KR100735494B1 - 방위각 측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

방위각 측정장치 및 그 측정방법 Download PDF

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최성우
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Abstract

본 발명은 방위각 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로, 상기 방위각 측정장치는, 2차원 또는 3차원 좌표 상에서 일정 자취를 나타내는 지자기 출력 데이터에 대하여, 그 출력 데이터의 오프셋과 신호크기 및 검출방향 정보를 나타내는 보정 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 방위각을 측정하는 방위각 측정장치에 있어서, 지자기 데이터를 검출하여 출력하는 2축 또는 3축의 지자기 검출수단; 상기 지자기 검출수단을 통해 검출된 2축 또는 3축의 출력 데이터를 소정 횟수 반복해서 취득하는 출력 데이터 취득수단; 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표, 또는 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에서, 상기 출력 데이터 취득수단에 의해 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 최소 거리에 있는 자취를 추정하는 자취 추정수단; 상기 추정된 자취를 기초로 하여 상기 지자기 검출수단의 출력 데이터에 대한 보정 파라미터를 산출하는 보정 파라미터 산출수단; 및 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 상기 지자기 검출수단의 출력 데이터를 보정하고, 이 보정된 값을 이용하여 방위각을 산출하는 방위각 산출수단;을 포함한다.
자취 추정, 보정 파라미터, 방위각 측정장치, 방위각 측정방법

Description

방위각 측정장치 및 그 측정방법{AZIMUTH MEASUREMENT DEVICE AND AZIMUTH MEASUREMENT METHOD}
도 1은 종래의 방위각 측정장치의 X축 및 Y축 각각을 지평면에 평행한 상태로 회전시켰을 때의 지자기 센서 출력 파형을 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 방위각 측정장치의 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 방위각 측정방법을 나타낸 흐름도.
*도면의 주요 부호에 대한 설명*
21 : 지자기 검출수단 22 : 출력 데이터 취득수단
23 : 자취 보정수단 24 : 보정 파라미터 산출수단
25 : 방위각 산출수단
본 발명은 방위각 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로, 간단한 수학적 방법을 통해 지자기 출력 데이터에 필요한 모든 보정을 한번에 수행함으로써, 사용자가 보다 신속하고 간편하게 지자기 출력 데이터를 보정할 수 있을 뿐 아니라, 보다 정확한 방위각을 측정할 수 있는 방위각 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.
최근 소형, 저가의 지자기 센서 모듈이 개발되고 있으며, 이에 따라 칩(chip)형 지자기 센서 모듈이 개발되어 여러 응용분야에 사용되고 있다. 지자기 센서는 센서 자체의 특성 및 주변에서 발생하는 지자기 이외의 자계에 의하여 신호의 크기 및 오프셋이 변하게 된다.
이에 따라, 지자기 센서의 출력을 이용하여 정확한 방위를 찾기 위해서는 센서 출력의 신호크기를 동일하게 해주어야 하며, 센서 출력의 오프셋(offset)을 검출해 내어야 한다. 이러한 일련의 과정을 지자기 센서의 보정이라고 하며 2축 센서의 경우 X축, Y축에 대해 보정을 수행하며 3축의 경우는 X축, Y축, Z축에 대해서 각각 보정 과정을 거쳐야 한다.
또한, 2축 센서의 경우 X축과 Y축이 이루는 각도가 90도를 이루어야 하며, 3축의 센서의 경우 각 축이 서로 90도로 직교하여야 정확한 방위각을 검출할 수 있는데, 앞서 언급한 보정의 과정에는 오프셋과 신호크기의 보정 이외에도 각 축이 이루는 각도가 90도가 되도록 해주는 축방향의 보정도 포함될 수 있다. 특히 3축 지자기 센서의 경우, X축 및 Y축에 수직방향으로 Z축 센서를 조립하는 과정에서 공정오차가 발생할 가능성이 높으며, 이로 인해 측정된 방위각에 오차가 발생된다.
지자기 센서 출력의 신호크기 및 오프셋의 종래보정방식은, 보정하려는 축을 지평면에 평행한 상태로 360도 회전시켰을 때, 출력되는 신호의 최대 및 최소값을 검출하고 그 검출된 값을 이용하여 보정하는 방식이다.
도 1은 이러한 방식을 설명하기 도면으로서, 종래의 방위각 측정장치의 X축및 Y축 각각을 지평면에 평행한 상태로 회전시켰을 때의 지자기 센서 출력 파형을 나타낸다.
이때, 도 1에서 도시한 바와 같이, X 축 및 Y축의 센서로부터 출력되는 신호의 최대, 최소값을 X_MAX, X_MIN, Y_MAX, Y_MIN 이라고 할 경우, X축의 오프셋은 (X_MAX+X_MIN)/2가 되며 Y축의 오프셋은 (Y_MAX+Y_MIN)/2가 된다.
또한, X축의 신호크기는 (X_MAX-X_MIN)/2가 되며 Y축의 신호크기는 (Y_MAX-Y_MIN)/2가 된다.
그 후, 상기 과정에서 구한 두 가지 보정 파라미터를 이용하여 신호를 정규화시키면 Xmc는 (X - X축 오프셋) / X축 신호크기가 되고, Ymc는 (Y - Y축 오프셋) / Y축 신호크기가 된다. 이를 이용하여 구하고자 하는 방위각은 atan(Ymc/Xmc)로 산출할 수 있다.
다만, 3축의 경우, 2축에서의 보정 과정과 더불어 Z축을 지평면에 평행한 상태로 회전시키는 과정이 추가로 수행되어야 한다.
그러나, 이러한 종래 방식은, 사용자가 보정 시작을 위한 신호를 인가하여야 하며, 보정하려는 센서의 축을 지평면에 평행한 상태에서 회전시켜야 한다.
이에 따라, 회전속도가 너무 빠르면 신호의 최대 및 최소값을 측정할 수 없고 반대로 회전속도가 너무 느리면 판독 데이터수가 방대해져 메모리가 오버플로우(overflow) 하므로, 이와 같이 회전속도가 일정 속도범위로부터 벗어나는 경우 보정의 정밀도가 저하되며, 이로 인해 사용자는 정확한 보정을 수행할 때까지 반복해서 센서의 축을 회전해야 하는 문제점이 있었다.
이러한 종래 방식의 문제점을 개선하기 위하여, 지평면에 평행한 상태에서 회전시킬 때 몇 개의 센서 데이터만으로 2축 또는 3축의 오프셋을 추정하는 방식을 사용할 수 있는데, 이와 같이 오프셋만을 보정하는 또 다른 종래 방식은 3축의 경우 공간상에서 지자기 센서를 회전시킬 때 출력되는 센서신호 중 적어도 4개 이상의 데이터를 취득하기만 하면 3축 각각의 오프셋을 구할 수 있는 장점을 가진다.
이 경우 센서 출력 신호의 크기는 동일 하다는 가정이 수반되어야 하며, 이때, 공간상에서 센서 출력의 자취는 중심이 원점에서 벗어난 구의 형태를 취하게 된다. 이를 표현하면 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006040950435-pat00001
이때, a, b, c 는 구하고자 하는 X, Y, Z축 신호의 오프셋이며, r은 센서 출력 신호를 나타낸다.
그러나 이러한 방식 역시 보정이 필요한 3가지의 파라미터(오프셋, 신호크 기, 축방향) 중 오프셋만 보정이 가능하고, 신호크기를 구하기 위해서는 종래 방식과 같이 보정하려는 센서의 축을 반드시 한번은 지평면에 평행한 상태에서 회전시켜야 하며, 또한 공정 오차로 인해 발생되는 축방향 정보를 구할 수 없어 축방향의 보정을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 간단한 수학적 방법을 통해 지자기 출력 데이터에 필요한 모든 보정을 한번에 수행함으로써, 사용자가 보다 신속하고 간편하게 지자기 출력 데이터를 보정할 수 있는 방위각 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 보정 파라미터를 산출하기 위한 수학적 방법을 통해 오프셋 및 신호크기 뿐만 아니라 축방향도 보정할 수 있으므로, 보다 정확한 방위각을 측정할 수 있는 방위각 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방위각 측정장치는, 2차원 또는 3차원 좌표 상에서 일정 자취를 나타내는 지자기 출력 데이터에 대하여, 그 출력 데이터의 오프셋과 신호크기 및 검출방향 정보를 나타내는 보정 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 방위각을 측정하는 방위각 측정장치로서, 상기 방위각 측정장치는, 지자기 데이터를 검출하여 출력하는 2축 또는 3축의 지자기 검출수단; 상기 지자기 검출수단을 통해 검출된 2축 또는 3축의 출력 데이터를 소정 횟수 반복해서 취득하는 출력 데이터 취득수단; 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표, 또는 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에서, 상기 출력 데이터 취득수단에 의해 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 최소 거리에 있는 자취를 추정하는 자취 추정수단; 상기 추정된 자취를 기초로 하여 상기 지자기 검출수단의 출력 데이터에 대한 보정 파라미터를 산출하는 보정 파라미터 산출수단; 및 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 상기 지자기 검출수단의 출력 데이터를 보정하고, 이 보정된 값을 이용하여 방위각을 산출하는 방위각 산출수단;을 포함한다.
여기서, 상기 자취 추정수단은, 상기 출력 데이터 취득수단에 의해 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군을 입력으로 하는 임의의 함수를 정의하고, 최소제곱법에 의해 상기 정의된 함수를 최소로 하는 계수를 상기 자취의 계수로 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보정 파라미터 산출수단은, 상기 추정된 계수를 대칭행렬의 형태로 표현하고 상기 대칭행렬을 직각행렬을 통해 대각화하여, 상기 추정된 자취의 식을 상기 보정 파라미터가 포함된 식으로 변환하며, 상기 변환된 식을 통해 상기 보 정 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방위각 측정방법은, 2차원 또는 3차원 좌표 상에서 일정 자취를 나타내는 지자기 출력 데이터에 대하여, 그 출력 데이터의 오프셋과 신호크기 및 검출방향 정보를 나타내는 보정 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 방위각을 측정하는 방위각 측정방법으로서, 상기 방위각 측정방법은, a) 2축 또는 3축의 지자기 데이터를 검출하여 출력하는 단계; b) 상기 a)단계를 소정 횟수 반복하여 2축 또는 3축의 출력 데이터를 반복해서 취득하는 단계; c) 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표, 또는 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에서, 상기 b)단계에서 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 최소 거리에 있는 자취를 추정하는 단계; d) 상기 c)단계에서 추정된 계수를 기초로 하여 출력 데이터에 대한 보정 파라미터를 산출하는 단계; 및 e) 상기 d)단계에서 산출된 보정 파라미터를 이용하여 상기 출력 데이터를 보정하고, 이 보정된 값을 이용하여 방위각을 산출하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 c)단계는, 상기 b)단계에서 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군을 입력으로 하는 임의의 함수를 정의하고, 최소제곱법에 의해 상기 정의된 함수를 최소로 하는 계수를 상기 자취의 계수로 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 d)단계는, 상기 추정된 계수를 대칭행렬의 형태로 표현하고 상기 대칭행렬을 직각행렬을 통해 대각화하여, 상기 추정된 자취의 식을 상기 보정 파라 미터가 포함된 식으로 변환하며, 상기 변환된 식을 통해 상기 보정 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 방위각 측정장치의 블록도를 나타낸 것으로, 상기 본 발명은 2차원 또는 3차원 좌표 상에서 일정 자취를 나타내는 지자기 출력 데이터에 대하여, 그 출력 데이터의 오프셋과 신호크기 및 검출방향 정보를 나타내는 보정 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 방위각을 측정하는 방위각 측정장치로서, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 방위각 측정장치는 지자기 검출수단(21), 출력 데이터 취득수단(22), 자취 추정수단(23), 보정 파라미터 산출수단(24), 방위각 산출수단(25)을 포함하고 있다.
여기서, 상기 지자기 검출수단(21)은 2축 또는 3축의 지자기 데이터를 검출 하여 출력하고, 상기 출력 데이터 취득수단(22)은 상기 지자기 검출수단(21)을 통해 검출된 2축 또는 3축의 출력 데이터를 소정 횟수 반복해서 취득하며, 상기 자취 추정수단(23)은 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표, 또는 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에서, 상기 출력 데이터 취득수단(22)에 의해 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 최소 거리에 있는 자취를 추정한다.
또한, 상기 보정 파라미터 산출수단(24)은 상기 추정된 자취를 기초로 하여 상기 지자기 검출수단의 출력 데이터에 대한 보정 파라미터를 산출하며, 상기 방위각 산출수단(25)은 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 상기 지자기 검출수단(10)의 출력 데이터를 보정하고, 이 보정된 값을 이용하여 방위각을 산출한다.
이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 3축 지자기 출력 데이터를 중심으로 출력 데이터에 대한 자취 추정 및 출력 데이터에 대한 보정 파라미터를 산출하는 과정을 설명하고자 한다. 그러나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로써, 본 발명이 지자기 출력 데이터의 특정 타입에 한정되는 것은 아니며, 2축 지자기 출력 데이터에도 동일하게 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
본 발명의 지자기 검출수단(10)에 의해 출력된 지자기 출력 데이터의 오프셋, 신호크기, 검출방향이 임의의 값을 가질 때, 공간상의 지자기 출력 데이터의 자취는 3차원 좌표축과 평행하지 않은 축을 가진 타원체로 나타나며, 이를 타원체의 방정식으로 표현하면 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112006040950435-pat00002
여기서, x, y, z는 지자기 출력 데이터를 나타내고, a, b, c, f, g, h, p, q, r는 상기 수학식 2의 계수로 보정 파라미터를 추정하기 위한 계수를 나타내며, K는 수치적 안정성을 위한 임의의 상수이다.
상기 수학식 2를 이용하여 보정에 필요한 보정 파라미터를 산출하기 위해서는 상기 수학식 2의 계수를 추정해야 하는데, 이때 추정되는 계수는 상기 수학식 2가 출력 데이터 취득수단(22)에 의해 취득된 3축의 출력 데이터군(본 실시예에서는 n개의 3축 출력 데이터를 출력 데이터군으로 한다.)으로부터 최소 거리에 있는 자취에 해당되도록 하는 계수를 의미하며, 상기 자취 추정수단(23)에 의해 추정된다.
이때, 상기 자취 추정수단(23)이 상기 계수를 추정하기 위해서는, 먼저 상기 출력 데이터 취득수단(22)에 의해 취득된 n개의 출력 데이터를 입력으로 하는 임의의 함수를 정의하고, 그 후 상기 정의된 함수에 최소제곱법을 적용하여야 하는데, 이때, 상기 함수는 다음의 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure 112006040950435-pat00003
그 후 최소제곱법을 나타내는 다음의 수학식 4를 적용하여 상기 정의된 수학식 3을 최소로 하는 계수를 구한다. 이때 구한 계수는 상기 수학식 2가 n개의 3축 출력 데이터로부터 최소 거리에 있는 자취에 해당되도록 하는 계수이므로, 다음의 수학식 4를 통해 구해진 계수가 상기 수학식 2의 계수로 추정된다. 이때, 하기의 수학식 4는 행렬의 형태로 표현된다.
Figure 112006040950435-pat00004
이때, 상기 수학식 4를 AX=b의 형태로 표현될 경우, 상기 A와 b는 다음의 수학식 5의 행렬로 표현될 수 있다.
Figure 112006040950435-pat00005
상술한 수학식 4 및 수학식 5를 통해 상기 수학식 2의 계수를 나타내는 행렬 X{X=(a,b,c,d,e,f,g)T}를 추정할 수 있으며, 이를 통해 상기 출력 데이터 취득수단(22)에 의해 취득한 n개의 3축 출력 데이터로부터 최소 거리에 있는 자취에 해당되는 수학식 2를 추정할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 상기 수학식 4와 수학식 5를 통해 상기 수학식 2의 계수를 추정하였으나, 상기 행렬 X를 추정하는 방법은 수학적으로 다양한 해법이 있을 수 있으므로, 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 수학식 2의 계수를 추정하면, 상기 보정 파라미터 산출수단(24)은 상기 추정된 계수를 다음의 수학식 6과 같은 대칭행렬(symmetric matrix)의 형태로 표현한다.
Figure 112006040950435-pat00006
또한, 상기 수학식 6을 적용하여 상기 추정된 수학식 2를 행렬의 형태로 표현하는데, 그 표현된 식은 다음의 수학식 7과 같다.
Figure 112006040950435-pat00007
또한 상기 수학식 6과 같은 대칭행렬을 다음의 수학식 8과 같은 직각행렬(orthogonal matrix)을 통해 대각화(diagonalizing)하는데, 그 대각화된 식은 다 음의 수학식 9와 같은 행렬로 표현된다.
Figure 112006040950435-pat00008
Figure 112006040950435-pat00009
이때, λ1,λ2,λ3는 행렬 B의 고유치(eigenvalue)를 나타낸다.
또한, 상기 수학식 7은 상기 수학식 8 및 수학식 9를 이용하여 변형시킬 수 있는데, 그 변형된 식은 다음의 수학식 10과 같다.
Figure 112006040950435-pat00010
또한, 상기 수학식 10을 구성하는 일부 행렬들을 다음의 수학식 11과 같이 정의할 경우, 하기 수학식 11을 이용하여 상기 수학식 10을 변형할 수 있는데, 그 변형된 식은 다음의 수학식 12와 같다.
Figure 112006040950435-pat00011
Figure 112006040950435-pat00012
또한, 상기 수학식 12를 정리하면 다음의 수학식 13으로 표현될 수 있다.
Figure 112006040950435-pat00013
또한, 상기 수학식 13을 이용하여 하기의 수학식 14 내지 수학식 16과 같은 보정 파라미터들을 산출할 수 있다.
Figure 112006040950435-pat00014
Figure 112006040950435-pat00015
Figure 112006040950435-pat00016
이때, 상기 수학식 14는 상기 추정된 수학식 2가 나타내는 타원체의 중심으로서 오프셋 정보를 포함하고 있고, 상기 수학식 15는 상기 추정된 수학식 2가 나타내는 타원체의 각 축(X, Y, Z축) 길이로서 신호크기 정보를 포함하고 있으며, 상기 수학식 16은 상기 추정된 수학식 2가 나타내는 타원체의 각 축 방향벡터로서 출력 데이터가 검출되는 방향, 즉 축방향 정보를 포함하고 있다.
결국 상기 보정 파라미터 추정수단(24)은 상기 추정된 수학식 2의 계수를 대칭행렬의 형태로 표현하고 상기 대칭행렬을 직각행렬을 통해 대각화하여, 상기 추정된 수학식 2를 상기 보정 파라미터가 포함된 수학식 13으로 변환하며, 상기 수학식 13을 통해 상기 수학식 14 내지 상기 수학식 16으로 표현되는 보정 파라미터를 산출하는 역할을 수행한다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 방위각 측정방법을 나타낸 흐름도를 나타내며, 상기 본 발명은 2차원 또는 3차원 좌표 상에서 일정 자취를 나타내는 지자기 출력 데이터에 대하여, 그 출력 데이터의 오프셋과 신호크기 및 검출방향 정보를 나타내는 보정 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 방위각을 측정하는 방법으로서, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 방위각 측정방법은 크게 5단계로 나누어 볼 수 있다.
먼저, 2축 또는 3축의 지자기 데이터를 검출하여 출력한다(S31).
그 다음, 상기 S31단계를 소정 횟수 반복하여 2축 또는 3축의 출력 데이터를 반복해서 취득한다(S32).
그 다음, 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표, 또는 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에서, 상기 S32단계에서 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 최소 거리에 있는 자취를 수학적 방법에 의해 추정한다(S33).
이때, 상기 S32단계에서 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군을 입력으로 하는 임의의 함수를 정의하고, 최소제곱법에 의해 상기 정의된 함수를 최소로 하는 계수를 상기 자취의 계수로 추정하는데, 이때 추정과정은 상술한 수학식 2 내지 수학식 5를 통해 설명될 수 있다.
그 다음, 상기 S33단계에서 추정된 계수를 기초로 하여 출력 데이터에 대한 보정 파라미터를 산출한다(S34).
이때, 상기 추정된 계수를 대칭행렬의 형태로 표현하고 상기 대칭행렬을 직각행렬을 통해 대각화하여, 상기 추정된 수학식 2를 상기 보정 파라미터가 포함된 수학식 13으로 변환하며, 상기 수학식 13을 통해 상기 보정 파라미터를 산출하는 데, 그 산출되는 과정은 상술한 수학식 6 내지 수학식 16을 통하여 설명될 수 있다.
마지막으로, 상기 S34단계에서 산출된 보정 파라미터를 이용하여 상기 출력 데이터를 보정하고, 이 보정된 값을 이용하여 방위각을 산출한다(S35).
상술한 바와 같이, 본 발명은 간단한 수학적 방법을 통하여 지자기 출력 데이터에 필요한 보정 파라미터를 한번에 산출할 수 있어 모든 보정을 한번에 수행할 수 있게 되며, 이에 따라 사용자가 보정하려는 센서의 축을 지평면에 평행한 상태 로 회전시킬 필요가 없으므로, 보다 신속하고 간편하게 지자기 출력 데이터를 보정할 수 있는 이점을 가지게 된다.
또한, 본 발명은 보정 파라미터를 산출하기 위한 수학적 방법에서 직각행렬을 사용하므로 오프셋 및 신호크기 정보 뿐 아니라 축방향에 대한 정보까지 산출할 수 있으며, 이에 따라 보다 정밀한 보정을 수행할 수 있어 정확한 방위각을 측정할 수 있는 이점을 가지게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 일실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 방위각 측정장치 및 그 측정방법은, 간단한 수학적 방법을 통하여 지자기 출력 데이터에 필요한 보정 파라미터를 한번에 산출할 수 있어 모든 보정을 한번에 수행할 수 있게 되며, 이에 따라 사용자가 보정하려는 센서의 축을 지평면에 평행한 상태로 회전시킬 필요가 없으므로, 보다 신속하고 간편하게 지자기 출력 데이터를 보정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 보정 파라미터를 산출하기 위한 수학적 방법을 통해 축방향 에 대한 정보까지 산출할 수 있으므로, 보다 정밀한 보정을 수행할 수 있게 되고 이에 따라 정확한 방위각을 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 2차원 또는 3차원 좌표 상에서 일정 자취를 나타내는 지자기 출력 데이터에 대하여, 그 출력 데이터의 오프셋과 신호크기 및 검출방향 정보를 나타내는 보정 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 방위각을 측정하는 방위각 측정장치에 있어서,
    상기 방위각 측정장치는,
    지자기 데이터를 검출하여 출력하는 2축 또는 3축의 지자기 검출수단;
    상기 지자기 검출수단을 통해 검출된 2축 또는 3축의 출력 데이터를 소정 횟수 반복해서 취득하는 출력 데이터 취득수단;
    상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표, 또는 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에서, 상기 출력 데이터 취득수단에 의해 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 최소 거리에 있는 자취를 추정하는 자취 추정수단;
    상기 추정된 자취를 기초로 하여 상기 지자기 검출수단의 출력 데이터에 대한 보정 파라미터를 산출하는 보정 파라미터 산출수단; 및
    상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 상기 지자기 검출수단의 출력 데이터를 보정하고, 이 보정된 값을 이용하여 방위각을 산출하는 방위각 산출수단;을 포함하는 방위각 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자취 추정수단은,
    상기 출력 데이터 취득수단에 의해 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군을 입력으로 하는 임의의 함수를 정의하고, 최소제곱법에 의해 상기 정의된 함수를 최소로 하는 계수를 상기 자취의 계수로 추정하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 보정 파라미터 산출수단은,
    상기 추정된 계수를 대칭행렬의 형태로 표현하고 상기 대칭행렬을 직각행렬을 통해 대각화하여, 상기 추정된 자취의 식을 상기 보정 파라미터가 포함된 식으로 변환하며, 상기 변환된 식을 통해 상기 보정 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정장치.
  4. 2차원 또는 3차원 좌표 상에서 일정 자취를 나타내는 지자기 출력 데이터에 대하여, 그 출력 데이터의 오프셋과 신호크기 및 검출방향 정보를 나타내는 보정 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 보정 파라미터를 이용하여 방위각을 측정하는 방위각 측정방법에 있어서,
    상기 방위각 측정방법은,
    a) 2축 또는 3축의 지자기 데이터를 검출하여 출력하는 단계;
    b) 상기 a)단계를 소정 횟수 반복하여 2축 또는 3축의 출력 데이터를 반복해서 취득하는 단계;
    c) 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표, 또는 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에서, 상기 b)단계에서 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 최소 거리에 있는 자취를 추정하는 단계;
    d) 상기 c)단계에서 추정된 계수를 기초로 하여 출력 데이터에 대한 보정 파라미터를 산출하는 단계; 및
    e) 상기 d)단계에서 산출된 보정 파라미터를 이용하여 상기 출력 데이터를 보정하고, 이 보정된 값을 이용하여 방위각을 산출하는 단계;를 포함하는 방위각 측정방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 c)단계는,
    상기 b)단계에서 취득한 2축 또는 3축의 출력 데이터군을 입력으로 하는 임의의 함수를 정의하고, 최소제곱법에 의해 상기 정의된 함수를 최소로 하는 계수를 상기 자취의 계수로 추정하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 d)단계는,
    상기 추정된 계수를 대칭행렬의 형태로 표현하고 상기 대칭행렬을 직각행렬을 통해 대각화하여, 상기 추정된 자취의 식을 상기 보정 파라미터가 포함된 식으로 변환하며, 상기 변환된 식을 통해 상기 보정 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정방법.
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