KR101352245B1 - Ｍｅｍｓ 지자기 센서의 방위각 보정 방법 및 장치 - Google Patents

Ｍｅｍｓ 지자기 센서의 방위각 보정 방법 및 장치 Download PDF

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김태연
정하형
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충남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 MEMS 지자기 센서(Micro Electro Mechanical System)의 방위각 보정 방법에 있어서, 오브젝트가 구동되면, 기설정된 주기별로 자계의 변화를 체크하여 지자기 센싱신호를 검출하는 과정과, 상기 주기별 검출된 지자기 센싱신호를 이용하여 상기 오브젝트의 움직임에 대한 수평상태를 감지하는 과정과, 상기 주기별 감지된 수평상태를 좌표계로 변환하여 수평 자기벡터를 검출하고, 상기 검출된 수평 자기벡터로부터 방위각을 산출하는 과정과, 상기 주기별 검출된 복수개의 수평 자기벡터 집합으로부터 타원의 방정식 형태로 표현되는 자기벡터 관계를 유도하여 보정 계수를 추출하는 과정과, 상기 추출된 보정 계수를 이용하여 상기 산출된 방위각을 보정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

Description

ＭＥＭＳ 지자기 센서의 방위각 보정 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING AZIMUTH MEMS MAGNETIC SENSOR}
본 발명은 방위산출의 오차를 보정할 수 있는 3축 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 지자기 센서의 방위각 보정 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 지자기 센서는 로봇이나 차량, 항공기 및 헬리콥터와 같은 항체의 방위각을 계산하기 위해 널리 사용되어 왔다.
최근 MEMS 기술의 발전으로 소형, 저가의 지자기 센서가 개발됨으로써 위에서 언급한 항체뿐만 아니라 휴대전화, 게임기 등 방향 정보를 이용할 수 있는 다양한 분야에서 사용이 증가하고 있다.
지자기 센서를 이용한 방위각은 측정된 3축 지구 자기장을 현재 자세에 대한 지구평면 좌표계로 변환한 후 획득한 수평 자기벡터를 이용하여 계산한다.
그러나 지구 자기장은 크기가 매우 작기 때문에 지자기 센서 주변의 물체 및 환경의 영향에 의해 왜곡이 발생하기 쉬우며 이는 곧 방위각 오차를 유발시킨다.
종래에는 전술되는 단점을 보완하기 위해 GPS, 자이로 컴퍼스 등 방위각 정보를 출력하는 외부장치를 이용하여 보정하는 방법과 지자기 센서 사용 전 특정한 방향으로 센서를 회전시켜 획득한 측정값들로부터 보정에 필요한 정보를 수집한 후 이를 센서 사용 중 일괄적으로 적용하여 보정하는 방법이 전술되어 있다.
그러나 종래의 외부장치를 이용하여 보정하는 방법은 부가적인 장치로 인한 전체 시스템의 크기 및 가격이 증가한다는 문제점 외에도 GPS와 같이 실내 환경에서 사용할 수 없는 장치의 경우 결과적으로 방위각 정보를 보정할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.
그리고 센서 사용 전 보정을 수행하는 방법은 많이 이용되고 있으나 사용 중 주변 물체나 환경의 변화에 의해 발생하는 지자기 왜곡에 대해서 실시간으로 보정할 수 없다는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 정확한 방위각 보정을 필요로 하는 무인 항공기 및 이동로봇 등과 같은 무선 무인 운행체에서 어떠한 외부장치 없이 3축 지자기 센서의 출력만을 이용하여 왜곡을 보정하고 상기 왜곡 보정을 3축 지자기 센서 출력 시에도 반복적으로 수행하도록 하여 상기 운행체의 360°전 방향에 대한 방위각을 정확히 계산하기 위한 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 견지에 따르면, MEMS 지자기 센서(Micro Electro Mechanical System)의 방위각 보정 방법에 있어서, 오브젝트가 구동되면, 기설정된 주기별로 자계의 변화를 체크하여 지자기 센싱신호를 검출하는 과정과, 상기 주기별 검출된 지자기 센싱신호를 이용하여 상기 오브젝트의 움직임에 대한 수평상태를 감지하는 과정과, 상기 주기별 감지된 수평상태를 좌표계로 변환하여 수평 자기벡터를 검출하고, 상기 검출된 수평 자기벡터로부터 방위각을 산출하는 과정과, 상기 주기별 검출된 복수 개의 수평 자기벡터 집합으로부터 타원의 방정식 형태로 표현되는 자기벡터 관계를 유도하여 보정 계수를 추출하는 과정과, 상기 추출된 보정 계수를 이용하여 상기 산출된 방위각을 보정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 장치에 있어서, 기설정된 주기별로 자계의 변화를 체크하여 지자기 센싱신호를 검출하는 지자기 센서부와, 상기 지자기 센서부로부터 주기별로 측정된 지구 자기장을 오브젝트의 현재 자세에 대한 지구평면 좌표계로 변환하는 좌표 변환부와, 상기 좌표 변환부로부터 출력된 지구평면 좌표계 상의 주기별 수평 자기벡터로부터 방위각을 산출하는 방위각 산출부와, 상기 주기별 복수 개의 수평 자기벡터 집합으로부터 타원의 방정식 형태로 표현되는 자기벡터 관계를 유도하여 왜곡된 자기벡터의 관계식을 식별하고, 상기 식별된 자기벡터 관계식으로부터 보정 계수를 추출하도록 제어하는 제어부와, 상기 제어부로부터 출력된 보정 계수를 이용하여 상기 산출된 방위각을 보정하는 방위각 보정부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 정확한 방위각 보정을 필요로 하는 무인 운행체에서 3축 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 지자기 센서를 적용하여 운행체의 360°전 방향에 대한 방위각을 정확히 계산함으로써 부가적인 센서 및 기준장치를 이용해 과도한 연산 과정이 필요 없이 3축 지자기 센서의 센싱 신호만을 이용하여 운용 중 보정이 용이하여 운행체의 지자기 방위를 정확하게 측정 가능하며, 방위각 측정 시스템의 크기 및 가격이 낮아질 수 있고 이러한 과정은 센서 사용 중 반복적으로 수행되므로 자력을 발생시키는 주변 물체 및 환경의 영향에 관계없이 실시간으로 정확한 방위각을 계산할 수 있는 효과가 있어 결과적으로 본 발명이 적용된 항체 또는 기기의 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법에 관한 전체 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법에서 자기벡터 관계 유도 시 타원의 방정식 식별에 관한 동작 과정을 보인 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 장치의 상세 블록도.
도 4는 이상적인 지자기 센서의 평면 자기벡터 관계를 보인 2차원 그래프.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 강자계 왜곡(Hard Iron Distortion)이 발생한 경우 지자기 센서의 평면 자기벡터 관계를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 약자계 왜곡(Soft Iron Distortion)이 발생할 경우 지자기 센서의 평면 자기벡터 관계를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지자기 센서의 왜곡 보정 전, 후 평면 자기벡터 관계를 비교하여 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지자기 센서 왜곡 보정 후 방위각 계산 시 출력 오차를 도시한 도면.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
본 발명은 3축 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 지자기 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인 항공기 및 이동로봇 등의 무선 무인 운행체에서 상기 3축 지자기 센서를 적용하여 방위각에 대한 이동방향을 제어하여 운행체의 자세 안정화 시 어떠한 외부장치 없이 3축 지자기 센서의 출력만을 이용하여 왜곡을 보정하고 상기 왜곡 보정을 3축 지자기 센서 출력 시에도 반복적으로 수행하도록 하여 상기 운행체의 360°전 방향에 대한 방위각을 정확히 계산함으로써 부가적인 센서 및 기준장치를 통해 과도한 연산 과정이 필요 없이 3축 지자기 센서의 센싱신호만을 이용하여 운용 중 보정이 용이하여 운행체의 지자기 방위를 정확하게 측정 가능한 기술을 제공하고자 한다.
그리고 이하 설명되는 오브젝트는 본 발명을 설명하는 데 있어서, 그 설명의 편의를 위해 무인 항공기 및 이동로봇과 같은 움직임 대상을 대표하는 용어이나 이에 국한되지 않음은 자명할 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법에 대해 도 1을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법에 관한 전체 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 110 과정에서 오브젝트의 구동이 요구되면, 112 과정에서는 상기 오브젝트에 구비된 지자기 센서를 이용하여 기설정된 주기별로 자계의 변화를 체크하여 지자기 센싱신호를 검출한다.
이때, 상기 지자기 센서는 본 발명의 일 실시 예에서는 3축 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 지자기 센서를 의미하는 것으로, 상기 3축 MEMS 지자기 센서는 2축 지자기 센서와 자기 검출 소자를 하이브리드 IC로서 일체로 구성한 것이다. 2축 지자기 센서는 기판을 본체로 하여 형성되고, 상기 기판과 평행한 평면으로 규정되는 자기 벡터의 2축 성분을 검출한다. 자기 검출 소자는 상기 자기 벡터의 상기 평면과 수직인 방향의 성분을 검출한다. 이에 따라 상기 3축 지자기 센서는 지자기의 자기 벡터의 3축 성분을 검출하는 것이 가능해 진다. 자기 검출 소자로서 홀 효과에 의해 자기를 검출하는 홀 소자 등의 자기 감응 소자, 또는 강자성체의 자화에 따라 상기 저항이 변화하는 현상에 의해 자기를 검출하는 MR 소자 등의 자기저항효과 소자를 이용해도 된다.
계속해서, 114 과정에서 상기 112 과정에서 검출된 지자기 센싱 신호를 이용하여 상기 오브젝트의 움직임에 대한 수평상태를 감지한다.
본 발명의 실시 예에 따른 3축 지자기 센서는 기판상에 형성되는 것으로 3차원 자기벡터를 검출하는 3축 자기 센서와 상기 기판의 경사각을 검출하는 기울기 센서를 통해 오브젝트의 수평상태 감지동작이 수행된다.
116 과정에서는 감지된 수평상태를 수평 좌표계로 변환하여, 118 과정에서 수평 자기벡터를 검출하고, 이를 이용하여 120 과정에서 상기 검출된 수평 자기벡터로부터 방위각을 산출한다.
상기 수평 좌표계로 변환은 상기 오브젝트의 움직임으로부터 생성된 지자기 생성신호에 대하여 회전각 만큼의 보상을 위해 수행된다.
여기서, 도 4를 참조하면, 도 4는 이상적인 지자기 센서의 평면 자기벡터 관계를 2차원 그래프로 도시한 것으로, 이상적인 360°방위각에 대한 수평 자기벡터의 관계는 2차원 그래프를 이용하여 중심이 원점인 원으로 표현된다. 하지만, 일반적으로 지구 자기장의 크기는 매우 작기 때문에 주변 물체 및 환경의 영향으로 인한 자기장 왜곡이 쉽게 발생되며 이러한 왜곡에 의해 수평 자기벡터의 관계 역시 형상이 왜곡된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 강자계 왜곡(Hard Iron Distortion)이 발생한 경우 지자기 센서의 평면 자기벡터 관계를 도시한 것으로, 도 5를 참조하면 강자계 왜곡은 지자기 센서 주변에 자력을 발생시키는 물체에 의해 발생되며 일정한 양의 자력성분이 수평 자기벡터에 더해짐으로써 그 관계는 중심이 임의의 위치로 옮겨진 원으로 표현된다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 약자계 왜곡(Soft Iron Distortion)이 발생할 경우 지자기 센서의 평면 자기벡터 관계를 도시한 것으로, 약자계 왜곡은 강자계 왜곡과 마찬가지로 지자기 센서 주변의 물체에 의해 발생하지만 지구 자기장 자체가 왜곡되어 측정되며 이에 수평 자기벡터의 관계는 중심이 원점이고 임의의 방향으로 회전된 타원의 형태로 표현된다.
따라서 강자계 왜곡과 약자계 왜곡이 동시에 발생하는 경우 수평 자기벡터의 관계는 중심이 임의의 위치에 있고 임의의 방향으로 회전된 타원의 형태로 표현된다.
계속해서, 122 과정에서는 기설정된 주기별 검출된 복수개의 수평 자기벡터 집합으로부터 타원의 방정식 형태로 표현되는 자기벡터 관계를 유도한다.
이때 상기 수평 자기벡터는 하기의 수학식 1과 같이 3축 지자기 센서로부터 측정된 지구 자기장을 현재 자세에 대한 지구평면 좌표계로 변환하여 획득할 수 있다.
Figure 112012061659239-pat00001
(여기서, X H , Y H 는 각각 지구평면 좌표계 상의 x축, y축 수평 자기벡터이고 mx, my, mz는 각각 3축 지자기 센서로부터 측정된 3축 지구 자기장이며 Φ, θ는 현재 자세)
상기 수평 자기벡터로부터 방위각은 하기의 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure 112012061659239-pat00002
(여기서, Ψ는 방위각)
일반적인 타원의 방정식은 하기의 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112012061659239-pat00003
(여기서, a, b, c, d, e, f는 타원의 특성을 결정짓는 방정식 계수이다. 따라서, 5개의 독립적인 (x, y) 집합으로부터 방정식의 계수를 결정할 수 있고 이는 곧 왜곡에 의해 발생된 수평 자기벡터의 관계임)
그리고 상기 타원의 방정식은 상기 수평 자기벡터 집합으로부터 랜덤샘플콘센서스(RANdom SAmple Consesus, RANSAC) 알고리즘을 적용하여 식별되는 것으로, 여기서 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법에서 자기벡터 관계 유도 시 타원의 방정식 식별에 관한 동작 과정을 보인 흐름도로서, 먼저 210 과정에서는 수집된 수평 자기벡터 집합이 기설정된 개수 예를 들어 5개 이상일 때부터 임의로 5개의 표본 집합을 추출하고, 212 과정에서 상기 추출된 집합으로부터 방정식 계수를 계산함으로써 초기 모델 계수를 식별한다.
그리고 214 과정에서는 추출된 표본 외 나머지 표본들과 초기 모델과의 상대적인 거리를 계산하고, 216 과정에서는 상기 계산 결과 기설정된 거리 내의 표본 계수를 획득한다.
이어 216 과정에서 상기 기설정된 거리 내에 해당하는 표본의 개수가 전체 표본에 대하여 충분조건을 만족하는지의 여부를 확인하고, 상기 확인결과 만족하는 경우 220 과정으로 이동하여 상기 기설정된 거리 내 표본의 개수를 참값으로 정의하여 타원의 방정식 계수를 결정하고, 만족하지 않은 경우 210 과정으로 이동하여 상기 충분조건을 만족할 때까지 이후의 동작을 반복한다.
또한, 상기 보정계수가 구해진 타원의 방정식으로부터 하기의 수학식 4와 같이 중심위치, 회전각, 장축 및 단축의 길이를 계산할 수 있다.
Figure 112012061659239-pat00004
Figure 112012061659239-pat00005
Figure 112012061659239-pat00006
Figure 112012061659239-pat00007
(여기서, δ는 타원의 회전각이고, Cx, Cy는 타원의 중심이고, w, h는 각각 타원의 장축과 단축의 길이)
이를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 중심이 원점을 갖도록 수평 자기벡터를 보정할 수 있다.
Figure 112012061659239-pat00008
(여기서, X cal , Y cal 은 왜곡 보정된 평면 자기벡터이고, d는 타원의 회전각이고, X H , Y H 는 각축의 평면 자기벡터이고, c x , c y 는 타원의 중심임.)
그리고 하기의 수학식 6과 같이 장축과 단축의 비를 보정된 X축 자기벡터에 곱하여 원의 형태를 갖도록 수평 자기벡터 관계를 보정할 수 있다.
Figure 112012061659239-pat00009
(여기서, σ는 장축과 단축의 비이고, w, h는 각각 장축과 단축의 길이)
한편, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지자기 센서의 왜곡 보정 전, 후 평면 자기벡터 관계를 비교하여 도시한 것으로, 지자기 왜곡 보정 방법이 적용된 지자기 센서로부터 평면 자기벡터 관계를 도시할 경우 보정 방법이 적용되지 않은 센서의 평면 자기벡터에 비하여 중심이 원점인 형태로 표현됨을 증명한다.
도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지자기 센서 왜곡 보정 후 방위각 계산 시 출력 오차를 도시한 것으로, 지자기 센서로부터 방위각을 측정한 파형은 출력 오차가 거의 없음을 증명한다.
계속해서 도 1을 참조하면 상기 122 과정의 동작 수행 이후 124 과정으로 이동하여 상기 유도된 자기벡터 관계를 통해 보정 계수를 추출하고, 126 과정에서는 상기 추출된 보정 계수를 이용하여 상기 산출된 방위각을 보정한다.
이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법에 대해 살펴보았다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 장치에 대해 도 3을 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 장치의 상세 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명이 적용된 방위각 보정 장치(300)는 지자기 센서부(310), 좌표 변환부(312), 방위각 산출부(314), 제어부(316) 및 방위각 보정부(322)를 포함한다.
상기 지자기 센서부(310)은 기설정된 주기별로 자계의 변화를 체크하여 지자기 센싱신호를 검출한다.
여기서, 상기 지자기 센서부(310)는 기판 상에 형성되는 것으로 3차원 자기벡터를 검출하는 3축 자기 센서와 상기 기판의 경사각을 검출하는 기울기 센서를 통해 오브젝트의 수평상태 감지동작이 수행된다.
본 발명에서 지자기 센서부(310)는 3축 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 지자기 센서를 의미하는 것으로, 상기 3축 MEMS 지자기 센서는 2축 지자기 센서(미도시)와 자기 검출 소자를 하이브리드 IC로서 일체로 구성한 것이다. 2축 지자기 센서는 기판을 본체로 하여 형성되고, 상기 기판과 평행한 평면으로 규정되는 자기 벡터의 2축 성분을 검출한다. 자기 검출 소자는 상기 자기 벡터의 상기 평면과 수직인 방향의 성분을 검출한다. 이에 따라 상기 3축 지자기 센서는 지자기의 자기 벡터의 3축 성분을 검출하는 것이 가능해 진다. 자기 검출 소자로서 홀 효과에 의해 자기를 검출하는 홀 소자 등의 자기 감응 소자, 또는 강자성체의 자화에 따라 상기 저항이 변화하는 현상에 의해 자기를 검출하는 MR 소자 등의 자기저항효과 소자를 이용해도 된다.
상기 좌표 변환부(312)는 지자기 센서부(310)로부터 주기별로 측정된 지구 자기장을 오브젝트의 현재 자세에 대한 지구평면 좌표계로 변환한다.
상기 방위각 산출부(314)는 좌표 변환부(312)로부터 출력된 지구평면 좌표계 상의 주기별 수평 자기벡터로부터 방위각을 산출한다.
상기 제어부(316)는 자기장 왜곡 식별부(318) 및 보정 계수 추출부(320)를 포함하고, 상기 자기장 왜곡 식별부(318)를 통해 주기별 복수개의 수평 자기벡터 집합으로부터 타원의 방정식 형태로 표현되는 자기벡터 관계를 유도하여 왜곡된 자기벡터의 관계식을 식별하고, 상기 보정 계수 추출부(320)를 통해 식별된 자기벡터 관계식으로부터 보정 계수를 추출하도록 제어한다.
또한, 상기 제어부(316)는 수평 자기벡터 집합으로부터 랜덤샘플콘센서스(RANdom SAmple Consesus, RANSAC) 알고리즘을 적용하여 타원의 방정식을 식별함을 특징으로 한다.
상기 방위각 보정부(322)는 제어부(322)로부터 출력된 보정 계수를 이용하여 상기 산출된 방위각을 보정한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 장치 및 방법에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
310: 지자기 센서부 312: 좌표 변환부
314: 방위각 산출부 316: 제어부
318: 자기장 왜곡 식별부 320: 보정 계수 추출부
322: 방위각 보정부

Claims (11)

  1. MEMS 지자기 센서(Micro Electro Mechanical System)의 방위각 보정 방법에 있어서,
    오브젝트가 구동되면, 기설정된 주기별로 자계의 변화를 체크하여 지자기 센싱신호를 검출하는 과정과,
    상기 주기별 검출된 지자기 센싱신호를 이용하여 상기 오브젝트의 움직임에 대한 수평상태를 감지하는 과정과,
    상기 주기별 감지된 수평상태를 좌표계로 변환하여 수평 자기벡터를 검출하고, 상기 검출된 수평 자기벡터로부터 방위각을 산출하는 과정과,
    상기 주기별 검출된 복수개의 수평 자기벡터 집합으로부터 타원의 방정식 형태로 표현되는 자기벡터 관계를 유도하여 보정 계수를 추출하는 과정과,
    상기 추출된 보정 계수를 이용하여 상기 산출된 방위각을 보정하는 과정을 포함하고,
    상기 타원의 방정식은,
    상기 수평 자기벡터 집합으로부터 랜덤샘플콘센서스(RANdom SAmple Consesus, RANSAC) 알고리즘을 적용하여 식별되고,
    상기 타원의 방정식 식별은,
    상기 수평 자기벡터 집합이 기설정된 개수에 도달한 경우 상기 개수에 해당하는 표본 집합을 임의로 추출하는 제1과정과,
    상기 추출된 표본 집합으로부터 방정식 계수를 계산하여 초기 모델을 식별하는 제2과정과,
    상기 추출된 표본 집합 외 나머지 표본들과 상기 초기 모델과의 상대적인 거리를 계산하는 제3과정과,
    기설정된 거리 내에 해당하는 표본의 개수가 전체 표본에 대하여 충분조건을 만족하는지의 여부를 확인하는 제4과정과,
    상기 확인 결과 만족하는 경우 상기 기설정된 거리 내 표본의 개수를 참값으로 정의하여 타원의 방정식 계수를 결정하고, 만족하지 않은 경우 충분조건을 만족할 때 까지 상기 제1과정 이후의 동작을 반복하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 보정 계수가 산출된 타원의 방정식으로부터 하기의 수학식과 같이 중심위치, 회전각, 장축 및 단축의 길이에 대한 계산이 수행됨을 특징으로 하는 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법.
    Figure 112012061659239-pat00010

    Figure 112012061659239-pat00011

    Figure 112012061659239-pat00012

    Figure 112012061659239-pat00013

    (여기서, δ는 타원의 회전각이고, Cx, Cy는 타원의 중심이고, w, h는 각각 타원의 장축과 단축의 길이)
  5. 제1항에 있어서, 상기 수평 자기벡터는 하기의 수학식과 같이 3축 지자기 센서로부터 측정된 지구 자기장을 오브젝트의 현재 자세에 대한 지구평면 좌표계로 변환하여 획득할 수 있음을 특징으로 하는 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법.
    Figure 112012061659239-pat00014

    (여기서, X H , Y H 는 각각 지구평면 좌표계 상의 x축, y축 수평 자기벡터이고 mx, my, mz는 각각 3축 지자기 센서로부터 측정된 3축 지구 자기장이며 f, 는 현재 자세)
  6. 제1항에 있어서, 상기 수평 자기벡터로부터 방위각 산출은,
    하기의 수학식과 같이 계산됨을 특징으로 하는 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법.
    Figure 112012061659239-pat00015

    (여기서, Ψ는 방위각)
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지자기 센싱신호로부터 수평 좌표계로 변환되어 규정된 수평 자기벡터와 상기 수평 자기벡터를 왜곡시키는 고정된 혹은 움직임에 의해 2차원 그래프의 중심을 하기의 수학식과 같이 소정 위치에 있는 타원의 형태로 가정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 방법.
    Figure 112012061659239-pat00016
  8. 제1항에 있어서, 상기 수평 좌표계로 변환은,
    상기 오브젝트의 움직임으로부터 생성된 지자기 센싱신호에 대하여 회전각만큼의 보상임을 특징으로 하는 오브젝트에 구비된 지자기 센서의 방위각 보정 방법.
  9. MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 장치에 있어서,
    기설정된 주기별로 자계의 변화를 체크하여 지자기 센싱신호를 검출하는 지자기 센서부와,
    상기 지자기 센서부로부터 주기별로 측정된 지구 자기장을 오브젝트의 현재 자세에 대한 지구평면 좌표계로 변환하는 좌표 변환부와,
    상기 좌표 변환부로부터 출력된 지구평면 좌표계 상의 주기별 수평 자기벡터로부터 방위각을 산출하는 방위각 산출부와,
    상기 주기별 복수개의 수평 자기벡터 집합으로부터 타원의 방정식 형태로 표현되는 자기벡터 관계를 유도하여 왜곡된 자기벡터의 관계식을 식별하고, 상기 식별된 자기벡터 관계식으로부터 보정 계수를 추출하도록 제어하는 제어부와,
    상기 제어부로부터 출력된 보정 계수를 이용하여 상기 산출된 방위각을 보정하는 방위각 보정부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수평 자기벡터 집합으로부터 랜덤샘플콘센서스(RANdom SAmple Consesus, RANSAC) 알고리즘을 적용하여 타원의 방정식을 식별하고,
    상기 수평 자기벡터 집합이 기설정된 개수에 도달한 경우 상기 개수에 해당하는 표본 집합을 임의로 추출하고, 상기 추출된 표본 집합으로부터 방정식 계수를 계산하여 초기 모델을 식별하고, 상기 추출된 표본 집합 외 나머지 표본들과 상기 초기 모델과의 상대적인 거리를 계산한 후, 기설정된 거리 내에 해당하는 표본의 개수가 전체 표본에 대하여 충분조건을 만족하는지의 여부를 확인하여, 상기 확인 결과 만족하는 경우 상기 기설정된 거리 내 표본의 개수를 참값으로 정의하여 타원의 방정식 계수를 결정하고, 만족하지 않은 경우 충분조건을 만족할 때까지 상기 기설정된 개수에 해당하는 표본 집합을 임의로 추출하여 이후의 동작을 재반복하여 타원의 방정식을 식별함을 특징으로 하는 MEMS 지자기 센서의 방위각 보정 장치.
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