KR100655936B1 - 방위각 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

방위각 측정 장치가 개시된다. 본 방위각 측정 장치는, X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 지자기 측정부, 경사각을 측정하는 틸트 측정부, 이전 경사각 및 현재 경사각과 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 복각 데이터를 산출하는 제1 연산부, 복각 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 제2 연산부 및, 가상의 Z축 지자기 데이터를 이용하여 방위각을 연산하는 방위각 연산부를 포함한다. 이에 따라, 정확한 방위각을 측정할 수 있다.
방위각, 경사각, 복각, 복각 데이터

Description

방위각 측정 장치 및 방법 { Azimuth calculation device and method thereof }
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 도 1의 방위각 측정 장치에서 사용되는 지자기측정부 구성의 일 예를 나타내는 블럭도,
도 3은 구형 좌표계를 나타내는 모식도,
도 4는 도 3의 구형 좌표계 상에서 경사각 변화에 따른 복각 데이터 산출 과정을 설명하기 위한 모식도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 6은 도 5의 방위각 측정 방법에서 복각 데이터 산출하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 지자기 측정부 120 : 틸트 측정부
130 : 제1 연산부 140 : 제2 연산부
150 : 방위각 연산부 111 : 구동신호생성부
112 : X축 지자기 센서 113 : Y축 지자기 센서
114 : 신호처리부 115 : 지자기 측정 제어부
116 : 메모리
본 발명은 방위각 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2축 지자기 센서를 사용하여 방위각을 측정함에 있어, 현재 위치에서의 복각 데이터를 산출하여 산출된 복각 데이터를 이용하여 방위각 보상 작업을 수행함으로써 정확한 방위각을 산출하는 방위각 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
지자기 센서란, 인간이 느낄 수 없는 지구 자기의 세기 및 방향을 측정해 주는 장치를 의미한다. 지자기 센서는 일반적으로는 플럭스게이트(flux-gate)로 구현될 수 있다. 지자기 센서에서 산출된 지자기 데이터를 이용하여 방위각을 산출하는 장치를 방위각 측정 장치라 한다. 이러한 방위각 측정 장치는 휴대폰, 노트북, PDA 등과 같은 다양한 전자 제품에 적용될 수 있다.
방위각 측정 장치는 일반적으로 2축 또는 3축 지자기 센서를 이용할 수 있다. 이 경우, 지자기 센서를 이용하여 방위각을 측정하는 과정에서 지자기 센서가 기울어지면, 방위각이 잘못 계산될 여지가 있다. 이에 따라, 경사각, 즉, 피치각이나 롤각을 이용하여 방위각을 보상해주는 것이 일반적이다.
한편, 자기장은 방향성을 띄기 때문에 방위각 측정 장치의 이용자세에 따라 측정값이 달라지게 된다. 즉, 방위각 측정 장치가 소정 각도로 기울어진 상태에서 방위각을 측정하면, 실제 방위각과 다른 값이 측정될 수 있게 된다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 경사각을 측정하여 기울기에 따른 영향을 보상하여 정확한 방위각을 연산하는 방위각 보상 작업을 수행한다.
이 경우, 3축 플럭스게이트를 사용하는 지자기센서인 경우 복각(dip angle : λ)에 따른 영향을 고려할 필요가 없지만, 2축 플럭스게이트를 사용하는 지자기 센서의 경우에는 복각에 따른 영향을 고려해주어야 한다. 왜냐하면, 2축 플럭스게이트 센서의 경우 지표면 상에 놓여진 X축 및 Y축 플럭스게이트만을 구비하므로, 지표면에 투사되는 실제 지자기 벡터의 수평 성분 값만을 이용하여 방위각을 측정하기 때문이다. 복각이란 지자기가 지표면에 입사하는 각도를 의미하므로, 실제 지자기 벡터의 수직 성분 값까지 고려하기 위해서는 복각에 대한 정보를 필요로 한다.
이에 따라, 2축 플럭스게이트를 이용하던 종래의 지자기센서에서는, 복각을 임의로 설정하여 사용하던지 아니면 GPS와 같은 외부장치로부터 복각 값을 입력받아 방위각을 연산하였다. 하지만, 동일 지역 내에 위치하더라도 주변 지형에 따라 복각 값은 차이가 있을 수 있다. 이에 따라, 복각을 임의로 설정하여 사용하면, 방위각 정보가 왜곡될 수 있다는 문제점이 있었다.
한편, GPS와 같은 외부장치로부터 복각 값을 입력받는 경우에는, 그 외부장치와의 통신을 위한 장비가 더 필요하므로, 지자기 센서의 크기 및 제조비용이 증가하게 된다는 문제점이 있다. 또한, 복각을 필요로 하지 않는 3축 플럭스게이트 지자기센서는 지표면에 수직한 방향으로 설치되어야 하는 Z축 플럭스게이트를 추가 로 더 필요로 하므로, 그로 인한 사이즈 증가가 불가피하게 된다. 따라서, 소형 휴대형 전자기기에 사용하기에는 부적합하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 현재 위치에서의 복각 데이터를 산출하여 방위각 보상 작업을 수행함으로써, 정확한 복각을 이용한 방위각 보상이 가능하고, 이에 따라, 정확한 방위각을 산출할 수 있는 방위각 측정 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 장치는, X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 지자기 측정부, 경사각을 측정하는 틸트 측정부, 상기 경사각이 변화되면, 이전 경사각 및 현재 경사각과 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 상기 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출하는 제1 연산부, 상기 복각 데이터, 상기 현재 경사각, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 제2 연산부, 및, 상기 가상의 Z축 지자기 데이터, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 상기 경사각을 이용하여 방위각을 연산하는 방위각 연산부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 연산부는, 상기 현재 경사각이 기 설정된 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 이용하여 상기 복각 데이터를 산출하고 상기 현재 경사각이 기 설정된 제2 임계각 이상이면 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나 를 상기 복각 데이터로서 산출하며, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 이상이고 상기 제2 임계각 미만이면 소정의 복각 데이터 연산을 수행하여 그 결과값을 상기 복각 데이터로서 산출할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 경사각은 피치각 및 롤각 중 적어도 하나가 될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 제1 연산부는, 상기 경사각 중 롤각이 측정되는 경우 및 경사각 중 피치각이 측정되는 경우 별로 상이한 수식을 이용하여 복각 데이터 연산을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제2 연산부는, 현재 경사각, 복각 데이터, X축 및 Y축 지자기 데이터 등을 소정의 수학식에 대입하여 상기 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산할 수 있으며, 상기 방위각 연산부는, 현재 경사각, 가상의 Z축 지자기 데이터, X축 및 Y축 지자기 데이터를 소정의 수학식에 대입하여 상기 방위각을 연산할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 지자기 측정부는, 상기 X축 및 Y축 지자기 센서의 출력값을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화한 정규화값을 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 방법은, (a) X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 단계, (b) 경사각을 측정하는 단계, (c) 이전 경사각 및 현재 경사각과 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 상기 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출하는 단계, (d) 상기 복각 데이터, 상기 현재 경사각, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 단계 및 (e) 상기 가상의 Z축 지자기 데이터, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 상기 현재 경사각을 이용하여 방위각을 연산하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (c)단계는, 상기 현재 경사각을 기 설정된 제1 임계각 및 제2 임계각과 비교하는 단계, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 이용하여 상기 복각 데이터를 산출하고, 상기 현재 경사각이 기 설정된 제2 임계각 이상이면 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 상기 복각 데이터로서 산출하며, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 이상이고 상기 제2 임계각 미만이면 소정의 복각 데이터 연산을 수행하여 그 결과값을 상기 복각 데이터로서 산출할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 경사각은 피치각 및 롤각 중 적어도 하나가 될 수 있다.
한편, 상기 (c)단계는, 상기 경사각 중 롤각이 측정되는 경우 및 상기 경사각 중 피치각이 측정되는 경우에 각각 소정의 수식을 이용하여 복각 데이터를 연산할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 (d)단계는, 현재 경사각, 복각 데이터, X축 및 Y축 지자기 데이터 등을 소정의 수학식에 대입하여 상기 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산할 수 있으며, 상기 (e)단계는, 현재 경사각, 가상의 Z축 지자기 데이터, X축 및 Y축 지자기 데이터를 소정의 수학식에 대입하여 상기 방위각을 연산할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 (a)단계는, 상기 X축 및 Y축 지자기 센서의 출력값 을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화한 정규화값을 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 출력할 수도 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 1에 따르면, 본 방위각 측정 장치는 지자기 측정부(110), 틸트 측정부(120), 제1 연산부(130), 제2 연산부(140), 방위각 연산부(150)를 포함한다.
지자기 측정부(110)는 상호 직교하는 X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여, 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 측정한다.
도 2는 지자기 측정부(110) 구성의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 2에 따르면, 지자기 측정부(110)는 구동신호생성부(111), X축 지자기센서(112), Y축 지자기센서(113), 신호처리부(114), 지자기측정제어부(115) 및 메모리(116)를 포함한다.
구동신호생성부(111)는 X축 및 Y축 지자기센서(112, 113)를 구동시키기 위한 구동신호를 생성하는 역할을 한다. 구동신호로는 펄스파 또는 반전 펄스파 등이 사용될 수 있다.
X축 및 Y축 지자기센서(112, 113)는 각각 플럭스게이트로 구현될 수 있다. 각 플럭스게이트는 사각링 또는 바 형태의 자성체 코어, 자성체 코어에 권선된 구동 코일 및 검출코일을 포함한다. 구동 코일은 구동 신호 생성부(111)에서 출력되는 전기적 신호를 수신하여 자성체 코어를 여자(勵磁)시키는 역할을 하고, 검출코일은 구동코일의 구동에 의해 발생된 자기로부터 유도된 기전력을 검출하는 역할을 한다.
한편, X축 지자기센서(112)는 방위각 측정 장치의 전단부를 향하는 방향(즉, X축 방향)으로 배치되고, Y축 지자기 센서(113)는 X축 지자기 센서에 수직한 방향으로 방위각 측정 장치의 측면을 향하는 방향(즉, Y축 방향)으로 배치될 수 있다.
신호 처리부(114)는 검출코일에서 외부자계의 세기에 비례하는 전압성분이 유도되면, 이를 증폭, 쵸핑(chopping)하는 등의 일련의 처리를 한 후 각 축에 대응되는 전압값을 출력하는 역할을 한다.
지자기 측정 제어부(115)는 신호처리부(114)에서 출력된 전압값들을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화하여, 정규화된 값을 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 제1 연산부(130)로 제공한다. 정규화는 일반적으로 -1 내지 1 사이의 범위로 이루어질 수 있다.
구체적으로는, 지자기 측정 제어부(115)는 아래 수식을 이용하여 정규화를 수행할 수 있다.
Figure 112005073867662-pat00001
Figure 112005073867662-pat00002
Figure 112005073867662-pat00003
Figure 112005073867662-pat00004
수학식 1에서, Xf 및 Yf는 각각 X축 및 Y축 지자기센서의 실제 출력값, Xfnorm 및 Yfnorm은 각각 X축 및 Y축 정규화값, Xfmax 및 Xfmin은 각각 Xf의 최대값 및 최소값, Yfmax 및 Yfmin은 각각 Yf의 최대값 및 최소값, 그리고, α는 고정상수를 의미한다. 이 경우, α는 X축 및 Y축 플럭스게이트 출력값이 수평상태에서 ±1의 범위 내의 값으로 매핑될 수 있도록 1보다 작은 값을 사용한다. 바람직하게는, 본 방위각 측정 장치가 사용되는 지역의 대표적인 복각값을 이용하여 α를 설정할 수 있다. 우리나라의 복각은 대략 53°정도이므로, cos 53°≒ 0.6 을 α로 둘 수 있다. 한편, Xfmax, Xfmin, Yfmax, Yfmin은 사전에 방위각 측정 장치를 적어도 1 회 이상 회전시키면서 그 출력값을 측정하여 그 중 최대값 및 최소값으로 설정한다. 설정된 α, Xfmax, Xfmin, Yfmax, Yfmin은 메모리(116)에 저장하여 정규화 작업시 사용할 수 있다.
다시 도 1에 대한 설명으로 돌아가서, 틸트 측정부(120)는 방위각 측정 장치의 기울어진 정도, 즉, 경사각을 측정한다. 경사각은 피치각 및 롤각으로 표현될 수 있다. 즉, X축 지자기 센서가 방위각 측정 장치의 전단부를 향하는 방향(즉, X축 방향)으로 배치되고, Y축 지자기 센서가 X축 지자기 센서에 수직한 방향으로 방위각 측정 장치의 측면을 향하는 방향(즉, Y축 방향)으로 배치된 경우, X축을 기준으로 방위각 측정 장치가 회전하면 롤각이 변화되고, Y축을 기준으로 방위각 측정 장치가 회전하면 피치각이 변화된다. 틸트 측정부(120)는 피치각 및 롤각을 측정할 수 있다. 틸트 측정부(120)는 구체적으로는 2축 또는 3축 가속도 센서로 구현될 수 있다. 2축 가속도 센서로 구현된 경우, 피치각 및 롤각은 아래 수식을 이용하여 연 산될 수 있다.
φ=sin-1(ay / g)
θ=sin-1(ax / g)
수학식 2에서 g는 중력 가속도, φ는 롤각, θ는 피치각, ax 는 X축 가속도 센서 출력값, ay는 Y축 가속도 센서 출력값을 나타낸다.
제1 연산부(130)는 지자기 측정부(110)에서 측정한 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 틸트 측정부(120)에서 측정한 경사각을 이용하여 복각 데이터를 연산한다. 복각 데이터란 복각을 Z축 방향으로 수직 투영한 복각의 수직 성분을 의미한다. 구체적으로는, 복각 데이터는 sinλ로 표현될 수 있다. 여기서 λ는 복각을 의미한다.
도 3은 가상의 Z축을 포함하는 구형 좌표계를 나타내는 모식도이다. 도 3에 따르면, X축 및 Y축이 이루는 평면에 수직한 방향으로 Z축이 배치된다. X, Y, Z축 지자기 데이터는 구형 좌표계 상의 각 점의 (X, Y, Z)좌표가 된다. 이러한 구형 좌표계를 통해서 볼 때, 피치각 및 롤각 중 하나 이상이 0°가 아닌 경우, 즉, 경사각이 발생한 상태에서 방위각 측정 장치를 구동시키면, 산출되는 X축 및 Y축 지자기 데이터는 지자기의 영향에 의해 왜곡된다. 이에 따라, 구형 좌표계 상에서의 지자기 데이터를 수평 좌표계 상으로 변환하기 위해 가상의 Z축 지자기 데이터를 연 산한다.
가상의 Z축 지자기 데이터는 아래 수식을 통해 연산할 수 있다.
Figure 112005073867662-pat00005
여기서, Zb는 가상의 Z축 지자기 데이터를 의미하고, X, Y는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 의미하며, Zh는 복각 데이터를 의미한다.
상술한 바와 같이, 종래 방위각 측정 장치에서는 복각 데이터를 임의로 설정된 값 또는 GPS와 같은 외부 장치로부터 제공되는 값을 사용하였다. 하지만, 본 방위각 측정 장치에 따르면, 제1 연산부(130)에서 복각 데이터를 직접 연산한다.
도 4는 경사각 중 롤각만이 변화되는 경우의 복각 데이터 산출 수식을 구하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4에 따르면, 구형 좌표계 상의 임의의 a지점(Xa, Ya, Za)에서 b지점(Xb, Yb, Zb)으로의 이동 또는 자세 변환이 일어났다고 가정하면, a지점(Xa, Ya, Za)에서 b지점(Xb, Yb, Zb)에서 측정된 경사각을 이용하여 b지점에서의 복각 데이터, 즉, 현재 상태의 복각 데이터를 산출한다.
도 4에 따르면, a지점은 롤각이 φa만큼 기울어진 상태이고, b지점은 롤각이 φb만큼 기울어진 상태에 해당한다. 구형 좌표계의 중점으로부터 a지점이 속하는 단면(410)의 중심(Ca)까지의 거리는 a지점의 복각 데이터 Zha가 되고, b지점이 속하 는 단면(420)의 중심(Cb)까지의 거리는 b지점의 복각 데이터 Zhb가 된다. 또한, 구형 좌표계의 중점으로부터 a지점까지의 거리가 Ra이고, b지점까지의 거리가 Rb로 가정하고, Ra=Rb로 두면, 삼각 함수를 이용하여 b지점에서의 복각 데이터를 연산할 수 있다.
구체적으로는, 제1 연산부(130)는 아래 수식을 이용하여 복각 데이터를 연산할 수 있다.
Figure 112005073867662-pat00006
수학식 4에서, Zh는 복각 데이터, φa는 이전 롤각, φb는 현재 롤각을 의미한다. 또한, xa는 a지점에서의 X축 지자기 데이터, 즉, 이전 X축 지자기 데이터를 의미하고, xb는 b지점에서의 Y축 지자기 데이터, 즉, 현재 X축 지자기 데이터를 의미한다.
수학식 4는 롤각만이 변화된 경우에 적용할 수 있는 수학식이다. 피치각만이 변화되는 경우에도 도 4와 마찬가지 방식으로 이전 지점과 현재 지점간의 피치각 차와, Y축 지자기 데이터를 이용하여 복각 데이터를 산출할 수 있다. 구체적으로는, 피치각만이 변화되는 경우에는, 제1 연산부(130)는 아래 수학식을 이용하여 복각 데이터를 연산할 수 있다.
Figure 112005073867662-pat00007
수학식 5에서 θa는 이전 피치각, θb는 현재 피치각, ya는 이전 Y축 지자기 데이터, 그리고, yb는 현재 Y축 지자기 데이터를 의미한다.
제2 연산부(140)는 제1 연산부(130)로부터 제공되는 복각 데이터를 상술한 수학식 3에 대입하여, 현재 위치에서의 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산한다. 구체적으로는, 현재 위치가 b지점인 경우, 제2 연산부(140)는 아래 수학식을 이용하여 b지점에서의 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산한다.
Figure 112005073867662-pat00008
수학식 6에서 Zb는 b지점에서의 가상의 Z축 지자기 데이터를 의미한다.
한편, 방위각 연산부(150)는 제2 연산부(140)로부터 제공되는 가상의 Z축 지자기 데이터와, 지자기 측정부(110)에서 제공되는 현재 위치에서의 X축 및 Y축 지자기 데이터, 틸트 측정부(120)에서 제공되는 현재 경사각을 이용하여 방위각을 연산한다. 방위각 연산부(150)에 의해 연산된 방위각은 경사각의 영향이 보상된 방위각이 된다. 예를 들어 b지점에서 측정된 경우라면, 방위각 연산부(150)는 아래 수 식을 이용하여 방위각 연산을 수행할 수 있다.
Figure 112005073867662-pat00009
수학식 7에서 ψ는 방위각을 의미한다.
한편, 제1 연산부(130)는 현재 경사각의 크기에 따라 복각 데이터를 다양한 방식으로 산출할 수 있다. 구체적으로는, 경사각이 기 설정된 크기의 제1 임계각 미만이라면 기 설정된 복각을 그대로 이용하여 복각 데이터를 산출한다. 예를 들어, 복각이 53°으로 설정되어 있다면, sin(53)≒0.8을 복각 데이터로서 산출한다.
한편, 경사각이 제1 임계각 이상이고 제2 임계각 미만이라면 상술한 수학식 4 또는 5를 이용하여 복각 데이터를 산출한다. 반면, 제2 임계각 이상이라면 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 복각 데이터로서 산출한다. 제1 임계각 및 제2 임계각은 제작자 또는 사용자 임의대로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 임계각은 15 ~ 20°, 제2 임계각은 80 ~ 85°정도로 설정할 수 있다.
도 4를 기준으로 설명하면, 경사각 중 롤각이 제1 임계각 미만인 경우에는 밴드 1에 해당한다. 이 경우에는 경사각에 인한 왜곡 정도가 크지 않으므로, 기 설정된 복각을 그대로 이용하여 복각 데이터를 산출하는 것이 바람직하다.
반면, 제1 임계각 이상 제2 임계각 미만의 범위는 밴드 2에 해당한다. 이 경우에는 경사각으로 인한 왜곡이 크므로, 상술한 수학식 4 및 5를 이용하여 복각 데이터를 정확하게 산출하고, 그에 따라 방위각을 산출하는 것이 바람직하다.
경사각이 제2 임계각 이상인 범위는 밴드 3에 해당한다. 이 경우에는 Zh가 거의 X축 지자기 데이터와 비슷해지는 것을 알 수 있다. 따라서, 별도의 연산을 수행하지 않고 X축 지자기 데이터를 그대로 사용할 수 있다.
한편, 피치각만이 변화되는 경우에는, Zh가 Y축 지자기 데이터와 거의 동일한 값으로 연산되므로, Y축 지자기 데이터를 복각 데이터로서 산출한다.
한편, 도 1의 방위각 측정 장치에서, 제1 연산부(130), 제2 연산부(140) 및 방위각 연산부(150)는 하나의 단일 마이크로 프로세서로 구현될 수도 있으며, 각각 별개의 마이크로 프로세서로 구현될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5에 따르면, 먼저, X축 및 Y축 지자기 데이터를 산출한다(S510). 이 경우, 상술한 수학식 1과 같은 정규화 수식을 이용하여 정규화된 지자기 데이터를 출력하는 것이 바람직하다.
다음으로, 가속도 센서를 이용하여 경사각을 산출한다(S520). 경사각은 피치각 및 롤각 중 하나가 될 수 있다. 도 5에서는 X축 및 Y축 지자기 데이터 산출 이후에 경사각 산출이 이루어지는 것으로 도시되어 있으나, 그 순서는 바뀌어도 무방하다.
다음으로, 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출한다(S530). 복각 데이터 산출은 상술한 수학식 4 또는 5를 이용하여 이루어질 수 있다.
이에 따라, 산출된 복각 데이터, 현재 경사각, X축 및 Y축 지자기 데이터 등 을 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 산출한다(S540). 가상의 Z축 지자기 데이터 산출은 상술한 수학식 3 또는 6을 이용하여 이루어질 수 있다.
그리고 나서, 산출된 가상의 Z축 지자기 데이터를 이용하여 방위각을 연산한다(S550). 방위각 연산은 상술한 수학식 7을 이용하여 이루어질 수 있다.
도 7은 도 6의 방위각 측정 방법 중 복각 데이터 산출 단계의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7에 따르면, 현재 경사각이 검출되면 기 설정된 제1 및 2 임계각과 비교한다(S531). 비교 결과, 현재 경사각이 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 그대로 이용하여 복각 데이터를 산출한다(S533).
반면, 비교 결과 현재 경사각이 제1 임계각 이상이고 제2 임계각 미만이면(S534), 상술한 수학식 4 또는 5를 이용하여 복각 데이터를 산출한다(S535).
반면, 현재 경사각이 제2 임계각 이상이면 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 그대로 복각 데이터로서 산출한다(S536). 이에 따라, 복각 데이터 연산에 따른 부담을 최소화시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이전 경사각 및 현재 경사각을 이용하여 복각 데이터를 산출하고, 산출된 복각 데이터를 이용하여 방위각을 보상한다. 이에 따라, 정확한 방위각을 산출할 수 있다. 또한, 경사각의 크기 정도에 따라 선택적으로 복각 데이터 연산을 수행하므로, 복각 데이터 연산 부담이 가중되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였 지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 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 이해되어 져 서는 안될 것이다.

Claims (14)

  1. X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 지자기 측정부;
    경사각을 측정하는 틸트 측정부;
    상기 경사각이 변화되면, 이전 경사각 및 현재 경사각과 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 상기 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출하는 제1 연산부;
    상기 복각 데이터, 상기 현재 경사각, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 제2 연산부; 및,
    상기 가상의 Z축 지자기 데이터, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 상기 경사각을 이용하여 방위각을 연산하는 방위각 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연산부는,
    상기 현재 경사각이 기 설정된 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 이용하여 상기 복각 데이터를 산출하고,
    상기 현재 경사각이 기 설정된 제2 임계각 이상이면 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 상기 복각 데이터로서 산출하며,
    상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 이상이고 상기 제2 임계각 미만이면 소정의 복각 데이터 연산을 수행하여 그 결과값을 상기 복각 데이터로서 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경사각은 피치각 및 롤각 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 연산부는,
    상기 경사각 중 롤각이 측정되는 경우 아래 수식(1)을 이용하여 상기 복각 데이터 연산을 수행하고, 상기 경사각 중 피치각이 측정되는 경우 아래 수식(2)를 이용하여 상기 복각 데이터 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치 :
    Figure 112005073867662-pat00010
    Figure 112005073867662-pat00011
    여기서, Zh는 상기 복각 데이터, φa는 이전 롤각, φb는 현재 롤각, θa는 이전 피치각, θb는 현재 피치각, xa는 이전 X축 지자기 데이터, xb는 현재 X축 지자기 데이터, ya는 이전 Y축 지자기 데이터, 그리고, yb는 현재 Y축 지자기 데이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 연산부는,
    아래 수식을 이용하여 상기 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치 :
    Figure 112005073867662-pat00012
    여기서, Zb는 상기 가상의 Z축 지자기 데이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방위각 연산부는,
    아래 수식을 이용하여 상기 방위각을 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치 :
    Figure 112005073867662-pat00013
    여기서, ψ는 방위각(azimuth).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지자기 측정부는,
    상기 X축 및 Y축 지자기 센서의 출력값을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화한 정규화값을 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 출력하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  8. (a) X축 및 Y축 지자기 센서를 이용하여 외부 지자기에 대응되는 X축 및 Y축 지자기 데이터를 검출하는 단계;
    (b) 경사각을 측정하는 단계;
    (c) 이전 경사각 및 현재 경사각과 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 상기 현재 경사각에 대응되는 복각 데이터를 산출하는 단계;
    (d) 상기 복각 데이터, 상기 현재 경사각, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터를 이용하여 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 단계; 및,
    (e) 상기 가상의 Z축 지자기 데이터, 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 및 상기 현재 경사각을 이용하여 방위각을 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 현재 경사각을 기 설정된 제1 임계각 및 제2 임계각과 비교하는 단계;
    상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 미만이면 기 설정된 복각을 이용하여 상기 복각 데이터를 산출하고, 상기 현재 경사각이 기 설정된 제2 임계각 이상이면 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터 중 하나를 상기 복각 데이터로서 산출하며, 상기 현재 경사각이 상기 제1 임계각 이상이고 상기 제2 임계각 미만이면 소정의 복각 데이터 연산을 수행하여 그 결과값을 상기 복각 데이터로서 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 경사각은 피치각 및 롤각 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 경사각 중 롤각이 측정되는 경우 아래 수식(1)을 이용하여 상기 복각 데이터 연산을 수행하고, 상기 경사각 중 피치각이 측정되는 경우 아래 수식(2)를 이용하여 상기 복각 데이터 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법 :
    Figure 112005073867662-pat00014
    Figure 112005073867662-pat00015
    여기서, Zh는 상기 보상값, φa는 이전 롤각, φb는 현재 롤각, θa는 이전 피치각, θb는 현재 피치각, xa는 이전 X축 지자기 데이터, xb는 현재 X축 지자기 데이터, ya는 이전 Y축 지자기 데이터, 그리고, yb는 현재 Y축 지자기 데이터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (d)단계는,
    아래 수식을 이용하여 상기 가상의 Z축 지자기 데이터를 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법 :
    Figure 112005073867662-pat00016
    여기서, Zb는 상기 가상의 Z축 지자기 데이터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (e)단계는,
    아래 수식을 이용하여 상기 방위각을 연산하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법 :
    Figure 112005073867662-pat00017
    여기서, ψ는 방위각(azimuth).
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    상기 X축 및 Y축 지자기 센서의 출력값을 각각 기 설정된 범위 내의 값으로 정규화한 정규화값을 상기 X축 및 Y축 지자기 데이터로서 출력하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
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US20210256706A1 (en) * 2019-09-24 2021-08-19 Falk PLI Engineering & Surveying, Inc. Four-dimensional crane rail measurement systems

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101413681B1 (ko) 2007-09-10 2014-07-02 삼성전자 주식회사 방위각 센싱과 비접촉 스위칭을 제공하는 방법 및 그방법을 이용한 휴대용 장치
US20210256706A1 (en) * 2019-09-24 2021-08-19 Falk PLI Engineering & Surveying, Inc. Four-dimensional crane rail measurement systems
US11995841B2 (en) * 2019-09-24 2024-05-28 Falk PLI Engineering & Surveying, Inc. Four-dimensional crane rail measurement systems

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