자기 데이터.Where Z h is the compensation value, φ a is the previous roll angle, φ b is the current roll angle, θ a is the previous pitch angle, θ b is the current pitch angle, x a is the previous X-axis geomagnetic data, and x b is the current X-axis Geomagnetic data, y a is the previous Y-axis geomagnetic data, and y b is the current Y-axis geomagnetic data.
제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (d)단계는,In step (d), 아래 수식을 이용하여 상기 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법 :Azimuth measurement method, characterized in that for calculating the virtual Z-axis geomagnetic data using the following equation:
Figure 112005073867662-pat00016
Figure 112005073867662-pat00016
여기서, Zb는 상기 가상의 Z축 지자기 데이터.Z b is the virtual Z-axis geomagnetic data.
제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 (e)단계는, In step (e), 아래 수식을 이용하여 상기 방위각을 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법 :Azimuth measurement method characterized in that for calculating the azimuth using the following equation:
Figure 112005073867662-pat00017
Figure 112005073867662-pat00017
여기서, ψ는 방위각(azimuth).Where ψ is azimuth.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 13, 상기 (a)단계는,In step (a), 상기 X축 및 Y축 지자기 센서의 출력값을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화한 정규화값을 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 출력하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.And a normalizing value obtained by normalizing output values of the X-axis and Y-axis geomagnetic sensors to a value within a preset range, respectively, as the X-axis and Y-axis geomagnetic data.
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