KR20060111246A

KR20060111246A - 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법및 그 장치

Info

Publication number: KR20060111246A
Application number: KR1020050093178A
Authority: KR
Inventors: 권오조; 최원태; 김창현
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2006-10-26
Also published as: CN1854763A

Abstract

본 발명은 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 2축 지자기센서의 한 축을 수직으로 세운 상태에서 측정된 지자계의 값이 Z축 성분의 지자계의 값과 동일하다는 원리를 이용하여, 2축 지자기센서의 2축을 이용하여 Z축의 지자계의 값을 구할 수 있다. 이에 의해, 방위각을 쉽게 계산할 수 있기 때문에 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상시킬 수 있다. 따라서, 기울임이 발생하여도 항상 일정한 방위각을 출력할 수 있는 효과가 있다.

또한, 2축 지자기센서와 가속도센서의 모듈이 모바일기기에 사용된 경우, 사용자가 모바일기기를 수직으로 세우거나 또는 상하로 회전시키는 간단한 동작에 의해 상기 2축 지자기센서에서 3축의 지자계 값을 자동으로 측정할 수 있기 때문에 기울임에 의해 변형된 방위각을 보상함으로써, 항상 일정한 방위각을 출력할 수 있는 효과가 있다.

Description

2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법 및 그 장치{METHOD OF COMPENSATING TILT USING TWO-AXIS GEOMAGNETIC SENSOR AND ACCELERATION SENSOR, AND APPARATUS THEREOF}

도 1은 일반적인 수평지자계와 기울어진 지자계를 나타낸 도면

도 2는 일반적인 수평지자계와 지자계의 복각을 나타낸 도면

도 3은 종래의 2축 지자기센서를 이용하여 복각을 측정 방법을 나타낸 흐름도

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법의 원리를 설명하기 위한 도면으로,

도 4a는 지구 수평지자계의 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향을 나타내는 도면이고,

도 4b는 지자기센서의 X축과 Y축이 수평지자계의 X축과 Y축에 수평으로 정렬된 상태를 나타낸 도면이며,

도 4c는 지자기센서의 X축과 수평지자계의 Z축이 수평으로 정렬된 상태를 나타낸 도면이다.

도 5a는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 간략하게 나타낸 블록도

도 5b는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 2축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 간략하게 나타낸 블록도

도 6은 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용하여 Z축 성분(Z_i)을 측정하는 방법을 나타낸 흐름도

도 7은 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 2축 가속도센서를 이용하여 Z축 성분(Z_i)을 측정하는 방법을 나타낸 흐름도

도 8은 종래의 기울임 보상 장치와 본 발명의 기울임 보상 장치를 비교 설명하기 위한 도면으로,

도 8a는 종래의 3축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 나타낸 개략도이고,

도 8b는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 나타낸 개략도이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 이용하여 기울임을 보상하는 방법을 설명하기 위한 설명도로서,

도 9a는 상기 기울임 보상 장치를 X축의 수직 상태로 움직이는 경우의 모습을 나타낸 도면이고,

도 9b는 상기 기울임 보상 장치를 Y축의 수직 상태로 움직이는 경우의 모습을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100 : 2축 지자기센서 200 : 3축 가속도센서

210 : 2축 가속도센서 300, 310 : 마이콤(Micom)

본 발명은 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임(tilt) 보상 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용하여 기울임에 의해 변형된 방위각을 보상시킴으로써, 항상 일정한 방위각을 출력할 수 있는 기울임 보상을 하는 2축 지자기센서를 이용한 기울임 보상 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지자기센서는 지구자기(또는, 지자계)의 세기를 측정하여 방위각을 검출하는 센서로서, 일반 자침을 이용한 나침반과 비교할 때 출력을 디지털 방식으로 개선한 전자나침반으로 응용이 가능하다.

상기 지구자기를 측정하여 방위각을 출력하기 위해서는 상기 지구자기를 측정하기 위한 2축의 지자기센서만 있으면 가능하다. 그러나 이는 상기 지자기센서가 지구 표면에 수평으로 있는 경우에만 가능하며, 상기 지자기센서가 지구 표면의 수평방향에서 기울어질 경우에는 방위각 측정시 오차가 발생하게 된다. 이때 발생하는 오차는 상기 지자기센서가 기울어진 각도에 따라 크게 발생하게 된다.

여기서, 상기 지자기센서가 기울어짐으로써 방위각 오차가 발생하는 이유는 상기 지구자기가 지면과 수평으로 존재하지 않고 일정한 각을 이루면서 형성되어 있기 때문이다. 측정 결과에 의하면 지구자기는 지구의 위도에 따라 지면과 이루는 각이 달라짐을 알 수 있다. 보통 지구의 적도 부근에서는 지면과 수평을 이루고 있으나 지구의 극점인 북극이나 남극으로 갈수록 지면과 이루는 각이 증가하여 극점 부근에서는 거의 수직에 가깝게 각을 이루면서 형성이 된다.

상기 지자기센서의 기울임(tilt)에 의한 방위각 오차를 보상하기 위해서는 3축의 지자기센서와 2축의 가속도센서가 필요하다. 상기 3축 지자기센서는 3차원 공간에 존재하는 지구자기의 크기와 방향을 정확하게 측정하는 역할을 수행하며, 상기 가속도센서는 상기 지자기센서의 각축이 얼마나 기울어져 있는지를 측정하여 기울임을 보상할 기울임 각을 측정하는 기능을 수행한다. 이때, 상기 가속도센서는 지구 중력을 측정하게 되며 각 축에 측정되는 지구 중력 변화를 측정하여 상기 지자기센서의 기울임 정도를 측정할 수 있게 된다.

위에서 설명한 바와 같이, 상기 지자기센서의 기울임을 보상하기 위해서는 3축의 지자기센서가 필요하지만, 3축 지자기센서의 경우 센서의 물리적 특성으로 인하여 제조가 어려우며, 제조한 이후에도 센서의 각 축에 대한 보상이 복잡하여 상용화되기 어려운 단점이 있었다. 따라서, 근래에는 2축 지자기센서를 이용한 기울임 보상 방법에 대한 연구가 대두되고 있다.

도 1은 일반적인 수평지자계와 기울어진 지자계를 나타낸 도면이다.

도 1에서 X_h, Y_h, Z_h는 지자기 센서가 지면의 수평면과 수평 상태에 있을 경 우에 X축, Y축, Z축에서 측정된 수평 지자계의 값이고, X_t, Y_t, Z_t는 지자기 센서가 지면의 수평면과 소정의 각도로 기울여진 상태에서 측정된 지자계의 값이다. 그리고,

및

는 가속도센서의 출력에서 구해지는 기울임 각도로서, 상기

는 수평 지자계의 X축이 기울어진 각을 의미하고, 상기

는 수평 지자계의 Y축이 기울어진 각을 의미한다.

그러면, 종래의 2축 지자기센서를 이용하여 기울임(tilt)를 보상하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 2축 지자기센서를 이용하여 방위각(Ψ)을 측정하기 위해 우선 상기 2축 지자기센서를 지면과 수평으로 놓고, 상기 X축 및 Y축에서 측정되는 지자계의 값(X_h)(Y_h)을 측정한다. 이때, 지구 자기를 H로 나타내면 수평지자계에서의 지구자기(H)는 다음과 같다.

H = X_h + Y_h + Z_h

상기 X축 및 Y축에서 측정된 2개의 신호(X_h)(Y_h)를 tan^-1하면 원하는 방위각(Ψ)을 계산할 수 있다. 따라서, 상기 수학식 1로부터 방위각(Ψ)은 다음과 같이 구할 수 있다.

이때, 상기 2축 지자기센서가 기울여지게 되면 기울임 보상을 위한 복잡한 수식이 필요하게 되며 보상 수식은 다음과 같다.

여기서, X_t, Y_t, Z_t는 상기 2축 지자기센서가 지면과 기울여진 상태에서 측정된 지자계의 값을 나타내며,

는 기울여진 상기 2 축 지자기센서의 출력을 지면과 수평상태의 출력으로 변환하는 벡터값이며, X_h, Y_h, Z_h는 상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 수평 상태에 있을 경우에 3축에서 측정된 지자계의 값이다.

이때, 이용되는 벡터값(

)은 다음과 같다.

이때, 상기 수학식 4를 상기 수학식 3에 대입하여 상기 X_h, Y_h, Z_h에 관하여 정리하면 다음과 같다.

여기서,

및

는 가속도센서의 출력에서 구해지는 기울임 각도로서, 상기

는 수평 지자계의 X축이 기울어진 각을 의미하고, 상기

는 수평 지자계의 Y축이 기울어진 각을 의미한다.

상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 기울여진 상태에서의 방위각(Ψ)은 상기 수학식 5와 상기 수학식 6을 상기 수학식 1에 대입하여 구하면 다음과 같다.

한편, 3축 지자기센서를 이용한 기울임 보상의 경우 X_t, Y_t, Z_t를 모두 측정하기 때문에 위에 나열된 수식 외에 별다른 수식이 필요 없으나, 상기 2축 지자기센서를 이용하는 경우 Z축의 지자계의 값(Z_t)를 측정할 수 없기 때문에 Z_t를 따로 계산해야 한다.

상기 수학식 7에서 Z_t에 관하여 정리하면 다음과 같다.

여기서, Z_t를 계산하기 위해서는 Z_h값(=sinλ)을 알아야 하며, Z_h를 계산하기 위해서는 지구자기가 지면의 수평면과 이루는 각{=복각(λ)}을 알아야 한다. 상기 복각(λ)은 지구자기의 수직 성분이 그 지면의 수평면과 이루는 각으로, 보통 위도가 높아짐에 따라 커지고 북반부와 남반부에서 그 반대가 된다.

도 2는 일반적인 수평지자계와 지자계의 복각을 나타낸 도면이다.

상기 도 2에서, X_h, Y_h, Z_h는 상기 2축 지자기 센서가 지면과 수평 상태에 있을 경우에 X축, Y축, Z축에서 측정된 수평지자계의 값을 의미하고, X_d, Y_d, Z_d는 지자계의 값을 의미하며, N_m은 자북을 나타낸다. 여기서, 상기 지자계(X_d,Y_d,Z_d)와 수평지자계(X_h,Y_h,Z_h)가 이루는 각이 복각(λ)이 된다.

상기 2축 지자기센서가 지면과 기울여진 상태에서 X축, Y축, Z축에서 측정된 신호크기의 값(X_d, Y_d, Z_d)은 다음과 같다.

만약, 상기 2축 지자기센서에서 측정된 X축, Y축, Z축의 지자기 값(X_d, Y_d, Z_d)이 하기의 수학식 11과 같이 (1, 0, 0)라 하고 지구자기의 크기가 1이라 하면, 하기의 수학식 10에서 Z_h를 다음과 같이 구할 수 있다.

여기서, Z_h는 상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 수평 상태에 있을 경우 Z축에서 측정된 수평좌표계의 값이다.

결국, 상기 2축 지자기센서의 기울임을 보상하기 위해 Z_h값을 측정하지 않지 않고도 복각(λ)을 알면 상기 수학식 12에서 상기 Z_h값을 구할 수 있고, 상기 Z_h값을 상기 수학식 9에 대입하면 Z_t값을 구할 수 있다. 따라서, 상기 2축 지자기센서를 이용하여 3축의 X_t, Y_t, Z_t 값을 모두 구할 수 있기 때문에 각 방위각에서의 복각 오차율을 보상할 수 있다.

그러면, 종래의 2축 지자기센서를 이용하여 복각을 측정 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 종래의 2축 지자기센서를 이용하여 복각을 측정 방법을 나타낸 흐름 도이다.

먼저, 2축 지자기센서를 지면의 수평면과 수평상태로 유지한 후(단계 S11), 상기 2축 지자기센서에서 출력되는 임의의 방위각을 기준 방위각(Ψ_a)으로 설정한다(단계 S12).

그 다음, 상기 2축 지자기센서를 상기 기준 방위각(Ψ_a)에서 소정의 각도로 기울여서 기울어진 상태를 유지한다(단계 S13).

그 다음, 상기 2축 지자기센서가 기울어진 이후 변화된 방위각(Ψ_b)을 다음과 같은 방법에 의해 측정한다(단계 S30).

먼저, 상기 수학식 10에서 상기 복각(λ)을 -90°에서 90°까지 1°씩 변화시키면서 각각의 복각(λ)에 대한 방위각(Ψ_b)을 각각 계산하여 저장한다(단계 S14 내지 단계 S18).

상기 복각(λ)을 이용하여 방위각(Ψ_b)을 계산하는 방법은 다음과 같다.

우선, 상기 -90°에서 90°까지 1°씩 변화시킨 복각(λ)을 상기 수학식 12에 대입하여, 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 수평 상태에 있을 경우 Z축에서 측정된 지자계의 값(Z_h)을 계산한다. 그리고, 상기 Z_h값을 상기 수학식 9에 대입하여 Z_t(2축 지자기센서가 지면의 수평면과 기울여진 상태에서 측정된 Z축의 지자계 값)를 계산한 다음, 상기 Z_t값을 상기 수학식 8에 대입하여 변화된 방위각(Ψ)을 계산한다.

한편, 상기 -90°에서 90°까지 1°씩 변화하는 복각(λ)에 대한 상기 방위각(Ψ_b)의 범위는 1°에서 180°범위를 갖는다. 그리고, 상기 복각(λ)의 범위는 상기와 같이 ±90°범위로 설정할 수도 있고, 사전에 설정된 복각(λ)의 범위 내에서 소정의 범위(예를 들어, 1°씩)로 변화시키면서 계산할 수도 있다.

그 다음, 상기 기준방위각(Ψ_a)과 측정 계산된 방위각(Ψ_b)을 비교하여, 상기 기준방위각(Ψ_a)과 편차가 가장 작은 방위각을 찾아낸다(단계 S19).

그 다음, 상기 찾아낸 방위각에 적용된 복각(λ)을 해당 방위각에서의 복각(λ)으로 설정하여 저장한다(단계 S20 내지 S21).

그러나, 종래의 2축 지자기센서를 이용한 기울임(tilt) 보상 방법은 상기와 같이 자구자기와 지면이 이루는 복각(λ)을 측정하여 2축 지자기센서의 기울임을 보상하는 방식을 사용하였으나, 앞에서 설명한 바와 같이 복각(λ)을 측정하는 과정이 복잡하고 어렵기 때문에 기울임 보상이 어려운 문제점이 있었다.

그리고, 종래에는 상기 2축 지자기센서를 수평 상태에 두고 기준 방위각(Ψ_a)을 설정해야 하는데, 상기 기준 방위각(Ψ_a)을 일부 방위각(예를 들어, 0°, 90°, 180°, 270°) 부근의 값으로 설정할 경우 방위각 오차가 크게 발생하기 때문에 상기 기준 방위각(Ψ_a)을 특정한 영역으로만 제한해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 상기 2축 지자기센서를 이용하여 기울임을 보정할 경우에는 상하 방향(PITCH)으로만 상기 2축 지자기센서가 변화가 되도록 해야 하지만, 실제로는 상하 방향(PITCH) 뿐만 아니라 좌우 방향(YAW)으로도 회전이 발생하기 때문에, 방위각 오차에 따른 기울임(tilt) 보상이 제대로 되지 않은 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 상기 2축 지자기센서를 지면의 수평면과 수평 방향으로 유지시켜 기준방위각(Ψ_a)을 설정하는 단계에서부터 2축 지자기센서를 상기 기준방위각(Ψ_a)으로부터 소정의 각도로 기울인 다음, 변화된 방위각(Ψ_b)에 대한 복각(λ)을 입력할 때까지 일정 시간동안 그대로 멈추고 있어야 하는 일련의 과정을 사용자가 직접해야 하기 때문에 번거롭고 불편한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 2축 지자기센서의 2축과 가속도센서를 이용하여 Z축의 지자계의 값을 알 수 있도록 함으로써, 기울임에 의해 변형된 방위각을 간단히 보상할 수 있는 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 2축 지자기센서와 가속도센서의 모듈이 모바일기기에 사용된 경우, 사용자가 모바일기기를 수직으로 세우거나 또는 상하로 회전시키는 동작에 의해 상기 2축 지자기센서에서 지자계의 수직성분을 측정하여 기울임에 의해 변형된 방위각을 자동으로 보상하도록 하는 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법은, 소정의 각도로 기울어진 X축과 Y축의 지자계 값을 2축 지자계센서에서 측정하는 단계; 상기 기울어진 상태에서 X축과 Y축 및 Z축의 중력 가속도 값을 3축 가속도센서에서 측정하는 단계; 상기 Z축과 상기 X축 또는 Y축의 중력 가속도 값이 실질적으로 모두 영(zero)일 때 상기 2축 지자기센서의 Y축 또는 X축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 Y축 또는 X축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 및 상기 3축의 지자계 값을 이용하여 방위각을 계산하여 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 Z축과 상기 X축 또는 Y축의 중력 가속도 값은, -1㎨ 내지 1㎨ 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법은, 소정의 각도로 기울어진 X축과 Y축의 지자계 값을 2축 지자계센서에서 측정하는 단계; 상기 기울어진 상태에서 X축과 Y축 및 Z축의 중력 가속도 값을 3축 가속도센서에서 측정하는 단계; 상기 Z축과 상기 X축의 중력 가속도 값이 실질적으로 모두 영(zero)일 때 상기 2축 지자기센서의 Y축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 Y축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 상기 Z축과 상기 Y축의 중력 가속도 값이 실질적으로 모두 영(zero)일 때 상기 2축 지자기센서의 X축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 X축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 및 상기 3축의 지자계 값을 이용하여 방위각을 계산하여 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 Z축과 X축의 중력 가속도 값과 상기 Z축과 Y축의 중력 가속도 값은, -1㎨ 내지 1㎨ 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 X축의 중력 가속도 값이 양(positive)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 X축이 양의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계; 및 상기 X축의 중력 가속도 값이 음(negative)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 X축이 음의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 Y축의 중력 가속도 값이 양(positive)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 Y축이 양의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계; 및 상기 Y축의 중력 가속도 값이 음(negative)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 Y축이 음의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 또 다른 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법은, 소정의 각도로 기울어진 X축과 Y축의 지자계 값을 2축 지자계센서에서 측정하는 단계; 상기 기울어진 상태에서 X축과 Y축의 중력 가속도 값을 2축 가속도센서에서 측정하는 단계; 상기 X축 또는 Y축의 중력 가속도 값이 실질적으로 1G일 때 상기 2축 지자기센서의 X축 또는 Y축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 X축 또는 Y축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 및 상기 3축의 지자계 값을 이용하여 방위각을 계산 하여 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 X축 또는 Y축의 중력 가속도 값은, 8.8㎨ 내지 10.8㎨ 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 또 다른 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법은, 소정의 각도로 기울어진 X축과 Y축의 지자계 값을 2축 지자계센서에서 측정하는 단계; 상기 기울어진 상태에서 X축과 Y축의 중력 가속도 값을 2축 가속도센서에서 측정하는 단계; 상기 X축의 중력 가속도 값이 실질적으로 1G일 때 상기 2축 지자기센서의 X축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 X축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 상기 Y축의 중력 가속도 값이 실질적으로 1G일 때 상기 2축 지자기센서의 Y축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 Y축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 및 상기 3축의 지자계 값을 이용하여 방위각을 계산하여 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 X축의 중력 가속도 값과 상기 Y축의 중력 가속도 값은, 8.8㎨ 내지 10.8㎨ 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치는, 지자기센서가 기울임 상태에서의 2축의 지자계 값을 측정하는 2축 지자기센서; 상기 기울임 상태에서의 중력 가속도 값을 측정하는 가속도센서; 및 상기 2축 지자기센서로부터 수신된 2축의 지자계 값과 상기 가속도센서로부터 수신된 중력 가속도 값의 비교에 의해 상기 2축 지자기센서의 한 축이 지면의 수평면과 수직이 될 때 측정된 지자계의 수직 성분을 Z축의 지자계 값으로 저장하고 이를 이용하여 방위각을 산출하는 마이콤;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가속도센서는 최소한 2축 가속도센서이고, 최소한 2축 지자계 센서와 2축이 실질적으로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 마이콤은 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 동작하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

여기서, 도 4a는 지구 수평지자계의 X축 방향과, Y축 방향, 그리고 Z축 방향을 나타낸 것으로, 주지된 바와 같이 X축, Y축, Z축은 서로 직각을 이루고 있다. 그리고, 도 4b는 상기 2축 지자기센서의 X축과 Y축이 수평지자계의 X축과 Y축에 수평으로 정렬된 상태를 나타낸 것이다. 그리고, 도 4c는 도 4b의 상태에서 상기 2축 지자기센서의 X축을 수평지자계의 Z축과 수평이 되도록 수직으로 세워서 정렬한 상태를 나타낸 것이다.

상기 2축 지자기센서의 X축은 상기 도 4c와 같이, 상기 수평지자계의 Z축과 수평이 되도록 수직으로 세운 상태에서 상기 X축의 지자계 값(X_t)을 측정하면, 상기 X축에서 측정된 지자계의 값(X_t)은 Z축 성분의 지자계의 값(Z_t)과 동일하다.

따라서, 본 발명은 이러한 원리를 이용하여 기존의 2축 지자기센서를 이용하여 Z_i값을 구함으로써 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상할 수 있도록 하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 5a는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 간략하게 나타낸 블록도이다.

상기 기울임 보상 장치는 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 소정의 각도로 기울어진 상태의 2축(X축 및 Y축)의 지자계 값(X_t)(Y_t)을 측정하는 2축 지자기센서(100)와, 상기 기울임 상태에서 3축(X축,Y축,Z 축)의 중력 가속도 값(A_x)(A_y)(A_z)을 각각 측정하는 3축 가속도센서(200)와, 상기 2축 지자기센서(100)의 출력(Xt)(Yt)과 상기 3축 가속도센서(200)의 출력(A_x)(A_y)(A_z)을 비교하면서 상기 2축 지자기센서(100)의 한 축(X축 또는 Y축)이 지면의 수평면과 수직으로 세워질 경우 지자계의 수직 성분을 측정하여 Z축의 지자계 값(Z_i)으로 저장하고 측정된 3축의 지자계 값(X_t)(Y_t)(Z_i)을 이용하여 방위각(Ψ)을 산출하는 마이콤(Micom)(300)를 구비한다.

상기 2축 지자기센서(100)는 지자기센서가 소정의 각도로 기울어지게 되면 기울임 상태에서의 X축과 Y축에서 측정된 지자계의 값(Xt)(Yt)을 상기 마이콤(300)에 전송한다. 그리고, 상기 3축 가속도센서(200)에서도 3축(X축)(Y축)(Z축)에서 측정한 중력 가속도 값(A_x)(A_y)(A_z)을 상기 마이콤(300)에 전송한다.

일반적으로, 지구 중력 가속도(G)는 지구 중심을 향하고 있으며, 그 크기는 실질적으로 1G(9.8㎨ ± 1㎨)에 해당된다. 따라서, 상기 3축 가속도센서(200)의 X축에서 측정된 중력 가속도(A_x) 또는 Y축에서 측정된 중력 가속도(A_y)가 실질적으로 1G일 경우에는 상기 2축 지자기센서(100)의 X축 또는 Y축이 지면의 수평면과 수직 상태(Z축)에 있다고 판단할 수 있다. 반대로, 상기 3축 가속도센서(200)의 X축에서 측정된 중력 가속도(A_x) 또는 Y축에서 측정된 중력 가속도(A_y)가 실질적으로 -1G일 경우에는 상기 2축 지자기센서(100)의 X축 또는 Y축이 지면의 수평면과 거꾸로 수직인 상태(-Z축)가 된다.

따라서, 본 발명은 이러한 원리를 이용하여 기존의 2축 지자기센서(100)와 3축 가속도센서(200)를 이용하여 지구자기의 수직 성분을 측정하여 방위각(Ψ)을 산출함으로써, 지자기센서의 기울임에 대한 방위각을 보상할 수 있다.

도 5b는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 2축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 간략하게 나타낸 블록도이다.

상기 기울임 보상 장치는 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 소정의 각도로 기울어진 상태의 2축(X축 및 Y축)의 지자계 값(X_t)(Y_t)을 측정하는 2축 지자기센서(100)와, 상기 기울임 상태에서 2축(X축,Y축)의 중력 가속도 값(A_x,A_y)을 각각 측정하는 2축 가속도센서(210)와, 상기 2축 지자기센서(100)의 출력(Xt)(Yt)과 상기 2축 가속도센서(210)의 출력(A_x)(A_y)을 비교하면서 상기 2축 지자기센서(100)의 한 축(X축 또는 Y축)이 지면의 수평면과 수직으로 세워질 경우 지자계의 수직 성분을 측정하여 Z축의 지자계 값(Z_i)으로 저장하고 측정된 2축의 지자계 값(X_t)(Y_t)을 이용하여 방위각(Ψ)을 산출하는 마이콤(Micom)(310)를 구비한다.

상기 2축 지자기센서(100)는 지자기센서가 소정의 각도로 기울어지게 되면 기울임 상태에서의 X축과 Y축에서 측정된 지자계의 값(Xt)(Yt)을 상기 마이콤(300)에 전송한다. 그리고, 상기 2축 가속도센서(210)에서도 2축(X축)(Y축)에서 측정한 중력 가속도 값(A_x)(A_y)을 상기 마이콤(310)에 전송한다.

마찬가지로, 지구 중력 가속도(G)는 지구 중심을 향하고 있으며, 그 크기는 실질적으로 1G(9.8㎨ ± 1㎨)에 해당되기 때문에, 상기 2축 가속도센서(210)의 X축에서 측정된 중력 가속도(A_x) 또는 Y축에서 측정된 중력 가속도(A_y)가 실질적으로 1G일 경우에는 상기 2축 지자기센서(100)의 X축 또는 Y축이 지면의 수평면과 수직 상태(Z축)에 있다고 판단할 수 있다. 반대로, 상기 2축 가속도센서(210)의 X축에서 측정된 중력 가속도(A_x) 또는 Y축에서 측정된 중력 가속도(A_y)가 실질적으로 -1G일 경우에는 상기 2축 지자기센서(100)의 X축 또는 Y축이 지면의 수평면과 거꾸로 수직인 상태(-Z축)가 된다.

따라서, 본 발명은 이러한 원리를 이용하여 기존의 2축 지자기센서(100)와 2축 가속도센서(210)를 이용하여 지구자기의 수직 성분을 측정하여 방위각(Ψ)을 산출함으로써, 지자기센서의 기울임에 대한 방위각을 보상할 수 있다.

다음은, 상기 2축 지자기센서(100)를 이용하여 기울임을 보상하는 방법에 적용되는 수식에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 지구자기를 벡터 H라 하면, 수평지자계에서 지구자기의 벡터(H)는 상기 수학식 1과 같다.

H = X_h + Y_h + Z_h(수학식 1)

여기서, X_h, Y_h, Z_h는 상기 2축 지자기센서가 지면과 수평 상태에 있을 경우에 X축, Y축, Z축에서 측정된 수평지자계의 값이다.

한편, 상기 2축 지자기센서를 지면의 수평면과 수평 상태에 놓고 X축과 Y축에서 측정한 신호를 X_i, Y_i라 하고, 2축 지자기센서의 X축을 수직으로 세워 측정한 신호를 Z_i라 하고, 지구자기를 벡터 H_i라 하면, 지구자기의 벡터(H_i)는 다음과 같다.

H_i = X_i + Y_i + Z_i

이때, 상기 수학식 1과 상기 수학식 13으로부터 │H│= │H_i│라는 관계가 성립한다. 따라서, 지구자기의 수직성분끼리는 서로 일치한다.

즉, Z_h= Z_i이 성립한다.

따라서, 수학식 9에 Z_h= Z_i를 대입하면 아래의 수학식 14와 같이 구해진다.

(수학식 9)

여기서, Z_t는 상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 소정의 각도로 기울어진 상태에서 측정된 지자계의 값이다.

그러므로, 상기 수학식 14에 상기 Z_i(2축 지자기센서의 X축을 수직으로 세워 측정한 지자계의 값)와, X_t및 Y_t(2축 지자기센서가 지면의 수평면과 기울여진 상태에서 X축과 Y축에서 측정한 지자계의 값)를 대입하면, Z_t(2축 지자기센서가 지면의 수평면과 기울여진 상태에서 Z축에서 측정된 신호의 크기)를 구할 수 있다.

따라서, 상기 수학식 14로부터 구해진 Zt를 상기 수학식 5와 상기 수학식 6에 대입하여 X_h와 Y_h를 구할 수 있고, 상기 X_h와 Y_h를 상기 수학식 8에 대입하면 방위각(Ψ)을 계산할 수 있다.

(수학식 8)

이와 같이, 상기에서는 상기 2축 지자기센서의 X축을 수직으로 세워 Z축 성분(Z_t)을 측정하는 방법에 대해 설명하였으나, 상기와 동일한 방법에 의해 Y축을 수직으로 세워 Z축 성분(Z_t)을 구할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 2축 지자기센서를 이용하여 Z축 성분을 구할 경우 종래와 같이, 복잡한 수식에 의해 계산하지 않고 상기 2축 지자기센서의 X축과 Y축을 이용하여 Z축 성분을 직접 구할 수 있다.

이하, 상기 2축 지자기센서의 한 축(X축 또는 Y축)을 수직으로 세워 Z축 성분(Z_i)을 측정하는 방법에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용하여 Z축 성분(Z_i)을 측정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

㎨먼저, 상기 2축 지자기센서(100)에서 Xt, Yt(기울임 상태에서의 X축과 Y축에서 측정된 지자계의 값)를 측정하고, 상기 3축 가속도센서(200)에서 3축(X축)(Y축)(Z축)의 가속도(A_x)(A_y)(A_z) 성분을 측정한다(단계 S110). 여기서, 측정되는 가속도(A_x)(A_y)(A_z)는 3축(X축)(Y축)(Z축)에서의 지구 중력 가속도(G)이며, 후술할 단계에서는 2축(Z축)(X축)의 중력 가속도 값(A_z)(A_x)이 실질적으로 영(zero: '0')인지를 먼저 판단하고, 상기 Y축의 중력 가속도(A_y) 값이 실질적으로 영('0') 보다 큰지 또는 실질적으로 1G에 해당하는지를 그 다음 판단한다. 이때, 3축(X축)(Y축)(Z축)의 중력 가속도(A_x)(A_y)(A_z)값이 0㎨ 을 기준으로 ± 1㎨ 범위 내에 포함되는 값이라면 상기 포함되는 값은 영('0')으로 판단하며, 9.8㎨을 기준으로 ± 1㎨ 범위 내에 포함되는 값이라면 1G로 판단하여 후술할 단계를 진행한다.

즉, 상기 Z축의 중력 가속도 값(A_z)이 영(zero: '0')인지를 판단하여, 영('0')일 경우('예')에는 다음 단계(S130)로 가고 영('0')이 아닐 경우('아니오')에는 이전의 단계(S110)로 돌아간다(단계 S120).

S120 단계와 마찬가지로, 상기 단계(S130)에서 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 영('0')인지를 판단하여, 영('0')일 경우('예')에는 다음 단계(S140)로 가고 영('0')이 아닐 경우('아니오')에는 하기의 단계(S170)로 넘어간다(단계 S130).

이때, 상기 단계(S120) 및 상기 단계(S130)에서 상기 Z축의 가속도(A_z) 성분과 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 모두 영('0')을 나타내면 상기 2축 지자기센서의 Y축이 수직으로 세워진 상태를 의미한다.

그 다음, 상기와 같이 상기 Z축의 가속도(A_z) 성분과 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 모두 영('0')인 경우 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 영('0')을 초과하는 값(A_y＞0)을 갖는지 또는 1G(A_y=1G)의 값을 갖는지를 판단하여, 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 영('0')을 초과하는 값(A_y＞0)을 갖거나 또는 1G(A_y=1G)의 값을 가지면('예') 다음 단계(S150)로 가고, 그렇지 않을 경우('아니오')에는 하기의 단계(S160)로 넘어간다(단계 S140).

그 다음, 상기 단계(S140)에서 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 영('0')을 초과하는 값(A_y＞0)을 갖거나 또는 1G(A_y=1G)의 값을 가지면, 상기 Y축이 양(positive)의 방향으로 수직인 상태에 있기 때문에 Y축에서 측정된 지자계 값(Y_t)을 Z축의 지자계의 값(Z_i)으로 저장한다(단계 S150).

그 다음, 상기 단계(S140)에서 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 영('0') 미만(A_y＜0)의 값을 갖거나 또는 -1G(A_y= -1G)의 값을 가지면, 상기 Y축이 음(negative)의 방향으로 수직인 상태에 있기 때문에 Y축에서 측정된 지자계 값(Y_t)의 음의 값(- Y_t)을 Z축의 지자계의 값(Z_i)으로 저장한다(단계 S160).

다음으로, 상기 단계(S120) 및 상기 단계(S130)에서 상기 Z축의 가속도(A_z) 성분이 영('0')이고 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 영('0')이 아닐 경우 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 영('0')인지를 판단하여, 영('0')일 경우('예')에는 다음 단계(S180)로 가고 영('0')이 아닐 경우('아니오')에는 상기의 단계(S110)로 넘어간다(단계 S170).

이때, 상기 단계(S120)와 상기 단계(S130) 및 상기 단계(S170)에서 상기 Z축의 가속도(A_z) 성분과 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 모두 영('0')을 나타내면 상기 2축 지자기센서의 X축이 수직으로 세워진 상태를 의미한다. 따라서, 상기 X축의 가속도(A_x) 성분을 측정해 보면, 상기 2축 지자기센서의 X축이 바르게 수직으로 세워진 상태인지 아니면 거꾸로 세워진 상태인지를 알 수 있다.

그 다음, 상기와 같이 상기 Z축의 가속도(A_z) 성분과 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 모두 영('0')인 경우, 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 영('0')을 초과하는 값(A_x＞0)을 갖는지 또는 1G(A_x=1G)의 값을 갖는지를 판단하여, 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 영('0')을 초과하는 값(A_x＞0)을 갖거나 또는 1G(A_x=1G)의 값을 가지면('예') 다음 단계(S190)로 가고, 그렇지 않을 경우('아니오')에는 하기의 단계(S200)로 넘어간다(단계 S180).

그 다음, 상기 단계(S180)에서 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 영('0')을 초과하는 값(A_x＞0)을 갖거나 또는 1G(A_x=1G)의 값을 가지면, 상기 X축이 양(positive)의 방향으로 수직인 상태에 있기 때문에 X축에서 측정된 지자계 값(X_t)을 Z축의 지자계의 값(Z_i)으로 저장한다(단계 S190).

그 다음, 상기 단계(S180)에서 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 0 미만(A_x＜0)의 값을 갖거나 또는 -1G(A_x= -1G)의 값을 가지면, 상기 X축이 음(negative)의 방향으로 수직인 상태에 있기 때문에 X축에서 측정된 지자계 값(X_t)의 음의 값(-X_t)을 Z축의 지자계의 값(Z_i)으로 저장한다(단계 S200).

상기 도 6에서는 가속도(A_x)(A_y)(A_z) 성분을 영('0') 또는 1G와 비교하였지만, A≥Ax≥B와 같이 범위(예를 들어, 1.5G≥Ax≥0.5G)를 지정하여 판단 조건으로 사용할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 2축 가속도센서를 이용하여 Z축 성분(Z_i)을 측정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 상기 2축 지자기센서에서 Xt, Yt(기울임 상태에서의 X축과 Y축에서 측정된 지자계의 값)를 측정하고, 상기 2축 가속도센서에서 2축(X축)(Y축)의 가속도(A_x)(A_y) 성분을 측정한다(단계 S310). 여기서, 측정되는 가속도(A_x)(A_y)는 X축 및 Y 축에서의 지구 중력 가속도(G)이며, 도 6과 마찬가지로, 2축(X축)(Y축)의 중력 가속도(A_x)(A_y) 값이 9.8㎨을 기준으로 ± 1 ㎨ 범위 내에 포함되는 값이라면 1G로 판단하여 후술할 단계를 진행한다.

그 다음, 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 1G인지를 판단하여, 1G일 경우('예')에는 다음 단계(S330)로 가고 1G가 아닌 경우('아니오')에는 하기의 단계(S340)로 넘어간다(단계 S320).

그 다음, 상기 단계(S320)에서 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_x)가 1G일 경우 상기 2축 지자기센서의 X축이 지면의 수평면과 수직 상태(Z축)에 있기 때문에, 상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 기울어진 상태에서 측정된 신호크기(X_t)를 Z축의 수평지자계의 값(Z_i)으로 저장한다(단계 S330).

그 다음, 상기 단계(S320)에서 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_x)가 1G가 아닌 경우, 상기 X축의 가속도(A_x) 성분이 -1G인지를 판단하여, -1G일 경우('예')에는 다음 단계(S350)로 가고 -1G가 아닌 경우('아니오')에는 하기의 단계(S360)로 넘어간다(단계 S340).

상기 단계(S340)에서 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_x)가 -1G일 경우 상기 2축 지자기센서의 X축이 음(negative)의 방향으로 수직인 상태(-Z축)에 있기 때문에, 상기 2축 지자기센서의 X축에서 측정된 지자계의 값(X_t)의 음의 값(- X_t)을 Z축의 지자계의 값(Z_i)으로 저장한다(단계 S350).

그 다음, 상기 단계(S320) 및 상기 단계(S340)에서 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_x)가 1G도 아니고 -1G도 아닌 경우에는 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 1G인지를 판단하여, 1G일 경우('예')에는 다음 단계(S370)로 가고 1G가 아닌 경우('아니오')에는 하기의 단계(S380)로 넘어간다(단계 S360).

상기 단계(S360)에서 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_y)가 1G일 경우 상기 2축 지자기센서의 Y축이 지면의 수평면과 수직인 상태(Z축)에 있기 때문에, 상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 기울어진 상태에서 측정된 지자계의 값(Y_t)을 Z축의 수평지자계의 값(Z_i)으로 저장한다(단계 S370).

그 다음, 상기 단계(S360)에서 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_y)가 1G가 아닌 경우, 상기 Y축의 가속도(A_y) 성분이 -1G인지를 판단하여, -1G일 경우('예')에는 다음 단계(S390)로 가고 -1G가 아닌 경우('아니오')에는 상기 단계(S310)로 돌아간다(단계 S380).

상기 단계(S380)에서 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_y)가 -1G일 경우 상기 2축 지자기센서의 -Y축이 지면의 수평면과 거꾸로 수직인 상태(-Z축)에 있기 때문에, 상기 2축 지자기센서가 지면의 수평면과 거꾸로 기울어진 상태에서 측정된 신호크기(Y_t)의 음의 값(-Y_t)을 Z축의 수평지자계의 값(Z_i)으로 저장한다(단계 S390).

이와 같이, 지구 중력 가속도(G)는 지구 중심을 향하고 있으며, 그 크기는 실질적으로 1G(9.8㎨ ± 1㎨)에 해당되기 때문에, 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_x) 또는 가속도(A_y)가 실질적으로 1G일 경우에는 상기 2축 지자기센서의 X축 또는 Y축이 지면의 수평면과 수직 상태(Z축)에 있다. 반대로, 상기 2축 가속도센서에서 측정된 가속도(A_x) 또는 가속도(A_y)가 실질적으로 -1G일 경우에는 상기 2축 지자기센서의 X축 또는 Y축이 지면의 수평면과 거꾸로 수직인 상태(-Z축)가 된다. 이런 원리를 이용하여 상기 2축 지자기센서를 이용하여 지구자기의 수직 성분을 측정할 수 있다.

도 8은 종래의 기울임 보상 장치(도 8a)와 본 발명의 기울임 보상 장치(도 8b)를 비교 설명하기 위한 도면으로, 도 8a는 종래의 3축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 나타낸 개략도이고, 도 8b는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 나타낸 개략도이다.

여기서, 상기 2축 지자기센서와 상기 2축 가속도센서의 축을 나란히 배열하여 모듈을 구성할 경우, 상기 2축 지자기센서의 축과 상기 2축 가속도센서의 축이 일치하기 때문에 상기 2축 가속도센서의 상태와 상기 2축 지자기센서의 상태가 일치하게 된다. 여기서, 상기 2축 지자기센서(100)의 상태를 판단하기 위해 상기 2축 가속도센서 또는 3축 가속도센서를 사용하였다.

종래의 3축 지자기센서와 3축 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치는 도 8a에 도시된 바와 같이, 기울임(tilt) 상태에서의 X축과 Y축의 지구자기의 값(Xt)(Yt)을 측정하는 2축 지자기센서(100)와, 상기 기울임(tilt) 상태에서의 Z축의 지구자기의 값(Zt)을 측정하는 1축 지자기센서(10)와, 3축(X축)(Y축)(Z축)의 중력 가속도(A_x)(A_y)(A_z) 성분을 측정하는 3축 가속도센서(200)를 구비하고 있다.

상기 3축 지자기센서(10)(100)를 이용하여 지구자기를 측정할 경우 각 축의 감도를 일정하게 조정하기 위한 보상 작업이 반드시 필요하다. 그러나, 상기 도 8a와 같이 3축의 경우 Z축의 보상이 매우 어렵다. 그리고, X축과 Y축에 대하여 Z축을 정확하게 수직으로 세워야 하는데, 모바일기기와 같이 사람이 손으로 움직여서 기울임에 대한 방위각 보상을 하는 경우에는 매우 어렵다. 만약, Z축이 X축과 Y축에 대하여 기울여질 경우 방위각 오차의 직접적인 원인이 된다.

이에 반해, 도 8b와 같은 2축 지자기센서의 경우 3축에서 반드시 필요한 Z축 보상 과정이 생략되기 때문에 보상이 단순화되며, Z축을 수직으로 세우기 위한 공정이 필요없기 때문에 방위각 정확도를 높일 수 있다. 뿐만 아니라 전체 모듈이 높이가 낮아짐으로써 모바일기기에 탑재가 쉬운 장점이 있다.

또한, 기존의 2축 지자기센서를 이용한 기울임 보상 방법은 지구 자기의 복각을 측정하고 지구자기의 크기를 1로 일반화하여 사용하는 방식이다. 이때 복각을 찾는 보상 방법이 복잡하여 방위각 오차가 발생할 가능성이 높았다.

하지만, 본 발명은 사용자가 취하는 동작을 인식하여 자동으로 보상하는 방식을 채택하고 있기 때문에 사용자가 직접적으로 보상을 수행하지 않아도 정확한 보상이 가능하며, 보상 방법에 있어서도 2축 지자기센서의 한 축을 수직으로 세워 지구자기의 Z축 성분을 측정하는 방법이기 때문에 어떤 방위에서도 보상이 가능하다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 장치를 이용하여 기울임을 보상하는 방법을 설명하기 위한 설명도로서, 도 9a는 상기 기울임 보상 장치를 X축의 수직 상태로 움직이는 경우의 모습을 나타낸 도면이고, 도 9b는 상기 기울임 보상 장치를 Y축의 수직 상태로 움직이는 경우의 모습을 나타낸 도면이다.

상기 도 9a의 모듈이 모바일기기에 사용될 경우 사용자가 모바일기기를 수직으로 세우거나 또는 상하로 회전시키는 것을 상상할 수 있다. 사용자가 손목을 회전할 때 도 9a 또는 도 9b와 같은 상태가 되면 센서에서 지구자기의 수직성분을 측정하여 기울임 보상을 수행하게 된다. 사용자가 사용전에 가볍게 손목을 흔드는 정도의 동작만으로 보상이 가능하고 별도의 센서 보상 프로세스가 필요없다. 위치 이동시 복각이 지역에 따라 변하기 때문에 자주 보상을 해야 하는 번거움이 있으나 보상이 단순화 되면서 사용자의 부담이 줄어들게 되었다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 2축 지자기센서와 가속도센서를 이용한 기울임 보상 방법 및 그 장치에 의하면, 2축 지자기센서의 한 축을 수직으로 세운 상태에서 측정된 지자계의 값이 Z축 성분의 지자계의 값과 동일하다는 원리를 이용하여, 2축 지자기센서의 2축을 이용하여 Z축의 지자계의 값을 구할 수 있다. 이에 의해, 방위각을 쉽게 계산할 수 있기 때문에 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상시킬 수 있다. 따라서, 기울임이 발생하여도 항상 일정한 방위각을 출력할 수 있는 효과가 있다.

Claims

소정의 각도로 기울어진 X축과 Y축의 지자계 값을 2축 지자계센서에서 측정하는 단계;

상기 기울어진 상태에서 X축과 Y축 및 Z축의 중력 가속도 값을 3축 가속도센서에서 측정하는 단계;

상기 Z축과 상기 X축 또는 Y축의 중력 가속도 값이 실질적으로 모두 영(zero)일 때 상기 2축 지자기센서의 Y축 또는 X축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 Y축 또는 X축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 및

상기 3축의 지자계 값을 이용하여 방위각을 계산하여 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
소정의 각도로 기울어진 X축과 Y축의 지자계 값을 2축 지자계센서에서 측정하는 단계;

상기 기울어진 상태에서 X축과 Y축 및 Z축의 중력 가속도 값을 3축 가속도센서에서 측정하는 단계;

상기 Z축과 상기 X축의 중력 가속도 값이 실질적으로 모두 영(zero)일 때 상기 2축 지자기센서의 Y축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 Y축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계;

상기 Z축과 상기 Y축의 중력 가속도 값이 실질적으로 모두 영(zero)일 때 상기 2축 지자기센서의 X축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 X축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 및

상기 3축의 지자계 값을 이용하여 방위각을 계산하여 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 X축의 중력 가속도 값이 양(positive)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 X축이 양의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계; 및

상기 X축의 중력 가속도 값이 음(negative)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 X축이 음의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 Y축의 중력 가속도 값이 양(positive)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 Y축이 양의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계; 및

상기 Y축의 중력 가속도 값이 음(negative)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 Y축이 음의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
소정의 각도로 기울어진 X축과 Y축의 지자계 값을 2축 지자계센서에서 측정하는 단계;

상기 기울어진 상태에서 X축과 Y축의 중력 가속도 값을 2축 가속도센서에서 측정하는 단계;

상기 X축 또는 Y축의 중력 가속도 값이 실질적으로 1G일 때 상기 2축 지자기센서의 X축 또는 Y축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 X축 또는 Y축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 및

상기 3축의 지자계 값을 이용하여 방위각을 계산하여 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
소정의 각도로 기울어진 X축과 Y축의 지자계 값을 2축 지자계센서에서 측정하는 단계;

상기 기울어진 상태에서 X축과 Y축의 중력 가속도 값을 2축 가속도센서에서 측정하는 단계;

상기 X축의 중력 가속도 값이 실질적으로 1G일 때 상기 2축 지자기센서의 X축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 X축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계;

상기 Y축의 중력 가속도 값이 실질적으로 1G일 때 상기 2축 지자기센서의 Y축이 수직인 상태로 판단하고 상기 2축 지자기센서의 Y축에서 측정된 지자계 값을 Z축의 지자계 값으로 저장하는 단계; 및

상기 3축의 지자계 값을 이용하여 방위각을 계산하여 기울임에 의해 변화된 방위각을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 X축의 중력 가속도 값이 양(positive)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 X축이 양의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계; 및

상기 X축의 중력 가속도 값이 음(negative)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 X축이 음의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 Y축의 중력 가속도 값이 양(positive)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 Y축이 양의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계; 및

상기 Y축의 중력 가속도 값이 음(negative)의 값을 가지면 상기 2축 지자기센서의 Y축이 음의 방향으로 수직인 상태로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
지자기센서가 기울임 상태에서의 2축의 지자계 값을 측정하는 2축 지자기센서;

상기 기울임 상태에서의 중력 가속도 값을 측정하는 가속도센서; 및

상기 2축 지자기센서로부터 수신된 2축의 지자계 값과 상기 가속도센서로부터 수신된 중력 가속도 값의 비교에 의해 상기 2축 지자기센서의 한 축이 지면의 수평면과 수직이 될 때 측정된 지자계의 수직 성분을 Z축의 지자계 값으로 저장하고 이를 이용하여 방위각을 산출하는 마이콤;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 가속도센서는:

최소한 2축 가속도센서이고, 최소한 2축 지자계 센서와 2축이 실질적으로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 마이콤은:

제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 Z축과 상기 X축 또는 Y축의 중력 가속도 값은, -1㎨ 내지 1㎨ 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
제 2항에 있어서,

상기 Z축과 X축의 중력 가속도 값과 상기 Z축과 Y축의 중력 가속도 값은, -1 ㎨ 내지 1㎨ 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
제 5항에 있어서,

상기 X축 또는 Y축의 중력 가속도 값은, 8.8㎨ 내지 10.8㎨ 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.
제 6항에 있어서,

상기 X축의 중력 가속도 값과 상기 Y축의 중력 가속도 값은, 8.8㎨ 내지 10.8㎨ 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 기울임 보상 방법.