KR20070049419A - 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축지자계 데이터 추정 장치 및 그 방법과, 그를 이용한방위각 산출 장치 - Google Patents

2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축지자계 데이터 추정 장치 및 그 방법과, 그를 이용한방위각 산출 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치 및 그 방법과, 그를 이용한 방위각 산출 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 2축(x축, y축) 지자계 센서와 경사계 센서를 이용하여 나머지 하나의 좌표축(z축)에 대한 지자계 센서 데이터를 추정하고 이를 통하여 방위각을 산출하는 경우, 가상의 z축 지자계 센서 데이터의 '크기'와 '부호'를 별개로 구함으로써 경사각 오차나 복각 오차에 영향을 받지 않는 가상의 z축 지자계 센서 데이터를 추정할 수 있고 이로 인하여 오차 보상된 정확한 방위각을 산출할 수 있게 하는, 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치 및 그 방법과, 그를 이용한 방위각 산출 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 2축 지자계 센서와 경사계 센서를 이용한 가상축 지자계 데이터 추정 장치에 있어서, 상기 2축 지자계 센서에서 측정된 2축 지자계 데이터를 정규화하기 위한 지자계 정규화 수단; 상기 경사계 센서에서 측정된 경사 정보를 이용하여 상기 2축 지자계 센서의 경사각을 산출하기 위한 경사각 산출 수단; 및 상기 정규화된 2축 지자계 데이터를 이용하여 나머지 하나의 좌표축에 대한 지자계 데이터(가상축 지자계 데이터)의 크기를 결정하고, 상기 정규화된 2축 지자계 데이터와 상기 산출된 경사각과 복각을 이용하여 상기 가상축 지자계 데이터의 부호를 결정하여, 상기 가상축 지자계 데이터를 추정하기 위한 가상축 지자계 추정 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 2축 지자계 센서를 이용한 방위각 산출 등에 이용됨.
2축 지자계 센서, 경사계 센서, 가상축 지자계 데이터 추정, 경사각, 방위각

Description

2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치 및 그 방법과, 그를 이용한 방위각 산출 장치{Apparatus and Method for estimation of Virtual Axis Magnetic Compass Data to compensate the Tilt Error of Biaxial Magnetic Compass}
도 1 은 본 발명에 따른 휴대형 단말기에서의 방위각 정보 제공 시스템의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치와 그를 이용한 방위각 산출 장치의 일실시예 구성도,
도 3 은 피치각과 방위각에 따른 z축 지자계 센서의 데이터에 대한 일실시예 설명도,
도 4 는 본 발명에 따른 방위각 산출 장치의 성능 분석을 위한 실험 장치의 구성도,
도 5 는 실험 장치(도 4)에서 입력 변수로 사용되는 경사각의 변화량에 대한 설명도,
도 6 은 기존 방법과 본 발명에 의한 z축 지자계 센서 데이터 추정값에 대한 비교설명도,
도 7 은 기존 방법과 본 발명에 의한 z축 지자계 센서 데이터 추정 오차에 대한 비교설명도,
도 8 은 기존의 방법과 본 발명에 의한 방위각 오차에 대한 비교설명도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101: 2축 지자계 센서 102: 2축 경사계 센서
103: 방위각 산출 장치 201: 지자계 데이터 정규화부
202: 경사각 산출부 203: 가상축(z축) 지자계 데이터 추정부
204: 방위각 산출부 2031: 데이터 크기 추정부
2032: 데이터 부호 추정부 2033: 크기/부호 결합부
본 발명은 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치 및 그 방법과, 그를 이용한 방위각 산출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2축(x축, y축) 지자계 센서와 경사계 센서를 이용하여 나머지 하나의 좌표축(z축)에 대한 지자계 센서 데이터를 추정하고 이를 통하여 방위각을 산출하는 경우, 경사각 오차나 복각 오차에 영향을 받지 않는 가상의 z축 지자계 센서 데이터를 추정하고, 이로 인하여 오차 보상된 정확한 방위각을 산출할 수 있게 하는, 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치 및 그 방법과, 그를 이용한 방위각 산출 장치에 관한 것이다.
방위각 정보는 항법장치에서 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 휴대폰, PDA 등의 휴대형 단말기에서도 여러 용도로 사용하기 위해 필요로 하고 있다. 방위각 정보를 제공하기 위해 자이로, 지자계 센서 등이 사용되며, 절대 방위각 정보 계산을 위해는 지자계 센서가 많이 사용되어 진다. 지자계 센서는 지구 자기장의 세기를 측정하여 방위각 정보를 계산하는 장치인데, 수평면을 유지하는 장치에서는 2축, 수평면을 유지하지 않는 장치에서는 3축의 지자계 센서가 사용되어 진다. 그 이유는 자세각(롤, 피치)이 "0"이 아닌 경우, 자세각 오차를 보정하여 방위각 정보를 계산하기 위해서는 3축의 지자계 센서가 필요하기 때문이다.
휴대형 단말기는 수평면을 유지하지는 않으나 크기의 제한에 의하여 2축 지자계 센서를 장착하여야 한다. 따라서 2축 지자계 센서 모듈의 경사각 오차 보상 기법이 필요하게 되었다.
2축 지자계 센서를 사용한 경사각 오차 보정에 관한 종래의 연구는 가상의 z축 지자계 센서 신호를 추정하는 방법으로 이루어지고 있다.
종래의 가상의 z축 지자계 센서 신호 추정 방법으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0013439호(공개일: 2004년 02월 14일)에 기재된 "지자계 센서의 자세 오차 보상 장치 및 방법(출원일 2002년 08월 06일)"에 설명된 가상의 z축 지자계 데이터 추정 방법이 있다.
이와 같은 종래의 방법에서는 가상의 z축 지자계 센서 데이터(크기 및 부호)를, 롤각과 피치각이 변수로 포함된 하나의 식을 통하여 추정하는데, 그 추정값에 경사각 오차 및 복각 오차에 의한 오차가 포함된다는 문제점이 있었다. 따라서, 이런 오차 요인들에 영향을 받지 않는 z축 지자계 센서 데이터 추정 기법이 필요하며, 그로 인하여 오차가 없는 정확한 방위각을 구할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 2축(x축, y축) 지자계 센서와 경사계 센서를 이용하여 나머지 하나의 좌표축(z축)에 대한 지자계 센서 데이터를 추정하고 이를 통하여 방위각을 산출하는 경우, 가상의 z축 지자계 센서 데이터의 '크기'와 '부호'를 별개로 구함으로써 경사각 오차나 복각 오차에 영향을 받지 않는 가상의 z축 지자계 센서 데이터를 추정할 수 있고, 이로 인하여 오차 보상된 정확한 방위각을 산출할 수 있게 하는, 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치 및 그 방법과, 그를 이용한 방위각 산출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 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 발명은, 2축 지자계 센서와 경사계 센서를 이용한 가상축 지자계 데이터 추정 장치에 있어서, 상기 2축 지자계 센서에서 측정된 2축 지자계 데이터를 정규화하기 위한 지자계 정규화 수단; 상기 경사계 센서에서 측정된 경사 정보를 이용하여 상기 2축 지자계 센서의 경사각을 산출하기 위한 경사각 산출 수단; 및 상기 정규화된 2축 지자계 데이터를 이용하여 나머지 하나의 좌표축에 대한 지자계 데이터(가상축 지자계 데이터)의 크기를 결정하고, 상기 정규화된 2축 지자계 데이터와 상기 산출된 경사각과 복각을 이용하여 상기 가상축 지자계 데이터의 부호를 결정하여, 상기 가상축 지자계 데이터를 추정하기 위한 가상축 지자계 추정 수단을 포함한다.
한편, 본 발명은, 2축(x축, y축) 지자계 센서와 경사계 센서가 장착된 휴대형 단말기에서의 가상의 z축 지자계 센서의 데이터를 추정하는 방법에 있어서, 상기 휴대형 단말기가 z축을 회전축으로 회전됨에 따라 상기 2축 지자계 센서가 x축 및 y축 방향의 지자계 데이터(2축 지자계 데이터)를 측정하는 2축 지자계 데이터 측정 단계; 상기 측정된 지자계 데이터 중 최대값과 최소값, 및 복각을 이용하여 상기 2축 지자계 데이터를 정규화하는 데이터 정규화 단계; 상기 경사계 센서가 측정한 경사정보를 이용하여 상기 2축 지자계 센서의 피치각(Pitch angle)과 롤각(Roll angle)을 구하는 경사각 산출 단계; 상기 정규화된 2축 지자계 데이터로부터 가상의 z축 지자계 데이터의 크기를 추정하는 데이터 크기 추정 단계; 및 상기 정규화된 2축 지자계 데이터, 상기 복각, 및 상기 경사각 산출단계에서 구한 피치각 (Pitch angle)과 롤각(Roll angle)을 이용하여 상기 가상의 z축 지자계 데이터의 부호를 추정하는 데이터 부호 추정 단계를 포함한다.
한편, 본 발명은, 2축 지자계 센서를 이용한 방위각 산출 장치에 있어서, 상기 2축 지자계 센서에서 측정되어 정규화된 2축 지자계 데이터를 이용하여 나머지 하나의 좌표축에 대한 지자계 데이터(가상축 지자계 데이터)의 크기를 결정하고, 상기 정규화된 2축 지자계 데이터와 상기 2축 지자계 센서의 경사각과 복각을 이용하여 상기 가상축 지자계 데이터의 부호를 결정하여, 상기 가상축 지자계 데이터를 추정하기 위한 가상축 지자계 추정 수단; 및 상기 정규화된 2축 지자계 데이터, 상기 경사각, 상기 가상축 지자계 추정 수단에서 추정된 가상축 지자계 데이터를 이용하여 방위각을 산출하기 위한 방위각 산출 수단을 포함한다.
본 발명은 정규화된 3축 지자계 센서 데이터 벡터의 유클리디안 거리가 1이라는 조건을 사용하여 z축 지자계 센서 데이터의 '크기'를 결정하고, 이와는 별도로 z축 지자계 센서 데이터의 부호를 결정함으로써, 정확한 z축 지자계 센서 데이터를 추정한다. 기존의 방법과 달리, 이렇게 추정된 데이터에는 경사계 센서의 오차 및 복각 추정 오차가 존재하더라도 오차가 발생하지 않는다. 따라서, 2축 지자계 센서만으로도 경사각 오차가 보상된 정확한 방위각 정보를 계산할 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 방위각 정보를 필요로 하는 휴대형 단말기에 장착 가능한 2축 지자계 센서 모듈의 경사각 오차를 효율적으로 보정을 함으로써, 정확한 방위각을 산출하기 위한 기술에 관한 것이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 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 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 휴대형 단말기에서의 방위각 정보 제공 시스템의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 방위각 정보 제공 시스템은 휴대형 단말기(100)에 장착되는 것으서, 2축 지자계 센서(101), 2축 경사계 센서(102), 방위각 산출 장치(103)를 포함하여 이루어진다.
휴대형 단말기(100)는 휴대폰, PDA, 게임기, 휴대형 항법장치 등과 같이 방위각 정보를 필요로 하는 모든 휴대형 장치를 말한다.
방위각 측정을 위한 좌표계는 휴대용 단말기(100)에서 정의되는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 단말기의 위쪽 방향을 x축, 직각의 오른쪽 방향을 y축, 그리고 오른손 법칙에 의하여 단말기의 뒤쪽 방향(지면으로 들어가는 방향)을 z축으로 정의한다.
여기서, 2축 지자계 센서(101)는 두 축이 서로 직각으로 배치된 지자계 센서로서, 이는 Fluxgate, Magnetoresistive(MR) 센서, Magnetoinductive(MI) 센서 등 어떤 종류의 지자계 센서라도 무방하다. 그리고, 지자계 센서를 휴대형 단말기에 장착하는 방법과 관련하여, x축 지자계 센서는 휴대형 단말기의 위쪽으로 장착하고, y축 지자계 센서는 휴대형 단말기의 오른쪽으로 장착하며 x축과 직각을 이루게 한다.
2축 경사계 센서(102)는 수평면(지표면)에 대해 지자계 센서(101)의 기울어진 각, 즉 경사(롤, 피치)를 측정하기 위한 센서로서, 두 축이 직각으로 배치되어야 한다. 여기서, 경사계 센서는 가속도계 센서 등 어떤 종류의 경사계 센서라도 무방하다. 그리고, 경사계 센서를 휴대형 단말기에 장착하는 방법과 관련하여, x축 경사계 센서는 x축 지자계 센서와 같은 방향으로 장착하고, y축 경사계 센서는 y축 지자계 센서와 같은 방향으로 장착한다.
방위각 산출 장치(103)는 센서 데이터를 처리하고 경사각 오차를 보상하며, 최종적으로 방위각을 계산하는 마이크로프로세서이다.
도 2 는 본 발명에 따른 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치와 그를 이용한 방위각 산출 장치의 일실시예 구성도이다. 여기서, 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치(103)는 "201" 내지 "203"을 포함하여 이루어지고, 방위각 산출 장치는 "201" 내지 "204"를 포함하여 이루어진다. 여기서는 가상축 지자계 데이터 추정 장치와 그를 이용한 방위각 산출 장치를 설명하면서, 가상축 지자계 데이터 추정 방법도 함께 설명하기로 한다.
휴대형 단말기의 방위각은 단말기의 x축의 수평면 투영선과 자북 사이의 각 을 의미하며, 이 방위각을 계산하기 전에 먼저 2축 지자계 센서 데이터와 2축 경사계 센서 데이터를 정규화한다.
지자계 데이터 정규화부(201)는 2축 지자계 센서 데이터를 정규화하는 과정을 수행하는데, 그 구체적인 과정은 다음과 같다.
우선, 사용자가 휴대형 단말기를 수평면(지평면에 수평인 면)에 놓은 다음 z축을 회전축으로 360도 이상 회전시키게 되는데, 그 회전 과정에서 측정된 x축과 y축의 지자계 센서 데이터(2축 지자계 데이터)가 지자계 데이터 정규화부(201)로 입력되는 것이다.
휴대형 단말기가 360도 회전하는 동안 측정되어 입력된 x축과 y축의 지자계 센서 데이터 중에서 최대값과 최소값을 각각
Figure 112005064234637-PAT00001
,
Figure 112005064234637-PAT00002
이라 하면, 정규화된 지자계 센서의 각 축 값(정규화된 2축 지자계 데이터)은 다음의 [수학식 1]을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112005064234637-PAT00003
여기서, Xmc와 Ymc는 각각 지자계 센서의 x축과 y축의 출력값이며, λ는 복각을 의미한다.
한편, 경사각 산출부(202)는 2축 경사계 센서에서 측정된 경사정보(예를 들어, 2축 경사계 센서로 2축 가속도계가 사용되는 경우의 가속도 정보)를 이용하여 2축 지자계 센서(101)의 경사각(즉, 롤각과 피치각)을 산출한다.
이하, 2축 경사계 센서로 2축 가속도계가 사용되는 경우의 정규화 과정 설명하면, 다음과 같다. 먼저 수평면에 휴대형 단말기를 놓은 다음, 가속도계 출력값을 저장하는데, 이 때 x축과 y축에 대한 가속도값(가속도계 출력값)을 각각
Figure 112005064234637-PAT00004
라고 하자.
다음은, 휴대형 단말기를 + y축을 회전축(여기서, " + "는 y축을 오른손으로 감싸 쥘 때, 엄지 손가락이 + y축을 향하도록 함을 의미)으로 90도 이상 회전시키는데, 이 과정에서 측정된 x축 가속도계 출력의 최대값을
Figure 112005064234637-PAT00005
라고 한다.
다시 휴대형 단말기를 수평면에 놓은 다음, -x축을 회전축으로 휴대형 단말기를 90도 이상 회전시키며, 이 과정에서 측정된 y축 가속도계 출력의 최대값을
Figure 112005064234637-PAT00006
라고 하자.
그러면, 2축 가속도계 출력값(2축 가속도계 센서 데이터)의 정규화는 다음의 [수학식 2]]를 이용하여 이루어진다.
Figure 112005064234637-PAT00007
여기서, Xacc와 Yacc는 각각 x축 가속도계와 y축 가속도계의 출력을 의미한다. 그리고, 정규화 후의 단위는 중력 가속도 g가 된다.
그리고, 피치각(θ)과 롤각(φ)은 다음의 [수학식 3]을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112005064234637-PAT00008
Figure 112005064234637-PAT00009
한편, 가상 축(z축) 지자계 데이터 추정부(203)는 데이터 크기 추정부(2031), 데이터 부호 추정부(2032), 및 크기/부호 결합부(2033)를 포함하여 이루어진다.
가상 축(z축) 지자계 데이터 추정부(203)가 상기의 식들을 이용하여 가상의 z축 지자계 센서 데이터를 구하는 과정을 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 데이터 크기 추정부(2031)는 [수학식 1]을 통하여 정규화된 2축 지자 계 데이터를 이용하여 가상의 z축 지자계 센서 데이터의 '크기'를 추정하는데, 다음의 [수학식 4]와 같이, 정규화된 두 축의 지자계 센서 데이터를 사용하여 추정한다.
Figure 112005064234637-PAT00010
다음으로, 데이터 부호 추정부(2032)는 정규화된 2축 지자계 데이터(수학식 1 참조), 경사각(수학식 3), 및 복각(λ)을 이용하여 가상의 z축 지자계 센서 데이터의 부호를 추정하는데, 구체적으로는 [수학식 5]를 이용하여 추정한다.
Figure 112005064234637-PAT00011
여기서, φ와 θ는 각각 경사계 센서로 계산된 롤각(roll angle), 피치각(pitch angle)을 의미하며, 크기는 90도 이하인 경우로 가정한다.
한편, 크기/부호 결합부(2033)는 데이터 크기 추정부(2031)에서 구한 '크기'와 데이터 부호 추정부(2032)에서 구한 '부호'를 결합하여 최종적으로 가상의 z축 지자계 센서 데이터를 추정한다.
마지막으로, 방위각 산출부(204)는 지자계 데이터 정규화부(201)에서 정규화된 2축 지자계 데이터(수학식 1 참조), 경사각 산출부(202)에서 산출된 경사각(수학식 3), 가상축(z축) 지자계 데이터 추정부(203)에서 추정된 가상축 지자계 데이터(수학식 4 및 수학식 5 참조)를 이용하여 방위각을 산출한다.
상세하게는, 방위각 산출부(204)는 아래와 같은 기존의 [수학식 6]을 이용하여 방위각을 구하는데, 그 방위각은 경사각 오차가 보상된 방위각이 된다.
Figure 112005064234637-PAT00012
도 3 은 피치각과 방위각에 따른 z축 지자계 센서의 데이터에 대한 일실시예 설명도이다.
도 3은 피치각(Pitch)과 방위각(Azimuth)에 따른 가상의 z축 지자계 센서 데이터(Estimated Zmc)를 나타낸 것으로서, 크기는 [수학식 4]와 같으며, 부호는 [수학식 5]와 같다.
도 4 는 본 발명에 따른 방위각 산출 장치의 성능 분석을 위한 실험 장치의 구성도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 2축 지자계 센서(401), 1축 지자계 센서(402), 2축 가속도계(403), 마이크로프로세서(404)로 구성된다.
2축 지자계 센서(401)는 각각 x축, y축으로 장착되고, 1축 지자계 센서(402)는 추정된 z축 지자계 센서 데이터와의 비교를 위해 z축으로 장착된다. 2축 가속도계(403)는 경사각을 계산하기 위해 x축과 y축으로 장착된다.
마이크로프로세서(404)는 센서 데이터를 처리하고 z축 지자계 센서 신호 추정 및 방위각 계산을 한다.
도 5 는 실험 장치(도 4)에서 입력 변수로 사용되는 경사각의 변화량에 대한 설명도로서, 도 4에 도시된 바와 같은 실험 장치에서 입력 변수로 사용되는 경사각, 즉 롤각, 피치각의 시간에 따른 변화량을 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, 주로 피치각을 변화시켜 가면서 실험하였다.
도 6 은 기존 방법과 본 발명에 의한 z축 지자계 센서 데이터 추정값에 대한 비교설명도로서, 경사각 오차와 복각 오차가 없는 경우의 z축 지자계 센서 데이터 추정값을 나타낸다.
점선(61)으로 나타낸 것은 도 4의 실험 장치에서 1축 지자계 센서(402)에 의하여 실제로 측정한 z축 지자계 센서 데이터를 나타낸다.
"62"는 본 발명에 의하여 추정된 z축 지자계 센서 데이터를 나타내며, "63"은 기존의 방법(대한민국 공개특허공보 제10-2004-0013439호에 기재된 방법을 말하며, 이하에서도 동일한 의미로 사용하기로 함)으로 추정된 z축 지자계 센서 데이터를 나타낸다.
도 6을 통해서, 경사각 오차와 복각 오차가 없는 경우에는 본 발명과 기존 방법의 결과가 거의 유사하며, 둘 다 성능이 우수함을 알 수 있다.
도 7 은 기존 방법과 본 발명에 의한 z축 지자계 센서 데이터 추정 오차에 대한 비교설명도로서, 경사각 오차와 복각 오차가 있는 경우의 z축 지자계 센서 데이터 추정값을 나타낸다.
먼저, 복각 및 경사각 오차가 없는 경우에는 본 발명에 의하는 것(71)이 기존의 방법에 의한 것(72)보다 근사한 차이로 좋은 것을 알 수 있다.
한편, 복각 오차와 경사각 오차가 있는 경우에는 본 발명에 의한 것은 오차가 없는 경우와 동일하게 나오나, 기존의 방법에 의한 것(73, 74)은 z축 추정 오차가 커지는 것을 볼 수 있다. 여기서, "73"은 복각 오차(dip angle error)가 5도(degrees)인 경우를 나타내고, "74"는 피치각 오차(pitch error)가 5도(degrees)인 경우를 나타낸다.
따라서, 본 발명이 기존 방법보다 우수한 성능을 가짐을 확인할 수 있다.
도 8 은 기존의 방법과 본 발명에 의한 방위각 오차에 대한 비교설명도로서, "81"은 본 발명에 따라 추정된 z축 지자계 센서 데이터를 사용하여 계산된 방위각 정보를 나타내고, "82" 내지 "83"은 기존 방법에 따라 계산된 방위각 정보를 나타낸다. 여기서, "82"는 복각 오차와 경사각 오차가 없는 경우, "83"은 복각 오차(dip angle error)가 5도인 경우, "84"는 피치각 오차(pitch error)가 5도(degrees)인 경우를 나타낸다.
도 8을 통해서, 본 발명에 따라 추정된 z축 지자계 센서 데이터를 사용하는 것이 기존에 제안된 방법에 의해 추정된 z축 지자계 센서 데이터를 사용하는 것보다 작은 오차를 갖음으로써 더 우수한 방법임을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 가상의 z축 지자계 센서 데이터를 추정함에 있어서, 2축 지자계 센서의 경사각 오차 보상을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 크기의 제한으로 인하여 3축 지자계 센서를 탑재하기가 곤란하여 2축 지자계 센서를 탑재한 휴대형 단말기에서도, 3축 지자계 센서와 같은 성능을 가질 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따라 휴대형 단말기에 탑재된 2축 지자계 센서를 이용해 산출한 방위각 정보는 경사각 오차가 보상된 정확한 방위각 정보이기 때문에, 메카 (Mecca) 방향 지시, 산속에서의 방향 검색, 게임을 위한 입력값, 항법 등의 다양한 목적으로 사용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 2축 지자계 센서와 경사계 센서를 이용한 가상축 지자계 데이터 추정 장치에 있어서,
    상기 2축 지자계 센서에서 측정된 2축 지자계 데이터를 정규화하기 위한 지자계 정규화 수단;
    상기 경사계 센서에서 측정된 경사 정보를 이용하여 상기 2축 지자계 센서의 경사각을 산출하기 위한 경사각 산출 수단; 및
    상기 정규화된 2축 지자계 데이터를 이용하여 나머지 하나의 좌표축에 대한 지자계 데이터(가상축 지자계 데이터)의 크기를 결정하고, 상기 정규화된 2축 지자계 데이터와 상기 산출된 경사각과 복각을 이용하여 상기 가상축 지자계 데이터의 부호를 결정하여, 상기 가상축 지자계 데이터를 추정하기 위한 가상축 지자계 추정 수단
    을 포함하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지자계 정규화 수단에서의 정규화 과정은,
    상기 2축 지자계 센서가 x축과 y축에 대한 지자계를 측정하는 경우, 상기 2 축 지자계 센서가 장착된 휴대형 단말기가 z축을 회전축으로 회전됨에 따라 측정된 x축과 y축의 지자계 데이터의 최대값과 최소값을 각각
    Figure 112005064234637-PAT00013
    ,
    Figure 112005064234637-PAT00014
    이라 할 때, 하기 [수학식 1]을 이용하여 x축과 y축 상에서의 정규화된 지자계 데이터를 구하는 것을 특징으로 하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112005064234637-PAT00015
    여기서, Xmc와 Ymc는 상기 2축 지자계 센서에서 측정된 지자계 데이터, λ는 복각을 나타냄.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경사각 산출 수단에서의 경사각 산출 과정은,
    상기 경사계 센서가 2축 가속도 센서인 경우, 상기 2축 가속도 센서에서 출력되는 가속도 정보를 이용하여 피치각(θ)과 롤각(φ)을 산출하는 것을 특징으로 하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서
    상기 가상축 지자계 추정 수단은,
    하기 [수학식 2]와 같이 상기 정규화된 2축 지자계 데이터를 이용하여 가상축(z축) 지자계 데이터의 '크기'를 결정하기 위한 데이터 크기 결정 수단;
    하기 [수학식 3]을 이용하여 상기 가상축(z축) 지자계 데이터의 부호를 결정하기 위한 데이터 부호 결정 수단; 및
    상기 데이터 크기 결정 수단에서 결정된 데이터 크기와 상기 데이터 부호 결정 수단에서 결정된 데이터의 부호를 결합하여 가상축(z축) 데이터를 추정하기 위한 가상축 지자계 추정 수단
    을 포함하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112005064234637-PAT00016
    [수학식 3]
    Figure 112005064234637-PAT00017
  5. 2축(x축, y축) 지자계 센서와 경사계 센서가 장착된 휴대형 단말기에서의 가상의 z축 지자계 센서의 데이터를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 휴대형 단말기가 z축을 회전축으로 회전됨에 따라 상기 2축 지자계 센서가 x축 및 y축 방향의 지자계 데이터(2축 지자계 데이터)를 측정하는 2축 지자계 데이터 측정 단계;
    상기 측정된 지자계 데이터 중 최대값과 최소값, 및 복각을 이용하여 상기 2축 지자계 데이터를 정규화하는 데이터 정규화 단계;
    상기 경사계 센서가 측정한 경사정보를 이용하여 상기 2축 지자계 센서의 피치각(Pitch angle)과 롤각(Roll angle)을 구하는 경사각 산출 단계;
    상기 정규화된 2축 지자계 데이터로부터 가상의 z축 지자계 데이터의 크기를 추정하는 데이터 크기 추정 단계; 및
    상기 정규화된 2축 지자계 데이터, 상기 복각, 및 상기 경사각 산출 단계에서 구한 피치각(Pitch angle)과 롤각(Roll angle)을 이용하여 상기 가상의 z축 지 자계 데이터의 부호를 추정하는 데이터 부호 추정 단계
    를 포함하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 데이터 정규화 단계는,
    상기 2축 지자계 데이터 측정 단계에서 측정된 x축과 y축의 지자계 데이터의 최대값과 최소값을 각각
    Figure 112005064234637-PAT00018
    ,
    Figure 112005064234637-PAT00019
    이라 할 때, 하기 [수학식 1]을 이용하여 x축과 y축 상에서의 정규화된 지자계 데이터를 구하는 것을 특징으로 하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112005064234637-PAT00020
    여기서, Xmc와 Ymc는 상기 2축 지자계 센서에서 측정된 지자계 데이터, λ는 복각을 나타냄.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 크기 추정 단계는,
    하기 [수학식 2]와 같이 상기 정규화된 2축 지자계 데이터를 이용하여 가상의 z축 지자계 데이터의 '크기'를 결정하는 것을 특징으로 하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112005064234637-PAT00021
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 부호 추정 단계는,
    하기 [수학식 3]을 이용하여 상기 가상의 z축 지자계 데이터의 부호를 결정하는 것을 특징으로 하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112005064234637-PAT00022
    여기서, λ는 복각, θ는 피치각, φ는 롤각을 나타냄.
  9. 2축 지자계 센서를 이용한 방위각 산출 장치에 있어서,
    상기 2축 지자계 센서에서 측정되어 정규화된 2축 지자계 데이터를 이용하여 나머지 하나의 좌표축에 대한 지자계 데이터(가상축 지자계 데이터)의 '크기'를 결정하고, 상기 정규화된 2축 지자계 데이터와 상기 2축 지자계 센서의 경사각과 복각을 이용하여 상기 가상축 지자계 데이터의 '부호'를 결정하여, 상기 가상축 지자계 데이터를 추정하기 위한 가상축 지자계 데이터 추정 수단; 및
    상기 정규화된 2축 지자계 데이터, 상기 경사각, 상기 가상축 지자계 데이터 추정 수단에서 추정된 가상축 지자계 데이터를 이용하여 방위각을 산출하기 위한 방위각 산출 수단
    을 포함하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하는 방위각 산출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가상축 지자계 데이터 추정 수단은,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 가상축 지자계 데이터 추정 장치인 것을 특징으로 하는 2축 지자계 센서의 경사각 오차를 보상하는 방위각 산출 장치.
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