KR20110081205A

KR20110081205A - 전자 나침반

Info

Publication number: KR20110081205A
Application number: KR1020117008980A
Authority: KR
Inventors: 포우아드 벤니니
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-07-13
Also published as: JP2012506548A; US20120022823A1; CN102197277A; DE102008042989A1; WO2010046158A1

Abstract

본 발명은, 3축 자기 센서를 이용하여 전자 나침반의 제1 좌표계에서 제1 자기장 세기들을 측정하는 단계와, 제1 자기장 세기들을 토대로 지표면에 대해 평행한 제2 좌표계(x, y)에서 경사 보상된 제2 자기장 세기들(200)을 계산하는 단계와, 경사 보상된 제2 자기장 세기들(200)에 부합하게 시행 함수(210)를 조정하는 단계와, 조정된 시행 함수(210)를 토대로 영점 편차(Hx0, Hy0)를 산출하는 단계를 포함하는, 전자 나침반의 영점 편차(Hx0, Hy0)를 산출하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 자기 센서로 측정된 제1 자기장 세기를 토대로 제2 좌표계(x, y)에서 경사 보상된 자기장 세기(Hx, Hy)를 계산하는 단계와, 경사 보상된 제2 자기장 세기(Hx, Hy)로부터 앞서 설명한 방법으로 산출된 영점 편차(Hx0, Hy0)를 감산함하여, 영점 보정된 제3 자기장 세기(Bx, By)를 계산하는 단계와, 제2 좌표계(x, y)의 하나의 축(x)이 북-남 방향에 대해 편향되는 방위각을 계산하는 단계를 포함하는, 전자 나침반을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

전자 나침반{ELECTRONIC COMPASS}

본 발명은 전자 나침반의 영점 편차를 산출하기 위한 방법, 전자 나침반을 작동시키기 위한 방법, 및 전자 나침반에 관한 것이다.

자기 센서는 지구 자기장을 측정하는데 이용되므로, 전자 나침반에 사용하기에 적합하다. 지구 자기장은 지표면에 대해 평행하게 연장되기 때문에, 상호 간에 수직인 2개 이상의 축을 따라 지구 자기장을 측정할 수 있는 자기 센서가 필요하다. 이런 경우 전자 나침반은 지표면에 대해 평행하게 고정되어야 한다. 3축 자기 센서를 이용할 경우, 지표면에 대한 전자 나침반의 경사를 계산해낼 수 있다.

지구 자기장의 세기는 단지 수십 μT의 범위 내에 놓이기 때문에, 그에 상응하게 간섭장에 대해 쉽게 영향을 받을 수 있는 매우 민감한 자기 센서들이 필요하다. 상기 간섭장은 예컨대 근처에 부설된 전기선들이나 강자성 재료들에 의해 유발될 수 있으며, 지구 자기장에 중첩된 추가 자기장 성분들을 야기한다. 이런 점은 측정된 신호의 분석 시에 오류를 야기하고, 그로 인해 오류가 있는 방위 측정을 초래한다.

미국 공보 US 2007/0276625 A1호로부터는 영점 편차의 자동 보정을 가능케 하는 3축 자기 센서를 구비한 전자 나침반이 공지되었다. 이를 위해 전자 나침반은 전자 나침반의 상이한 방위 조건에서 측정된 자기장 세기들을 수집하고, 그 자기장 세기들의 공간 성분을 3차원 데카르트 좌표계에 표시한다. 그런 다음 구면 셸(spherical shell)을 통해 3차원 좌표계 내에서의 측정값들의 분포를 근사하는 시도가 이루어진다. 그에 따라 좌표계의 원점(origin)으로부터 구면 셸의 중심점의 편차를 토대로, 간섭에 의해 야기되는 전자 나침반의 영점 편차가 추론될 수 있다. 3차원 자기 센서 데이터의 직접적인 처리로 인해, 복잡하면서도 오류에 취약한 알고리즘들이 요구된다.

본 발명의 목적은 전자 나침반의 영점 편차를 산출하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것에 있다. 상기 목적은 청구항 제1항에 따른 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 추가 목적은 전자 나침반을 작동시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 것에 있다. 상기 추가 목적은 청구항 제9항에 따른 방법에 의해 달성된다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 개선된 전자 나침반을 제공하는 것에 있다. 이 목적은 청구항 제11항에 따른 전자 나침반에 의해 달성된다. 바람직한 추가 개선 실시예들은 종속항들에 명시된다.

전자 나침반의 영점 편차를 산출하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 3축 자기 센서를 이용하여 전자 나침반의 제1 좌표계에서 복수의 제1 자기장 세기를 측정하는 단계와, 복수의 제1 자기장 세기를 토대로, 지표면에 평행한 제2 좌표계에서 경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기를 계산하는 단계와, 경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기에 부합하게 시행 함수(trial function)를 조정하는 단계와, 조정된 시행 함수를 토대로 영점 편차를 산출하는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는 상기 방법을 통한 영점 편차의 산출은 3차원 문제에서 2차원 문제로 축소된다. 이런 점은 시행 함수의 조정을 간소화한다. 더욱 바람직하게는 제2 자기장 세기들은 미리 경사 보상되며, 이는 영점 편차의 산출을 간소화한다.

바람직하게는 각각의 제1 자기장 세기에 대해 경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기를 계산하기 위해, 제2 좌표계와 관련하여 제1 좌표계의 뱅크 각(bank angle)과 피치 각(pitch angle)을 측정하는 단계와, 제1 자기장 세기, 뱅크 각 및 피치 각을 토대로 경사 보상된 제2 자기장 세기를 계산하는 단계가 실시된다.

본원의 방법의 개선 실시예에 따라, 뱅크 각 및 피치 각의 측정을 위해, 3축 가속도 센서를 이용하여 제1 좌표계에서 가속도 값을 측정하는 단계와, 제2 좌표계와 관련하여 제1 좌표계의 뱅크 각 및 피치 각을 계산하는 단계가 실시된다. 그렇게 함으로써 바람직하게는 자기 센서와 독립된 가속도 센서를 이용하여 지표면과 관련한 전자 나침반의 방위가 측정되며, 이런 점은 본원에 따른 방법의 견고성을 향상시킨다.

일 실시예에 따라, 측정된 가속도 값은 추가 처리 전에 저역 통과 필터에 의해 필터링된다. 그렇게 함으로써 측정 데이터의 기록 시에 간섭 운동이 억제될 수 있으며, 이는 본원에 따른 방법의 정밀도를 증대시킨다.

목적에 부합하게는 시행 함수로서 원함수(circular function)가 이용된다.

본원에 따른 방법의 일 실시예에 따라, 전자 나침반은 복수의 제1 자기장 세기를 기록하는 동안 이동되며, 예컨대 선회된다. 이는 예컨대 이동 전화과 같은 휴대용 장치에 적합하다.

전자 나침반을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법은, 앞서 설명한 방법에 따라 전자 나침반의 영점 편차를 산출하는 단계와, 3축 자기 센서를 이용하여 전자 나침반의 제1 좌표계에서 제1 자기장 세기를 측정하는 단계와, 제1 자기장 세기를 토대로 지표면에 평행한 제2 좌표계에서 경사 보상된 제2 자기장 세기를 계산하는 단계와, 경사 보상된 제2 자기장 세기로부터 영점 편차를 감산함으로써 영점 보정된 제3 자기장 세기를 계산하는 단계와, 제2 좌표계의 하나의 축이 북-남 방향에 대해 편향되는 방위각을 계산하는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는 전자 나침반을 통해 상기 방법에 따라 측정된 방위각은 영점이 보정된다. 다시 말해, 경우에 따라 있을 수 있는 간섭의 영향을 받지 않는다.

본 발명에 따른 전자 나침반은 3축 자기 센서와 3축 가속도 센서를 포함하며, 앞서 설명한 영점 편차를 산출하기 위한 방법을 실시하도록 형성된다.

바람직하게는 전자 나침반은 전자 나침반을 작동시키기 위한 전술한 방법을 실시하도록 형성된다.

일 실시예에 따라 자기 센서는 하나 이상의 GMR 센서를 포함한다.

또 다른 실시예에 따라 가속도 센서는 하나 이상의 미세 기계식 가속도 센서를 포함한다.

도 1은 전자 나침반의 개략도이다.
도 2는 전자 나침반의 개략적 내부도이다.
도 3은 전자 나침반을 360°만큼 회전시킬 시에 경사 보상된 제2 자기장 세기의 거동을 나타낸 개략적 그래프이다.
도 4는 경사 보상된 제2 자기장 세기의 거동에 대한 대안적 거동을 나타낸 그래프이다.
도 5는 영점 보정되지 않은 제2 자기장 세기들과 영점 보정된 제3 자기장 세기들을 개략적으로 나타낸 좌표 그래프이다.
도 6은 영점 편차를 산출하기 위한 방법의 개략적 흐름도이다.
도 7은 경사 보상된 자기장 세기들을 계산하기 위한 방법의 개략적 흐름도이다.
도 8은 뱅크 각 및 피치 각을 측정하기 위한 방법의 개략적 흐름도이다.
도 9는 전자 나침반을 작동시키기 위한 방법의 개략적 흐름도이다.

도 1은 전자 나침반(100)의 개략도를 도시하고 있다. 전자 나침반(100)은 전자 나침반(100)에 의해 측정된 방위를 표시하기 위한 모니터(101)를 포함할 수 있다. 또한, 전자 나침반(100)은 제어 부재들(102), 예컨대 하나 이상의 제어 키를 포함할 수 있다. 제어 부재들(102)은 전자 나침반(100)의 조작을 가능케 한다. 전자 나침반(100)은 또 다른 휴대용 또는 휴대할 수 없는 전자 장치, 예컨대 이동 전화, 개인 정보 단말기(PDA), 내비게이션 장치 또는 손목 시계에 통합될 수 있다.

제1 좌표계(KS')는 전자 나침반(100)과 견고하게 결합된 것으로서 생각할 수 있다. 제1 좌표계(KS')는 상호 간에 수직인 3개의 축(x', y', z')을 포함한다. x'축은 전자 나침반(100)으로부터 정면 방향으로 향하고, y'축은 측면 방향으로 향하며, z'축은 아래 방향으로 향한다. x'축을 중심으로 한 전자 나침반의 회전은 뱅크 각(θ)의 변경에 상응한다. y'축을 중심으로 한 전자 나침반(100)의 회전은 피치 각(

)의 변경에 상응한다. z'축을 중심으로 한 전자 나침반(100)의 회전은 방위각(α)의 변경에 상응한다.

도 2는 전자 나침반(100) 내부에 포함되는 부품들의 개략도를 도시하고 있다. 전자 나침반(100)은 3축 자기 센서(110)와 3축 가속도 센서(120)를 포함한다. 또한, 자기 센서(110) 및 가속도 센서(120)와 연결되는 전자 평가 시스템(130)이 제공되어 있다. 자기 센서(110)는 예컨대 홀 프로브(hall probe), GMR 센서, 플럭스 게이트 센서(flux gate sensor) 또는 기타 적합한 자기 센서들을 포함할 수 있다. 가속도 센서(120)는 예컨대 미세 기계식 가속도 센서들을 포함할 수 있다. 전자 평가 시스템(130)은 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 또는 기타 적합한 전자 부품들을 포함할 수 있다. 적합한 부품들은 선행기술로부터 당업자에게 잘 알려져 있다.

자기 센서(110)는 전자 나침반(100)과 결합된 제1 좌표계(KS')의 3개의 모든 공간 방향으로의 자기장의 세기를 측정하도록 형성된다. 그에 따라 자기 센서(110)는 x'축 방향의 성분(Mx')과, y'축 방향의 성분(My')과, z'축 방향의 성분(Mz')을 갖는 제1 자기장 세기(M')를 측정한다. 가속도 센서(120)는 전자 나침반(100)과 결합된 제1 좌표계(KS')의 3개의 모든 공간 방향으로 전자 나침반(100)에 작용하는 가속도의 크기를 계측하도록 형성된다. 그에 따라 가속도 센서(120)는 x'축 방향의 성분(ax')과, y'축 방향의 성분(ay')과, z'축 방향의 성분(az')을 갖는 가속도 값(a')을 측정한다.

정적 상태의 전자 나침반(100)에는 중력 가속도만이 작용하고, 이 중력 가속도는 지표면(900)에 대해 수직으로 작용하기 때문에, 전자 평가 시스템(130)은 측정된 가속도 값(a')의 성분들(ax', ay', az')을 토대로, 축들(x, y, z)을 갖는 제2 좌표계(KS)와 관련하여, 전자 나침반(100)과 결합된 제1 좌표계(KS')의 방위를 추론할 수 있다. 제2 좌표계(KS)의 x-y 평면은 지표면(900)에 대해 평행하게 배향된다. 제2 좌표계의 x축은, 지표면(900)의 북-남 방향에 비해, 제1 좌표계(KS')의 x'축과 동일한 방위각(α)만큼 회전된다. 예컨대 전자 평가 시스템(130)은, 제2 좌표계(KS)를 제1 좌표계(KS')로 전환하기 위해, 제2 좌표계(KS)가 x축 및 y축을 중심으로 회전해야 하는 뱅크 각(θ) 및 피치 각(

)을 계산할 수 있다. 계산은 예컨대 아래 공식에 따라 이루어질 수 있다.

그 외에도 전자 평가 시스템(130)은 제1 좌표계(KS')에서의 제1 자기장 세기(M')를 토대로, 제2 좌표계(KS)의 x축 방향의 성분(Hx)과 제2 좌표계(KS)의 y축 방향의 성분(Hy)을 갖는 제2 자기장 세기(H)를 계산할 수 있다. 계산은 예컨대 아래 공식을 통해 이루어질 수 있다.

또한, 전자 평가 시스템(130)은 제2 좌표계(KS)의 z축 방향으로의 제2 자기장 세기(H)의 성분(Hz)을 계산할 수 있다. 지구 자기장은 지표면(900)에 대해 평행하게, 다시 말해 제2 좌표계(KS)의 x-y 평면 내부에서 연장되기 때문에, 제2 자기장 세기(H)의 성분(Hz)은 영과 같아야 한다. 그렇지 않으면 오류가 존재하는 것으로서 추론될 수 있다.

지구 자기장은 지표면(900)의 북-남 방향으로 연장되기 때문에, 전자 평가 시스템(130)은 제2 자기장 세기(H)의 성분들(Hx, Hy)을 토대로 방위각(α)의 크기, 다시 말해 북-남 방향으로부터 제2 좌표계(KS)의 x축 방향의 편차를 추론할 수 있다. 방위각(α)의 계산은 예컨대 아래 공식을 통해 이루어질 수 있다.

도 3은 방위각(α)에 따라 제2 자기장 세기(H)의 성분들(Hx, Hy)에 대해 예상되는 거동을 개략적으로 나타낸다. 전자 나침반(100)이 남쪽 방향으로 배향된다면, 제2 좌표계(KS)의 x 방향으로 향하는 성분(Hx)은 최대값을 취해야 하며, 그에 반해 y 방향으로 향하는 성분(Hy)은 영과 동일하다. 전자 나침반(100)이 서쪽으로 배향된다면, 제2 자기장 세기(H)의 x 성분은 영과 동일하며, 그에 반해 y 성분은 최소값을 취한다. 전자 나침반(100)이 북쪽 방향으로 고정된다면, 제2 자기장 세기(H)의 x 성분은 최소값을 취하고, 그에 반해 y 성분은 영과 같다. 전자 나침반(100)이 동쪽 방향으로 향한다면, y 성분(Hy)은 최대값을 취하는 반면, x 성분(Hx)은 영과 같다.

도 4는 대체되는 그래프로 제2 자기장 세기(H)의 성분들(Hx, Hy)에 대해 예상되는 거동을 도시하고 있다. 도 4에는 예상되는 제2 자기장 세기(H)가 방위각(α)의 함수로서 매개변수식으로 Hx-Hy 평면 내에 도시되어 있다. 제2 자기장 세기(H)의 성분들(Hx, Hy)의 가능한 값 쌍들을 통해 구해지는 원이 생성된다.

만일 지구 자기장이 전자 나침반(100)의 주변에서 자기 간섭원에 의해 약화되거나 또는 국소 간섭을 받는다면, Hx-Hy 평면에서 전자 나침반(100)에 의해 측정되는 제2 자기장 세기들(H)은 영점을 중심으로 한 원 위에 놓이지 않고, 중심점이 영점에 비해 영점 편차(Hx0, Hy0)만큼 변위된 원 위에 놓인다. 이는 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5는 제2 자기장 세기(H)의 수많은 측정값(200)이 예시로서 표시되어 있는 Hx-Hy 평면의 구획을 도시하고 있다. 표시된 측정값들(200) 각각은 지표면(900)과 관련한 전자 나침반(100)의 다양한 방위 조건에서 측정되었다. 전자 나침반(100)의 주변에 자기 간섭장이 존재함으로 인해, 측정값들(200)은 Hx-Hy 평면의 원점을 중심으로 한 원 위에 위치하지 않는다. 만일 측정된 측정값들(200)이 공식 (3)에 따라 방위각(α) 측정을 위해 이용된다면, 전자 나침반(100) 주변의 자기 간섭으로 인해 잘못된 방위각(α)이 산출된다. 그러므로 우선 측정값들(200)은 영점 편차(Hx0, Hy0)의 값만큼 보정되어야 한다.

측정값들(200)은 영점 편차(Hx0, Hy0)를 중심으로 원형으로 분포되어 있기 때문에, 영점 편차(Hx0, Hy0)의 측정을 위해 시행 함수(210)가 측정값들(200)에 부합하게 조정될 수 있으며, 조정된 시행 함수(210)를 토대로 영점 편차(Hx0, Hy0)가 산출될 수 있다. 시행 함수로서는 예컨대 사전에 확정되거나 조정될 수 있는 반경을 갖는 원함수가 적합하다. 시행 함수로서 원함수가 이용된다면, 영점 편차(Hx0, Hy0)는 조정된 원함수의 중심점으로서 제공된다. 이렇게 하여 산출된 영점 편차(Hx0, Hy0)는 이어서 측정값들(200)로부터 감산될 수 있고, 그럼으로써 영점 보정된 제3 자기장 세기들(Bx, By)이 제공되며, 이러한 제3 자기장 세기들은 Hx-Hy 평면의 원점을 중심으로 예상되는 측정값 분포(215)를 따라 위치한다. 이어서 영점 보정된 제3 자기장 세기(Bx, By)를 토대로 정확한 방위각(α)이 아래 공식에 따라 계산될 수 있다.

도 6은 전자 나침반(100)에 의해 실시될 수 있는 것과 같은, 전자 나침반(100)의 영점 편차를 산출하기 위한 방법(300)을 설명한다. 제1 방법 단계(310)에서 전자 나침반(100)은 3축 자기 센서(110)를 이용하여, 전자 나침반(100)과 견고하게 결합된 제1 좌표계(KS')에서 성분들(Mx', My', Mz')을 갖는 복수의 제1 자기장 세기(M')를 측정한다. 바람직하게는 제1 자기장 세기들(M')은 전자 나침반(100)의 상이한 방위 조건에서 검출된다. 예컨대 전자 나침반(100)은 복수의 제1 자기장 세기(M')를 측정하는 동안 회전 또는 선회될 수 있다.

그 다음의 방법 단계(320)에서는, 복수의 제1 자기장 세기(M')를 토대로, 지표면(900)에 평행한 제2 좌표계(KS)에서 성분들(Hx, Hy)을 갖는 경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기(H)가 계산된다. 이는 예컨대 하기에서 도 7에 따라 설명되는 방법(400)을 통해 이루어질 수 있다.

추가의 방법 단계(330)에서는, 경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기(H)에 부합하게 시행 함수(210)가 조정된다. 시행 함수(210)로서는 예컨대 원함수가 이용될 수 있다. 원의 반경은 사전에 확정되어 예상되는 지구 자기장 세기의 값에 대응될 수 있거나, 경사 보상된 제2 자기장 세기들(H)의 값들에 부합하게 조정될 수 있다.

추가의 방법 단계(340)에서는, 조정된 시행 함수(210)를 토대로 영점 편차(Hx0, Hy0)가 산출된다. 만일 시행 함수(210)로서 원함수가 이용된다면, 영점 편차(Hx0, Hy0)는 조정된 원함수의 중심점으로서 제공된다.

도 7은 제1 좌표계(KS')와 관련한 복수의 제1 자기장 세기(M')를 토대로 제2 좌표계(KS)와 관련한 경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기(H)를 계산하기 위한 방법(400)의 개략적 흐름도를 도시한다. 상기 계산 방법(400)은 각각의 제1 자기장 세기(M')에 대해 실시되며, 이는 그 제1 자기장 세기를 토대로 경사 보상된 제2 자기장 세기(H)를 계산할 수 있도록 하기 위함이다. 이를 위해 제1 방법 단계(410)에서 제2 좌표계(KS)와 관련하여 제1 좌표계(KS')의 뱅크 각(θ) 및 피치 각(

)이 측정된다. 이는 예컨대 하기에서 도 8에 따라 설명되는 방법(500)을 통해 이루어질 수 있다.

추가의 방법 단계(420)에서는 제1 자기장 세기(M'), 뱅크 각(θ) 및 피치 각(

)을 토대로, 경사 보상된 제2 자기장 세기(H)가 계산된다. 이는 예컨대 앞서 설명한 공식 (2)를 통해 이루어질 수 있다.

도 8은 뱅크 각(θ) 및 피치 각(

)을 측정하기 위한 방법(500)의 개략적 흐름도를 도시한다. 상기 방법은 3축 가속도 센서(120)를 이용하여 제1 좌표계(KS')에서 성분들(ax', ay', az')을 갖는 가속도 값(a')을 측정하기 위한 방법 단계(510)를 포함한다.

추가의 방법 단계(520)에서는 측정된 가속도 값(a')을 토대로, 제2 좌표계(KS)와 관련하여 제1 좌표계(KS')의 뱅크 각(θ) 및 피치 각(

)이 계산된다. 계산은 예컨대 앞서 설명한 공식 (1)을 통해 이루어질 수 있다. 바람직하게는 뱅크 각(θ) 및 피치 각(

)은, 경사 보상된 자기장 값(H)으로 환산되어야 하는 각각의 측정값(M')에 대해, 독립적으로 측정되어야 한다. 다시 말하면 각각의 자기장 세기(M')에 대해 지표면(900)과 관련한 전자 나침반(100)의 방위 조건이 동일한 경우의 가속도 값(a')도 기록된다.

방법(500)의 개선 실시예에 따라서는, 측정된 가속도 값(a')은, 측정 데이터의 기록 시에 간섭 운동을 억제할 수 있도록, 방법 단계(510)와 방법 단계(520) 사이에서 저역 통과 필터를 통과할 수 있다. 만일 전자 나침반(100)이 예컨대 강하게 흔들린다면, 전자 나침반(100)에 작용하는 중력 가속도에 중첩되고 측정 결과를 왜곡하는 원심력이 발생한다. 저역 통과 필터를 사용함으로써 그러한 왜곡은 필터링될 수 있다.

도 9는 전자 나침반(100)을 작동시키기 위한 방법(600)의 개략적 흐름도를 도시한다. 방법(600)은 전자 나침반(100)의 영점 편차(Hx0, Hy0)를 산출하기 위한 방법 단계(610)를 포함한다. 이는 예컨대 앞서 도 6에 따라 설명한 방법(300)을 통해 이루어질 수 있다.

추가의 방법 단계(620)에서 제1 자기장 세기(M')는 전자 나침반(100)의 제1 좌표계(KS')에서 3축 자기 센서(110)에 의해 측정된다.

추가의 방법 단계(630)에서는 제1 자기장 세기(M')를 토대로, 지표면(900)에 대해 평행한 제2 좌표계(KS)에서 경사 보상된 제2 자기장 세기(H)가 계산된다. 이는 예컨대 앞서 도 7에 따라 설명된 방법(400)에 의해 이루어질 수 있다.

추가의 방법 단계(640)에서는 경사 보상된 제2 자기장 세기(H)로부터 영점 편차(Hx0, Hy0)가 감산됨으로써 영점 보정된 제3 자기장 세기(B)가 계산된다.

다음의 방법 단계(650)에서는, 성분들(Bx, By)을 갖는 제3 자기장 세기(B)를 토대로, 제2 좌표계(KS)의 x축이 지표면(900)의 북-남 방향에 대해 편향되는 방위각(α)이 계산된다. 이는 예컨대 공식 (4)를 통해 이루어질 수 있다. 이와 같이 산출된 방위각(α)은 예컨대 전자 나침반(100)의 모니터(101)에 표시될 수 있다.

전자 나침반(100)은, 주기적으로, 또는 전자 나침반(100)을 조작하는 사용자의 명령으로 영점 편차를 산출하기 위한 전술한 방법을 실행할 수 있다. 또는 전자 나침반(100)이 영점 편차를 산출하기 위한 전술한 방법을 연속해서 실시할 수도 있다. 이런 실시예의 경우 전자 나침반(100)에 의해 계측되는 모든 측정값은 영점 편차의 영구적인 보정을 위해 고려될 수 있다. 또한, 단기 간섭을 억제할 수 있도록, 기존의 측정값들의 거동과 극심한 편차를 보이는 측정 데이터를 필터링할 수도 있다.

전자 나침반(100)의 영점 편차를 산출하기 위한 전술한 방법은, 전자 나침반(100)의 내부 및 외부 간섭을 보상하기에 적합하다. 내부 간섭은 전자 나침반(100)의 내부에서 발생하는 간섭 자기장에 의해 야기된다. 외부 간섭은 전자 나침반(100)의 주변에 존재하는 간섭 자기장에 의해 야기된다.

Claims

전자 나침반(100)의 영점 편차(Hx0, Hy0)를 산출하기 위한 방법이며,
3축 자기 센서(110)를 이용하여 상기 전자 나침반(100)의 제1 좌표계(KS')에서 복수의 제1 자기장 세기(Mx', My', Mz')를 측정하는 단계와,
복수의 제1 자기장 세기(Mx', My', Mz')를 토대로 지표면(900)에 평행한 제2 좌표계(KS)에서 경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기(Hx, Hy)를 계산하는 단계와,
경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기(Hx, Hy)에 부합하게 시행 함수(210)를 조정하는 단계와,
상기 조정된 시행 함수(210)를 토대로 영점 편차(Hx0, Hy0)를 산출하는 단계를 포함하는, 전자 나침반의 영점 편차의 산출 방법.
제1항에 있어서, 각각의 제1 자기장 세기(Mx', My', Mz')에 대해 경사 보상된 복수의 제2 자기장 세기(Hx, Hy)를 계산하기 위해,
제2 좌표계(KS)와 관련하여 상기 제1 좌표계(KS')의 뱅크 각(θ) 및 피치 각(
)을 측정하는 단계와,
제1 자기장 세기(Mx', My', Mz'), 상기 뱅크 각(θ) 및 상기 피치 각(
)을 토대로 경사 보상된 상기 제2 자기장 세기(Hx, Hy)를 계산하는 단계가 실시되는, 전자 나침반의 영점 편차의 산출 방법.
제2항에 있어서, 경사 보상된 상기 제2 자기장 세기(Hx, Hy)의 계산은 아래 공식,

에 따라 이루어지는 측정 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 뱅크 각(θ) 및 피치 각(
)을 계산하기 위해,
3축 가속도 센서(120)를 이용하여 제1 좌표계(KS')에서 가속도 값(ax', ay', az')을 측정하는 단계와,
제2 좌표계(KS)와 관련하여 제1 좌표계(KS')의 뱅크 각(θ) 및 피치 각(
)을 계산하는 단계가 실시되는, 전자 나침반의 영점 편차의 산출 방법.
제4항에 있어서, 뱅크 각(θ) 및 피치 각(
)은 아래 공식,

에 따라 계산되는, 전자 나침반의 영점 편차의 산출 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 측정된 가속도 값(ax', ay', az')은 추가 처리 전에 저역 통과 필터에 의해 필터링되는, 전자 나침반의 영점 편차의 산출 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 시행 함수(210)로서 원함수가 이용되는, 전자 나침반의 영점 편차의 산출 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 나침반(100)은 상기 복수의 제1 자기장 세기(Mx', My', Mz')를 기록하는 동안 이동되는, 예컨대 선회되는, 전자 나침반의 영점 편차의 산출 방법.
전자 나침반(100)을 작동시키기 위한 작동 방법이며,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 전자 나침반(100)의 영점 편차(Hx0, Hy0)를 산출하는 단계와,
3축 자기 센서(110)를 이용하여 전자 나침반(100)의 제1 좌표계(KS')에서 제1 자기장 세기(Mx', My', Mz')를 측정하는 단계와,
상기 제1 자기장 세기(Mx', My', Mz')를 토대로 지표면(900)에 평행한 제2 좌표계(KS)에서 경사 보상된 제2 자기장 세기(Hx, Hy)를 계산하는 단계와,
경사 보상된 상기 제2 자기장 세기(Hx, Hy)로부터 상기 영점 편차(Hx0, Hy0)를 감산함으로써 영점 보정된 제3 자기장 세기(Bx, By)를 계산하는 단계와,
상기 제2 좌표계(KS)의 하나의 축(x)이 북-남 방향에 대해 편향되는 방위각(α)을 계산하는 단계를 포함하는, 전자 나침반의 작동 방법.
제9항에 있어서, 상기 방위각(α)은 상기 제3 자기장 세기(Bx, By)를 토대로 아래 공식,

에 따라 계산되는, 전자 나침반의 작동 방법.
3축 자기 센서(110)와 3축 가속도 센서(120)를 포함하는 전자 나침반(100)이며,
상기 전자 나침반(100)은, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 영점 편차(Hx0, Hy0)를 산출하기 위한 방법을 실시하도록 형성되는, 전자 나침반(100).
제11항에 있어서, 상기 전자 나침반(100)은 제9항 또는 제10항에 따른 방법을 실시하도록 형성되는, 전자 나침반(100).
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 자기 센서(110)는 하나 이상의 GMR 센서를 포함하는, 전자 나침반(100).
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가속도 센서(120)는 하나 이상의 미세 기계식 가속도 센서를 포함하는, 전자 나침반.