KR101856675B1 - 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법 Download PDF

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KR101856675B1
KR101856675B1 KR1020170001370A KR20170001370A KR101856675B1 KR 101856675 B1 KR101856675 B1 KR 101856675B1 KR 1020170001370 A KR1020170001370 A KR 1020170001370A KR 20170001370 A KR20170001370 A KR 20170001370A KR 101856675 B1 KR101856675 B1 KR 101856675B1
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백광렬
한광일
김한솔
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 특정한 거리 간격으로 센서를 설치하고 이동하면서 자기장을 측정하여 앞 센서에서 측정한 자기장 정보와 뒤 센서에서 측정한 자기장 정보를 비교하여 속도를 측정하여 정확도를 높인 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 이동체에 부착된 앞의 자기장 센서(S1)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00060
, 뒤의 자기장 센서(S2)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00061
라 하면, 이동체의 이동 경로에 따른 회전각을 검출하는 회전각 검출부;검출된 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 지점을 검출하는 센서 통과지점 검출부;보간법을 이용하여 자기장 분포를 측정하는 자기장 분포 측정부;
Figure 112017001148758-pat00062
의 분포와
Figure 112017001148758-pat00063
의 분포를 이용하여 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하는 지연시간 계산부;상기 지연 시간 계산부에서 구해진 지연 시간을 이용하여 이동체의 이동 속도를 계산하는 속도 측정부;를 포함하는 것이다.

Description

자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring velocity of a moving object using a magnetic field sensor}
본 발명은 이동체 속도 측정에 관한 것으로, 구체적으로 특정한 거리 간격으로 센서를 설치하고 이동하면서 자기장을 측정하여 앞 센서에서 측정한 자기장 정보와 뒤 센서에서 측정한 자기장 정보를 비교하여 속도를 측정하여 정확도를 높인 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
실내 무인 운반차란 실내에서 설정된 경로를 자율적으로 주행하는 이동체를 말한다. 현재 실내 무인 운반차 사용량이 증가함에 따라 실내 무인 운반차 경로 주행하는 방법이 많이 연구되고 있다.
경로 주행하는 방법은 유도선을 따라 주행하는 유도 유선 방식과 가상의 경로를 설정하여 주행하는 무선 유도 방식이 있다.
유도 유선 방식은 무인 운반차가 이동할 경로를 자기장 테이프, 광학 테이프, RFID 등과 같은 유도선을 이용하여 운반차를 이동하게 하는 것이다.
무선 유도 방식은 외부에 초음파 송신기, 블루투스 비콘, Wifi등을 설치하여 현재 위치를 인식하며 이동하게 하는 것이다. 위 방식들은 경로 주행의 오차를 줄일 수 있다.
하지만, 외부의 센서를 이용하여 속도 측정하기 힘들기 때문에 INS와 엔코더를 이용하여 속도 측정하는 것이 보편적이다. INS와 엔코더는 센서 특성상 측정오차가 발생한다.
INS는 진동에 취약한 단점이 있다. 차체가 정지 상태일 때 진동과 움직일 때 진동이 다르기 때문에 진동으로 인한 노이즈를 분석하여 제거하기 어렵다.
또한, 온도에 따라 출력이 지수형태의 바이어스 오차를 가진다. 이에 따라 누적 연산을 이용하여 속도 측정을 할 때, 누적 오차가 발생한다.
엔코더는 Systematic 오차와 Nonsystematic 오차로 분류할 수 있다.
Systematic 오차는 좌우 바퀴의 직경 차이, 얼라이먼트가 맞지 않는 경우, 지면과 접촉하는 바퀴 부분이 불확실한 경우, 분해능 등에 의해 발생하는 오차를 말한다.
Nonsystematic 오차는 불균일한 바닥을 주행하는 경우, 장애물이 있는 경우, 미끄러운 바닥·외력·내력 등에 의한 슬립 등에 의해 발생하는 오차를 말한다.
따라서, 이와 같은 종래 기술의 INS와 엔코더를 이용한 속도 측정 방법의 문제를 해결할 수 있는 새로운 방식의 이동체의 속도 측정에 관한 기술의 개발이 요구되고 있다.
한국등록특허번호 10-1211222호 한국등록특허번호 10-1066252호 한국등록특허번호 10-1076008호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 이동체 속도 측정의 문제를 해결하기 위한 것으로, 특정한 거리 간격으로 센서를 설치하고 이동하면서 자기장을 측정하여 앞 센서에서 측정한 자기장 정보와 뒤 센서에서 측정한 자기장 정보를 비교하여 속도를 측정하여 정확도를 높인 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 자기장이 실내 위치마다 분포가 변하는 것을 이용하여 자기장 센서를 이용하여 이동체의 속도 측정을 하여 발산의 위험을 제거하고, INS와 엔코더를 이용한 속도 측정 방법의 문제를 해결할 수 있도록 한 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 간격이 가장 먼 센서들을 이용하여 속도 측정을 하고, 측정한 속도를 이용하여 일정 간격이상 있는 센서들만 속도측정 연산을 할 수 있게 그룹을 만들어 정확한 속도 측정을 할 수 있도록 한 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 곡선 주행시에 앞 센서가 지난 특정 지점을 뒤 센서가 정확하게 지나기 어려운 문제를 해결하기 위하여 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 특정지점이 뒤에 있는 두 센서 사이에서 지난 지점을 측정할 수 있도록 한 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치는 이동체에 부착된 앞의 자기장 센서(S1)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00001
, 뒤의 자기장 센서(S2)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00002
라 하면, 이동체의 이동 경로에 따른 회전각을 검출하는 회전각 검출부;검출된 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 지점을 검출하는 센서 통과지점 검출부;보간법을 이용하여 자기장 분포를 측정하는 자기장 분포 측정부;
Figure 112017001148758-pat00003
의 분포와
Figure 112017001148758-pat00004
의 분포를 이용하여 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하는 지연시간 계산부;상기 지연 시간 계산부에서 구해진 지연 시간을 이용하여 이동체의 이동 속도를 계산하는 속도 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 지연 시간 계산부에서 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하기 위하여, 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 크기를 판단하여
Figure 112017001148758-pat00005
를 지연시키면서
Figure 112017001148758-pat00006
와 일치하였을 때의 가장 큰 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 값을 구하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 방법은 이동체에 부착된 앞의 자기장 센서(S1)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00007
, 뒤의 자기장 센서(S2)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00008
라 하면, 이동체의 이동 경로에 따른 회전각을 검출하고, 검출된 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 지점을 검출하는 단계;자기장 분포를 측정하고,
Figure 112017001148758-pat00009
의 분포와
Figure 112017001148758-pat00010
의 분포를 이용하여 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하는 단계;구해진 지연 시간을 이용하여 이동체의 이동 속도를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 지연 시간을 측정하는 단계에서, 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하기 위하여, 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 크기를 판단하여
Figure 112017001148758-pat00011
를 지연시키면서
Figure 112017001148758-pat00012
와 일치하였을 때의 가장 큰 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 값을 구하는 것을 특징으로 한다.
그리고 이동체의 이동 속도를 계산하기 위하여, 앞 센서가 지난 지점에서 가장 먼 위치의 센서를 이용하여 속도를 측정하고, 측정 가능한 센서를 찾아 일정 간격이상 있는 센서들만 속도측정 연산을 할 수 있게 그룹을 만들어, 그룹에 포함된 센서들을 이용하여 측정한 속도를 이동체의 이동 속도 계산에 반영하여 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 일정 간격으로 센서를 설치하고 이동체가 이동하면서 자기장을 측정하여 앞 센서에서 측정한 자기장 정보와 뒤 센서에서 측정한 자기장 정보를 비교하여 속도를 측정하여 정확도를 높일 수 있다.
둘째, 자기장이 위치마다 분포가 변하는 것을 이용하여 자기장 센서를 이용하여 이동체의 속도 측정을 하여 발산의 위험을 제거하고, INS와 엔코더를 이용한 속도 측정 방법의 문제를 해결할 수 있다.
셋째, 간격이 가장 먼 센서들을 이용하여 속도 측정을 하고, 측정한 속도를 이용하여 일정 간격이상 있는 센서들만 속도측정 연산을 할 수 있게 그룹을 만들어 정확한 속도 측정을 할 수 있다.
넷째, 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 특정지점이 뒤에 있는 두 센서 사이에서 지난 지점을 측정하여 곡선 주행시에 앞 센서가 지난 특정 지점을 뒤 센서가 정확하게 지나기 어려운 문제를 해결할 수 있다.
도 1a는 시간별 지구 자기장 변화 특성 그래프
도 1b는 실내 자기장 분포 특성 그래프
도 2는 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 자기장 센서 구성도
도 3은 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 자기장 세서를 이용하여 측정한 자기장 분포도
도 5는 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 방법을 나타낸 플로우 차트
도 6은 측정 신뢰도를 높이기 위한 속도 측정 방법을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 자기장 센서 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법은 특정한 거리 간격으로 센서를 설치하고 이동하면서 자기장을 측정하여 앞 센서에서 측정한 자기장 정보와 뒤 센서에서 측정한 자기장 정보를 비교하여 속도를 측정하여 정확도를 높인 것이다.
이와 같은 본 발명은 곡선 주행시에 앞 센서가 지난 특정 지점을 뒤 센서가 정확하게 지나기 어려운 문제를 해결하기 위하여 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 특정지점이 뒤에 있는 두 센서 사이에서 지난 지점을 측정하는 구성을 포함한다.
또한, 간격이 가장 먼 센서들을 이용하여 속도 측정을 하고, 측정한 속도를 이용하여 일정 간격이상 있는 센서들만 속도측정 연산을 할 수 있게 그룹을 만드는 구성을 포함하여 정확도를 높일 수 있도록 한다.
실내에서 자기장은 여러 가지 요인에 의해 형성된다. 크게 지구에 의한 지구 자기장, 실내 구조물 두 가지로 나눌 수 있다.
도 1a는 시간별 지구 자기장 변화 특성 그래프이고, 도 1b는 실내 자기장 분포 특성 그래프이다.
지구 자기장이란 지구 내부로부터 태양풍과 만나는 곳까지 뻗어 나가는 자기장을 말한다. 규모 범위는 25~65μT(0.25~0.65G)이다.
회전축에 대하여 10° 기울어진 쌍극자 필드이다. 그러나 지구의 외핵에서 용융된 철 합금의 움직임에 의해 생성되기 때문에 막대자석의 자기장과는 달리, 지구의 자기장은 도 1b에서와 같이 오랜 시간에 거쳐 변화한다.
그리고 자기장은 전류가 흐르는 방향과 세기에 따라 자기장이 다양하게 형성되며, 자성체에 의해서도 형성된다.
실내에는 건물을 지탱하기 위한 구조물, 전자 제품, 자석들이 많이 존재한다. 이에 따라 실내에서 측정되는 자기장은 많은 요인에 의해서 변화하여 자기장 분포를 예측하기 어려운 점이 있다.
또한, 실내 구조물은 거의 바뀌지 않지만 전자 제품, 자성을 띠는 물체의 위치는 비주기적인 시간마다 바뀌므로, 도 1b에서와 같이 자기장은 측정하지 않으면 예상하기 힘들다.
본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치는 도 2에서와 같이, 이동체를 움직이는 방향과 수평하게 이동체의 앞, 뒤에 자기장 센서를 설치한다.
일정 거리 간격으로 센서를 설치하고 이동하면서 자기장을 측정한다.
정확한 직선 주행을 할 때는 앞 센서가 지난 특정 지점을 뒤의 센서가 그 지점을 지나게 될 것이다.
이때는 도 4에서와 같이 일정 시간 지연된 자기장 분포가 측정되는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 자기장 세서를 이용하여 측정한 자기장 분포도이다.
하지만, 곡선 주행을 한다면 앞 센서가 지난 특정 지점을 뒤 센서가 정확하게 지나기 어렵다.
이 문제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치는 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 특정지점이 뒤에 있는 두 센서 사이에서 지난 지점을 측정할 수 있도록 한다.
자기장 분포는 작은 거리에서 크게 변화하지 않으므로 Sn_1과 Sn_2 사이에서는 선형적으로 변화한다고 할 수 있다.
그러므로 보간(Interpolation)을 이용하여 Sn_1과 Sn_2 사이 지점의 자기장 분포를 알 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 구체적인 구성은 다음과 같다.
앞의 자기장 센서(S1)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00013
, 뒤의 자기장 센서(S2)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00014
라 한다.
도 3에서와 같이, 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치는 이동체의 이동 경로에 따른 회전각을 검출하는 회전각 검출부(31)와, 검출된 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 지점을 검출하는 센서 통과지점 검출부(32)와, 보간법을 이용하여 자기장 분포를 측정하는 자기장 분포 측정부(33)와,
Figure 112017001148758-pat00015
의 분포는
Figure 112017001148758-pat00016
의 분포를 이용하여 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하는 지연시간 계산부(34)와, 상기 지연 시간 계산부(34)에서 구해진 지연 시간을 이용하여 이동체의 이동 속도를 계산하는 속도 측정부(35)를 포함한다.
여기서, 지연시간 계산부(34)는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하기 위하여, 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 크기를 판단하여
Figure 112017001148758-pat00017
를 지연시키면서
Figure 112017001148758-pat00018
와 일치하였을 때의 가장 큰 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 값을 구한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 이동체 속도 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 6은 측정 신뢰도를 높이기 위한 속도 측정 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
이동체는 바퀴와 수직한 방향으로 이동할 수 없다. 그러므로 도 2에서와 같이, 이동체의 바퀴방향과 평행한 방향으로 이동체 중심에 일정한 거리 간격을 유지하여 복수개의 지자기 센서를 부착 구성한다.
이동체가 이동하며 자기장을 측정하면 자기장 분포는 지연이 생기면서 측정된다.
이동체의 방향에 따라 X, Y는 달라진다. 그러므로 이동체의 좌우 진동에 따라 X, Y 방향 자기장은 방향이 달라지게 된다. 하지만 Z 방향 자기장은 이동체의 수직 방향을 가리키기 때문에 이동체의 방향이 다르더라도 지점이 같다면 같은 방향의 자기장을 측정한다. 그러므로 본 발명에 따른 이동체 속도 측정 방법에서의 알고리즘 연산할 때 Z방향 자기장을 이용하는 것이 가장 적합하다.
이동체가 직진 운동할 때 앞서나가는 센서를 S1라 하고 뒤 따라가는 센서를 S2라고 한다.
직진 운동한다면 S1이 지난 지점은 항상 S2가 지날 것이다.
이때 S1이 특정 지점을 지난 후, S2가 그 지점을 지나는 데 걸린 시간 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
S1과 S2가 측정한 자기장은 수학식 1에서와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017001148758-pat00019
본 발명의 실시 예에서와 같이 3축 지자기 센서를 사용하면 수학식 2에서와 같이 X, Y, Z 방향의 분포를 모두 알 수 있다.
Figure 112017001148758-pat00020
앞의 자기장 센서(S1)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00021
, 뒤의 자기장 센서(S2)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00022
라 한다.
Figure 112017001148758-pat00023
의 분포는
Figure 112017001148758-pat00024
의 분포가 지연된 것과 같다. 지연된 시간을 측정하기 위해
Figure 112017001148758-pat00025
을 일정 시간씩 지연시키면서
Figure 112017001148758-pat00026
와 교차 상관계수(Cross correlation coefficient)를 계산하면 수학식 3에서와 같다.
Figure 112018025159960-pat00027
여기서,
Figure 112018025159960-pat00071
는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 데이터의 시간 차이,
Figure 112018025159960-pat00072
는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 데이터의 교차 상관계수,
Figure 112018025159960-pat00073
는 기댓값 연산자,
Figure 112018025159960-pat00074
은 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2)의 인덱스,
Figure 112018025159960-pat00075
는 표준 편차,
Figure 112018025159960-pat00076
는 기댓값,
Figure 112018025159960-pat00077
는 자기장 센서(S1)의 자기장 데이터,
Figure 112018025159960-pat00078
는 자기장 센서(S2)의 자기장 데이터이다.
교차 상관계수(Correlation Coefficient)란 두 개의 연속 시간 랜덤과정
Figure 112017001148758-pat00028
와
Figure 112017001148758-pat00029
의 상관관계를 말한다.
이때 상관계수(Correlation coefficient)는 두 랜덤과정 간의 연관된 정도를 나타낼 뿐 인과관계를 설명하는 것은 아니다.
Figure 112017001148758-pat00030
를 지연시키면서
Figure 112017001148758-pat00031
와 일치하였을 때 가장 큰 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 값을 가질 것이다.
이때 교차 상관계수(Cross correlation coefficient)가 가장 클 때
Figure 112017001148758-pat00032
가 센서 사이의 거리를 이동하는데 걸린 시간은 수학식 4에서와 같다.
Figure 112018025159960-pat00033
여기서,
Figure 112018025159960-pat00079
는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 데이터의 시간 차이,
Figure 112018025159960-pat00080
는 최댓값 계산 연산자,
Figure 112018025159960-pat00081
는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 데이터의 교차 상관계수이다.
이와 같이 센서 사이를 이동한 시간을 측정하여 수학식 5, 수학식 6에서와 같이 속도를 계산할 수 있다.
Figure 112017001148758-pat00034
Figure 112017001148758-pat00035
본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 이동체 속도 측정 방법은 도 5에서와 같이, 앞의 자기장 센서(S1)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00036
, 뒤의 자기장 센서(S2)가 측정한 자기장을
Figure 112017001148758-pat00037
라 하고, 이동체의 이동 경로에 따른 회전각을 검출한다.(S501)
이어, 검출된 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 지점을 검출한다.(S502)
그리고 보간법을 이용하여 자기장 분포를 측정한다.(S503)
Figure 112017001148758-pat00038
의 분포는
Figure 112017001148758-pat00039
의 분포가 지연된 것과 같은 것을 이용하여 지연된 시간을 측정하기 위해
Figure 112017001148758-pat00040
을 일정 시간씩 지연시키면서
Figure 112017001148758-pat00041
와 교차 상관계수(Cross correlation coefficient)를 계산한다.(S504)
교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 크기를 판단하여(S506)
Figure 112017001148758-pat00042
를 지연시키면서
Figure 112017001148758-pat00043
와 일치하였을 때의 가장 큰 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 값을 구한다.(S507)
이어, 교차 상관계수(Cross correlation coefficient)가 가장 클 때
Figure 112017001148758-pat00044
가 센서 사이의 거리를 이동하는데 걸린 시간을 구한다.(S507)
그리고 이와 같이 센서 사이를 이동한 시간을 측정하여 이동체의 이동 속도를 계산한다.(S508)
이와 같은 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치의 이동체 속도 측정 방법에서 속도 측정 알고리즘의 신뢰도를 높이기 위하여 도 6에서와 같은 방법을 적용한다.
앞 센서가 지난 지점에서 가장 먼 위치의 센서를 이용하여 속도를 측정하고(S601), 측정 가능한 센서를 찾아 일정 간격이상 있는 센서들만 속도측정 연산을 할 수 있게 그룹을 만든다.(S602)
그룹에 포함된 센서들을 이용하여 측정한 속도를 이동체의 이동 속도 계산에 반영하여 신뢰도를 높이고(S603), 속도를 추정한다.(S604)
일정한 거리 간격으로 여러 개의 센서를 부착하면 가까운 간격으로 부착된 센서의 속도 측정 범위는 작을 것이다.
이때, 속도 측정하는 알고리즘 연산을 하는 것은 불필요한 작업이 될 것이다. 이를 방지하기 위해 간격이 가장 먼 센서들을 이용하여 속도 측정을 한다.
측정한 속도를 이용하여 일정 간격이상 있는 센서들만 속도측정 연산을 할 수 있게 그룹을 만들어준다. 이를 통하여 보다 정확한 속도 측정을 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치 및 방법은 특정한 거리 간격으로 센서를 설치하고 이동하면서 자기장을 측정하여 앞 센서에서 측정한 자기장 정보와 뒤 센서에서 측정한 자기장 정보를 비교하여 속도를 측정하여 정확도를 높인 것이다.
이와 같은 본 발명은 곡선 주행시에 앞 센서가 지난 특정 지점을 뒤 센서가 정확하게 지나기 어려운 문제를 해결하기 위하여 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 특정지점이 뒤에 있는 두 센서 사이에서 지난 지점을 측정하는 구성을 포함하고, 간격이 가장 먼 센서들을 이용하여 속도 측정을 하고, 측정한 속도를 이용하여 일정 간격이상 있는 센서들만 속도측정 연산을 할 수 있게 그룹을 만드는 구성을 포함하여 정확도를 높일 수 있도록 한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
31. 회전각 검출부 32. 센서 통과지점 검출부
33. 자기장 분포 측정부 34. 지연시간 계산부
35. 속도 측정부

Claims (7)

  1. 이동체에 부착된 앞의 자기장 센서(S1)가 측정한 자기장을
    Figure 112017001148758-pat00045
    , 뒤의 자기장 센서(S2)가 측정한 자기장을
    Figure 112017001148758-pat00046
    라 하면,
    이동체의 이동 경로에 따른 회전각을 검출하는 회전각 검출부;
    검출된 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 지점을 검출하는 센서 통과지점 검출부;
    보간법을 이용하여 자기장 분포를 측정하는 자기장 분포 측정부;
    Figure 112017001148758-pat00047
    의 분포와
    Figure 112017001148758-pat00048
    의 분포를 이용하여 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하는 지연시간 계산부;
    상기 지연 시간 계산부에서 구해진 지연 시간을 이용하여 이동체의 이동 속도를 계산하는 속도 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지연 시간 계산부에서 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하기 위하여,
    교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 크기를 판단하여
    Figure 112017001148758-pat00049
    를 지연시키면서
    Figure 112017001148758-pat00050
    와 일치하였을 때의 가장 큰 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 값을 구하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 장치.
  3. 이동체에 부착된 앞의 자기장 센서(S1)가 측정한 자기장을
    Figure 112017001148758-pat00051
    , 뒤의 자기장 센서(S2)가 측정한 자기장을
    Figure 112017001148758-pat00052
    라 하면,
    이동체의 이동 경로에 따른 회전각을 검출하고, 검출된 회전각을 이용하여 앞 센서가 지난 지점을 검출하는 단계;
    자기장 분포를 측정하고,
    Figure 112017001148758-pat00053
    의 분포와
    Figure 112017001148758-pat00054
    의 분포를 이용하여 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하는 단계;
    구해진 지연 시간을 이용하여 이동체의 이동 속도를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 지연 시간을 측정하는 단계에서,
    자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 사이의 지연 시간을 측정하기 위하여, 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 크기를 판단하여
    Figure 112017001148758-pat00055
    를 지연시키면서
    Figure 112017001148758-pat00056
    와 일치하였을 때의 가장 큰 교차 상관계수(Cross correlation coefficient) 값을 구하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 이동체의 이동 속도를 계산하기 위하여,
    앞 센서가 지난 지점에서 가장 먼 위치의 센서를 이용하여 속도를 측정하고, 측정 가능한 센서를 찾아 일정 간격이상 있는 센서들만 속도측정 연산을 할 수 있게 그룹을 만들어, 그룹에 포함된 센서들을 이용하여 측정한 속도를 이동체의 이동 속도 계산에 반영하여 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 교차 상관계수(Cross correlation coefficient)는,
    Figure 112018025159960-pat00057

    으로 계산되고,
    Figure 112018025159960-pat00082
    는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 데이터의 시간 차이,
    Figure 112018025159960-pat00083
    는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 데이터의 교차 상관계수,
    Figure 112018025159960-pat00084
    는 기댓값 연산자,
    Figure 112018025159960-pat00085
    은 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2)의 인덱스,
    Figure 112018025159960-pat00086
    는 표준 편차,
    Figure 112018025159960-pat00087
    는 기댓값,
    Figure 112018025159960-pat00088
    는 자기장 센서(S1)의 자기장 데이터,
    Figure 112018025159960-pat00089
    는 자기장 센서(S2)의 자기장 데이터인 것을 특징으로 하는 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 교차 상관계수(Cross correlation coefficient)가 가장 클 때 센서 사이의 거리를 이동하는데 걸린 시간은,
    Figure 112018025159960-pat00058
    으로 계산되고,
    센서 사이를 이동한 시간을 측정하여 계산되는 이동체의 속도는
    Figure 112018025159960-pat00059
    이고,
    Figure 112018025159960-pat00090
    는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 데이터의 시간 차이,
    Figure 112018025159960-pat00091
    는 최댓값 계산 연산자,
    Figure 112018025159960-pat00092
    는 자기장 센서(S1)와 자기장 센서(S2) 데이터의 교차 상관계수인 것을 특징으로 하는 자기장 센서를 이용한 이동체의 속도 측정 방법.
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