KR20230069775A - 자력계 교정 방법 및 이를 수행하는 자력계 교정 장치 - Google Patents

자력계 교정 방법 및 이를 수행하는 자력계 교정 장치 Download PDF

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KR20230069775A
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Abstract

자력계 교정 방법에서, 자력계(magnetometer)를 이용하여 4개 이상의 복수의 측정 값들을 획득한다. 복수의 측정 값들에 기초하여, 자력계를 포함하는 전자 장치의 내부 자기장(internal magnetic field)에 대응하는 구(sphere)의 중심(center) 및 반지름(radius)을 연산한다. 구의 중심에 기초하여 자력계의 출력을 교정한다.

Description

자력계 교정 방법 및 이를 수행하는 자력계 교정 장치{METHOD OF CALIBRATING MAGNETOMETER AND MAGNETOMETER CALIBRATION DEVICE PERFORMING THE SAME}
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자력계 교정 방법 및 상기 자력계 교정 방법을 수행하는 자력계 교정 장치에 관한 것이다.
많은 휴대용 전자 장치들이 사용자를 돕기 위해 탐색 및/또는 방향 기능을 제공하고 있다. 예를 들어, 스마트 폰은 사용자가 위치한 지역을 지도 상에 나타내고 사용자의 위치 및/또는 사용자가 이동한 경로를 표시하는 탐색 디스플레이를 제공할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 게임 컨트롤러 또는 리모콘은 방향 기능을 사용하여 비디오 게임, 컴퓨팅 시스템 또는 원격 장치의 제어를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 장치는 상기와 같은 탐색 및/또는 방향 기능을 제공하기 위한 자력계 또는 지자기 센서(magnetometer)를 포함할 수 있다.
자력계의 주요 역할은 외부 자기장의 벡터와 관련된 장치의 위치 정보를 제공하는 것이며, 일부의 경우에는 자기장의 강도 또한 중요할 수 있다. 이 때, 자력계에 의한 측정 결과는 전자 장치에 포함되는 강자성 부품에 의해 생성된 간섭 자기장으로 인해 자기장 벡터의 실제 위치와 다를 수 있다. 상기와 같은 간섭 자기장은 전자 장치의 내부 자기장을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 자력계를 포함하는 전자 장치의 내부 자기장을 효과적으로 추정 및 보상할 수 있는 자력계 교정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 자력계 교정 방법을 수행하는 자력계 교정 장치를 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법에서, 자력계(magnetometer)를 이용하여 4개 이상의 복수의 측정 값들을 획득한다. 상기 복수의 측정 값들에 기초하여, 상기 자력계를 포함하는 전자 장치의 내부 자기장(internal magnetic field)에 대응하는 구(sphere)의 중심(center) 및 반지름(radius)을 연산한다. 상기 구의 중심에 기초하여 상기 자력계의 출력을 교정한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 장치는 측정 값 획득 모듈, 연산 모듈 및 교정 모듈을 포함한다. 상기 측정 값 획득 모듈은 자력계(magnetometer)와 연결되며, 4개 이상의 복수의 측정 값들을 획득한다. 상기 연산 모듈은 상기 복수의 측정 값들에 기초하여, 상기 자력계를 포함하는 전자 장치의 내부 자기장(internal magnetic field)에 대응하는 구(sphere)의 중심(center) 및 반지름(radius)을 연산한다. 상기 교정 모듈은 상기 구의 중심에 기초하여 상기 자력계의 출력을 교정한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법에서, 자력계(magnetometer)를 이용하여, 복수의 측정 값들을 주기적으로 획득한다. 상기 복수의 측정 값들 중 4개의 측정 값들에 기초하여, 상기 자력계를 포함하는 전자 장치의 내부 자기장(internal magnetic field)에 대응하는 구(sphere)의 중심(center) 및 반지름(radius)을 주기적으로 연산한다. 상기 구의 중심에 기초하여 상기 자력계의 출력을 계속적으로 교정한다. 상기 복수의 측정 값들을 주기적으로 획득하는데 있어서, 제1 측정 값, 제2 측정 값, 제3 측정 값 및 제4 측정 값을 순차적으로 획득한다. 상기 구의 중심 및 반지름을 주기적으로 연산하는데 있어서, 상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값에 대한 근접성 확인(proximity check) 및 동일 평면성 확인(coplanarity check) 중 적어도 하나를 포함하는 구 특이성 확인(sphere singularity check)을 수행한다. 상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값에 기초하여 상기 구의 중심을 나타내는 제1 중심 값 및 상기 구의 반지름을 나타내는 제1 반지름 값을 연산한다. 상기 제1 반지름 값이 제1 기준 범위 이내인지 확인하는 동작 및 상기 제1 중심 값에 대한 진폭이 제2 기준 범위 이내인지 확인하는 동작 중 적어도 하나를 포함하는 반지름 적정성 확인(radius adequacy check)을 수행한다. 상기 제1 중심 값에 대한 필터링(filtering)을 수행한다. 상기 자력계의 출력을 계속적으로 교정하는데 있어서, 상기 제4 측정 값에서 상기 제1 중심 값을 감산한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법 및 자력계 교정 장치에서는, 다른 정보 없이 자력계의 출력만을 이용하여 내부 자기장을 추정하고 이를 이용하여 자력계의 출력을 교정할 수 있다. 특히, 측정된 4개의 포인트들만을 이용하는 반복 알고리즘을 통해 자력계에 대한 계속적/연속적인 교정을 수행할 수 있다. 따라서, 자력계를 빠르고 정확하고 효율적으로 교정할 수 있고, 자력계를 교정하는데 필요한 연산 및 전력 소모를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 자력계를 이용한 다양한 동작들의 성능/효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 장치 및 이를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법 및 자력계 교정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 복수의 측정 값들을 획득하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다,
도 5는 도 4의 복수의 측정 값들을 주기적으로 획득하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다,
도 6은 도 2의 자력계 교정 장치에 포함되는 측정 값 획득 모듈의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 7a, 7b 및 7c는 도 6의 측정 값 획득 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 도 1의 구의 중심 및 반지름을 연산하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 9는 도 8의 구의 중심 및 반지름을 주기적으로 연산 및 업데이트하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 10은 도 2의 자력계 교정 장치에 포함되는 연산 모듈의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 11a 및 11b는 도 10의 연산 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 도 1의 구의 중심 및 반지름을 연산하는 단계의 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 13은 도 12의 구 특이성 확인을 수행하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 14는 도 12의 반지름 적정성 확인을 수행하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 14 및 15는 도 12의 반지름 적정성 확인을 수행하는 단계의 예들을 나타내는 순서도들이다.
도 16은 도 2의 자력계 교정 장치에 포함되는 연산 모듈의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 17은 도 1의 자력계의 출력을 교정하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 18은 도 17의 자력계의 출력을 계속적으로 교정하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 19a 및 19b는 도 2의 자력계 교정 장치에 포함되는 교정 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 21a 및 21b는 도 20의 전자 장치의 구체적인 구현 예를 나타내는 도면들이다.
도 22a, 22b, 22c, 22d 및 22e는 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법 및 자력계 교정 장치의 성능을 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법은, 자력계 또는 지자기 센서(magnetometer)와 연결되는 자력계 교정 장치에 의해 수행된다. 상기 자력계 및 상기 자력계 교정 장치는 전자 장치에 포함된다. 상기 자력계 교정 장치 및 이를 포함하는 상기 전자 장치에 대해서는 도 2 등을 참조하여 후술하도록 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법에서, 상기 자력계를 이용하여 4개 이상의 복수의 측정 값들을 획득한다(단계 S100). 예를 들어, 상기 복수의 측정 값들 각각은 상기 자력계로부터 출력되고 상기 자력계에 의해 측정되는 자기장(또는 자기장 벡터)을 나타내는 3차원 포인트일 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 측정 값들은 미리 정해진 시간 간격마다 주기적으로 획득될 수 있다. 단계 S100에 대해서는 도 4, 5 등을 참조하여 후술하도록 한다.
상기 복수의 측정 값들에 기초하여, 상기 자력계를 포함하는 상기 전자 장치의 내부 자기장(internal magnetic field)에 대응하는 구(sphere)의 중심(center) 및 반지름(radius)을 연산한다(단계 S200). 예를 들어, 상기 구의 중심 및 반지름은 상기 복수의 측정 값들 중 4개의 측정 값들에 기초하여 연산되며, 다른 정보 없이 상기 4개의 측정 값들만을 이용하여 연산될 수 있다. 예를 들어, 상기 구의 중심 및 반지름은 주기적으로 획득되는 상기 복수의 측정 값들에 기초하여 주기적으로 연산 및 업데이트될 수 있다. 단계 S200에 대해서는 도 8, 9, 12 등을 참조하여 후술하도록 한다.
상기 구의 중심에 기초하여 상기 자력계의 출력을 교정한다(단계 S300). 예를 들어, 상기 구의 중심을 나타내는 중심 값을 이용하여 상기 복수의 측정 값들 중 하나를 교정할 수 있다. 예를 들어, 상기 자력계의 출력은 주기적으로 연산 및 업데이트되는 상기 구의 중심에 기초하여 계속적으로 교정될 수 있다. 단계 S300에 대해서는 도 17, 18 등을 참조하여 후술하도록 한다.
자력계의 출력은 장치 바이어스(device-bias)에 의해 생성된 자기장을 포함하는 자기장 편차(deviate)에 대한 정보를 포함한다. 장치 바이어스와 관련하여, 자력계를 포함하는 전자 장치의 모든 강자성(ferromagnetic) 부분은 자기장을 발생하며, 특히 일정한 전류가 흐르는 모든 도체는 자기장을 발생할 수 있다. 전자 장치 내에서 발생하는 이러한 내부 자기장에 의해 자력계의 출력에서 오차가 발생할 수 있다. 따라서 자력계의 출력을 보정/정정할 필요가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법에서는, 다른 정보 없이 자력계의 출력만을 이용하여 내부 자기장을 추정하고 이를 이용하여 자력계의 출력을 교정할 수 있다. 특히, 측정된 4개의 포인트들만을 이용하는 반복 알고리즘을 통해 자력계에 대한 계속적/연속적인 교정을 수행할 수 있다. 따라서, 자력계를 빠르고 정확하고 효율적으로 교정할 수 있고, 자력계를 교정하는데 필요한 연산 및 전력 소모를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 자력계를 이용한 다양한 동작들의 성능/효율이 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 장치 및 이를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전자 장치(10)는 자력계(20) 및 자력계 교정 장치(100)를 포함한다.
일 실시예에서, 전자 장치(10)는 자력계(20)를 포함하면서 공간 상에서 방향을 변경할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(10)는 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(Internet of Things) 기기, IoE(Internet of Everything) 기기, e-북(e-book), VR(Virtual Reality) 기기, AR(Augmented Reality) 기기, 드론(drone) 등과 같은 임의의 모바일 장치일 수 있다. 전자 장치(10)의 구체적인 구성에 대해서는 도 20 등을 참조하여 후술하도록 한다.
자력계(20)는 복수의 기본 측정 값들(MV)을 생성 및 제공할 수 있다. 복수의 기본 측정 값들(MV) 각각은 자력계(20)에 의해 측정되는 자기장(또는 자기장 벡터)을 나타내는 3차원 포인트일 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하여 후술하는 것처럼, 복수의 기본 측정 값들(MV) 각각은 X축에 대응하는 x값, Y축에 대응하는 y값 및 Z축에 대응하는 z값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자력계(20)는 상대적으로 빠른 샘플링 주파수 또는 레이트(예를 들어, 약 25, 50, 100, 200 또는 400Hz)로 복수의 기본 측정 값들(MV)을 제공할 수 있다.
자력계 교정 장치(100)는 자력계(20)로부터 제공되는 복수의 기본 측정 값들(MV)에 기초하여 전자 장치(10)의 내부 자기장을 추정하고, 추정된 상기 내부 자기장에 기초하여 자력계(20)의 출력을 교정할 수 있다.
자력계 교정 장치(100)는 측정 값 획득 모듈(200), 연산 모듈(300) 및 교정 모듈(400)을 포함할 수 있다.
이하에서 사용되는 "모듈"이라는 용어는 소프트웨어, FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합을 나타낼 수 있다. "모듈"은 소프트웨어의 형태로서 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들에 의해 실행되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, "모듈"은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. "모듈"은 세부적인 기능들을 수행하는 복수의 "모듈"들로 분리될 수도 있다.
측정 값 획득 모듈(200)은 자력계(20)로부터 제공되는 복수의 기본 측정 값들(MV)에 기초하여 4개 이상의 복수의 측정 값들(OMV)을 획득할 수 있다. 예를 들어, 복수의 측정 값들(OMV)은 복수의 기본 측정 값들(MV) 중 일부이며, 복수의 기본 측정 값들(MV)과 유사하게 복수의 측정 값들(OMV) 각각은 x값, y값 및 z값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정 값 획득 모듈(200)은 상대적으로 느린 주파수 또는 레이트(예를 들어, 약 0.5 내지 2Hz)로 복수의 측정 값들(OMV)을 획득할 수 있다.
측정 값 획득 모듈(200)의 예시적인 구조에 대해서는 도 6 등을 참조하여 후술하도록 한다.
연산 모듈(300)은 복수의 측정 값들(OMV)에 기초하여, 자력계(20)를 포함하는 전자 장치(10)의 내부 자기장(internal magnetic field)에 대응하는 구(sphere)의 중심(center) 및 반지름(radius)을 연산하고, 상기 구의 중심을 나타내는 중심 값(CV) 및 상기 구의 반지름을 나타내는 반지름 값(RV)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 측정 값들(OMV) 중 4개 또는 그 이상의 측정 값들을 이용하여 상기 구의 중심 및 반지름을 연산할 수 있다.
일 실시예에서, 연산 모듈(300)은 복수의 측정 값들(OMV)이 적절한지 확인하는 제1 검증 동작, 중심 값(CV) 및/또는 반지름 값(RV)이 적절한지 확인하는 제2 검증 동작, 및 중심 값(CV) 및/또는 반지름 값(RV)에 대한 필터링 동작 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
연산 모듈(300)의 예시적인 구조에 대해서는 도 10, 16 등을 참조하여 후술하도록 한다.
교정 모듈(400)은 상기 구의 중심을 나타내는 중심 값(CV)에 기초하여 자력계(20)의 출력을 교정하고, 교정 결과를 나타내는 교정 측정 값(CMV)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼 중심 값(CV)에 기초하여 복수의 측정 값들(OMV)을 교정할 수 있다. 다른 예에서, 도시하지는 않았으나 중심 값(CV)에 기초하여 복수의 기본 측정 값들(MV)을 교정할 수도 있다.
일 실시예에서, 측정 값 획득 모듈(200)은 복수의 측정 값들(OMV)을 주기적으로 획득하고, 연산 모듈(300)은 중심 값(CV) 및 반지름 값(RV)을 주기적으로 연산 및 업데이트하며, 교정 모듈(400)은 교정 측정 값(CMV)을 계속적/주기적으로 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 측정 값 획득 모듈(200), 연산 모듈(300) 및 교정 모듈(400)의 일부 또는 전부는 하드웨어의 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 측정 값 획득 모듈(200), 연산 모듈(300) 및 교정 모듈(400)의 일부 또는 전부는 컴퓨터 기반의 전자 시스템에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 측정 값 획득 모듈(200), 연산 모듈(300) 및 교정 모듈(400)의 일부 또는 전부는 소프트웨어, 예를 들어 명령어 코드들 또는 프로그램 루틴들의 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 상기 명령어 코드들 또는 프로그램 루틴들은 컴퓨터 기반의 전자 시스템에 의해 실행되며 컴퓨터 기반의 전자 시스템의 내부 또는 외부에 배치되는 임의의 저장부에 저장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법 및 자력계 교정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 3을 참조하면, 내부 자기장 벡터(IMFV)는 전자 장치(10) 내의 다른 부품들에 의해 발생하는 내부 자기장을 나타내고, 외부 자기장 벡터(EMFV)는 자력계(20)가 측정하고자 하는 전자 장치(10)의 외부 자기장(즉, 지구 자기장)을 나타내며, 노이즈 벡터(NV)는 자력계(20)의 동작 시에 발생하는 다양한 노이즈를 나타낸다. 자력계 벡터(M_MSM)는 자력계(20)로부터 실제 출력되는 측정 값(즉, 기본 측정 값들(MV))을 나타낸다. X축, Y축 및 Z축은 각각 자기장의 크기를 나타내며, 단위는 테슬라(예를 들어, T, uT 등)일 수 있다.
자력계(20)를 포함하는 전자 장치(10)가 공간에서 회전하는 경우에, 내부 자기장 벡터(IMFV)의 끝부분(tip)은 전자 장치의 좌표 시스템(device coordinate system) 내에서 안정적일 수 있다. 이와 동시에, 외부 자기장 벡터(EMFV)의 끝부분은 내부 자기장 벡터(IMFV)가 가리키는 중심(SPH_O)을 갖는 구(SPH)의 표면에서 움직일 수 있다. 구(SPH)의 반지름은 외부 자기장 벡터(EMFV)의 크기, 즉 외부 자기장의 세기(strength)로 정의될 수 있다. 자력계(20)로부터 출력되는 측정 값은 노이즈에 의해 교란된(disturbed) 내부 자기장 및 외부 자기장의 합을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 자력계 벡터(M_MSM)는 내부 자기장 벡터(IMFV), 외부 자기장 벡터(EMFV) 및 노이즈 벡터(NV)의 합에 대응할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전자 장치(10)가 공간에서 (자기장 벡터와 관련하여) 방향을 변경하는 경우에, 4개의 측정 값들(M1, M2, M3, M4)을 생성 및 획득할 수 있다. 그리고 나서, 4개의 측정 값들(M1, M2, M3, M4)에 기초하여 구(SPH)를 생성할 수 있다. 이 경우, 구(SPH)의 중심(SPH_O)은 내부 자기장 벡터(IMFV)의 끝부분을 나타내며, 따라서 구(SPH)의 중심(SPH_O)에 기초하여 내부 자기장을 추정 및 보상할 수 있다.
도 4는 도 1의 복수의 측정 값들을 획득하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다,
도 1 및 4를 참조하면, 상기 4개 이상의 복수의 측정 값들을 획득하는데 있어서(단계 S100), 상기 자력계로부터 상기 복수의 측정 값들을 주기적으로 획득할 수 있다(단계 S110). 예를 들어, 단계 S100 및 S110은 도 2의 측정 값 획득 모듈(200)에 의해 수행되며, 상대적으로 느린 주파수 또는 레이트로 복수의 측정 값들(OMV)을 획득할 수 있다.
도 5는 도 4의 복수의 측정 값들을 주기적으로 획득하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다,
도 4 및 5를 참조하면, 상기 복수의 측정 값들을 주기적으로 획득하는데 있어서(단계 S110), 제1 시점에서 상기 자력계로부터 제1 측정 값을 획득하고(단계 S111), 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서 상기 자력계로부터 제2 측정 값을 획득하고(단계 S113), 상기 제2 시점 이후의 제3 시점에서 상기 자력계로부터 제3 측정 값을 획득하고(단계 S115), 상기 제3 시점 이후의 제4 시점에서 상기 자력계로부터 제4 측정 값을 획득하며(단계 S117), 상기 제4 시점 이후의 제5 시점에서 상기 자력계로부터 제5 측정 값을 획득할 수 있다(단계 S119).
일 실시예에서, 각 측정 값을 획득하는 동작은 미리 정해진 시간 간격마다 주기적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 제1 시간 간격, 상기 제2 시점과 상기 제3 시점 사이의 제2 시간 간격, 상기 제3 시점과 상기 제4 시점 사이의 제3 시간 간격, 및 상기 제4 시점과 상기 제5 시점 사이의 제4 시간 간격은 모두 실질적으로 동일할 수 있다.
상세하게 도시하지는 않았으나, 단계 S119 이후에도 측정 값들이 주기적으로 획득될 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 시점 이후의 제6 시점에서 상기 자력계로부터 제6 측정 값을 획득할 수 있다.
도 6은 도 2의 자력계 교정 장치에 포함되는 측정 값 획득 모듈의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 측정 값 획득 모듈(200a)은 지연 라인(210)을 포함하며, 제1 출력 라인(OL1), 제2 출력 라인(OL2), 제3 출력 라인(OL3) 및 제4 출력 라인(OL4)을 더 포함할 수 있다.
지연 라인(210)은 자력계(도 2의 20)의 출력과 연결되며, 자력계(20)로부터 제공되는 복수의 기본 측정 값들(MV) 중 일부를 지연하여 제1 출력 라인(OL1), 제2 출력 라인(OL2) 및 제3 출력 라인(OL3)을 통해 출력할 수 있다. 제4 출력 라인(OL4)은 자력계(20)의 출력과 직접 연결되며, 자력계(20)로부터 제공되는 복수의 기본 측정 값들(MV) 중 일부를 지연 없이 출력할 수 있다.
예를 들어, 시간 t에서 자력계(20)로부터 측정 값(MV(t))이 수신되는 경우에, 측정 값(MV(t))은 지연 없이 제4 출력 라인(OL4)을 통해 출력되고, 지연 라인(210)은 측정 값(MV(t))을 제1 지연 시간(D)만큼 지연하여 제3 출력 라인(OL3)을 통해 출력하고, 지연 라인(210)은 측정 값(MV(t))을 제2 지연 시간(2D)만큼 지연하여 제2 출력 라인(OL2)을 통해 출력하며, 지연 라인(210)은 측정 값(MV(t))을 제3 지연 시간(3D)만큼 지연하여 제1 출력 라인(OL1)을 통해 출력할 수 있다.
이에 따라, 하나의 특정 시점, 즉 현재 시점을 기준으로 하였을 때, 제1 출력 라인(OL1)을 통해 출력되는 측정 값(MV(t+3D))은 상기 현재 시점으로부터 제3 지연 시간(3D) 이전에 수신된 측정 값이고, 제2 출력 라인(OL2)을 통해 출력되는 측정 값(MV(t+2D))은 상기 현재 시점으로부터 제2 지연 시간(2D) 이전에 수신된 측정 값이고, 제3 출력 라인(OL3)을 통해 출력되는 측정 값(MV(t+D))은 상기 현재 시점으로부터 제1 지연 시간(D) 이전에 수신된 측정 값이며, 제4 출력 라인(OL4)을 통해 출력되는 측정 값(MV(t))은 상기 현재 시점에서 수신된 측정 값일 수 있다. 측정 값들(MV(t+3D), MV(t+2D), MV(t+D), MV(t))은 도 2의 복수의 측정 값들(OMV)에 대응할 수 있다.
예를 들어, 제2 지연 시간(2D)은 제1 지연 시간(D)의 약 2배이고, 제3 지연 시간(3D)은 제1 지연 시간(D)의 약 3배일 수 있다. 예를 들어, 제1 지연 시간(D)은 각 측정 값을 획득하는 동작이 수행되는 시간 간격 또는 주기와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7a, 7b 및 7c는 도 6의 측정 값 획득 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a, 7b 및 7c를 참조하면, 측정 값 획득 모듈(200a)이 도 4 및 5를 참조하여 상술한 복수의 측정 값들(M1, M2, M3, M4, M5)을 주기적으로 획득하는 동작을 수행하는 경우를 예시하고 있다.
먼저 도 7c에 도시된 것처럼, 자력계(20)로부터 제공되는 복수의 기본 측정 값들(MV)에 기초하여, 미리 정해진 시간 간격(TI)마다 복수의 측정 값들(M1, M2, M3, M4, M5)을 주기적으로 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 시점(t1)에서 제1 측정 값(M1)을 획득하고, 제2 시점(t2)에서 제2 측정 값(M2)을 획득하고, 제3 시점(t3)에서 제3 측정 값(M3)을 획득하고(단계 S115), 제4 시점(t4)에서 제4 측정 값(M4)을 획득하며, 제5 시점(t5)에서 제5 측정 값(M5)을 획득할 수 있다.
이 경우, 도시하지는 않았으나, 제1 시점(t1)에서 제4 출력 라인(OL4)을 통해 제1 측정 값(M1)이 출력되고, 제2 시점(t2)에서 제3 출력 라인(OL3)을 통해 제1 측정 값(M1)이 출력되고 제4 출력 라인(OL4)을 통해 제2 측정 값(M2)이 출력되며, 제3 시점(t3)에서 제2 출력 라인(OL2)을 통해 제1 측정 값(M1)이 출력되고 제3 출력 라인(OL3)을 통해 제2 측정 값(M2)이 출력되고 제4 출력 라인(OL4)을 통해 제3 측정 값(M3)이 출력될 수 있다.
이후에, 도 7a에 도시된 것처럼, 제4 시점(t4)에서 제1 출력 라인(OL1)을 통해 제1 측정 값(M1)이 출력되고 제2 출력 라인(OL2)을 통해 제2 측정 값(M2)이 출력되고 제3 출력 라인(OL3)을 통해 제3 측정 값(M3)이 출력되며 제4 출력 라인(OL4)을 통해 제4 측정 값(M4)이 출력될 수 있다.
이후에, 도 7a에 도시된 것처럼, 제5 시점(t5)에서 제1 출력 라인(OL1)을 통해 제2 측정 값(M2)이 출력되고 제2 출력 라인(OL2)을 통해 제3 측정 값(M3)이 출력되고 제3 출력 라인(OL3)을 통해 제4 측정 값(M4)이 출력되며 제4 출력 라인(OL4)을 통해 제5 측정 값(M5)이 출력될 수 있다.
도 8은 도 1의 구의 중심 및 반지름을 연산하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 1 및 8을 참조하면, 상기 복수의 측정 값들에 기초하여 상기 구의 중심 및 반지름을 연산하는데 있어서(단계 S200), 주기적으로 획득되는 상기 복수의 측정 값들에 기초하여 상기 구의 중심 및 반지름을 주기적으로 연산 및 업데이트할 수 있다(단계 S220). 예를 들어, 단계 S200 및 S220은 도 2의 연산 모듈(300)에 의해 수행되며, 복수의 측정 값들(OMV) 중 순차적으로 획득된 4개의 측정 값들(OMV)을 이용하여 상기 구의 중심 및 반지름을 나타내는 1개의 중심 값(CV) 및 1개의 반지름 값(RV)을 연산할 수 있다.
도 9는 도 8의 구의 중심 및 반지름을 주기적으로 연산 및 업데이트하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 8 및 9를 참조하면, 상기 구의 중심 및 반지름을 주기적으로 연산 및 업데이트하는데 있어서(단계 S220), 도 5의 단계 S111, S113, S115 및 S117에서 획득된 상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값에 기초하여 상기 구의 중심을 나타내는 제1 중심 값을 연산하고(단계 S221), 상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값 중 하나 및 상기 제1 중심 값에 기초하여 상기 구의 반지름을 나타내는 제1 반지름 값을 연산할 수 있다(단계 S223). 예를 들어, 단계 S221 및 S223은 상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값이 모두 획득된 상기 제4 시점에서 수행될 수 있다.
이후에, 도 5의 단계 S113, S115, S117 및 S119에서 획득된 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값, 상기 제4 측정 값 및 상기 제5 측정 값에 기초하여 상기 구의 중심을 나타내는 제2 중심 값을 연산하고(단계 S225), 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값, 상기 제4 측정 값 및 상기 제5 측정 값 중 하나 및 상기 제2 중심 값에 기초하여 상기 구의 반지름을 나타내는 제2 반지름 값을 연산할 수 있다(단계 S227). 예를 들어, 단계 S225 및 S227은 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값, 상기 제4 측정 값 및 상기 제5 측정 값이 모두 획득된 상기 제5 시점에서 수행될 수 있다.
상세하게 도시하지는 않았으나, 단계 S225 및 S227 이후에도 중심 값들 및 반지름 값들이 주기적으로 연산될 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 시점 이후의 상기 제6 시점에서 상기 제6 측정 값이 획득된 경우에, 상기 제3 측정 값, 상기 제4 측정 값, 상기 제5 측정 값 및 상기 제6 측정 값에 기초하여 상기 구의 중심을 나타내는 제3 중심 값을 연산하고, 상기 제3 측정 값, 상기 제4 측정 값, 상기 제5 측정 값 및 상기 제6 측정 값 중 하나 및 상기 제3 중심 값에 기초하여 상기 구의 반지름을 나타내는 제3 반지름 값을 연산할 수 있다.
도 10은 도 2의 자력계 교정 장치에 포함되는 연산 모듈의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 연산 모듈(300a)은 구 중심 및 반지름 연산 모듈(320)을 포함할 수 있다.
구 중심 및 반지름 연산 모듈(320)은 도 6의 측정 값 획득 모듈(200a)로부터 출력 라인들(OL1, OL2, OL3, OL4)을 통해 출력되는 측정 값들(MV(t+3D), MV(t+2D), MV(t+D), MV(t))에 기초하여 구의 중심을 나타내는 중심 값(CV(t)) 및 구의 반지름을 나타내는 반지름 값(RV(t))을 연산할 수 있다.
도 6을 참조하여 상술한 것처럼, 하나의 특정 시점, 즉 현재 시점을 기준으로 하였을 때, 측정 값(MV(t+3D))은 상기 현재 시점으로부터 제3 지연 시간(3D) 이전에 수신된 측정 값이고, 측정 값(MV(t+2D))은 상기 현재 시점으로부터 제2 지연 시간(2D) 이전에 수신된 측정 값이고, 측정 값(MV(t+D))은 상기 현재 시점으로부터 제1 지연 시간(D) 이전에 수신된 측정 값이고, 측정 값(MV(t))은 상기 현재 시점에서 수신된 측정 값일 수 있다. 이 경우, 중심 값(CV(t)) 및 반지름 값(RV(t))은 상기 현재 시점에서의 전자 장치(10)의 내부 자기장을 나타낼 수 있다. 중심 값(CV(t)) 및 반지름 값(RV(t))은 도 2의 중심 값(CV) 및 반지름 값(RV)에 대응할 수 있다.
도 11a 및 11b는 도 10의 연산 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11a 및 11b를 참조하면, 연산 모듈(300a)이 도 8 및 9를 참조하여 상술한 중심 값들(C1, C2) 및 반지름 값들(R1, R2)을 주기적으로 연산 및 업데이트하는 동작을 수행하는 경우를 예시하고 있다.
먼저 도 7a를 참조하여 상술한 것처럼 제4 시점(t4)에서 측정 값 획득 모듈(200a)이 제1 측정 값(M1), 제2 측정 값(M2), 제3 측정 값(M3) 및 제4 측정 값(M4)을 출력하는 경우에, 도 11a에 도시된 것처럼 제1 측정 값(M1), 제2 측정 값(M2), 제3 측정 값(M3) 및 제4 측정 값(M4)에 기초하여 제1 중심 값(C1) 및 제1 반지름 값(R1)을 연산할 수 있다.
예를 들어, 제1 측정 값(M1), 제2 측정 값(M2), 제3 측정 값(M3) 및 제4 측정 값(M4)은 각각 하기의 [수학식 1], [수학식 2], [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같이 좌표로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
[수학식 4]
Figure pat00004
이 경우, 제1 중심 값(C1)에 대응하는 좌표의 제1 x값(x0), 제1 y값(y0) 및 제1 z값(z0)은 각각 하기의 [수학식 5], [수학식 6] 및 [수학식 7]에 기초하여 연산될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00005
[수학식 6]
Figure pat00006
[수학식 7]
Figure pat00007
상기의 [수학식 5], [수학식 6] 및 [수학식 7]에서, U, V 및 W는 각각 하기의 [수학식 8], [수학식 9] 및 [수학식 10]에 기초하여 획득될 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00008
[수학식 9]
Figure pat00009
[수학식 10]
Figure pat00010
또한, 상기의 [수학식 5]에서, Ax, Bx, Cx 및 Dx는 각각 하기의 [수학식 11], [수학식 12], [수학식 13] 및 [수학식 14]에 기초하여 획득될 수 있다. 상기의 [수학식 6]에서, Ay, By, Cy 및 Dy는 각각 하기의 [수학식 15], [수학식 16], [수학식 17] 및 [수학식 18]에 기초하여 획득될 수 있다. 상기의 [수학식 7]에서, Az, Bz, Cz 및 Dz는 각각 하기의 [수학식 19], [수학식 20], [수학식 21] 및 [수학식 22]에 기초하여 획득될 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00011
[수학식 12]
Figure pat00012
[수학식 13]
Figure pat00013
[수학식 14]
Figure pat00014
[수학식 15]
Figure pat00015
[수학식 16]
Figure pat00016
[수학식 17]
Figure pat00017
[수학식 18]
Figure pat00018
[수학식 19]
Figure pat00019
[수학식 20]
Figure pat00020
[수학식 21]
Figure pat00021
[수학식 22]
Figure pat00022
예를 들어, 제1 반지름 값(R1)은 제1 측정 값(M1) 및 제1 중심 값(C1)에 기초하여 연산되며, 하기의 [수학식 23]에 기초하여 연산될 수 있다(하기의 [수학식 23]에서, R=R1).
[수학식 23]
Figure pat00023
이후에, 도 7b를 참조하여 상술한 것처럼 제5 시점(t5)에서 측정 값 획득 모듈(200a)이 제2 측정 값(M2), 제3 측정 값(M3), 제4 측정 값(M4) 및 제5 측정 값(M5)을 출력하는 경우에, 도 11b에 도시된 것처럼 제2 측정 값(M2), 제3 측정 값(M3), 제4 측정 값(M4) 및 제5 측정 값(M5)에 기초하여 제2 중심 값(C2) 및 제2 반지름 값(R2)을 연산할 수 있다. 예를 들어, 제2 중심 값(C2) 및 제2 반지름 값(R2)은 제1 중심 값(C1) 및 제1 반지름 값(R1)과 실질적으로 동일한 방식으로 연산되며, 상기의 [수학식 1] 내지 [수학식 23]에 기초하여 연산될 수 있다.
전자 장치 근처에 강한 자기장이 없다면 지구 자기장 벡터의 크기는 약 50 uT일 수 있다. 자력계에 의해 측정된 벡터의 길이가 다르다면, 근처에 자기장 소스가 있음을 의미할 수 있다. 측정된 벡터의 값이 약 300 uT 이상이면 전자 장치 근처에 강한 자석이 있을 수 있다. 인공 강자석(artificial strong magnet)은 일반적으로 크기가 비교적 작으며(수 센티미터를 넘지 않음), 자기장의 크기도 작을 수 있다. 전자 장치를 몇 센티미터만 움직이더라도 자력계에 의해 측정되는 외부 자기장이 변경되며, 그에 따라 오류가 증가할 수 있다. 알고리즘 정확도 추정을 위해 측정된 자기장 벡터의 크기에 대한 정보를 사용할 수 있다.
측정된 포인트들 사이의 각도 거리(angular distance)가 클수록 알고리즘의 정확도가 향상될 수 있다. 예를 들어, 각도 차이가 약 15도를 초과하는 포인트들(constellations of points)을 사용하는 것이 합리적일 수 있다. 구의 파라미터 연산을 위한 포인트들의 선택은 측정 레이트 및 전자 장치의 상태에 따라 최적화되어야 한다. 전자 장치가 움직이지 않거나 장치 프레임에서 자기장이 변하지 않을 때 포인트들을 선택할 필요가 없을 수 있다. 포인트들 사이의 시간 간격은 조건에 따라 선택되어야 하며, 이러한 시간 간격은 전자 장치의 방향이 허용 가능한 각도로 변경되기에 충분해야 한다. 이동 특성에 따라 포인트를 획득하는 최적의 주파수 또는 레이트가 다를 수 있다.
실제로는 전자 장치를 몇 초 동안 빠르게 손으로 계속 돌릴 때 보정 동작을 수행하는 것이 좋을 수 있다. 이 경우, 포인트를 획득하기에 적절한 주파수 또는 레이트는 약 5-10Hz 일 수 있다.
한편, 4개의 측정 값들에 기초하여 구의 중심 및 반지름을 연산하는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 실시예에 따라서 5개 이상의 측정 값들에 기초하여 구의 중심 및 반지름을 연산할 수도 있다.
도 12는 도 1의 구의 중심 및 반지름을 연산하는 단계의 다른 예를 나타내는 순서도이다. 이하 도 8과 중복되는 설명은 생략한다.
도 1 및 12를 참조하면, 상기 복수의 측정 값들에 기초하여 상기 구의 중심 및 반지름을 연산하는데 있어서(단계 S200), 단계 S220 이전에, 즉 상기 구의 중심 및 반지름을 주기적으로 연산 및 업데이트하기 이전에, 주기적으로 획득되는 상기 복수의 측정 값들에 기초하여 구 특이성 확인(sphere singularity check)을 주기적으로 수행할 수 있다(단계 S210). 또한, 단계 S220 이후에, 즉 상기 구의 중심 및 반지름을 주기적으로 연산 및 업데이트한 이후에, 주기적으로 연산 및 업데이트된 상기 구의 중심 및 반지름에 기초하여 반지름 적정성 확인(radius adequacy check)을 주기적으로 수행하고(단계 S230), 상기 구의 중심에 대한 필터링(filtering)을 주기적으로 수행할 수 있다(단계 S240). 단계 S220은 도 8을 참조하여 상술한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
예를 들어, 도 9를 참조하여 상술한 것처럼 단계 S220에서 단계 S221, S223, S225 및 S227이 수행되는 경우에, 단계 S221 이전에 상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값에 기초하여 상기 구 특이성 확인이 수행되며, 단계 S223 이후에 상기 제1 중심 값 및 상기 제1 반지름 값에 기초하여 상기 반지름 적정성 확인이 수행되고 상기 제1 중심 값에 대한 필터링이 수행될 수 있다. 또한, 단계 S225 이전에 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값, 상기 제4 측정 값 및 상기 제5 측정 값에 기초하여 상기 구 특이성 확인이 수행되며, 단계 S227 이후에 상기 제2 중심 값 및 상기 제2 반지름 값에 기초하여 상기 반지름 적정성 확인이 수행되고 상기 제2 중심 값에 대한 필터링이 수행될 수 있다.
한편, 단계 S210, S230 및 S240이 모두 수행되는 것으로 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 단계 S210, S230 및 S240 중 1개 또는 2개만이 수행될 수도 있다.
도 13은 도 12의 구 특이성 확인을 수행하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 12 및 13을 참조하면, 상기 복수의 측정 값들에 기초하여 상기 구 특이성 확인을 주기적으로 수행하는데 있어서(단계 S210), 단계 S220을 수행하는데 이용되는 측정 값들에 대한 근접성 확인(proximity check)을 수행하고(단계 S211), 단계 S220을 수행하는데 이용되는 측정 값들에 대한 동일 평면성 확인(coplanarity check)을 수행할 수 있다(단계 S213).
예를 들어, 도 9의 단계 S221 이전에 단계 S211 및 S213을 수행하는데 있어서, 제1 측정 값(M1), 제2 측정 값(M2), 제3 측정 값(M3) 및 제4 측정 값(M4)에 대한 상기 근접성 확인 및 상기 동일 평면성 확인을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 단계 S211에서 상기 근접성 확인을 수행하는데 있어서, 하기의 [수학식 24]와 같이 제1 평균 값(Mx), 제2 평균 값(My) 및 제3 평균 값(Mz)을 연산하고, 하기의 [수학식 25]와 같이 제1 거리(Dx), 제2 거리(Dy) 및 제3 거리(Dz)를 연산하며, 하기의 [수학식 26]과 같이 제1 거리(Dx), 제2 거리(Dy), 제3 거리(Dz)와 문턱 값(Th)을 비교하여 제1 측정 값(M1), 제2 측정 값(M2), 제3 측정 값(M3) 및 제4 측정 값(M4)이 지나치게 가까운지 판단할 수 있다.
[수학식 24]
Figure pat00024
[수학식 25]
Figure pat00025
[수학식 26]
Figure pat00026
4개의 측정 값들이 지나치게 가까운 것으로 판단된 경우에, 추정된 구의 중심에 노이즈가 존재하는 것으로 판단할 수 있으며, 이 경우 알고리즘의 수행을 중단 또는 차단할 수 있다.
구체적으로, 자력계의 출력은 노이즈를 포함하며, 따라서 구의 표면에 4개의 포인트들이 존재할 때 최상의 정확도에 도달할 수 있고, 이 때 각 포인트는 다른 포인트들과 멀리 떨어져 있을 수 있다. 전자 장치가 움직이지 않는 경우(즉, 공간에서 방향을 변경하지 않는 경우), 매우 가깝게 위치하는 4개의 포인트들이 획득되며, 이러한 측정 노이즈 및 자기 편차로 인해 추정 결과의 정확도가 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 단계 S213에서 상기 동일 평면성 확인을 수행하는데 있어서, 하기의 [수학식 27], [수학식 28] 및 [수학식 29]와 같이 파라미터(K_cpl)를 연산할 수 있다.
[수학식 27]
Figure pat00027
[수학식 28]
Figure pat00028
[수학식 29]
Figure pat00029
상기의 [수학식 27], [수학식 28] 및 [수학식 29]에서,
Figure pat00030
는 포인트
Figure pat00031
로부터 포인트
Figure pat00032
까지의 벡터를 나타내고,
Figure pat00033
는 벡터들의 외적(cross product)을 나타내며, norm()은 벡터의 크기를 연산하는 함수를 나타낸다.
파라미터(K_cpl)는 동일 평면성 계수(coefficient of coplanarity)로 정의되며, 평면에 얼마나 가까운가를 나타내는 수치일 수 있다. 예를 들어, 파라미터(K_cpl) 값이 약 100보다 작으면 4개의 포인트들이 동일 평면상에 위치하여 이들 데이터를 사용하는 것이 적절하지 않음을 나타낼 수 있다.
4개의 측정 값들이 한 평면 상에 존재하는 것으로 판단된 경우에, 구의 중심을 찾을 수 없으며, 이 경우 알고리즘의 수행을 중단 또는 차단할 수 있다.
한편, 단계 S211 및 S213이 모두 수행되는 것으로 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 단계 S211 및 S213 중 1개만이 수행될 수도 있다.
도 14 및 15는 도 12의 반지름 적정성 확인을 수행하는 단계의 예들을 나타내는 순서도들이다.
도 12 및 14를 참조하면, 상기 구의 중심 및 반지름에 기초하여 상기 반지름 적정성 확인을 주기적으로 수행하는데 있어서(단계 S230), 상기 구의 반지름이 미리 정해진 기준 범위 이내인지 확인할 수 있다(단계 S231).
예를 들어, 도 9의 단계 S223 이후에 단계 S231을 수행하는데 있어서, 제1 반지름 값(R1)이 제1 기준 범위(예를 들어, 물리적인 값 또는 범위) 이내인지 확인할 수 있다. 예를 들어, 지구 자기장은 지표면 근처에서 약 50*10e-6 내지 220*10e-e Tesla 의 값을 가지며, 측정된 값이 상기와 같은 범위를 벗어나면 약간의 자기 편차가 있다고 판단할 수 있으며, 이 경우 전자 장치에 대한 교정이 필요할 수 있다.
도 12 및 15를 참조하면, 상기 구의 중심 및 반지름에 기초하여 상기 반지름 적정성 확인을 주기적으로 수행하는데 있어서(단계 S230), 상기 중심과 관련된 진폭이 미리 정해진 기준 범위 이내인지 확인할 수 있다(단계 S233).
예를 들어, 도 9의 단계 S223 이후에 단계 S233을 수행하는데 있어서, 제1 중심 값(C1)에 대한 진폭이 제2 기준 범위 이내인지 확인할 수 있다. 예를 들어, 알고리즘이 수행되고 외부 자기장이 안정되면, 자력계의 교정 값의 크기가 안정적이어야 하고, 그렇지 않은 경우 전자 장치에 대한 교정이 필요할 수 있다.
한편, 단계 S231 및 S233이 개별적/독립적으로 수행되는 것으로 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 단계 S231 및 S233 모두가 수행될 수도 있다.
도 16은 도 2의 자력계 교정 장치에 포함되는 연산 모듈의 다른 예를 나타내는 블록도이다. 이하 도 10과 중복되는 설명은 생략한다.
도 16을 참조하면, 연산 모듈(300b)은 구 특이성 확인 모듈(310), 구 중심 및 반지름 연산 모듈(320), 반지름 적정성 확인 모듈(330) 및 중심 필터링 모듈(340)을 포함할 수 있다.
구 특이성 확인 모듈(310)은 도 6의 측정 값 획득 모듈(200a)로부터 출력 라인들(OL1, OL2, OL3, OL4)을 통해 출력되는 측정 값들(MV(t+3D), MV(t+2D), MV(t+D), MV(t))에 대한 구 특이성 확인을 수행할 수 있다. 상기 구 특이성 확인은 도 2를 참조하여 상술한 제1 검증 동작에 대응할 수 있다.
구 중심 및 반지름 연산 모듈(320)은 도 10의 구 중심 및 반지름 연산 모듈(320)과 실질적으로 동일할 수 있다.
반지름 적정성 확인 모듈(330)은 구 중심 및 반지름 연산 모듈(320)로부터 출력되는 중심 값(CV(t)) 및 반지름 값(RV(t))에 기초하여 반지름 적정성 확인을 수행할 수 있다. 상기 반지름 적정성 확인은 도 2를 참조하여 상술한 제2 검증 동작에 대응할 수 있다.
중심 필터링 모듈(340)은 반지름 적정성 확인 모듈(330)로부터 출력되는 중심 값(CV(t))에 대한 필터링을 수행할 수 있다. 예를 들어, 중심 값(CV(t))에 대한 저역 필터링(low pass filtering)을 수행할 수 있다. 입력 데이터에 노이즈가 포함되어 있으므로 출력에도 노이즈가 포함될 수 있으며, 고주파 편차를 부드럽게 하기 위해 중심 필터링 모듈(340)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 차단 주파수(cut-off frequency)가 약 0.25Hz인 2차 저역 통과 필터를 사용할 수 있다.
실시예에 따라서, 도 12의 단계 S210, S230 및 S240 중 적어도 하나가 생략되는 경우에, 도 16의 구 특이성 확인 모듈(310), 반지름 적정성 확인 모듈(330) 및 중심 필터링 모듈(340) 중 적어도 하나 또한 생략될 수 있다.
도 17은 도 1의 자력계의 출력을 교정하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 1 및 17을 참조하면, 상기 구의 중심에 기초하여 상기 자력계의 출력을 교정하는데 있어서(단계 S310), 주기적으로 연산 및 업데이트되는 상기 구의 중심에 기초하여 상기 자력계의 출력을 계속적으로 교정할 수 있다(단계 S310). 예를 들어, 단계 S300 및 S310은 도 2의 교정 모듈(400)에 의해 수행되며, 중심 값(CV)에 기초하여 복수의 측정 값들(OMV)을 교정하여 교정 측정 값(CMV)을 생성할 수 있다.
도 18은 도 17의 자력계의 출력을 계속적으로 교정하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 17 및 18을 참조하면, 상기 자력계의 출력을 계속적으로 교정하는데 있어서(단계 S310), 도 5의 단계 S117에서 획득된 상기 제4 측정 값에서 도 9의 단계 S221에서 연산된 상기 제1 중심 값을 감산하여 제1 교정 측정 값을 생성할 수 있다(단계 S311). 예를 들어, 단계 S311은 상기 제4 측정 값이 획득되고 상기 제1 중심 값이 연산된 상기 제4 시점에서 수행될 수 있다.
이후에, 도 5의 단계 S119에서 획득된 상기 제5 측정 값에서 도 9의 단계 S225에서 연산된 상기 제2 중심 값을 감산하여 제2 교정 측정 값을 생성할 수 있다(단계 S313). 예를 들어, 단계 S313은 상기 제5 측정 값이 획득되고 상기 제2 중심 값이 연산된 상기 제5 시점에서 수행될 수 있다.
상세하게 도시하지는 않았으나, 단계 S313 이후에도 교정 동작이 주기적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 시점 이후의 상기 제6 시점에서 상기 제6 측정 값이 획득되고 상기 제3 중심 값이 연산된 경우에, 상기 제6 측정 값에서 상기 제3 중심 값을 감산하여 제3 교정 측정 값을 생성할 수 있다.
도 19a 및 19b는 도 2의 자력계 교정 장치에 포함되는 교정 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 19a 및 19b를 참조하면, 교정 모듈(400)이 도 17 및 18을 참조하여 상술한 측정 값들(M4, M5)을 주기적으로 교정하는 동작을 수행하는 경우를 예시하고 있다.
먼저 도 7a 및 11a를 참조하여 상술한 것처럼 제4 시점(t4)에서 제4 측정 값(M4)이 획득되고 제1 중심 값(C1)이 연산된 경우에, 도 19a에 도시된 것처럼 제4 측정 값(M4)에서 제1 중심 값(C1)을 감산하여 제1 교정 측정 값(CM4)을 생성할 수 있다.
이후에 도 7b 및 11b를 참조하여 상술한 것처럼 제5 시점(t5)에서 제5 측정 값(M5)이 획득되고 제2 중심 값(C2)이 연산된 경우에, 도 19b에 도시된 것처럼 제5 측정 값(M5)에서 제2 중심 값(C2)을 감산하여 제2 교정 측정 값(CM2)을 생성할 수 있다.
다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 교정 모듈(400)은 자력계(20)로부터 제공되는 복수의 기본 측정 값들(MV)을 직접 교정할 수도 있다. 예를 들어, 제1 중심 값(C1)이 연산된 경우에, 제2 중심 값(C2)이 연산되기 전까지는 제1 중심 값(C1)을 이용하여 복수의 기본 측정 값들(MV)을 교정하고, 제2 중심 값(C2)이 연산된 경우에, 이후의 상기 제3 중심 값이 연산되기 전까지는 제2 중심 값(C2)을 이용하여 복수의 기본 측정 값들(MV)을 교정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드를 포함하는 제품 등의 형태로 구현될 수도 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드는 다양한 컴퓨터 또는 다른 데이터 처리 장치의 프로세서로 제공될 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터로 판독 가능한 신호 매체 또는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체일 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는 명령어 실행 시스템, 장비 또는 장치 내에 또는 이들과 접속되어 프로그램을 저장하거나 포함할 수 있는 임의의 유형적인 매체일 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, 비일시적은 저장 매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장 매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 20을 참조하면, 전자 장치(1000)는 프로세서(1010), 스토리지 장치(300), 메모리(1100), 출력부(1200), 센싱부(1400), 통신부(1500), A/V 입력부(1600), 사용자 입력부(1700) 및 자력계 교정 장치(1800)를 포함할 수 있다.
프로세서(1010)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 자력계 교정 장치(1800)는 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 장치이며, 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법을 수행하여 자력계(1410)를 교정할 수 있다.
사용자 입력부(1700)는 전자 장치(1000)에 설치된 모듈의 동작을 제어하기 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다.
출력부(1200)는 디스플레이부(1210), 음향 출력부(1220) 및 진동 모터(1230)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부(1200)는 오디오, 비디오 및/또는 진동 형태로 알림 메시지를 출력할 수 있다.
프로세서(1010)는 메모리(1100)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 사용자 입력부(1700), 출력부(1200), 센싱부(1400), 통신부(1500), A/V 입력부(1600) 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(1010)는 메모리(1100)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 전자 장치(1000)의 기능을 수행할 수 있다.
센싱부(1400)는 전자 장치(1000)의 상태, 사용자의 상태 또는 전자 장치(1000) 주변의 상태를 감지하고, 감지된 정보를 프로세서(1010)로 전달할 수 있다. 센싱부(1400)는 자력계 또는 지자기 센서(1410), 가속도 센서(1420), 온/습도 센서(1430), 적외선 센서(1440), 자이로스코프 센서(1450), 위치 센서(1460), 기압 센서(1470), 근접 센서(1480) 및 RGB 센서(1490) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
통신부(1500)는 전자 장치(1000)가 다른 전자 장치(미도시) 및 서버(미도시)와 통신을 하게 하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 전자 장치(미도시)는 컴퓨팅 장치이거나 센싱 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 통신부(1500)는 근거리 통신부(1510), 이동 통신부(1520), 방송 수신부(1530)를 포함할 수 있다. 근거리 통신부(1510)는 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 포함할 수 있다.
A/V(Audio/Video) 입력부(1600)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(1610)와 마이크로폰(1620) 등이 포함될 수 있다.
메모리(1100)는 프로세서(1010)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 전자 장치(1000)로 입력되거나 전자 장치(1000)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수도 있다. 예를 들어, 메모리(1100)에 저장된 프로그램들은 그 기능에 따라 UI 모듈(1110), 터치 스크린 모듈(1120), 알림 모듈(1130) 등으로 분류될 수 있다.
도 21a 및 21b는 도 20의 전자 장치의 구체적인 구현 예를 나타내는 도면들이다.
도 21a를 참조하면, 전자 장치(1000)는 무인 비행체(2000) 및/또는 이를 제어하는 무인 비행 제어 시스템의 형태로 구현될 수 있다.
무인 비행체(2000)는 하우징(2100), 복수의 추진 장치들(2200), 자력계(2400) 및 자력계 교정 장치(2500)를 포함할 수 있다. 복수의 추진 장치들(2200)은 무인 비행체(2000)에 추력을 제공하여 무인 비행체(2000)가 비행하도록 기능할 수 있다. 복수의 추진 장치들(2200) 각각은 프로펠러(2210) 및 프로펠러(2210)를 회전하도록 구성된 모터(2220)를 포함할 수 있다. 자력계(2400) 및 자력계 교정 장치(2500)는 하우징(2100) 내에 배치될 수 있다.
도 21b를 참조하면, 전자 장치(1000)는 스마트 폰(3000)의 형태로 구현될 수 있다.
스마트 폰(3000)은 카메라(3100), 디스플레이 및 터치스크린(3200), 적어도 하나의 물리 버튼(3300), 자력계(3400) 및 자력계 교정 장치(3500)를 포함할 수 있다.
도 22a, 22b, 22c, 22d 및 22e는 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법 및 자력계 교정 장치의 성능을 나타내는 도면들이다.
도 22a를 참조하면, Google Maps Android 어플리케이션에서 권장하는 스마트 폰의 교정 동작을 나타낸다. 예를 들어, 도시된 것처럼 스마트 폰을 회전시켜 자력계 교정을 수행할 수 있다.
도 22b 및 22c는 도 22a에 도시된 스마트 폰을 회전시켜 자력계 교정을 수행하는 경우에 교정 동작의 성능을 나타낸다. 도 22b는 기존의 알고리즘을 나타내고 도 22c는 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법에 기초한 알고리즘을 나타내며, 본 발명의 실시예들에 따른 알고리즘이 보다 빠르고 정확하고 효율적으로 교정하는 것을 확인할 수 있다.
도 22d 및 22e는 처음의 약 40초 동안 스마트 폰을 느리고 천천히 회전시키고(slow and shallow rotation), 이후에 스마트 폰을 빠르게 회전시키는 경우에 교정 동작의 성능을 나타낸다. 도 22d는 기존의 알고리즘을 나타내고 도 22e는 본 발명의 실시예들에 따른 자력계 교정 방법에 기초한 알고리즘을 나타내며, 기존의 알고리즘은 느린 움직임을 무시하고 이후에만 수행되는 반면, 본 발명의 실시예들에 따른 알고리즘은 느린 움직임에도 수행되며, 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 알고리즘이 보다 빠르고 정확하고 효율적으로 교정하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 자력계를 포함하는 임의의 전자 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(Internet of Things) 기기, IoE(Internet of Everything) 기기, e-북(e-book), VR(Virtual Reality) 기기, AR(Augmented Reality) 기기, 드론(drone) 등과 같은 전자 시스템에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 자력계(magnetometer)를 이용하여 4개 이상의 복수의 측정 값들을 획득하는 단계;
    상기 복수의 측정 값들에 기초하여, 상기 자력계를 포함하는 전자 장치의 내부 자기장(internal magnetic field)에 대응하는 구(sphere)의 중심(center) 및 반지름(radius)을 연산하는 단계; 및
    상기 구의 중심에 기초하여 상기 자력계의 출력을 교정하는 단계를 포함하는 자력계 교정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 측정 값들은 상기 자력계로부터 주기적으로 획득되고,
    상기 구의 중심 및 반지름은 주기적으로 획득되는 상기 복수의 측정 값들에 기초하여 주기적으로 연산 및 업데이트되며,
    상기 자력계의 출력은 주기적으로 연산 및 업데이트되는 상기 구의 중심에 기초하여 계속적으로 교정되는 것을 특징으로 하는 자력계 교정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 측정 값들을 획득하는 단계는,
    제1 시점에서 상기 자력계로부터 제1 측정 값을 획득하는 단계;
    상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서 상기 자력계로부터 제2 측정 값을 획득하는 단계;
    상기 제2 시점 이후의 제3 시점에서 상기 자력계로부터 제3 측정 값을 획득하는 단계; 및
    상기 제3 시점 이후의 제4 시점에서 상기 자력계로부터 제4 측정 값을 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값에 기초하여 상기 구의 중심을 나타내는 제1 중심 값을 연산하는 것을 특징으로 하는 자력계 교정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 측정 값들을 획득하는 단계는,
    상기 제4 시점 이후의 제5 시점에서 상기 자력계로부터 제5 측정 값을 획득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값, 상기 제4 측정 값 및 상기 제5 측정 값에 기초하여 상기 구의 중심을 나타내는 제2 중심 값을 연산하는 것을 특징으로 하는 자력계 교정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 구의 중심 및 반지름을 연산하는 단계는,
    상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값에 기초하여 상기 구의 중심을 나타내는 제1 중심 값을 연산하는 단계; 및
    상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값 중 하나 및 상기 제1 중심 값에 기초하여 상기 구의 반지름을 나타내는 제1 반지름 값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자력계 교정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 구의 중심 및 반지름을 연산하는 단계는,
    상기 제1 측정 값, 상기 제2 측정 값, 상기 제3 측정 값 및 상기 제4 측정 값에 기초하여 구 특이성 확인(sphere singularity check)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자력계 교정 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 구의 중심 및 반지름을 연산하는 단계는,
    상기 제1 중심 값 및 상기 제1 반지름 값에 기초하여 반지름 적정성 확인(radius adequacy check)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자력계 교정 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 구의 중심 및 반지름을 연산하는 단계는,
    상기 제1 중심 값에 대한 필터링(filtering)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자력계 교정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 자력계의 출력을 교정하는 단계는,
    상기 복수의 측정 값들 중 제1 측정 값에서 상기 구의 중심을 나타내는 제1 중심 값을 감산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자력계 교정 방법.
  10. 자력계(magnetometer)와 연결되며, 4개 이상의 복수의 측정 값들을 획득하는 측정 값 획득 모듈;
    상기 복수의 측정 값들에 기초하여, 상기 자력계를 포함하는 전자 장치의 내부 자기장(internal magnetic field)에 대응하는 구(sphere)의 중심(center) 및 반지름(radius)을 연산하는 연산 모듈; 및
    상기 구의 중심에 기초하여 상기 자력계의 출력을 교정하는 교정 모듈을 포함하는 자력계 교정 장치.
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