KR20070080080A - 오프셋 값을 보상하여 방위각을 연산하는 전자기기 및 그방법 - Google Patents

오프셋 값을 보상하여 방위각을 연산하는 전자기기 및 그방법 Download PDF

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KR20070080080A KR1020060011183A KR20060011183A KR20070080080A KR 20070080080 A KR20070080080 A KR 20070080080A KR 1020060011183 A KR1020060011183 A KR 1020060011183A KR 20060011183 A KR20060011183 A KR 20060011183A KR 20070080080 A KR20070080080 A KR 20070080080A
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조경일
최문철
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삼성전자주식회사
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Abstract

지자기 센서를 구비한 전자기기가 개시된다. 본 전자기기는, 초기 오프셋 값이 저장된 제1 메모리, 복수 개의 지자기 출력값을 저장하는 제2 메모리, 오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정하여 초기 오프셋 값에 대응되는 크기의 임계값과 비교하는 비교부, 오프셋 보상 팩터가 임계값 이하이면 초기 오프셋 값을 최종 오프셋 값으로 출력하고, 오프셋 보상 팩터가 임계값을 초과하면 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하여 오프셋 보상 팩터 및 초기 오프셋 값을 조정하여 비교부로 제공하는 보상부; 및, 최종 오프셋 값이 출력될 때까지 반복적으로 동작하도록 비교부 및 보상부를 제어하는 제어부를 포함한다.
오프셋 값, 오프셋 보상 팩터, 리스트 스퀘어 피팅, 반복 비교

Description

오프셋 값을 보상하여 방위각을 연산하는 전자기기 및 그 방법 { Electronic device for compensating offset data and calculating azimuth, and method thereof }
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전자기기의 구성을 나타내는 블럭도,
도 3 및 4는 본 전자기기를 이용한 준비 작업을 설명하기 위한 모식도,
도 5 내지 7은 도 3 및 도 4의 준비 작업 과정에서 산출되는 초기 오프셋값, 스케일값, 반경 오차값을 설명하기 위한 모식도,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오프셋 값 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 10은 복수 개의 지자기 출력값을 이용한 오프셋 값 보상 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 지자기 센서 120 : 제1 메모리
130 : 제2 메모리 140 : 비교부
150 : 보상부 160 : 제어부
170 : 정규화부 180 : 경사각 산출부
190 : 방위각 연산부
본 발명은 오프셋값을 보상하는 전자기기 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주변 환경의 영향에 의해 왜곡된 오프셋값을 반복 비교 작업을 통해 보상하고, 보상된 값을 이용하여 방위각을 연산하는 전자기기 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 전자 기술의 발달에 힘입어, GPS 기능, 나침반 기능 등을 구비한 전자기기의 개발 및 보급이 활성화되고 있다. 이러한 기능들을 수행하기 위해서는 방위각을 산출하는 과정이 요구된다. 방위각을 산출하기 위해서는, 자이로 센서나 지자기 센서를 이용하는 것이 일반적이다.
자이로 센서란 코리올리힘(Coriolis Force)을 측정하여 회전각속도를 검출하는 센서이다. 자이로센서를 이용하는 경우, 가속도를 측정한 후 적분하여 속도를 연산하고, 다시 2중 적분을 수행하여 변위정보를 얻게 된다. 이 경우, 2차례에 걸친 적분과정에서 발생하는 누적 적분 상수로 인한 오차가 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 지자기 센서에 비해 상대적으로 사이즈가 커서, 초소형 전자기기에 사용하기에는 불리하다는 문제점이 있었다.
지자기 센서는, 플럭스게이트(flux-gate) 등을 이용하여 지자기에 의해 유도되는 전압값을 측정하는 방식으로 지자기를 검출하는 센서이다. 지자기 센서는 2축 또는 3축으로 구현될 수 있다. 이 경우, 각 축 지자기 센서에서 산출되는 지자기 출력값은 주변 자기장 크기에 따라 달라지므로, 지자기 출력값을 기 설정된 범위(예를 들어, -1 내지 1)내로 매핑시키는 정규화를 수행하는 것이 일반적이다. 정규화는 스케일값 또는 오프셋값과 같은 정규화 인자를 이용하여 수행한다. 정규화 인자를 연산하기 위해서는 먼저 지자기 센서를 수차례 회전시키면서 그 출력값을 산출한 후, 출력값 중 최대값 및 최소값을 검출하여야 한다. 정규화 인자를 이용하여 정규화된 값은 방위각 보상 작업에 사용된다.
한편, 상술한 정규화 인자 중 오프셋값은 주위 환경의 영향을 받아서 왜곡될 수 있다. 즉, 지자기 센서가 휴대폰과 같은 휴대형 전자기기에 내장된 경우, 배터리를 교체하거나 LCD 폴더를 개폐할 때 오프셋 값이 달라질 수 있다. 또한, 주변에 강한 자성 물체나 철근 구조물과 같은 방해 물질이 존재하는 경우에도, 오프셋 값이 달라질 수 있다. 이 경우, 왜곡된 오프셋 값을 적용하여 정규화를 수행하게 되면 정규화된 결과값이 왜곡된다. 이에 따라, 최종 연산되는 방위각에도 오차가 포함된다.
종래의 전자 컴파스에서 사용자가 방위각 오차를 인식하더라도, 오프셋값을 정상적인 값으로 보상하기 위해서는 각 축 출력값의 최대값 및 최소값을 새로이 산출하여야만 한다. 따라서, 오프셋값을 보상하고자 할 때마다 전자 컴파스를 다양한 방향으로 수차례 회전시키면서 X, Y, Z축 지자기 출력값을 구하고, 그 중 최대값 및 최소값을 검출하여야만 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반복 비교 과정을 통해서 오프셋값을 보상함으로써, 최소한의 모션만으로도 편리하게 오프셋값을 보상할 수 있도록 하는 전자기기 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 반복 비교 과정을 통해 보상된 오프셋 값을 이용하여 정확한 방위각을 연산할 수 있는 전자기기 및 그 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 지자기 센서를 구비한 전자기기는, 초기 오프셋 값이 저장된 제1 메모리, 상기 전자기기 위치가 변경되는 과정에서 상기 지자기 센서에 의해 산출되는 복수 개의 지자기 출력값을 저장하는 제2 메모리, 오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정하여 상기 초기 오프셋 값에 대응되는 크기의 임계값과 비교하는 비교 작업을 수행하는 비교부, 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값 이하이면 상기 초기 오프셋 값을 최종 오프셋 값으로 출력하고, 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값을 초과하면 상기 복수 개의 지자기 출력값을 이용한 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하여 상기 오프셋 보상 팩터를 조정하고, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터를 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 보상하며, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터 및 상기 보상된 초기 오프셋 값을 상기 비교부로 제공하는 보상부 및 상기 최종 오 프셋 값이 출력될 때까지 상기 비교작업, 상기 오프셋 보상 팩터 조정 작업 및 상기 초기 오프셋 값 보상 작업을 반복 수행하도록 상기 비교부 및 상기 보상부를 제어하는 제어부를 포함한다.
이 경우, 상기 지자기센서는 상호 직교하는 X, Y, Z축으로 구성된 3축 지자기 센서가 될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 메모리는, 주변 자기장이 일정한 환경에서 상기 전자기기를 상기 X축을 기준으로 소정 회수 회전시키고, 상기 Y축을 기준으로 소정 회수 회전시키는 과정에서 상기 지자기센서에서 출력되는 X, Y, Z축 지자기 출력값 중 최대값 및 최소값을 소정 수식에 대입하여 기 산출한 스케일값, 반경 오차값, 및 상기 초기 오프셋값이 저장된 것이 될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 지자기 센서의 출력값을 기 설정된 범위의 값으로 매핑시키는 정규화를 수행하는 정규화부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 보상부는, 상기 제2 메모리에 저장된 복수개의 지자기 출력값 각각에 대한 정규화 값을 이용하여 상기 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 초기 오프셋 값 및 상기 오프셋 보상 팩터는 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하는 형태가 될 수 있다. 이 경우, 상기 비교부는 상기 오프셋 보상 팩터의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱한 값을 가산한 결과값의 제곱근과, 상기 초기 오프셋 값의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱한 값을 가산한 결과값의 제곱근에 기 설정된 고정 상수를 승산한 값을 비교할 수 있다.
또한 바람직하게는 상기 보상부는 리스트 스퀘어 피팅 방식에 따른 근사 방정식을 이용하여 얻어진 수식을 이용하여 오프셋 보상 팩터 및 초기 오프셋 값을 조정할 수 있다.
한편, 본 전자기기는, 상기 전자기기의 피치각 및 롤각을 산출하는 경사각 산출부 및 상기 지자기 센서의 현재 출력값을 상기 최종 오프셋 값과 상기 스케일 값을 이용하여 정규화한 현재 정규화 값, 상기 피치각 및 상기 롤각을 이용하여 방위각을 연산하는 방위각 연산부를 더 포함할 수도 있다.
이 경우, 상기 방위각 연산부는, 상기 현재 정규화 값, 상기 피치각 및 상기 롤각을 소정 수식에 대입하여 상기 방위각을 연산할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 초기 오프셋 값 및 상기 오프셋 보상 팩터는 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하며, 상기 비교부는 상기 오프셋 보상 팩터 중 Z축 성분을 상기 초기 오프셋 값의 Z축 성분보다 큰 값으로 추정할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 비교부는 기 산출된 스케일값을 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 스케일 다운한 후, 스케일 다운된 초기 오프셋값을 이용하여 상기 비교작업을 수행하며, 상기 보상부는 상기 최종 오프셋 값이 산출되면 상기 스케일 값을 이용하여 상기 최종 오프셋 값을 스케일 업하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 제1 메모리는 ROM이고, 상기 제2 메모리는 RAM이 될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지자기 센서를 구비한 전자기기의 오프셋 값 보상 방법은, (a) 오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정하는 단계, (b) 상기 오프셋 보상 팩터를 기 설정된 초기 오프셋 값에 대응되는 크기의 임계값과 비 교하는 단계 및 (c) 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값 이하이면 상기 초기 오프셋 값을 최종 오프셋 값으로 출력하고, 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값을 초과하면 기 산출된 복수 개의 지자기 출력값을 이용한 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하여 상기 오프셋 보상 팩터를 조정하고, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터를 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 보상하며, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터 및 상기 보상된 초기 오프셋 값을 상기 (b)단계로 제공하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 (b) 및 (c) 단계는 상기 최종 오프셋 값이 출력될 때까지 반복 수행된다.
바람직하게는, 상기 지자기센서는 상호 직교하는 X, Y, Z축으로 구성된 3축 지자기 센서가 될 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 오프셋 값 보상 방법은 주변 자기장이 일정한 환경에서 상기 전자기기를 상기 X축을 기준으로 소정 회수 회전시키고, 상기 Y축을 기준으로 소정 회수 회전시키는 과정에서 상기 지자기센서에서 출력되는 X, Y, Z축 지자기 출력값 중 최대값 및 최소값을 소정 수식에 대입하여 스케일값, 반경 오차값 및 상기 초기 오프셋 값을 산출하여 소정의 제1 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 (b) 및 (c)단계는 상기 제1 메모리에 저장된 초기 오프셋 값을 독출하여 이용할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 전자 기기의 위치를 변경시키면서 복수 개의 변경 위치에서 상기 지자기 센서 출력값을 산출하여 상기 복수 개의 지자기 출력값으로서 소정의 제2 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 (c)단 계는, 상기 제2 메모리에 저장된 상기 복수 개의 지자기 출력값을 독출하여 이용할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 복수 개의 지자기 출력값을 기 설정된 범위의 값으로 매핑시키는 정규화를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 (c)단계는 상기 복수 개의 지자기 출력값 각각에 대한 정규화값을 이용하여 상기 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용할 수 있다.
한편, 상기 초기 오프셋 값 및 상기 오프셋 보상 팩터는 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하는 형태가 될 수 있다. 이 경우, 상기 (b)단계는, 상기 오프셋 보상 팩터의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱한 값을 가산한 결과값의 제곱근과, 상기 초기 오프셋 값의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱한 값을 가산한 결과값의 제곱근에 기 설정된 고정 상수를 승산한 결과값인 임계값을 비교할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 (c)단계는, 리스트 스퀘어 피팅 방식에 따른 근사 방정식을 이용하여 얻어진 수식을 이용하여 오프셋 보상 팩터 및 초기 오프셋 값을 조정할 수 있다.
또한, 상기 초기 오프셋 값 및 상기 오프셋 보상 팩터는 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하는 경우, 상기 (a)단계는 상기 오프셋 보상 팩터 중 Z축 성분을 상기 초기 오프셋 값의 Z축 성분보다 큰 값으로 추정할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 (b)단계는, 기 산출된 스케일값을 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 스케일 다운한 후, 스케일 다운된 초기 오프셋값을 이용하여 상기 비교작업을 수행하며, 상기 (c)단계는 상기 최종 오프셋 값을 상기 스케일 값을 이용하여 스케일 업하여 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기의 방위각 산출 방법은, (a) 오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정하는 단계, (b) 상기 오프셋 보상 팩터를 기 설정된 초기 오프셋 값에 대응되는 크기의 임계값과 비교하는 단계 및 (c) 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값 이하이면 상기 초기 오프셋 값을 최종 오프셋 값으로 출력하고, 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값을 초과하면 기 산출된 복수 개의 지자기 출력값을 이용한 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하여 상기 오프셋 보상 팩터를 조정하고, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터를 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 보상한 후, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터 및 상기 보상된 초기 오프셋 값을 상기 (b)단계로 제공하는 단계, (d) 상기 (b) 및 (c) 단계의 반복 과정에서 산출되는 최종 오프셋 값과 스케일 값을 이용하여 상기 3축 지자기 센서의 출력값을 정규화하는 단계, (e) 상기 전자 기기의 피치각 및 롤각을 산출하는 단계 및 (f) 상기 정규화 값, 상기 피치각 및 상기 롤각을 이용하여 방위각을 연산하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (f) 단계는, 상기 정규화 값, 상기 피치각 및 상기 롤각을 소정 수식에 직접 대입하여 방위각을 연산할 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다. 도 1에 따르면, 본 전자기기(100)는 지자기 센서(110), 제1 메모리(120), 제2 메모리(130), 비교부(140), 보상부(150), 제어부(160)를 포함한다. 본 전자기 기(100)는 전자 컴파스, 휴대폰, 차량용 네비게이션 장치 등이 될 수 있다.
지자기 센서(110)는 상호 직교하는 X, Y, Z축으로 구성된 3축 지자기 센서로 구현된다. 구체적으로는, 전자 기기(100)가 놓인 평면에 수평한 방향으로 상호 직교하는 형태로 배치된 X축 및 Y축 플럭스게이트와, 평면에 수직한 방향으로 배치된 Z축 플럭스게이트로 구성될 수 있다. 이에 따라, 지자기 센서(110)는 주변 지자기의 크기에 대응되는 X, Y, Z축 지자기 출력값을 산출한다.
제1 메모리(120)는 기 산출된 초기 오프셋값, 스케일값, 반경 오차값 등이 저장된다. 전자기기(100) 제작자, 또는, 사용자는 전자기기(100) 제작 과정이나 세팅 과정에서 초기 오프셋값, 스케일값, 반경오차값 등을 미리 산출하여 제1 메모리(120)에 저장하여 둘 수 있다. 제1 메모리(120)에 저장된 데이터들은 그대로 고정되어, 후술하는 오프셋 값 보상 작업에서 사용된다. 따라서, 제1 메모리(120)에 저장될 데이터는 주변 자기장이 일정한 환경을 갖춘 팩토리(factory)에서 산출하는 것이 바람직하다. 초기 오프셋값, 스케일값, 반경오차값은 아래 수식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112006008633628-PAT00001
Figure 112006008633628-PAT00002
Figure 112006008633628-PAT00003
수학식 1에서, r1, r2, r3은 각각 X, Y, Z축 스케일값, XO, Y0, Z0는 각각 X, Y, Z축의 초기 오프셋 값, Xmax, Ymax, Zmax는 각각 X, Y, Z축 지자기 출력값의 최대값, Xmin, Ymin, Zmin은 각각 X, Y, Z축 지자기 출력값의 최소값, r0는 구의 반경, X, Y, Z는 임의의 지점에서 측정된 X, Y, Z축 지자기 출력값을 의미한다.
제1 메모리(120)에 저장될 데이터를 산출하는 작업은 후술하는 부분에서 설명한다. 한편, 제1 메모리(120)는 ROM(Read Only Memory)으로 구현될 수 있다.
제2 메모리(130)는 오프셋 값 보상을 위해 필요한 지자기 출력값을 저장하기 위한 메모리이다. 제2 메모리(130)는 RAM(Random Access Memory)으로 구현될 수 있다. 사용자는 오프셋 값을 보상하고자 하는 경우, 전자기기(100)를 임의의 방향으로 한번 정도 움직여서 전자기기(100)의 위치를 변경시킨다. 사용자는 전자기기(100) 위치 변경 과정에서 지자기 센서(110)에서 산출되는 X, Y, Z축 지자기 출력값을 여러 번 샘플링하여 복수 개의 지자기 출력값을 마련한 후, 제2 메모리(130)에 저장한다.
비교부(140)는 오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정한다. 그리고 나서, 추정된 오프셋 보상 팩터와 제1 메모리(120)에 저장된 초기 오프셋 값에 대응되는 크기의 임계값을 비교한다. 이 경우, 오프셋 보상 팩터, 초기 오프셋 값은 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하는 형태이다. 즉, 오프셋 보상 팩터는 h=(Xh, Yh, Zh), 초기 오프셋 값은 u=(Xo, Yo, Zo)로 표현될 수 있다. 이 경우, 임계값은 초기 오프셋 값의 각 축 성분을 각각 제곱하여 그 값들을 가산한 결과값의 제곱근에 고정 상수 β를 승산한 값으로 설정될 수 있다. 비교부(140)는 오프셋 보상 팩터의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱하여, 그 값들을 가산한 결과값의 제곱근과 상술한 임계값을 비교한다. 비교 식은 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112006008633628-PAT00004
수학식 2에서 고정 상수 β는 임의의 값으로 설정될 수 있다. 일 예로, β는 10-6으로 설정될 수 있다.
보상부(150)는 비교부(140)로부터 비교 결과를 제공받는다. 이에 따라, 오프셋 보상 팩터가 임계값보다 작다면, 초기 오프셋 값을 그대로 최종 오프셋 값으로서 출력한다.
반면, 보상부(150)는 오프셋 보상 팩터가 임계값 이상이라면, 초기 오프셋 값에 대한 보상 작업을 수행한다. 보상 작업은 제2 메모리(130)에 기록된 복수 개의 지자기 출력값을 이용하는 리스트 스퀘어 피팅(least square fitting)을 반복 수행하는 방식으로 진행될 수 있다. 이하에서는 리스트 스퀘어 피팅 방식이 적용된 초기 오프셋 값 보상 작업에 대하여 구체적으로 설명한다.
보상부(150)는 제2 메모리(130)에 기록된 지자기 출력값 각각에 대한 정규화 값을 산출한다. 정규화 값이란, 지자기 센서(110)의 출력값을 기 설정된 범위(예를 들어, -1 내지 1)의 값으로 매핑하는 정규화를 수행한 결과값을 의미한다. 정규화 값은 아래 수식으로 표현될 수 있다.
Figure 112006008633628-PAT00005
수학식 3에서 i는 자연수로서 샘플링 순서를 의미한다. 또한, Xi, Yi, Zi는 각각 i번째로 샘플링된 X, Y, Z축 지자기 출력값, ai, bi, ci는 각각 i번째 X, Y, Z축 정규화값을 의미한다.
보상부(150)는 수학식 3에 의해 연산되는 ai, bi, ci를 이용하여, 아래 수학식 4 및 수학식 5를 이용한 연산을 수행한다.
Figure 112006008633628-PAT00006
Figure 112006008633628-PAT00007
수학식 4 및 5의 결과 값인 faki 및 fi는 샘플링 회수에 대응되는 개수만큼 산출된다. 한편, 보상부(150)는 아래 수학식 6으로 표현되는 형태의 야코비안 행렬도 산출한다.
Figure 112006008633628-PAT00008
수학식 6에 따른 야코비안 행렬에서 행의 개수는 i와 같다. 예를 들어, 샘플링이 4회 되었다면, 수학식 6의 ji는 아래 수식과 같이 4×3 행렬로 표시된다.
Figure 112006008633628-PAT00009
이 경우, 트랜스포즈 야코비안 행렬은 3×4행렬로 표시된다. 수학식 7에 대한 트랜스포즈 야코비안 행렬 Ji T는 아래 수식과 같이 표현된다.
Figure 112006008633628-PAT00010
보상부(150)는 수학식 3 내지 6의 결과값들을 아래 수식들에 대입하여, 오프셋 보상 팩터 조정 및 초기 오프셋 값 보상을 수행한다.
Figure 112006008633628-PAT00011
Figure 112006008633628-PAT00012
수학식 9에서, Ji는 야코비안(jacobian) 행렬, Ji T는 트랜스포즈 야코비안 행렬, h는 조정된 오프셋 보상 팩터, un은 보상된 초기 오프셋 값, u는 초기 오프셋 값을 의미한다.
수학식 9는 리스트 스퀘어 피팅 방식에 의해 아래 연산 과정을 통해 얻어진 수식이다. 구체적으로는 아래 수식을 이용하여 수학식 9를 얻을 수 있다.
(a) fi + Ji*h≒0
(b) Ji*h= -fi
(c) Ji T*Ji*h=Ji T*(-fi)
(d) h=(Ji T*Ji)-1*[Ji T*(-fi)]
수학식 10에 따르면 리스트 스퀘어 피팅 방식을 적용한 근사 방정식 (a)로부터 얻어지는 방정식(b)의 양변에 트랜스포즈 야코비안 행렬 Ji T을 공통적으로 승산하여 줌으로써, h를 산출하기 위한 방정식 (e)가 얻어지는 것을 알 수 있다.
보상부(150)는 수학식 9를 이용하여 오프셋 보상 팩터 h와 초기 오프셋 값 u를 보상한다.
제어부(160)는 최종 오프셋 값이 산출될 때까지 상술한 비교, 조정, 보상 작업을 반복 수행하도록 비교부(140) 및 보상부(150)를 제어한다. 구체적으로는, 제어부(160)는 조정된 h 및 un을 다시 비교부(140)로 제공하도록 보상부(150)를 제어한다. 비교부(140)는 un에 β를 승산하여 임계값을 새로이 산출한 후, 산출된 임계값과 조정된 h를 비교한 후, 보상부(150)로 다시 제공한다. 보상부(150)는 새로 제공된 비교 결과를 참고하여 조정된 h가 임계값보다 작으면 un을 최종 오프셋 값으로서 출력한다. 반면, 조정된 h 역시 임계값 이상이라면 조정된 h 및 un을 적용하여 상술한 수학식 3-6, 9를 다시 연산하고 그 결과값을 비교부(140)로 다시 제공한다. 비교부(140) 및 보상부(150)는 최종 오프셋 값이 출력될 때까지 이러한 작업을 반복적으로 수행한다. 이에 따라, 오프셋 보상 팩터가 임계값 미만이 될 때의 초기 오프셋 값이 최종 오프셋 값으로서 산출되면, 산출된 최종 오프셋 값을 방위각 보상 작업에 사용할 수 있다.
한편, 도 1에서 비교부(140)는 스케일값을 이용하여 초기 오프셋 값의 스케일을 다운시켜 사용할 수도 있다. 예를 들어, 초기 오프셋 값의 X, Y, Z축 성분이 각각 2000이고, 스케일 값의 X, Y, Z축 성분이 각각 800이라면, 초기 오프셋 값의 X, Y, Z축 성분을 2000/800=2.5로 두고, 2.0*β를 임계값으로 설정한다.
비교부(140)에서 스케일 다운이 수행된 경우, 보상부(150)는 최종 오프셋 값을 스케일 값을 이용하여 스케일 업하여 출력한다. 예를 들어, 최종 오프셋 값이 2로 산출되었다면, 2*800=1600을 최종 오프셋 값으로 출력한다.
도 1에서 비교부(140), 보상부(150) 및 제어부(160)는 하나의 마이크로 프로세서 칩 또는 회로로 구현될 수도 있으며, 각기 별개의 마이크로 프로세서 칩 또는 회로로 구현될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전자기기의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2에 따르면, 전자기기(100)는 지자기센서(110), 제1 메모리(120), 제2 메모리(130), 비교부(140), 보상부(150), 제어부(160) 이외에 정규화부(170), 경사각 산출부(180), 방위각 연산부(190)를 더 포함한다.
정규화부(170)는 상술한 수학식 3을 이용한 정규화 작업을 수행하는 역할을 한다. 도 1에 도시된 실시 예에서와 같이 정규화 작업은 보상부(150)에 의해 수행될 수도 있으나, 도 2의 실시 예와 같이 정규화부(170)에서 수행되어 보상부(150)로 제공될 수도 있다. 정규화부(170) 역시 별개의 마이크로 프로세서 칩 또는 회로로 구현될 수 있다.
정규화부(170)는 제2 메모리(130)에 저장된 복수 개의 지자기 출력값을 상술한 수학식 3을 이용하여 정규화한다. 한편, 후술하는 방위각 연산 과정을 위해서, 지자기 센서(110)의 현재 출력값을 정규화하여 방위각 연산부(190)로 제공하여 줄 수도 있다.
경사각 산출부(180)는 전자기기(100)의 기울기, 즉, 피치각(pitch angle) 및 롤각(roll angle)을 산출하는 역할을 한다. 경사각 산출부(180)는 가속도 센서(미도시)로 구현될 수 있다. 피치각 및 롤각 산출 방식에 대해서는 국내특허출원 제10-2004-0007974호 및 기타 공지 기술 등에 의해 이미 공개된 바 있으므로, 구체적인 산출 방식은 생략한다. 아래 수식은 피치각 및 롤각 연산 수식의 일 예를 나타낸다.
Figure 112006008633628-PAT00013
Figure 112006008633628-PAT00014
수학식 11에서 θ는 피치각, φ는 롤각, Xtnorm 및 Ytnorm은 가속도 센서(미도시)의 출력값을 기 설정된 범위(예를 들어, -1 내지 1) 내로 정규화한 값을 나타낸 다.
방위각 연산부(160)는, 지자기 센서(110)의 현재 출력값을 정규화부(170)에서 최종 오프셋 값과 스케일값을 이용하여 정규화한 현재 정규화값과 경사각 산출부(180)에서 제공되는 피치각 및 롤각을 이용하여 방위각을 연산한다. 방위각 연산 수식은 아래 수식으로 표현될 수 있다.
Figure 112006008633628-PAT00015
수학식 12에서 ψ는 방위각, Xnorm, Ynorm, Znorm은 각각 최종 오프셋값을 이용하여 정규화된 X, Y, Z축 현재 정규화값, θ는 피치각, 그리고, φ는 롤각을 의미한다. 방위각 연산부(190)는 왜곡 상태가 보상된 최종 오프셋 값을 이용하여 정규화된 값을 사용하여 방위각을 연산하게 되므로, 정확한 방위각을 연산할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2의 전자기기를 이용하여 초기 오프셋 값을 보상하기 위해서는, 초기 오프셋 값, 스케일값, 반경 오차값을 미리 산출하여 저장하여 두는 준비 작업이 필요하다. 도 3 및 도 4는 초기 오프셋 값 등을 산출하는 준비 작업의 일 예를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3 및 4에 따르면, X축 및 Y축 지자기 센서는 전자기기(100)가 놓여진 평면과 평행한 방향으로 상호 직교하는 형태로 배치되며, Z축 지자기 센서는 X축 및 Y축 각각과 직교하는 형태로 배치된다. 이러한 상태에서 전자기기(100)를 Z축을 기 준으로 수평 회전시키면서 각 축 출력값을 산출한다. 다음으로, 도 4에서와 같이 전자기기(100)를 수직으로 기울인 상태에서 Y축을 기준으로 수평 회전시키면서 각 축 출력값을 산출한다.
도 5는 도 3과 같이 회전하는 과정에서 산출된 X 및 Y축 지자기 출력값 관계를 나타내고, 도 6은 도 4와 같이 회전하는 과정에서 산출된 X 및 Z축 지자기 출력값 관계를 나타낸다. 도 5 및 도 6의 그래프는 타원형으로 나타나며, 장축은 X축 지자기 출력값, 단축은 Y축 또는 Z축 출력값을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 5에서 타원 중점으로부터 Xmax 까지 연결한 장축 반지름 r1, 타원 중점으로부터 Ymax까지 연결한 단축 반지름 r2을 연산하면 (Xmax-Xmin)/2, (Ymax-Ymin)/2이 된다. 수학식 1을 참고하면, r1 및 r2는 각각 X축 스케일 값 및 Y축 스케일 값을 나타냄을 알 수 있다. 한편, 도 6에서 타원 중점으로부터 Zmax까지 연결한 단축 반지름 r3은 (Zmax-Zmin)/2 가 되며, 이는 Z축 스케일 값이 됨을 알 수 있다.
도 6은 도 5 및 도 6의 타원형 그래프를 3차원 구형 좌표계로 정규화한 그래프이다. 도 6에 따르면, 3차원 구형 그래프의 반경은 r0로 표시되며, 중점은 O(X0, Y0, Z0)로 표시된다. 또한, 중점 O는 초기 오프셋 값에 해당한다. 주변 자기장에 의해 오프셋 값이 왜곡되지 않는 이상, 지자기 센서(110)의 정규화된 출력값은 도 6의 구형 그래프의 표면에 위치하게 된다.
하지만, 주변 자기장이 영향을 미치게 되면 중점이 변경되므로, 새로운 중점을 찾아서 정규화를 수행하여야 한다. 새로운 중점을 찾는 과정이 상술한 오프셋 값 보상 작업에 해당한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오프셋 값 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8에 따르면, 먼저 오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정한다(S810).
그리고 나서, 오프셋 보상 팩터 및 임계값을 비교한다(S820). 임계값은 초기 오프셋 값에 대응되는 크기로 설정된다. 오프셋 보상 팩터와 임계값을 비교하는 작업은 수학식 2를 이용하여 할 수 있다.
비교 결과, 오프셋 보상 팩터가 임계값 미만이라면, 초기 오프셋 값을 그대로 최종 오프셋 값으로서 출력한다(S830).
한편, 비교 결과, 오프셋 보상 팩터가 임계값 이상이라면, 리스트 스퀘어 피팅 방식을 이용하여 오프셋 보상 팩터를 조정한다(S840). 그리고 나서, 조정된 오프셋 보상 팩터를 이용하여 초기 오프셋 값을 보상한다(S850). 오프셋 보상 팩터 조정 및 초기 오프셋 값 보상 작업은 상술한 수학식 3 내지 6, 9를 이용하여 수행될 수 있다.
그리고 나서, 조정된 오프셋 보상 팩터 및 보상된 초기 오프셋 값을 이용하여 다시 비교 단계(S820)를 수행한다. S820, S840, S850 단계는 최종 오프셋 값이 산출될 때까지 반복적으로 수행된다.
한편, 초기 오프셋 값이 비교 단계(S820)에서 스케일 다운되어 사용되었다면, 최종 오프셋 값을 다시 스케일 업하여 출력하여야 한다. 이에 대해서는, 상술한 바 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 도 8의 오프셋 값 보상 방법에 따르면, 초기 오프셋 값, 스케일 값, 반경 오차값과, 리스트 스퀘어 피팅 방식에 사용될 복수 개의 지자기 출력값을 필요로 한다. 따라서, S810 단계에 선행하여 초기 오프셋 값, 스케일 값, 반경 오차값을 산출하여 저장하는 단계와, 복수 개의 지자기 출력값을 산출하여 저장하는 단계가 수행되어야 한다. 도 8에서는 이러한 과정에 대한 도시는 생략하였다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9에 따르면, 먼저 초기 오프셋 값, 스케일 값, 반경 오차값을 산출하여 저장한다(S910). S910 단계는 전자기기(100) 제작 과정 또는 초기 세팅 과정에서 수행되는 단계이다.
다음으로, 방위각 산출에 필요한 기본 데이터를 얻기 위해서, 전자기기(100)를 임의의 방향으로 회전시키거나, 이동시키면서 여러 지점에서 지자기 센서(110)의 출력값을 산출하여 저장한다(S920).
그리고 나서, 도 8에 도시된 방법을 이용하여 초기 오프셋 값을 보상하여 최종 오프셋 값을 산출한다(S930).
그리고 나서, 피치각 및 롤각을 산출한 후(S940), 산출된 값들을 이용하여 방위각을 산출한다(S940). 구체적으로는, S930단계에서 산출된 최종 오프셋 값을 이용하여 현재 위치에서의 지자기 센서(110) 출력값을 정규화 한 후, 정규화 값 및 피치각, 롤각을 상술한 수학식 12에 대입하여 방위각을 연산한다.
한편, 이상과 같은 실시 예들에서 비교부(140)는 오프셋 보상 팩터 중 Z축 성분을 초기 오프셋 값 중 Z축 성분보다 상당히 큰 값으로 추정하여 사용할 수 있 다. 즉, 동일 지점에서 마련된 복수 개의 지자기 출력값이 이루는 평면은 두 개의 구 표면에 생길 수 있다. 도 10은 두 개의 구와 만나는 복수 개의 지자기 출력값을 이용하여 오프셋 값을 보상하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10에 따르면 4회 샘플링 된 경우, 4개의 샘플링된 지자기 출력값은 구형 좌표계에서 4개의 점(210 - 240)으로 표시된다. 이 경우, 4개의 점(210-240)이 이루는 평면(200)은 위측에 위치한 제1 구(300) 및 아래 측에 위치한 제2 구(400)가 겹치는 면이 된다.
현재 전자기기(100)의 위치가 북반구라고 가정하면 두 개의 구(300, 400) 중 제1 구(300)는 실구(real sphere)이고, 제2 구(400)는 허구(imaginary sphere)가 된다. 따라서, 제1 구(300)의 중점이 실제 오프셋 값으로 사용되며, 제2 구(400)의 중점은 사용되지 않는 값이다. 하지만, 오프셋 보상 팩터를 임의로 추정하는 과정에서 Z축 성분을 초기 오프셋 값의 Z축 성분보다 상당히 작게 추정하게 되면, 제1 지점(410)과 같이 현재 평면(200)의 하부에서 최초 비교 작업이 수행된다. 이에 따라, 반복 비교 조정 작업(420)을 거치게 되면 제1 지점(410)은 제2 구(400)의 중점(430)으로 보상되지만, 이는 불필요한 값이 된다.
반면, 오프셋 보상 팩터를 임의로 추정하는 과정에서 Z축 성분을 초기 오프셋 값의 Z축 성분보다 상당히 크게 추정하게 되면, 제2 지점(310)과 같이 현재 평면(200)의 상측에서 최초 비교 작업이 수행된다. 이에 따라, 반복 비교 조정 작업(320)을 거치면서 제2 지점(310)이 제1 구(300)의 중점(330)으로 보상된다. 제1 구(300)의 중점(330)의 좌표는 최종 오프셋 값이 된다.
한편, 본 전자기기(100)가 남반구에서 사용될 경우에는 제2 구(400)가 실구가 되므로, 이때는, 오프셋 보상 팩터의 Z축 성분을 초기 오프셋 값의 Z축 성분보다 상당히 낮은 값으로 추정하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 리스트 스퀘어 피팅 방식을 반복적으로 수행하여 오프셋 값을 정확하게 보상하여 줄 수 있다. 이에 따라, 오프셋 값 보정을 위해서 매번 전자기기를 여러 방향으로 수차례 회전시켜 지자기 최대값 및 최소값을 산출할 필요가 없어지므로, 사용자의 편의성이 증대된다.
또한, 본 발명에 따르면, 보상된 오프셋 값을 이용하여 정규화를 수행한 후, 정규화 값을 이용하여 방위각을 연산함으로써, 방위각을 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 오프셋 값 보상을 위해 스케일 다운 및 업 과정을 거치게 되므로, 연산 부담을 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 실제 사용될 수 있는 오프셋 값, 즉, 실구의 중점을 간단하게 찾을 수 있게 되므로, 불필요한 값으로 오프셋 값이 보상되는 위험을 방지할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (22)

  1. 지자기 센서를 구비한 전자기기에 있어서,
    초기 오프셋 값이 저장된 제1 메모리;
    상기 전자기기 위치가 변경되는 과정에서 상기 지자기 센서에 의해 산출되는 복수 개의 지자기 출력값을 저장하는 제2 메모리;
    오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정하여 상기 초기 오프셋 값에 대응되는 크기의 임계값과 비교하는 비교 작업을 수행하는 비교부;
    상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값 이하이면 상기 초기 오프셋 값을 최종 오프셋 값으로 출력하고, 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값을 초과하면 상기 복수 개의 지자기 출력값을 이용한 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하여 상기 오프셋 보상 팩터를 조정하고, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터를 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 보상하며, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터 및 상기 보상된 초기 오프셋 값을 상기 비교부로 제공하는 보상부; 및,
    상기 최종 오프셋 값이 출력될 때까지 상기 비교작업, 상기 오프셋 보상 팩터 조정 작업 및 상기 초기 오프셋 값 보상 작업을 반복 수행하도록 상기 비교부 및 상기 보상부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지자기센서는 상호 직교하는 X, Y, Z축으로 구성된 3축 지자기 센서인 것을 특징으로 하는 전자기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 메모리는,
    주변 자기장이 일정한 환경에서 상기 전자기기를 상기 X축을 기준으로 소정 회수 회전시키고, 상기 Y축을 기준으로 소정 회수 회전시키는 과정에서 상기 지자기센서에서 출력되는 X, Y, Z축 지자기 출력값 중 최대값 및 최소값을 아래 수식에 대입하여 기 산출한 스케일값, 반경 오차값, 및 상기 초기 오프셋값이 저장된 것임을 특징으로 하는 전자기기 :
    Figure 112006008633628-PAT00016
    Figure 112006008633628-PAT00017
    Figure 112006008633628-PAT00018
    여기서, r1, r2, r3은 각각 X, Y, Z축 스케일값, XO, Y0, Z0는 각각 X, Y, Z축의 초기 오프셋 값, Xmax, Ymax, Zmax는 각각 X, Y, Z축 지자기 출력값의 최대값, Xmin, Ymin, Zmin은 각각 X, Y, Z축 지자기 출력값의 최소값, r0는 구의 반경, X, Y, Z는 임의의 지점에서 측정된 X, Y, Z축 지자기 출력값.
  4. 제3항에서,
    상기 지자기 센서의 출력값을 아래 수식을 이용하여 기 설정된 범위의 값으로 매핑시키는 정규화를 수행하는 정규화부;를 더 포함하며,
    상기 보상부는, 상기 제2 메모리에 저장된 복수개의 지자기 출력값 각각에 대한 정규화 값을 이용하여 상기 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자기기 :
    Figure 112006008633628-PAT00019
    여기서, Xi, Yi, Zi는 각각 i번째 X, Y, Z축 지자기 출력값, ai, bi, ci는 각각 i번째 X, Y, Z축 정규화값, i는 자연수.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 초기 오프셋 값 및 상기 오프셋 보상 팩터는 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하며,
    상기 비교부는 상기 오프셋 보상 팩터의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱한 값을 가산한 결과값의 제곱근과, 상기 초기 오프셋 값의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱한 값을 가산한 결과값의 제곱근에 기 설정된 고정 상수를 승산한 값을 비교하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보상부는
    상기 ai, bi, ci, XO, Y0, Z0, Xi, Yi, Zi 및 r0를 아래 수식 중 (1), (2), (3) 식에 대입한 후, 그 결과값을 아래 수식 중 (4)식에 대입하여 상기 오프셋 보상 팩터를 조정하고, 상기 (4)식의 결과값을 아래 수식 중 (5)식에 대입하여 상기 초기 오프셋 값을 보상하는 것을 특징으로 하는 전자기기 :
    Figure 112006008633628-PAT00020
    Figure 112006008633628-PAT00021
    Figure 112006008633628-PAT00022
    Figure 112006008633628-PAT00023
    Figure 112006008633628-PAT00024
    여기서, Ji는 야코비안(jacobian) 행렬, Ji T는 트랜스포즈 야코비안 행렬, h는 조정된 오프셋 보상 팩터, un은 보상된 초기 오프셋 값, u는 초기 오프셋 값.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전자기기의 피치각 및 롤각을 산출하는 경사각 산출부; 및,
    상기 지자기 센서의 현재 출력값을 상기 최종 오프셋 값과 상기 스케일 값을 이용하여 정규화한 현재 정규화 값, 상기 피치각 및 상기 롤각을 이용하여 방위각을 연산하는 방위각 연산부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방위각 연산부는,
    상기 현재 정규화 값, 상기 피치각 및 상기 롤각을 아래 수식에 대입하여 상기 방위각을 연산하는 것을 특징으로 하는 전자기기 :
    Figure 112006008633628-PAT00025
    여기서, ψ는 방위각, Xnorm, Ynorm, Znorm은 각각 상기 X, Y, Z축 현재 정규화값, θ는 피치각, 그리고, φ는 롤각.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초기 오프셋 값 및 상기 오프셋 보상 팩터는 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하며, 상기 비교부는 상기 오프셋 보상 팩터 중 Z축 성분을 상기 초기 오프셋 값의 Z축 성분보다 큰 값으로 추정하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 비교부는 기 산출된 스케일값을 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 스케일 다운한 후, 스케일 다운된 초기 오프셋값을 이용하여 상기 비교작업을 수행하며,
    상기 보상부는 상기 최종 오프셋 값이 산출되면 상기 스케일 값을 이용하여 상기 최종 오프셋 값을 스케일 업하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 메모리는 ROM이고, 상기 제2 메모리는 RAM인 것을 특징으로 하는 전자기기.
  12. 지자기 센서를 구비한 전자기기의 오프셋 값 보상 방법에 있어서,
    (a) 오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정하는 단계;
    (b) 상기 오프셋 보상 팩터를 기 설정된 초기 오프셋 값에 대응되는 크기의 임계값과 비교하는 단계; 및
    (c) 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값 이하이면 상기 초기 오프셋 값을 최종 오프셋 값으로 출력하고, 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값을 초과하면 기 산출된 복수 개의 지자기 출력값을 이용한 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하여 상기 오프셋 보상 팩터를 조정하고, 상기 조정 된 오프셋 보상 팩터를 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 보상하며, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터 및 상기 보상된 초기 오프셋 값을 상기 (b)단계로 제공하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 및 (c) 단계는 상기 최종 오프셋 값이 출력될 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 지자기센서는 상호 직교하는 X, Y, Z축으로 구성된 3축 지자기 센서인 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    주변 자기장이 일정한 환경에서 상기 전자기기를 상기 X축을 기준으로 소정 회수 회전시키고, 상기 Y축을 기준으로 소정 회수 회전시키는 과정에서 상기 지자기센서에서 출력되는 X, Y, Z축 지자기 출력값 중 최대값 및 최소값을 아래 수식에 대입하여 스케일값, 반경 오차값 및 상기 초기 오프셋 값을 산출하여 소정의 제1 메모리에 저장하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 (b) 및 (c)단계는 상기 제1 메모리에 저장된 초기 오프셋 값을 독출하여 이용하는 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법 :
    Figure 112006008633628-PAT00026
    Figure 112006008633628-PAT00027
    Figure 112006008633628-PAT00028
    여기서, r1, r2, r3은 각각 X, Y, Z축 스케일값, XO, Y0, Z0는 각각 X, Y, Z축의 초기 오프셋 값, Xmax, Ymax, Zmax는 각각 상기 회전과정에서 산출된 X, Y, Z축 지자기 출력값 중 최대값, Xmin, Ymin, Zmin은 각각 상기 회전과정에서 산출된 X, Y, Z축 지자기 출력값 중 최소값, r0는 구의 반경, X, Y, Z는 임의의 지점에서 측정된 X, Y, Z축 지자기 출력값.
  15. 제14항에서,
    상기 전자 기기의 위치를 변경시키면서 복수 개의 변경 위치에서 상기 지자기 센서 출력값을 산출하여 상기 복수 개의 지자기 출력값으로서 소정의 제2 메모리에 저장하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 (c)단계는, 상기 제2 메모리에 저장된 상기 복수 개의 지자기 출력값을 독출하여 이용하는 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수 개의 지자기 출력값에 아래 수식을 적용하여 기 설정된 범위의 값 으로 매핑시키는 정규화를 수행하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 (c)단계는 상기 복수 개의 지자기 출력값 각각에 대한 정규화값을 이용하여 상기 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하는 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법 :
    Figure 112006008633628-PAT00029
    여기서, Xi, Yi, Zi는 각각 i번째 X, Y, Z축 지자기 출력값, ai, bi, ci는 각각 i번째 X, Y, Z축 정규화값, i는 자연수.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 초기 오프셋 값 및 상기 오프셋 보상 팩터는 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하며,
    상기 (b)단계는, 상기 오프셋 보상 팩터의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱한 값을 가산한 결과값의 제곱근과, 상기 초기 오프셋 값의 X, Y, Z축 성분을 각각 제곱한 값을 가산한 결과값의 제곱근에 기 설정된 고정 상수를 승산한 결과값인 임계값을 비교하는 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 ai, bi, ci, XO, Y0, Z0, Xi, Yi, Zi 및 r0를 아래 수식 중 (1), (2), (3) 식에 대입한 후, 그 결과값을 아래 수식 중 (4)식에 대입하여 상기 오프셋 보상 팩터를 조정하고, 상기 (4)식의 결과값을 아래 수식 중 (5)식에 대입하여 상기 초기 오프셋 값을 보상하는 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법 :
    Figure 112006008633628-PAT00030
    Figure 112006008633628-PAT00031
    Figure 112006008633628-PAT00032
    Figure 112006008633628-PAT00033
    Figure 112006008633628-PAT00034
    여기서, Ji는 야코비안(jacobian) 행렬, Ji T는 트랜스포즈 야코비안 행렬, h는 조정된 오프셋 보상 팩터, un은 보상된 초기 오프셋 값, u는 초기 오프셋 값.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 초기 오프셋 값 및 상기 오프셋 보상 팩터는 각각 X, Y, Z축 성분을 포함하며,
    상기 (a)단계는, 상기 오프셋 보상 팩터 중 Z축 성분을 상기 초기 오프셋 값의 Z축 성분보다 큰 값으로 추정하는 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 (b)단계는,
    기 산출된 스케일값을 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 스케일 다운한 후, 스케일 다운된 초기 오프셋값을 이용하여 상기 비교작업을 수행하며,
    상기 (c)단계는, 상기 최종 오프셋 값을 상기 스케일 값을 이용하여 스케일 업하여 출력하는 것을 특징으로 하는 오프셋 값 보상 방법.
  21. 3축 지자기 센서를 구비한 전자 기기의 방위각 산출 방법에 있어서,
    (a) 오프셋 보상 팩터를 임의의 값으로 추정하는 단계;
    (b) 상기 오프셋 보상 팩터를 기 설정된 초기 오프셋 값에 대응되는 크기의 임계값과 비교하는 단계; 및
    (c) 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값 이하이면 상기 초기 오프셋 값을 최종 오프셋 값으로 출력하고, 상기 오프셋 보상 팩터가 상기 임계값을 초과하면 기 산출된 복수 개의 지자기 출력값을 이용한 리스트 스퀘어 피팅 방식(Least square fitting method)을 적용하여 상기 오프셋 보상 팩터를 조정하고, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터를 이용하여 상기 초기 오프셋 값을 보상한 후, 상기 조정된 오프셋 보상 팩터 및 상기 보상된 초기 오프셋 값을 상기 (b)단계로 제공하는 단 계;
    (d) 상기 (b) 및 (c) 단계의 반복 과정에서 산출되는 최종 오프셋 값과 기 설정된 스케일 값을 이용하여 상기 3축 지자기 센서의 출력값을 정규화하는 단계;
    (e) 상기 전자 기기의 피치각 및 롤각을 산출하는 단계; 및,
    (f) 상기 정규화 값, 상기 피치각 및 상기 롤각을 이용하여 방위각을 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 산출 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 정규화 값, 상기 피치각 및 상기 롤각을 아래 수식에 대입하여 상기 방위각을 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 산출 방법 :
    Figure 112006008633628-PAT00035
    여기서, ψ는 방위각, Xnorm, Ynorm, Znorm은 각각 상기 3축 지자기 센서의 정규화값, θ는 피치각, 그리고, φ는 롤각.
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KR101418275B1 (ko) * 2012-12-05 2014-08-13 주식회사 크레타 센서특성 설정장치 및 이를 포함하는 외부조건 측정 시스템
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