KR101012716B1 - 가속도 계측 장치 - Google Patents

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KR101012716B1
KR101012716B1 KR1020087008084A KR20087008084A KR101012716B1 KR 101012716 B1 KR101012716 B1 KR 101012716B1 KR 1020087008084 A KR1020087008084 A KR 1020087008084A KR 20087008084 A KR20087008084 A KR 20087008084A KR 101012716 B1 KR101012716 B1 KR 101012716B1
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도루 기타무라
마사야 야마시타
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아사히 가세이 일렉트로닉스 가부시끼가이샤
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Abstract

다축 성분을 포함하는 복수의 가속도 데이터를 포함하는 가속도 데이터군의 각 축 성분을 좌표값으로 할 때의 3차원 직교 좌표 공간 상에서의 분포와, 해당 가속도 데이터군에 부수되는 중요도군으로부터, 2차원 또는 3차원의 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과, 각 축의 기준 길이를 추정하고, 그 추정된 기준점과 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 각각의 가속도 데이터를 보정한다.

Description

가속도 계측 장치{ACCELERATION MEASURING DEVICE}
본 발명은, 다축 가속도 센서의 출력 보정을 행하는 가속도 계측 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가속도 계측(計測) 장치의 자세를 특정한 방향으로 향하도록 의식하지 않고, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복적으로 취득함으로써, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋(offset), 또는 오프셋과 감도의 모두를 신속하게 취득할 수 있도록 한 가속도 계측 장치에 관한 것이다.
최근, 휴대 기기에 내장 가능한 경량이면서 소형의 3축 가속도 센서로서 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 사용한 반도체 디바이스의 피에조 저항형(piezoresistance type) 3축 가속도 센서가 개발되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
가속도를 검지하고, 전압으로 변환하여 출력하는 3축 가속도 센서에서, 각 축 방향의 감도를 rx, ry, rz, 각 축의 오프셋을 xo, yo, zo라 하면, 가속도 ax, ay, az에 대한 가속도 센서의 출력 x, y, z는 다음 식과 같이 나타내어진다.
[수식 1]
Figure 112008024239989-pct00001
일반적으로 감도 및 오프셋에는 편차가 있으며, 특히 오프셋의 편차는 무시할 수 없는 경우가 많다. 또한, 피에조 저항형 가속도 센서의 경우, 감도 및 오프셋은 현저한 온도 특성을 가진다. 여기에 더하여 오프셋의 온도 특성은, 편차가 큰 것이 많다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래의 가속도 계측 장치에서는, 다음과 같은 해결 수단을 채용하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
즉, 출하 전의 검사 공정에서, 예를 들면, 0℃·25℃·60℃의 상이한 복수의 온도 분위기 중에서 감도·오프셋을 계측하고, 가속도 계측 장치에 EEPROM 등의 기억 수단을 탑재하여 이들 측정 데이터를 기억한다.
또한, 가속도 계측 장치 사용 시에, 가속도 계측 장치에 출력 보정 회로를 탑재하고, 현재의 온도 데이터와 먼저 기억된 측정 데이터를 기초로 하여, 가속도 센서 출력 전압에 포함되는 감도 및 오프셋의 편차와 온도 특성을 연산하여 보정한다.
그러나, 종래의 이러한 종류의 가속도 계측 장치는, 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
1) 상이한 복수의 온도 분위기에서의 측정, 및 감도의 측정은 공정수·측정 시간·설비 비용을 매우 많이 상승시킨다.
2) 출력 보정 회로에서의 감도와 오프셋의 온도 특성에 대한 연산은 회로 구성을 복잡하게 하고 비용이 상승된다.
3) 감도와 오프셋의 온도 특성의 계산 정밀도를 높이기 위해서는 측정 온도를 높이고, 출력 보정 회로에서의 온도 특성 연산 부분을 더 복잡하게 할 필요가 있으나, 현실적으로는 곤란하다.
또한, 종래의 가속도 계측 장치에서는, 또한 다음과 같은 해결 수단을 채용하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
가속도 계측 장치를 사용할 때마다, 예를 들면, 도 7A∼도 7F에 나타낸 바와 같이, 3축 가속도 센서(202)의 가속도 검출 축 방향이 중력 가속도 g의 방향과 평행하게 되도록, 가속도 계측 장치(203)의 자세를 6가지 방법에 맞추어서 각각 3축 가속도 센서(202)의 출력 전압을 측정하고, 다음과 같은 출력 전압 데이터를 얻는다.
x1: 도 7A의 자세에서의 x축 측정값
x2: 도 7B의 자세에서의 x축 측정값
y1: 도 7C의 자세에서의 y축 측정값
y2: 도 7D의 자세에서의 y축 측정값
z1: 도 7E의 자세에서의 z축 측정값
z2: 도 7F의 자세에서의 z축 측정값
3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 감도와 오프셋 데이터는, 다음 식에 의해 산출된다.
[수식 2]
Figure 112008024239989-pct00002
그러나, 종래의 이러한 종류의 가속도 계측 장치는, 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
1) 사용할 때마다, 가속도 계측 장치의 자세를 복수의 특정한 방향으로 각각 맞출 필요가 있으므로, 사용자에게 매우 번거롭고 불편하다.
2) 또한, 사용자가 손으로 가속도 계측 장치를 지지하면서 방향을 정확하게 맞추기가 곤란하고, 전술한 식에 의해 산출되는 감도 및 오프셋은 오차가 커지기 쉽다.
전술한 바와 같은 문제를 해결한, 가속도 계측 장치의 자세를 특정한 방향으로 향하도록 의식하지 않고 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복적으로 취득함으로써, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋, 또는 감도와 오프셋의 모두를 취득할 수 있도록 한 가속도 계측 장치가 있다(특허 문헌 4 참조).
특허 문헌 4에 기재된 가속도 계측 장치는 정지 시의 가속도 데이터를 사용하여, 오프셋, 또는 오프셋과 감도의 모두를 추정한다.
가속도 a는, 운동 가속도 k와 중력 가속도 g로 분해될 수 있다. 중력 가속도 g는 일정하므로,
[수식 3]
Figure 112008024239989-pct00003
운동 가속도가 0(영)인 경우(등속도 운동, 또는 정지) 가속도 센서의 각 축의 감도(r)가 같으면, 가속도 센서의 측정 출력값(x, y, z)은, 구면 상에 분포한다.
[수식 4]
Figure 112008024239989-pct00004
전술한 수식 4에 의하면 4개의 상이한 측정점으로부터 오프셋(xo, yo, zo), 및 감도(r)는 추정 가능하지만, 실제로는 가속도 센서의 출력에는 노이즈가 중첩되어 있고, 이하와 같은 통계적 방법을 이용하여 추정하는 것이 바람직하다. N개의 가속도 센서의 측정값(xi, yi, zi, i=1∼N)에 대하여,
[수식 5]
Figure 112008024239989-pct00005
을 정하고, ε i 의 편차를 최소로 하는 오프셋, 및 감도를 추정한다. 편차를 ε i 의 제곱합으로 정의하면, 오프셋 및 감도는 다음 식으로 구해진다.
[수식 6]
Figure 112008024239989-pct00006
[수식 7]
Figure 112008024239989-pct00007
여기서,
[수식 8]
Figure 112008024239989-pct00008
운동 가속도가 0(등속도 운동, 또는 정지)이며, 가속도 센서의 각 축에 감도 차이가 있는 경우, 측정 출력값(x, y, z)은 타원체 상에 분포한다.
[수식 9]
Figure 112008024239989-pct00009
전술한 수식 9에 의하면 6개의 상이한 측정점으로부터 오프셋, 및 감도가 추정 가능하지만, 실제로는 가속도 센서의 출력에는 노이즈가 중첩되어 있고, 다음과 같은 통계적 방법을 이용하여 추정하는 것이 바람직하다. N개의 가속도 센서의 측정값(xi, yi, zi, i=1∼N)에 대하여,
[수식 10]
Figure 112008024239989-pct00010
을 결정하고, ε i 의 편차를 최소로 하도록 하는 오프셋, 및 감도를 추정한다. 편차를 ε i 의 제곱합으로 정의하면, B, C, D, E, F 및 G는 다음 식으로 구해진다.
[수식 11]
Figure 112008024239989-pct00011
[수식 12]
Figure 112008024239989-pct00012
여기서,
[수식 13]
Figure 112008024239989-pct00013
B, C, D, E, F 및 G가 구해진 후, 다음 식으로 오프셋, 및 감도가 구해진다.
[수식 14]
Figure 112008024239989-pct00014
특허 문헌 1: 일본국 특개 2003-101033호 공보
특허 문헌 2: 일본국 특개평 6-331647호 공보
특허 문헌 3: 일본국 특개 2004-93552호 공보
특허 문헌 4: 일본국 특원 2005-056597호 공보
그러나, 종래의 이러한 종류의 가속도 계측 장치는, 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
1) 가속도 계측 장치를 사용자가 자연스럽게 조작한 경우, 정지 시의 가속도 데이터는 일반적으로 취득하기 곤란하다.
2) 취득되는 정지 시의 가속도 데이터는 같은 자세로 취득된 데이터인 경우가 많고, 여러 자세에서의 정지 시의 가속도 데이터를 취득하는 데는 긴 시간이 걸린다.
3) 온도가 변화되어 명백하게 오프셋이 변화된 경우, 지금까지 취득한 데이터를 파기하고, 또한, 긴 시간 걸려서 데이터를 다시 취득해야만 한다. 또는, 가속도 계측 장치에, EEPROM 등의 기억 수단을 탑재하여 적당한 온도 구분마다 그때까지 취득한 모든 측정 데이터, 또는 추정되어 있는 오프셋 및 감도를 기억해 두어야만 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 가속도 계측 장치의 자세를 특정한 방향으로 향하도록 의식하지 않고 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복적으로 취득함으로써, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋, 또는 오프셋과 감도의 모두를 신속하게 취득할 수 있도록 한 가속도 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 2축 방향 또는 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 검출 수단과, 상기 가속도 검출 수단이 검출한 2축 가속도 데이터 또는 3축 가속도 데이터를 취득하는 가속도 데이터 취득 수단과, 상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 가속도 데이터의 중요도를 산출하는 중요도 산출 수단과, 상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 2축 가속도 데이터군 또는 3축 가속도 데이터군의 각각의 가속도 데이터의 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에서의 분포와, 상기 2축 가속도 데이터군 또는 3축 가속도 데이터군에 대응하는 상기 중요도 산출 수단에 의해 산출된 상이한 값의 중요도를 포함하는 중요도군으로부터, 상기 2차원 또는 3차원의 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과, 각 축의 기준 길이를 추정하는 기준점 추정 수단과, 상기 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점과 상기 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 각각의 가속도 데이터를 보정하는 오프셋 보정 수단을 구비함으로써, 가속도 계측 장치를 구성한다.
상기 기준점 추정 수단은, 상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 2축 가속도 데이터군 또는 3축 가속도 데이터군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 가속도 데이터군에 부수되는 상기 중요도 산출 수단에 의해 산출된 중요도군으로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 원 또는 구면을 정하고, 상기 원 또는 구면의 중심 좌표와 반경을 추정하고, 추정된 상기 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여, 상기 반경을 각 축의 기준 길이로 하고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점을 기초로 하여, 상기 2축 가속도 데이터 또는 3축 가속도 데이터의 오프셋을 보정해도 된다.
상기 기준점 추정 수단은, 상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 2축 가속도 데이터군 또는 3축 가속도 데이터군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 가속도 데이터군에 부수되는 상기 중요도 산출 수단에 의해 산출된 중요도군으로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 타원 또는 타원체면을 정하고, 상기 타원 또는 타원체면의 중심 좌표와 각 주축의 반경을 추정하고, 추정된 상기 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여, 상기 각 주축의 반경을 각 축의 기준 길이로 하고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점과 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 상기 2축 또는 3축의 각각의 가속도 데이터의 오프셋 및 감도를 보정해도 된다.
상기 기준점 추정 수단은, 상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 소정수 M의 가속도 데이터군의 대표값을 산출하는 대표값 산출 수단과, 상기 대표값 산출 수단에 의해 산출된 대표값의 제1 중요도를 산출하는 제1 중요도 산출 수단과, 상기 대표값 산출 수단에 의해 산출된 대표값과, 상기 대표값에 대응하는 상기 제1 중요도 및 부가 정보를 축적하는 축적 수단과, 상기 축적 수단에 축적된 상기 대표값에 대응하는 제1 중요도와 상기 부가 정보로부터, 상기 대표값에 대응하는 제2 중요도를 산출하는 제2 중요도 산출 수단을 구비하고, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 축적 수단에 의해 축적된 소정수 N의 대표값의, 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도 산출 수단에 의해 산출된 소정수 N의 제2 중요도로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정해도 된다.
상기 제2 중요도 산출 수단은, 상기 대표값에 대응하는 상기 축적 수단에 축적된 부가 정보로부터 산출한 중요도와, 상기 대표값에 대응하는 상기 축적 수단에 축적된 제1 중요도로부터 상기 제2 중요도를 산출해도 된다.
상기 기준점 추정 수단은, 상기 축적 수단에 의해 축적된 소정수 N의 대표값군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 상기 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도 산출 수단에 의해 산출된 소정수 N의 제2 중요도군으로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 원 또는 구면을 정하고, 상기 원 또는 구면의 중심 좌표와 반경을 추정하고, 추정된 상기 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여, 상기 반경을 각 축의 기준 길이로 하고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점을 기초로 하여, 상기 2축 또는 3축의 각각의 가속도 데이터의 오프셋을 보정해도 된다.
상기 기준점 추정 수단은, 상기 축적 수단에 의해 축적된 소정수 N의 대표값군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도 산출 수단에 의해 산출된 소정수 N의 제2 중요도군으로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 타원 또는 타원체면을 정하고, 상기 타원 또는 타원체면의 중심 좌표와 각 주축의 반경을 추정하고, 추정된 상기 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여, 상기 각 주축의 반경을 각 축의 기준 길이로 하고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점과 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 상기 2축 또는 3축의 각각의 가속도 데이터의 오프셋 및 감도를 보정해도 된다.
상기 대표값 산출 수단은, 상기 소정수 M의 가속도 데이터군의 평균값을 대표값로서 산출해도 된다.
상기 제1 중요도 산출 수단은, 상기 소정수 M의 가속도 데이터군의 편차를 산출하는 수단과, 상기 편차가 작아질수록 높은 중요도 A를 산출하는 수단을 포함해도 된다.
상기 편차는, 상기 소정수 M의 가속도 데이터군의 각 축의 분산의 합, 또는 상기 각 축의 분산의 최대값이라도 된다.
상기 편차는, 상기 소정수 M의 가속도 데이터군의 각 축의 최대값과 최소값의 차이의 제곱합, 또는 상기 각 축의 최대값과 최소값의 차이 중 최대값의 제곱이라도 된다.
상기 부가 정보 중 하나는, 상기 대표값 산출 수단이 대표값을 산출할 때 사용한 상기 가속도 데이터군을 상기 가속도 검출 수단이 검출했을 때의 온도이며, 상기 제2 중요도 산출 수단은 상기 부가 정보 중 하나인, 상기 가속도 검출 수단이 데이터를 검출한 시점에서의 온도와, 해당되는 제2 중요도 산출 수단에 의해 중요도 산출 중의 시점에서의 온도의 차이가 커질수록 낮은 중요도 B를 산출하는 수단을 구비해도 된다.
상기 부가 정보 중 하나는, 상기 대표값 산출 수단이 대표값을 산출할 때 사용한 상기 데이터군을 상기 가속도 검출 수단이 검출했을 때의 시간이며, 상기 제2 중요도 산출 수단은 상기 부가 정보 중 하나이다, 상기 가속도 검출 수단이 데이터를 검출한 시점에서의 시간과, 해당되는 제2 중요도 산출 수단에 의해 중요도 산출 중의 시점에서의 시간의 차이가 커질수록 낮은 중요도 C를 산출하는 수단을 구비해도 된다.
상기 대표값 산출 수단에 의해 산출된 대표값이 적절한지의 여부를 선택하는 선택 수단을 추가로 구비하고, 상기 선택 수단은, 상기 제1 중요도 산출 수단에 의해 산출된 제1 중요도가 소정값보다 높은 경우에, 상기 대표값 산출 수단에 의해 산출된 대표값이 적절한 것으로 판단하여 선택해도 된다.
상기 축적 수단은, 상기 가속도 검출 수단의 검출 축과 선형의 관계가 되는 선형 축을 사전에 정하고, 최대값을 비교할 때는, 상기 대표값으로부터 해당 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도를 뺀 값끼리 비교하고, 최소값을 비교할 때는, 상기 대표값과 해당 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도를 만족시키는 값끼리 비교하고, 상기 선택 수단이 새로 선택한 대표값과, 상기 축적 수단에 축적되어 있는 대표값 중, 상기 가속도 검출 수단의 검출 축 또는 선형 축의 성분이, 최대 또는 최소가 되는 대표값을 선택적으로 축적하도록 해도 된다.
상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 얻어진 가속도 데이터군의 상기 중요도로 가중값을 부여한 개수와, 상기 가속도 데이터군의 상기 중요도로 가중값을 부여한 각 축 성분의 합과, 해당 가속도 데이터군의 각 축 성분의 제곱을 상기 중요도로 가중값을 부여한 값의 합과, 상기 기준점과 각 축의 기준 길이를 산출하기 위한 연립 방정식의 계수군과, 상기 기준점과 기준 길이를 유지하는 가공 데이터 유지 수단과, 상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 얻어진 최신 데이터와 해당되는 데이터에 대응하는 상기 중요도 산출 수단에 의해 산출된 중요도와, 상기 가공 데이터 유지 수단이 유지하는, 최근의 각종 가공 데이터로부터, 상기 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정해도 된다.
본 발명에 의하면, 복수의 2축 가속도 데이터 또는 3축 가속도 데이터를 포함하는 가속도 데이터군의 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에서의 분포와, 해당 가속도 데이터군에 부수되는 중요도군으로부터, 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과, 각 축의 기준 길이를 추정하고, 그 추정된 기준점과, 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 가속도 데이터를 보정하도록 했으므로, 가속도 계측 장치의 자세를 특정한 방향으로 향하도록 의식하지 않고, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복적으로 취득하여, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋, 또는 오프셋과 감도의 모두를 신속히 추정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 취득된 소정수 M의 가속도 데이터군의 대표값을 산출하고, 대표값의 제1 중요도를 산출하고, 대표값이 적절한지의 여부를 선택하고, 선택된 해당 대표값과, 해당 대표값에 대응하는 제1 중요도 및 부가 정보(시간이나 온도 등)를 축적하고, 축적된 대표값에 대응하는 제1 중요도와 부가 정보로부터 대표값에 대응하는 제2 중요도를 산출하고, 축적된 소정수 N의 대표값의 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 대표값에 대응하는 소정수 N의 제2 중요도로부터, 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정하도록 했으므로, 온도가 변화되어 명백하게 오프셋이 변화된 경우라도, 오프셋, 또는 오프셋과 감도의 모두를 신속히 추정할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 가속도 계측 장치의 기본적 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예인, 유한 길이 기준점 추정부를 가지는 가속도 계측 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 3은, 검출축 및 선형축의 최대값 및 최소값을 축적해 두기에 적합한 축적부로서의 버퍼의 구성예를 나타낸 설명도이다.
도 4는, 축적부에 저장되어 있는 데이터를 취사 선택하기 위한 처리예를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예인, 무한 길이 기준점 추정부를 가지는 가속도 계측 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예인, 유한 길이 및 무한 길이의 기준점 추정부를 가지는 가속도 계측 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 7A는, 종래의 가속도 측정 장치에서의 소정의 축 방향 성분을 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 7B는, 종래의 가속도 측정 장치에서의 소정의 축 방향 성분을 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 7C는, 종래의 가속도 측정 장치에서의 소정의 축 방향 성분을 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 7D는, 종래의 가속도 측정 장치에서의 소정의 축 방향 성분을 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 7E는, 종래의 가속도 측정 장치에서의 소정의 축 방향 성분을 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 7F는, 종래의 가속도 측정 장치에서의 소정의 축 방향 성분을 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
[제1 실시예]
본 발명의 제1 실시예를 도 1을 기초로 하여 설명한다.
본 발명에 따른 가속도 계측 장치의 상세한 설명을 행하기 전에, 본 예에서는, 가속도 계측 장치의 기본적인 구성에 대하여 개략적으로 설명한다.
<개략적 구성>
도 1은, 본 발명에 따른 가속도 계측 장치의 개략적 구성을 나타낸다.
가속도 계측 장치는, 가속도 검출부(1)와, 가속도 데이터 취득부(2)와, 중요도 산출부(5) 및 기준점 추정부(6)와, 오프셋 보정부(4)로 구성된다.
<개략적 동작>
본 가속도 계측 장치의 기본적인 동작에 대하여 설명한다.
가속도 검출부(1)는 2축 방향 또는 3축 방향의 가속도를 검출한다.
가속도 데이터 취득부(2)는, 가속도 검출부(1)에 의해 검출된 가속도를 가속도 데이터로서 취득한다.
기준점 추정부(3)는, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 취득된 가속도 데이터군의 각각의 가속도 데이터의 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에서의 분포와, 해당 가속도 데이터군에 부수되는 중요도군으로부터, 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원의 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과, 각 축의 기준 길이를 추정한다.
여기서, 중요도 산출부(5)는, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 취득된 가속도 데이터에 대응하는 중요도를 산출한다.
기준점 추정부(6)는, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 취득된 가속도 데이터군의 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에서의 분포와, 해당되는 각각의 가속도 데이터에 부수되는 중요도 산출부(5)에 의해 산출된 중요도군으로부터, 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정한다.
오프셋 보정부(4)는, 추정부(3)에 의해 추정된 기준점과 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 취득된 각각의 가속도 데이터를 보정한다.
이와 같은 기본적인 동작을 행할 수 있지만, 기준점 추정부(3)에서는 나아가서 다음과 같은 동작을 행할 수도 있다.
(구 적용예)
보정예로서, 기준점 추정부(6)에서, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 취득된 가속도 데이터군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 가속도 데이터군에 부수되는 중요도 산출 수단에 의해 산출된 중요도군으로부터, 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 원 또는 구면을 정하고, 원 또는 구면의 중심 좌표와 반경을 추정하고, 추정된 중심 좌표를 기준점으로 하여, 반경을 각 축의 기준 길이로 한다. 이에 따라, 오프셋 보정부(4)에서는, 기준점 추정부(6)에 의해 추정된 기준점을 기초로 하여, 2축 가속도 데이터 또는 3축 가속도 데이터의 오프셋을 보정할 수 있다.
(타원 적용예)
다른 보정예로서, 기준점 추정부(6)에서, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 취득된 가속도 데이터군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 가속도 데이터군에 부수되는 중요도 산출부(5)에 의해 산출된 중요도군으로부터, 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 타원 또는 타원체면을 정하고, 타원 또는 타원체면의 중심 좌표와 각 주축의 반경을 추정하고, 추정된 중심 좌표를 기준점으로 하여, 각 주축의 반경을 각 축의 기준 길이로 한다. 이에 따라, 오프셋 보정부(4)에서는, 기준점 추정부(6)에 의해 추정된 기준점과 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 2축 가속도 데이터 또는 3축 가속도 데이터의 오프셋 및 감도를 보정할 수 있다.
이상과 같이 구성되고 동작함으로써, 가속도 계측 장치의 자세를 특정한 방향으로 향하도록 의식하지 않고, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복적으로 취득하여, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋, 또는 오프셋과 감도의 모두를 신속하게 추정할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 가속도 계측 장치에 대한 상세한 설명을 행한다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예를 도 2∼도 4를 기초로 하여 설명한다. 그리고, 전술한 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하고, 동일한 부호를 부여한다.
(유한 길이 DOE)
<구성>
도 2는 본 발명에 따른 가속도 계측 장치의 구성예를 나타낸다.
가속도 계측 장치는, 가속도 검출부(1), 가속도 데이터 취득부(2), 유한 길이 기준점 추정부(10) 및 오프셋 보정부(4)로 구성된다. 이하의 설명에서는, 유한 길이 기준점 추정부(10) 이외의 구성 부분에 대한 설명은 생략한다.
유한 길이 기준점 추정부(10)에 대하여 설명한다.
유한 길이 기준점 추정부(10)는, 대표값 산출부(11), 제1 중요도 산출부(12), 데이터 선택부(13), 축적부(14), 제2 중요도 산출부(15) 및 제1 기준점 추정부(16)로 이루어진다.
대표값 산출부(11)는, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 취득된 소정수 M의 가속도 데이터군의 대표값을 산출한다.
제1 중요도 산출부(12)는 L개의 중요도 산출부(A1∼AL)(12a)와, 전(全) 중요도 산출부(1)(12b)를 가지고, 대표값 산출부(11)에 의해 산출된 대표값의 제1 중요도를 산출한다.
데이터 선택부(13)는, 대표값 산출부(11)에 의해 산출된 대표값이 적절한지의 여부를 선택한다.
축적부(14)는, 데이터 선택부(13)에 의해 선택된 대표값과, 해당 대표값에 대응하는 상기 제1 중요도 및 부가 정보를 축적한다.
제2 중요도 산출부(15)는, 중요도 산출부 B(15a), 중요도 산출부 C(15b) 및 전중요도 산출부(2)(15c)를 가지고, 축적부(14)에 축적된 대표값에 대응하는 제1 중요도와 부가 정보로부터, 대표값에 대응하는 제2 중요도를 산출한다.
제1 기준점 추정부(16)는, 축적부(14)에 의해 축적된 소정수 N의 대표값의, 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 대표값에 대응하는 제2 중요도 산출부(15)에 의해 산출된 소정수 N의 제2 중요도로부터, 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과, 각 축의 기준 길이를 추정한다.
<동작>
본 장치의 동작에 대하여 설명한다.
가속도 검출부(1)에서는, 가속도 센서에 의해 가속도를 검출하고, 그 검출값을 전압으로 변환한다.
전압으로 변환된 가속도는, 가속도 데이터 취득부(2)에서 증폭 및 필터링 등이 행해지고, 또한 AD 변환되어 가속도 데이터로서 취득된다. 가속도 데이터는, 주로 가속도 센서의 각 축의 감도 차이 및 오프셋의 영향으로, 참 가속도가 각각의 측정 축 방향으로 상이한 비율로 신축되고, 또한 오프셋이 중첩된 값이 된다. 또한, 가속도 데이터에는 양자화 오차나 노이즈가 포함된다.
대표값 산출부(11)에서는, 연속적으로 검출된 소정수의 가속도 데이터군의 대표값이 계산된다. 대표값은, 제1 기준점 추정부(16)에서 오프셋 및 감도를 추정할 때 사용되고, 구면 상 또는 타원체면 상에 분포되어 있어야 될 값이며, 중력 가속도 데이터인 것이 바람직하다.
그러나, 통상적으로 운동 가속도와 중력 가속도를 분리할 수 없기 때문에, 대표값을 산출하기 위한 효과적인 지침은 없다.
따라서, 대표값은, 연속적으로 검출된 소정수의 가속도 데이터군의 평균값, 중앙값, 또는 특정한 순번의 가속도 데이터 등으로 설정해 둔다. 소정수가 1인 경우는, 출력 데이터가 그대로 대표값이 된다. 대표값으로서 가속도 데이터군의 평균을 사용하는 경우에는, 만약 이들 가속도 데이터군이 정지 시에 얻어진 값이라면, 노이즈의 영향을 저감할 수 있으므로, 오프셋 및 감도의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
제1 중요도 산출부(12)에서 대표값의 중요도가 계산된다. 중요도는, L개의 중요도 산출부(A1∼AL)(12a)에 의해 상이한 복수의 방법으로 산출되고, 전중요도 산출부(1)(12b)에서 조합되어, 그 결과로서 전중요도 1이 산출된다.
중요도는, 제1 기준점 추정부(16)가 기준점을 추정할 때 사용하는 대표값의 중요도를 나타내는 값으로, 중요도가 높은 대표값일수록 기준점 추정에 우선적으로 사용된다. 가속도는, 통상적으로 운동 가속도와 중력 가속도의 합이지만, 가속도 센서의 오프셋 및 감도를 구할 때는, 전술한 바와 같이 중력 가속도가 구면 상, 또는 타원체면 상에 분포하는 것을 이용한다. 따라서, 운동 가속도가 작은 데이터일수록, 오프셋 및 감도 추정에는 적합하다. 즉, 중요도가 높다.
따라서, 예를 들면, 대표값을 계산한 소정수의 데이터(또는 그것을 포함하는 소정수보다 많은 데이터, 또는 소정수의 데이터 중 일부 데이터)의 각 축의 분산을 계산하고, 각 축의 분산의 합이 크면 대표값에는 큰 운동 가속도가 포함되어 있을 가능성이 크다고 보고 중요도를 낮게, 반대로 각 축의 분산의 합이 작으면 대표값은 정지 시에 취득된 데이터로부터 계산되었을 가능성이 높으므로 중요도를 높게 한다. 중요도는, 분산의 역수를 기초로 하는 개념인 것을 나중에 나타낸다. 중요도로서, 각 축의 분산의 최대값의 역수를 선택할 수도 있다.
또한, 대표값을 계산한 소정수의 데이터(또는 그것을 포함하는 소정수보다 많은 데이터, 또는 소정수의 데이터 중 일부 데이터)의 각 축의 최대값과 최소값의 차이의 제곱합의 역수, 또는 각 축의 최대값과 최소값의 차이 중 최대값의 제곱의 역수일 수도 있다. 한정된 계산 능력만 가지는 시스템에 본 발명을 내장하는 경우는 분산을 계산하는 것보다, 최대값과 최소값으로부터 중요도를 계산하는 편이 유리하다.
중요한 것은, 중요도를 정확하게 구하는 것이 아니라, 소성(素性)이 양호한 데이터(중력 가속도만을 나타내는 데이터)와 그렇지 않은 데이터의 중요도에 의미가 있는 차이를 부여하는 것이다.
구체적으로는, 전술한 중요도(1/σm 2)는 다음 식으로 구한다.
[수식 15]
Figure 112008024239989-pct00015
여기서, σx, σy 및 σz는 전술한 각 축의 분산이며, xmax, xmin, ymax, ymin, zmax, 및 zmin은 각각 각 축 측정값의 최대값 및 최소값이다.
데이터 선택부(13)는, 일반적으로 복수의 소(小) 데이터 선택부로 구성되며, 모든 소 데이터 선택부에서 선택된 대표값 만이 선택된다. 데이터 선택부(13)에서는, 계산된 대표값이 기준점 추정에 적합한지의 여부를 판단하고, 적절하다고 판단된 대표값을 선택한다.
통상적으로, 기준점 추정에 사용하는 대표값의 개수는 유한하므로, 여기서, 소성이 나쁜 데이터를 파기한다. 취사 선택의 방법으로서는, 예를 들면, 전중요도 1이 사전에 정한 소정값 이상인 대표값을 선택한다. 전중요도 1이 너무 작은 대표값은, 잘못된 오프셋 및 감도를 추정할 가능성이 크기 때문에 파기한다. 또한, 직전에 선택된 대표값, 또는 축적부에 축적되어 있는 모든 대표값과, 새로 데이터 선택부(13)에 입력된 대표값의 거리(측정값 공간 상의 놈(norm)이라도 되고, 각 축의 좌표 축의 차이의 절대값의 최대값이라도 됨)를 비교하여, 사전에 정한 소정값 이상인 데이터를 선택한다.
축적부(14)에서는, 데이터 선택부(13)에서 선택된 대표값과, 그 대표값에 부수하는 전중요도 1과, 전중요도 2의 산출에 필요한 부가 정보가 축적된다.
부가 정보로서는, 대표값 산출에 사용한 가속도 데이터군을 가속도 센서가 측정했을 때의 시간이나 온도를 사용할 수 있다.
구체 또는 타원체로의 적용 계산에서, 가속도 데이터가, 3차원 공간 내에서 정확하게 구면 상 또는 타원체면 상에 있다면, 각각의 측정점이 구면 상 또는 타원체 상의 좁은 범위에 분포하고 있어도 중심점을 양호한 정밀도로 구할 수 있다. 그러나, 가속도 데이터는, 노이즈나 양자화 오차의 영향을 받으므로, 비록 가속도 센서가 정지하고 있어도 그 측정 데이터가 정확하게 구면 상에 있는 경우는 드물다. 측정점의 분포가 좁으면 이들 오차의 영향을 많이 받아, 양호한 정밀도로 추정 계산을 행할 수 없는 문제가 있다.
그러나, 측정 데이터가 3차원 공간 내에서 충분히 넓은 범위에 분포하고 있으면, 이들 오차의 영향을 작게 할 수 있다. 측정 데이터가 3차원 공간 내에서 넓은 범위에 분포하도록 데이터를 취사 선택하여 축적하는 방법이 특허 문헌 4에 제안되어 있다.
특허 문헌 4에서는, 3차원 직교 좌표 공간에서, 임의의 선형 축을 설정하고, 그 축 상에서 최대 또는 최소에 가까운 점의 데이터를 축적하도록 하고 있다.
타원면 적용 계산에서는, 타원체의 장축 및 단축 각각의 양 단에 가까운 위치에 1개 이상의 측정 데이터가 있으면, 극히 양호한 정밀도로 추정 계산을 행할 수 있다. 서로 직교하는 3차원 방향의 가속도를 검출하도록 한 3축 가속도 센서의 출력에서는, 가속도 데이터는 측정 축 중 하나를 장축 또는 단축으로 하는 타원체 상에 분포하므로, 가속도 센서의 측정 축 상(즉, 3축 상)에서의 최대값 및 최소값이 되는 성분을 가지는 데이터를 사용함으로써, 타원체 적용 계산의 정밀도를 높일 수 있다.
가속도 센서의 3축 측정축을 X, Y 및 Z라 하면, 선형 축으로서,
X+Y+Z, -X+Y+Z, -X-Y+Z, 및 X-Y+Z를 부가한 7축, 나아가서는
X+Y, -X+Y, X+Z, -X+Z, Y+Z, 및 -Y+Z를 부가한 13축 등이 효과적이다.
중요도는, 후술하는 바와 같이 대표값의 분산을 기초로 하는 값이며, 대표값이 존재할 수 있는 범위와 관계가 있다. 따라서, 축적부(14)에 저장된 데이터를 선택할 때, 최대값은 대표값이 취할 수 있는 최소의 값끼리 비교하고, 최소값은 대표값이 취할 수 있는 최대의 값끼리 비교한다. 즉, 대표값이 존재할 수 있는 범위의 최악치에서 비교한다. 이와 같이 비교함으로써, 예를 들면, 어느 대표값이 운동 가속도를 포함하기 때문에 큰 값이 된다 하더라도, 중요도가 낮으며 그 대표값이 취할 수 있는 최소값이 적정한 값보다 작으면, 결국에는 이 대표값은 축적부로부터 배제되게 된다.
일례로서, 3축 가속도 센서의 측정축 X, Y 및 Z의 최대값 및 최소값을 선택적으로 축적하는 경우에 대하여 설명한다.
도 3은, 검출축, 및 선형축의 최대값 및 최소값을 축적해 두기에 적합한 축적부(14)로서의 버퍼의 구성예를 나타낸다.
축적부(14)는, 도 3과 같은 대표값을 선택적으로 저장하는 배열수 6 이상의 버퍼를 가진다. 즉, 배열 번호 0에는,
X축 측정값-1/전중요도 2
이 최대 데이터(대표값 XMAX), 배열 번호 1에는,
X축 측정값+1/전중요도 2
이 최소 데이터(대표값 XMIN), 배열 번호 2에는,
Y축 측정값-1/전중요도 2
이 최대 데이터(대표값 YMAX), (이하 마찬가지)에 저장되어 있다. 버퍼의 배열수가 6을 넘는 경우, 전술한 바 외에 자유롭게 대표값을 저장해도 상관없다.
버퍼에는 각각의 대표값에 대응하는 전중요도 1, 대표값을 계산하기 위해 이용된 가속도 데이터가 취득된 온도, 및 시간도 저장해 둔다.
도 4는, 축적부(14)에 저장되어 있는 데이터를 취사 선택하기 위한 처리예를 나타낸다.
데이터 선택부(13)에서 새로 대표값이 선택된 경우(단계 S1), 먼저, 새로운 대표값의 전중요도 2가 계산된다(단계 S2). 그리고, 각 배열의 대표값의 전중요도 2가 다시 계산된다(단계 S3∼단계 S5). 또한, 새로운 대표값과 각 배열의 대표값의 대소가 비교된다. 비교는 배열 번호가 작은 순서로 행해지고, 전술한 바와 같이, 배열 번호 i=0과 비교할 때는,
X축 측정값-1/전중요도 2로,
배열 번호 i=1과 비교할 때는,
X축 측정값+1/전중요도 2로, (이하 마찬가지로) 비교한다(단계 S6∼단계 S8).
비교 결과, 배열에 저장되어 있던 대표값보다 새로운 대표값 쪽이 적합하다고 판단된 경우에는, 배열에 저장되어 있던 대표값과 새로운 대표값을 교환하고, 다음 배열 번호의 대표값과의 비교를 계속한다. 배열 번호 i=5까지 비교가 끝난 시점에서 선택을 종료한다(단계 S9∼단계 S10).
제2 중요도 산출부(15)에서는, 축적부(14)에 축적된 전중요도 1과 온도 및 시간으로부터, 중요도 산출부(15a, 15b)에 의해 산출되는 중요도를 조합시켜서, 전중요도 2를 산출한다.
일반적으로 가속도 센서의 오프셋 및 감도는, 온도 특성을 가진다. 구체 적용이나 타원체 적용 등으로 오프셋 및 감도를 추정하는 시스템에서는, 온도가 변동했을 때는, 데이터를 처음부터 다시 수집할 필요가 있다. 한 번 취득한 데이터를 낭비하지 않도록 하기 위해서, 축적부(14)에 온도마다 버퍼를 준비하는 방법이 있지만, 그 만큼 불필요한 기억 영역을 필요로 한다. 온도 변동과 함께 변동 후의 데이터를 다시 취득하고, 충분히 신속하게 오프셋 및 기준점을 다시 계산할 수 있으면, 이와 같은 방법을 이용할 필요가 없다. 온도 변동에 의한 가속도 센서의 오프셋 변동은, 일반적으로 가속도 센서의 사양으로 규정되어 있고, 1℃당 오프셋 변동의 최악치(CTe 2)를 알 수 있다. 중요도 산출부(2)에서, 온도로부터 중요도(1/σTe 2)를, 예를 들면 다음과 같이 산출한다.
[수식 16]
Figure 112008024239989-pct00016
여기서, Ti 및 To는, 각각 축적부에 저장되어 있는 대표값 및 현재의 온도(즉, 중요도 산출 중인 현시점에서의 온도)이다.
최신 대표값의 온도(즉, 대개의 경우, 현재의 온도)와 축적부(14)에 축적되어 있는 대표값의 온도가 멀어지면 멀어질수록, 축적부의 대표값의 중요도는 낮은 것으로 간주된다. 중요도가 낮아진 축적부에 축적되어 있는 대표값은, 전술한 바와 같이(가속도 센서의 검출축 및 선형축의 전중요도 1을 가미한 최대값 및 최소값을 선택적으로 축적해 나가는 시스템에서는) 새로운 대표값과 교환되기 용이해진다.
한 번 축적된 대표값의 중요도를 시간의 흐름과 함께 낮추어 가면, 가속도 센서를 포함하는 시스템 특성의 경시(經時) 변화에 대응할 수 있다. 또한, 예를 들면, 가속도 센서가 회전하면서 자유 낙하하는 경우, 취득되는 가속도 데이터는 원심력 뿐(중력 가속도는 0)이므로, 가속도 데이터는 중력 가속도의 측정 데이터가 나타내는 구면 또는 타원체면 상에 분포되지 않는다. 충분히 긴 시간 동안 회전하면서 자유낙하했을 때는 중요도 산출부에서 산출되는 분산은 0에 가까우므로, 매우 높은 중요도가 되고, 취득된 데이터는 장기간 축적부에 남아 있을 가능성이 있다. 시간과 함께 중요도를 낮추어 나감으로써, 이와 같은 데이터를 유한한 시간 내에 배제할 수 있다. 또한, 예상할 수 없는 요인에 의해 시스템의 특성이 변화되어도, 축적부에 축적되어 있는 대표값을 유한한 시간 내에 교환할 수 있다.
제2 중요도 산출부(15)에서, 시간으로부터 중요도(1/σti 2)를, 예를 들면, 다음과 같이 산출한다.
[수식 17]
Figure 112008024239989-pct00017
여기서, ti 및 to는, 각각 축적부에 저장되어 있는 대표값 및 현재의 시간(즉, 중요도 산출 중의 현 시점에서의 시간)이며, Cti는 비례 계수이다.
최종적으로 전중요도 1, 온도로부터 산출되는 중요도(수식 16), 및 시간으로부터 산출되는 중요도(수식 17)를 조합하여 전중요도 2가 산출된다.
예를 들면,
[수식 18]
Figure 112008024239989-pct00018
제1 기준점 추정 수단에서는, 축적부에 축적된 대표값과 중요도 산출 수단 2에서 산출된 전중요도 2를 사용하여, 가속도 센서의 오프셋 및 감도가 산출된다.
가속도 센서의 각 축의 감도(r)가 같은 경우, N개의 가속도 센서의 측정값(xi, yi, zi)을 사용하여, 가속도 검출 수단의 오프셋 및 감도는 다음 식으로 산출된다.
[수식 19]
Figure 112008024239989-pct00019
[수식 20]
Figure 112008024239989-pct00020
여기서, 예를 들면,
[수식 21]
Figure 112008024239989-pct00021
σi 2은 개개의 측정값(xi, yi, zi)에 대하여, 다음 식의 εi(즉, 중력 가속도 데이터가 나타내는 구면과 실제 가속도 데이터 사이의 거리의 제곱)의 분산을 나타 낸다.
[수식 22]
Figure 112008024239989-pct00022
(수식 19) 및 (수식 20)은 분산이 큰 데이터일수록, 오프셋 및 감도를 구할 때의 영향도가 작은 것을 나타내고 있다.
모든 가속도 데이터의 분산을 1로 하면, (수식 6) 및 (수식 7)의 방법과 일치한다.
가속도 센서의 각각의 측정 축에 감도 차이가 존재하는 경우, N개의 가속도 센서의 측정값(xi, yi, zi)을 사용하여, 가속도 검출부(1)의 오프셋 및 감도는, 다음과 같이 산출된다.
먼저, 다음 식으로 파라미터 B, C, D, E, F 및 G를 구한다.
[수식 23]
Figure 112008024239989-pct00023
다음에, 다음 식으로 오프셋 및 감도를 계산한다.
[수식 24]
Figure 112008024239989-pct00024
σi 2은 개개의 측정값(xi, yi, zi)에 대하여, 다음 식의 εi
[수식 25]
Figure 112008024239989-pct00025
의 분산을 나타낸다. (수식 23)은, 분산이 큰 데이터일수록, 오프셋 및 감도를 구할 때의 영향도가 작은 것을 나타내고 있다.
모든 가속도 데이터의 분산을 1로 하면, (수식 11) 및 (수식 12)의 방법과 일치한다.
오프셋 보정부(4)는, 가속도 데이터 취득부(2)에서 얻어진 데이터를, 제1 기준점 추정부(16)에서 추정된 오프셋 및 감도를 사용하여 보정하고, 보정된 참 가속도를 산출한다.
보정은 (수식 1)을 역산함으로써,
[수식 26]
Figure 112008024239989-pct00026
에 의해 행한다.
이상 설명한 바와 같이, 취득된 소정수 M의 가속도 데이터군의 대표값을 산출하고, 대표값의 제1 중요도를 산출하고, 대표값이 적절한지의 여부를 선택하고, 선택된 해당 대표값과, 해당 대표값에 대응하는 제1 중요도 및 부가 정보(시간이나 온도 등)를 축적하고, 축적된 대표값에 대응하는 제1 중요도와 부가 정보로부터 대표값에 대응하는 제2 중요도를 산출하고, 축적된 소정수 N의 대표값의 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당 대표값에 대응하는 소정수 N의 제2 중요도로부터, 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정하도록 했다.
이에 따라, 온도가 변화되어 명백하게 오프셋이 변화된 경우라도, 지금까지 취득하고 있던 전체 데이터를 파기하거나, 긴 시간 걸려서 데이터를 다시 취득할 필요가 없어지므로, 가속도 계측 장치의 온도가 변화되었을 때 오프셋, 또는 오프셋과 감도의 모두를 신속하게 추정할 수 있게 된다.
[제3 실시예]
본 발명의 제3 실시예를 도 5를 기초로 하여 설명한다. 그리고, 전술한 각 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하고, 동일한 부호를 부여한다.
(무한 길이 DOE)
<구성>
도 5는, 본 발명에 따른 가속도 계측 장치의 구성예를 나타낸다.
가속도 계측 장치는, 가속도 검출부(1), 가속도 데이터 취득부(2), 무한 길이 기준점 추정부(20) 및 오프셋 보정부(4)로 구성된다. 이하의 설명에서는, 무한 길이 기준점 추정부(20) 이외의 구성 부분에 대한 설명은 생략한다.
무한 길이 기준점 추정부(20)에 대하여 설명한다.
무한 길이 기준점 추정부(20)는, 중요도 산출부(21), 기억부(22) 및 제2 기준점 추정부(23)로 이루어진다.
중요도 산출부(21)는, L개의 중요도 산출부(1∼L)(21a)와, 전중요도 산출부(21b)를 가지고, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 취득된 가속도 데이터로부터, 해당 가속도 데이터군에 부수되는 중요도를 얻기 위하여, 2축 또는 3축의 각각의 가속도 데이터의 중요도를 산출한다.
기억부(22)는, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 얻어진 가속도 데이터군의 중요도로 가중값을 부여한 개수와, 가속도 데이터군의 중요도로 가중값을 부여한 각 축 성분의 합과, 가속도 데이터군의 각 축 성분의 제곱을 중요도로 가중값을 부여한 값의 합과, 기준점과 각 축의 기준 길이를 산출하기 위한 연립 방정식의 계수군과, 기준점과 기준 길이를 유지한다.
제2 기준점 추정부(23)는, 가속도 데이터 취득부(2)에 의해 얻어진 최신 데이터와 해당 데이터에 대응하는 중요도 산출부(21)에 의해 산출된 중요도와, 기억부(22)가 유지하는 최근의 각종 가공 데이터로부터, 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정한다.
<동작>
본 장치의 동작에 대하여 설명한다.
가속도 센서의 오프셋 및 감도는, 중력 가속도 데이터가 구면 또는 타원체면 상에 분포하는 것으로부터 구해진다.
그러나, 통상적으로 측정된 가속도 데이터에는 운동 가속도도 포함되어 있고, 오프셋 및 감도 추정 시의 오차의 요인이 되고 있는 것은 이미 언급한 바와 같다. 휴대 전화기나 PDA(이후 총칭하여 휴대 단말기)에 가속도 센서를 내장하여, 보행자 네비게이션에 사용하는 응용 프로그램에서는, 휴대 단말기의 운동 가속도는 단말기에 대하여 다양한 방향으로 향하며, 가속도는 중력 가속도가 분포하는 구면 또는 타원체면을 중심으로 하여 분포할 것으로 예상된다. 즉, 오프셋 및 감도 추정에 사용되는 가속도 데이터의 개수를 충분히 크게 하면, (수식 19) 및 (수식 20), 또는 (수식 22)∼(수식 24)의 방법을 적용하여 들어맞는 구면 또는 타원체면은, 중력 가속도가 분포하는 구면 또는 타원체면을 중심으로 하여 분포하는 것과 같을 것으로 예상된다.
(수식 19) 및 (수식 20), 또는 (수식 22)∼(수식 24)를 그대로 적용한다면, 데이터의 개수가 커지면, 데이터의 처리 시간이 길어지고, 또한 데이터의 기억 영역이 커지게 된다. 특히 휴대 단말기와 같은 소규모 시스템에서는 충분한 데이터의 개수를 처리할 수 없다. 다음과 같이 고안함으로써, 원리적으로는 유한한 데이터 처리 시간과 데이터 기억 영역에서, 무한한 데이터의 개수를 처리할 수 있게 된다(실제로는, 데이터 처리의 비트 길이에 의존함).
구면에 적용하는 경우는, 예를 들면, N+1개의 데이터로 작성되는 (수식 19)의 계수 행렬 AN +1의 2행 1열째의 성분 aN +1, BN +1의 1행째의 성분 bN +1, 및 (수식 20)의 rN + 1 2은 다음과 같이 변형할 수 있다.
[수식 27]
Figure 112008024239989-pct00027
[수식 28]
Figure 112008024239989-pct00028
[수식 29]
Figure 112008024239989-pct00029
즉, N개의 데이터로부터 만들어지는 가공 데이터
[수식 30]
Figure 112008024239989-pct00030
와, N개째의 데이터
[수식 31]
Figure 112008024239989-pct00031
로부터,
[수식 32]
Figure 112008024239989-pct00032
을 구할 수 있다.
타원체면에 적용되는 경우는, 예를 들어, N+1개의 데이터로 만들어지는 (수식 22)의 계수열 MN +1의 2행 1열째 성분 mN +1은 다음과 같이 변형될 수 있다.
[수식 33]
Figure 112008024239989-pct00033
즉, N개의 데이터로부터 만들어지는 가공 데이터
[수식 34]
Figure 112008024239989-pct00034
와, N+1개째의 데이터
[수식 35]
Figure 112008024239989-pct00035
로부터,
[수식 36]
Figure 112008024239989-pct00036
을 구할 수 있다.
전술한 바에 의해, 오프셋 및 감도 추정에 사용되는 데이터의 개수가 증가한 다 하더라도, 몇몇 가공된 데이터로부터 귀납적으로 새로운 오프셋 및 감도를 계속적으로 구할 수 있다.
전술한 방법은, 추정 데이터를 유지하고 있지 않으므로, 예를 들면, 온도 변화에 의하여 오프셋이 변화된 경우에 온도 변화 전의 데이터만을 삭제할 수 없다.
그러나, 모든 과거의 측정 데이터의 중요도를 같은 비율로 변경함으로써, 과거의 측정 데이터의 영향을 저감할 수 있다. 과거의 N개의 측정 데이터의 중요도를 1/σ2로부터 1/(kσ)2로 변경하는 경우, 구체 적용이라면 (수식 3O)의 rN 2, xoN, yoN 및 zoN을 제외한 모든 가공 데이터에 1/k2을 곱한 값을 새로운 가공 데이터로 한다(행렬의 경우는 각 성분에 1/k2을 곱한다).
마찬가지로, 타원체 적용이라면 (수식 34)의 모든 가공 데이터에 1/k2을 곱한 값을 새로운 가공 데이터로 한다(행렬의 경우는 각 성분에 1/k2을 곱한다).
기억부(22)는, (수식 30) 또는 (수식 34)에 의해 나타내는 데이터를 유지한다.
온도 변화 등의 요인에 의해, 가속도 측정 중에 오프셋 및 감도가 변동하는 경우가 있다. 이와 같이 과거 데이터의 영향을 저감하고자 하는 경우는, 적절한 시점에서 과거 데이터의 중요도를 낮게 한다. 중요도를 낮게 하는 시점은, 예를 들면, 새로운 데이터가 취득될 때마다로 하면, 어떤 시정수(time constant)로 과거 데이터의 영향을 없앨 수 있다. 사전에 정해진 시간이 경과할 때마다로 하더라도, 마찬가지이다.
온도가 변동한 것이 명백한 경우는, 급격하게 과거 데이터의 중요도를 저감해도 된다. 온도 변동은, 전회 온도 변동이 있었던 직후의 온도를 기억해 두고, 이 온도에 대하여 사전에 정한 소정값 이상으로 온도가 변화된 경우, 또는 전회 온도 변동이 있었던 직후부터 온도의 최대값과 최소값을 기억해 두고, 최대값과 최소값의 차이가 사전에 정한 소정값 이상으로 변화된 경우 등으로 할 수 있다. 중요도의 저감은 온도와 같은 물리적 요인이 아니고, 수치 계산을 실현하는 시스템으로부터 요청될 경우도 있다. 즉, (수식 30) 또는 (수식 34)의 가공 데이터 중 측정값의 합의 형태를 가지는 값은 측정 데이터의 개수가 증가함에 따라 커지게 된다. 데이터 처리를 행하는 CPU도 기억 영역도 비트 길이는 유한하므로, 정기적으로 가공 데이터의 값을 작게 할 필요가 있다.
중요도 산출부(21)는, 취득된 가속도 데이터의 중요도를 계산한다. 모든 측정 데이터의 σ2을 1로 하여 오프셋 및 감도 추정을 행해도 되지만, 적절하게 σ2(=1/전중요도)을 설정하는 것이 오프셋 및 감도의 수렴이 빨리 된다.
중요도는, 상이한 복수의 방법으로 산출되고, 전중요도 산출부에서 조합되며, 결과로서 전중요도가 산출된다.
가능한 한 빨리, 즉 가능한 한 적은 가속도 데이터의 개수로 오프셋 및 감도를 구하기 위해서는, 운동 가속도가 많이 포함되어 있는 데이터의 중요도는 낮게 하는 편이 좋다. 가속도 데이터의 중요도는, 예를 들면, 다음과 같이 계산할 수 있다. 소정수의 연속적으로 취득된 가속도 데이터군의 각 축의 분산을 계산하고, 각 축의 분산의 합이 크면 중요도를 낮추고, 반대로 작으면 중요도를 높게 한다. 중요도는, 각 축의 분산의 최대값으로부터 산출할 수도 있다.
또한, 소정수의 데이터의 각 축의 최대값과 최소값의 차이의 제곱합, 또는 각 축의 최대값과 최소값의 차이 중 최대값의 제곱으로부터 산출해도 된다. 한정된 계산 능력만 가지는 시스템에 본 발명을 내장하는 경우는 분산을 계산하는 것보다, 최대값과 최소값으로부터 중요도를 계산하는 편이 유리하다. 예를 들면, 중요도(1/σ1 2)는,
[수식 37]
Figure 112008024239989-pct00037
로 한다. 여기서, σx, σy 및 σz는 전술한 각 축의 분산이며, xmax, xmin, ymax, ymin, zmax, 및 zmin은 각각 각 축 측정값의 최대값과 최소값이며, ra는 규격화용의 상수이다.
같은 자세로 정지 시의 가속도 데이터를 많이 포함하는 가속도 데이터군으로부터 추정되는 오프셋 및 감도는, 오차를 많이 포함하는 경우가 많다. 극단적인 경우, 같은 자세로 정지 시의 가속도 데이터만으로 이루어지는 가속도 데이터군(자세에 의해 결정되는 중력 가속도+노이즈)에 의해 추정되는 오프셋은, 그 가속도 데이터군과 거의 같은 값이 된다. 즉, 구해야 할 구면 상 또는 타원체면 상에 오프셋이 추정되게 된다. 따라서, 정지 또는 정지에 가까운 상태에서 취득된 가속도 데이터의 중요도는 낮게 설정해야만 한다.
가속도 데이터의 중요도는, 예를 들면, 다음과 같이 계산할 수 있다. 소정수의 연속적으로 취득된 가속도 데이터군의 각 축의 분산을 계산하고, 각 축의 분산의 합이 크면 중요도를 높이고, 반대로 작으면 중요도를 낮게 한다. 중요도는, 각 축의 분산의 최대값으로부터 산출할 수도 있다.
또한, 소정수의 데이터의 각 축의 최대값과 최소값의 차이의 제곱합, 또는 각 축의 최대값과 최소값의 차이 중 최대값의 제곱으로부터 산출해도 된다. 한정된 계산 능력만 가지는 시스템에 본 발명을 내장하는 경우는 분산을 계산하는 것보다, 최대값과 최소값으로부터 중요도를 계산하는 편이 유리하다. 소정수를 2라고 하면, 각 축의 분산의 제곱합은 2개의 가속도 데이터 사이의 측정 공간 상에서의 거리의 제곱을 나타낸다. 예를 들면, 중요도(1/σ2 2)는,
[수식 38]
Figure 112008024239989-pct00038
으로 한다. 여기서, σx, σy 및 σz는 전술한 각 축의 분산이며, xmax, xmin, ymax, ymin, zmax, 및 zmin은 각각 각 축 측정값의 최대값과 최소값이며, ra는 규격화용의 상수이다
실제로는, 큰 운동 가속도가 포함되어 있는 가속도 데이터와 정지 시의 가속도 데이터의 양쪽 데이터의 중요도를 낮게 할 필요가 있고, 전술한 2가지 방법으로 별개로 계산된 중요도의 합을 전중요도로 하고, 오프셋 및 감도 추정에 사용한다.
[수식 39]
Figure 112008024239989-pct00039
제2 기준점 추정부(23)는, 기억부(22)에서 기억되어 있는 가공 데이터와, 새로 취득된 가속도 데이터, 및 이 전중요도를 사용하여, 가속도 센서의 오프셋 및 감도를 추정한다.
[제4 실시예]
본 발명의 제4 실시예를 도 6을 기초로 하여 설명한다. 그리고, 전술한 각 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하고, 동일한 부호를 부여한다.
(유한 길이 + 무한 길이 DOE)
<구성>
도 6은, 본 발명에 따른 가속도 계측 장치의 구성예를 나타낸다.
가속도 계측 장치는, 가속도 검출부(1), 가속도 데이터 취득부(2), 추정부(3) 및 오프셋 보정부(4)로 구성된다.
본 예에서는, 추정부(3)는, 제2 실시예(도 2 참조)의 유한 길이 기준점 추정부(10), 제3 실시예(도 5 참조)의 무한 길이 기준점 추정부(20) 및 제3 기준점 추정부(30)에 의해 구성되어 있다.
제3 기준점 추정부는, 유한 길이 기준점 추정부의 제1 기준점 추정부 및 무한 길이 기준점 추정부의 제2 기준점 추정부에서 각각 계산된, (수식 19)의 행렬 AN 및 BN, 또는 (수식 22)의 MN 및 NN을 기초로 하여 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정한다.
<동작>
본 장치의 동작에 대하여 설명한다.
무한 길이 기준점 추정부(20)에 의해 추정된 오프셋 및 감도는, 가속도는 중력 가속도가 분포하는 구면 또는 타원체면을 중심으로 하여 분포한다는 가정 하에서 추정된 값이며, 그 추정이 항상 정확하다는 보증은 없다. 그러므로, 무한 길이 기준점 추정부(20)에서 추정되는 오프셋 및 감도의 추정 시간은 매우 짧지만, 정밀 도는 반드시 보증되지 않는 경우가 있다.
이에 비해, 유한 길이 기준점 추정부(10)는, 데이터 선택부(13)에서의 선택 조건을 엄격하게 하여, 정지 시에 근접한 가속도 데이터만을 선택하도록 하면, 추정되는 오프셋 및 감도의 정밀도는 매우 높아진다. 그러나, 정지 데이터를 모으는데 시간이 걸려서, 오프셋 및 감도의 추정 시간이 길어진다.
이들 2개의 기준점 추정 수단(유한 길이 기준점 추정부(10), 무한 길이 기준점 추정부(20))의 장점을 각각 받아들여, 보정 처리 개시 후에는 무한 길이 기준점 추정부(20)에서, 정지 데이터가 모인 후에는 유한 길이 기준점 추정부(10)에 의해 각각 추정되는 오프셋 및 감도를 사용하면, 빠르게, 최종적으로는 정밀도가 양호한 오프셋 및 감도를 얻을 수 있게 된다.
이들 2개의 기준점 추정 수단을 어떤 시점에서 전환해도 되지만, 서서히 이행함으로써, 시간의 흐름과 함께, 원활하게 정밀도가 양호한 오프셋 및 감도로 이행해 갈 수 있다.
구체 적용의 경우, 어느쪽 기준점 추정 수단도 결과적으로는 (수식 19)의 계수 행렬 AN 및 BN을 구한다. 무한 길이 기준점 추정부(20)에 의해 구해진 계수 행렬을 ANinf 및 BNinf라 하고, 유한 길이 기준점 추정부(10)에 의해 구해진 계수 행렬을 ANlim 및 BNlim이라 하며, k를 비율(0≤k≤1)로 한다. 이 때, 제3 기준점 추정부(30)에서, 다음의 계수 행렬 ANfus 및 BNfus를 사용하여, 오프셋 및 감도를 산출하면 된다.
[수식 40]
Figure 112008024239989-pct00040
|A|는 A의 행렬식을 나타내고, 각 행렬을 규격화하기 위한 것이다. 그러나, 행렬식의 계산에는 시간이 걸리며, 일반적으로 다이내믹 레인지가 크기 때문에(소규모 시스템에 자주 있음), 정수 연산만 서포트하는 시스템에서는 적합하지 않다. 행렬의 규격화의 방법이 약간 상이하더라도, 오프셋 및 감도의 이후의 방법이 상이할 뿐이며, 출발점과 종착점은 같으며, 행렬식을 엄밀하게 구하는 이점은 그다지 없다. 대체 방법으로서, 예를 들면, A의 대각 성분의 최대값을 행렬식 대신 이용하면 된다.
k는, 처음에는 O으로 하고, 정지 데이터가 모이는 것에 따라서 1에 가까워진다. k는, 예를 들면, 다음과 같이 계산한다. 가속도 센서는, 각각의 측정 축의 감도 차이에 개체 차이가 있지만, 제품 번호가 동일하다면 마찬가지의 값이 된다. 유한 길이 기준점 추정부(10)가, 전술한 바와 같이, 가속도 센서의 3축 측정축 X, Y 및 Z의 최대값 및 최소값을 선택적으로 축적하고 있는 경우, 6개의 측정 데이터가 만드는 체적이 크면 클수록, 측정점이 넓은 영역에 분포되어 있는 것을 의미하고 있다.
따라서, 이와 같은 가속도 데이터군으로부터 추정되는 오프셋 및 감도의 정 밀도는 양호해지고, 각 축의 측정값의 (최대값-최소값)의 최대는, 가속도 센서의 감도의 2배가 된다.
이에 따라, k는,
[수식 41]
Figure 112008024239989-pct00041
가 된다.
본 발명에 의하면, 가속도 계측 장치의 자세를 특정한 방향으로 향하도록 의식하지 않고, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복적으로 취득함으로써, 2축 가속도 센서 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋, 또는 오프셋과 감도의 모두를 신속하게 취득할 수 있도록 한 가속도 계측 장치를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 2축 방향 또는 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 검출 수단과,
    상기 가속도 검출 수단이 검출한 2축 또는 3축 가속도 데이터를 취득하는 가속도 데이터 취득 수단과,
    상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 2축 또는 3축 가속도 데이터의 중요도를 산출하는 중요도 산출 수단과,
    상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 각각의 가속도 데이터의 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에서의 분포와, 상기 2축 또는 3축 가속도 데이터군에 대응하는 상기 중요도 산출 수단에 의해 산출된 상이한 값의 중요도를 포함하는 중요도군으로부터, 상기 2차원 또는 3차원의 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과, 각 축의 기준 길이를 추정하는 기준점 추정 수단과,
    상기 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점과 상기 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 각각의 가속도 데이터를 보정하는 오프셋(offset) 보정 수단
    을 포함하는 가속도 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준점 추정 수단은,
    상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 상기 2축 또는 3축 가속도 데이터군에 부수되는 상기 중요도 산출 수단에 의해 산출된 중요도군으로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 원 또는 구면을 정하고, 상기 원 또는 구면의 중심 좌표와 반경을 추정하고, 추정된 상기 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여, 상기 반경을 각 축의 기준 길이로 하고,
    상기 오프셋 보정 수단은,
    상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점을 기초로 하여, 상기 2축 또는 3축 가속도 데이터의 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준점 추정 수단은,
    상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 해당되는 2축 또는 3축 가속도 데이터군에 부수되는 상기 중요도 산출 수단에 의해 산출된 중요도군으로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 타원 또는 타원체면을 정하고, 상기 타원 또는 타원체면의 중심 좌표와 각 주축의 반경을 추정하고, 추정된 상기 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여, 상기 각 주축의 반경을 각 축의 기준 길이로 하고,
    상기 오프셋 보정 수단은,
    상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점과 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 상기 2축 또는 3축 가속도 데이터 각각의 오프셋 및 감도를 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준점 추정 수단은,
    상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 취득된 소정수 M의 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 대표값을 산출하는 대표값 산출 수단과,
    상기 대표값 산출 수단에 의해 산출된 대표값의 제1 중요도를 산출하는 제1 중요도 산출 수단과,
    상기 대표값 산출 수단에 의해 산출된 대표값과, 상기 대표값에 대응하는 상기 제1 중요도 및 부가 정보를 축적하는 축적 수단과,
    상기 축적 수단에 축적된 상기 대표값에 대응하는 제1 중요도와 상기 부가 정보로부터, 상기 대표값에 대응하는 제2 중요도를 산출하는 제2 중요도 산출 수단
    을 포함하고,
    상기 기준점 추정 수단은, 상기 축적 수단에 의해 축적된 소정수 N의 대표값의, 각 축 성분을 좌표값으로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 상기 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도 산출 수단에 의해 산출된 소정수 N의 제2 중요도로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 정해지는 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 중요도 산출 수단은, 상기 대표값에 대응하는 상기 축적 수단에 축적된 부가 정보로부터 산출한 중요도와, 상기 대표값에 대응하는 상기 축적 수단에 축적된 제1 중요도로부터 상기 제2 중요도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 기준점 추정 수단은,
    상기 축적 수단에 의해 축적된 소정수 N의 대표값군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 상기 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도 산출 수단에 의해 산출된 소정수 N의 제2 중요도군으로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 원 또는 구면을 정하고, 상기 원 또는 구면의 중심 좌표와 반경을 추정하고, 추정된 상기 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여, 상기 반경을 각 축의 기준 길이로 하고,
    상기 오프셋 보정 수단은,
    상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점을 기초로 하여, 상기 2축 또는 3축 가속도 데이터 각각의 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 기준점 추정 수단은,
    상기 축적 수단에 의해 축적된 소정수 N의 대표값군의 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포와, 상기 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도 산출 수단에 의해 산출된 소정수 N의 제2 중요도군으로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 또는 3차원 직교 좌표 공간 상에 타원 또는 타원체면을 정하고, 상기 타원 또는 타원체면의 중심 좌표와 각 주축의 반경을 추정하고, 추정된 상기 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여, 상기 각 주축의 반경을 각 축의 기준 길이로 하고,
    상기 오프셋 보정 수단은,
    상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점과 각 축의 기준 길이를 기초로 하여, 상기 2축 또는 3축 가속도 데이터 각각의 오프셋 및 감도를 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 대표값 산출 수단은,
    상기 소정수 M의 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 평균값을 대표값로서 산출하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1 중요도 산출 수단은,
    상기 소정수 M의 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 편차를 산출하는 수단과,
    중요도 A를 산출하는 수단을 포함하고,
    상기 중요도 A는 상기 편차가 작아지는 만큼 높아지는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 편차는,
    상기 소정수 M의 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 각 축의 분산의 합, 또는 상기 각 축의 분산의 최대값인 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 편차는,
    상기 소정수 M의 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 각 축의 최대값과 최소값의 차이의 제곱합, 또는 상기 각 축의 최대값과 최소값의 차이 중 최대값의 제곱인 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  12. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 부가 정보 중 하나는,
    상기 대표값 산출 수단이 대표값을 산출할 때 사용한 상기 2축 또는 3축 가속도 데이터군을 상기 가속도 검출 수단이 검출했을 때의 온도이며,
    상기 제2 중요도 산출 수단은,
    상기 부가 정보 중 하나인, 상기 가속도 검출 수단이 데이터를 검출한 시점에서의 온도와, 해당되는 제2 중요도 산출 수단에 의해 중요도 산출 중의 시점에서의 온도의 차이에 기초하여 중요도 B를 산출하는 수단을 구비하고,
    상기 중요도 B는 상기 온도의 차이가 커지는 만큼 낮아지는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  13. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 부가 정보 중 하나는,
    상기 대표값 산출 수단이 대표값을 산출할 때 사용한 상기 2축 또는 3축 가속도 데이터군을 상기 가속도 검출 수단이 검출했을 때의 시간이며,
    상기 제2 중요도 산출 수단은,
    상기 부가 정보 중 하나인, 상기 가속도 검출 수단이 데이터를 검출한 시점에서의 시간과, 해당되는 제2 중요도 산출 수단에 의해 중요도 산출 중의 시점에서의 시간의 차이가 기초하여 중요도 C를 산출하는 수단을 포함하고,
    상기 중요도 C는 상기 시간의 차이가 커지는 만큼 낮아지는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  14. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 대표값 산출 수단에 의해 산출된 대표값을 선택하는 선택 수단을 더 포함하고,
    상기 선택 수단은,
    상기 제1 중요도 산출 수단에 의해 산출된 제1 중요도가, 소정값보다 높은 경우에, 상기 대표값 산출 수단에 의해 산출된 대표값을 선택하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 축적 수단은,
    상기 가속도 검출 수단의 검출 축과 선형의 관계가 되는 선형 축을 사전에 정하고,
    최대값을 비교할 때는, 상기 대표값로부터 해당 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도를 뺀 값끼리 비교하고, 최소값을 비교할 때는, 상기 대표값과 해당 대표값에 대응하는 상기 제2 중요도를 만족시키는 값끼리 비교하고,
    상기 선택 수단이 새로 선택한 대표값과, 상기 축적 수단에 축적되어 있는 대표값 중, 상기 가속도 검출 수단의 검출 축 또는 선형 축의 성분이, 최대 또는 최소가 되는 대표값을 선택적으로 축적하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 얻어진 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 상기 중요도로 가중값을 부여한 개수와, 해당 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 상기 중요도로 가중값을 부여한 각 축 성분의 합과, 해당 2축 또는 3축 가속도 데이터군의 각 축 성분의 제곱을 상기 중요도로 가중값을 부여한 값의 합과, 상기 기준점과 각 축의 기준 길이를 산출하기 위한 연립 방정식의 계수군과, 상기 기준점과 기준 길이를 유지하는 가공 데이터 유지 수단과,
    상기 가속도 데이터 취득 수단에 의해 얻어진 최신의 데이터와 해당 데이터에 대응하는 상기 중요도 산출 수단에 의해 산출된 중요도와, 상기 가공 데이터 유지 수단이 유지하는 최신의 각종 가공 데이터로부터, 상기 기준점과 각 축의 기준 길이를 추정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
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