KR100278155B1

KR100278155B1 - 정적방식으로구현된광섬유자이로콤파스의선수각출력방법

Info

Publication number: KR100278155B1
Application number: KR1019980016722A
Authority: KR
Inventors: 배정철; 홍창희
Original assignee: 임건; 주식회사사라콤; 조경식; 대한민국
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR19990084741A

Abstract

본 발명은 통상 차량, 선박, 항공기 등에 이용될 수 있도록 지구자전 각속도를 검출하는 광섬유 자이로스코프(Fiber Optic Gyroscope)를 이용하여 방위각을 검출하는 광섬유 자이로콤파스에 관한 것이다. 이러한, 본 발명은 임의의 4방향에서 FOG 센서의 출력값(S₁,S₂,S₃,S₄)을 측정하는 과정; 선수각과 제1방향에 대한 제2방향과 제4방향의 위상차인 제1위상차정보(P₁) 및 선수각과 제2방향에 대한 제3방향과 제1방향의 위상차인 제2위상차정보(P₂)를 구하고, 제1위상차정보(P₁)와 제2위상차정보(P₂)의 평균치(P)를 계산하는 과정; 제1위상차정보와 제2위상차정보의 평균치의 절대값(｜P｜)과 '1'을 비교하는 과정; 평균치의 절대값(｜P｜)이 1 미만이면, 식 1에 적용하여 선수각(θ)을 구하는 과정; 평균치의 절대값(｜P｜)이 1 이상이면, 선수각과 제1방향에 대한 제4방향과 제2방향의 위상차인 제1'위상차정보(P₁') 및 선수각과 제3방향에 대한 제2방향과 제4방향의 위상차인 제2'위상차정보(P₂')를 구하고, 이 제1'위상차정보와 제2'위상차정보의 평균치(P')를 계산하는 과정; 제1'위상차정보와 제2'위상차정보의 평균치(P')를 식 2에 적용하여 선수각(θ)을 구하는 과정; 선수각(θ)이 0 ∼ 360° 범위내에 위치하도록 처리한 후 출력하는 과정을 구비한다.

Description

정적 방식으로 구현된 광섬유 자이로콤파스의 선수각 출력방법 ( Method of measuring heading angles in a fiber optic gyrocompasses of a static scheme)

본 발명은 통상 차량, 선박, 항공기 등에 이용될 수 있도록 지구자전 각속도를 검출하는 광섬유 자이로스코프(Fiber Optic Gyroscope)를 이용하여 방위각을 검출하는 광섬유 자이로콤파스에 관한 것이다.

일반적으로, 항행체를 출발점으로부터 예정된 목적지로 향해 이동시키는 기술을 항법이라 한다. 이러한 항법으로 종래에는 천체를 관측함으로 항해하는 방법이 이용되었으나, 현대에는 완전히 자율적인 항해가 가능한 관성항법이 널리 이용되고 있는데, 이는 뉴톤역학을 이용하여 항행체의 이동방향과 움직인 거리를 구하여 항행하는 것이다. 즉, 항행체의 움직인 거리는 뉴톤역학의 이론에 의해 속도를 적분하여 구하고, 속도는 가속도를 적분하여 구할 수 있다. 따라서, 관성항법을 위해서는 항행체의 방향을 검출하는 "콤파스"와 가속도를 검출하는 "가속도계"가 필수적으로 필요하다.

현재, 선박에 사용되는 콤파스에는 자기콤파스와 자이로콤파스가 있다. 자기콤파스는 지구의 자장을 이용한 것으로 구조가 간단하고 전원이 필요없으며 고장의 염려가 없는 장점이 있으나, 지구의 자전축과 지구자장을 형성하고 있는 자축이 다르기 때문에 생기는 편차, 지역적으로 자기의 분포가 다르기 때문에 생기는 지방자기, 선박의 철류에 의한 자차 등의 오차가 발생되는 단점이 있다. 자이로콤파스는 팽이의 세차운동을 이용한 것으로 지북력이 강하고 방위를 간단히 전기적인 신호로 변환할 수 있기 때문에 널리 사용된다. 그러나, 종래의 자이로콤파스는 고속의 회전부가 필요하므로 구조가 복잡하고 고장이 발생될 가능성이 크고 기동시간이 길며 가격이 비싸다는 단점을 가진다.

따라서, 이러한 자이로콤파스의 문제점을 해결하기 위하여 각속도를 측정할 수 있는 광학센서의 일종인 광섬유 자이로스코프(FOG:Fiber Optic Gyroscope)를 이용하여 지구 자전 각속도를 측정함으로써 진북방향을 찾는 광섬유 자이로콤파스를 연구중에 있으며, 이러한 광섬유 자이로콤파스는 고속의 회전이 없으므로 크기, 소비전력, 비용의 효율성 측면에서 유리하다는 장점을 가진다.

이러한 광섬유 자이로콤파스의 센서로 사용되는 광섬유 자이로스코프는 Sagnac효과를 이용하는 광학적 회전센서의 일종으로서, Sagnac효과란 회전각속도(Ω)에 비례하여 광로차(ΔL)가 발생되는 효과를 말하며, 이 광로차를 광학적 간섭현상을 이용하여 위상차를 검출하면 회전한 각속도량을 알 수 있다. 이러한 광섬유 자이로스코프는 성능에 따라 세등급으로 나눌 수 있으며, 이는 표 1에 정리되어 있다.

항목	1등급	2등급	3등급
다이나믹 레인지	0∼±30。/s	0∼±100。/s	0∼±100。/s
분해능	≤0.001。/s	≤0.01。/s	≤0.1。/s
드리프트	≤0.1。/h	≤10。/h	≤20。/h
스케일펙터 선형성	≤0.5 %	≤1 %	≤1 %
용도	항공,우주,측지 콤파스 등	자동유도차량, 안테나 제어 등	차량 항법용 등

이러한 FOG 센서를 이용하여 진북을 찾는 원리는 크게 나누어 정적방식과 동적방식으로 구분되는 바, 상기 정적방식은 FOG 센서가 특정방향에 대하여 정지한 상태에서 측정한 출력신호를 처리하여 진북을 찾는 방식이다. 따라서 회전체에서 외부로 신호를 전달하는 슬립링(slip ring)이 필요없고 구조가 간단하며, 신호처리부가 소프트웨어화되어 있으므로 적절한 범위내에서 신호처리 알고리즘의 변경이 용이하다는 장점이 있다. 반면에 이 방식은 FOG 센서가 정지한 상태에서 얻은 신호를 처리하여 방위각을 얻기 때문에 잡음 특성이 좋은 고성능 센서가 필요하고, 선박에 응용하기 위해서는 고도로 정밀한 안정화 제어기가 필요하다.

한편, 동적방식은 센서가 연속적으로 회전하는 동안 측정한 출력신호를 처리하여 진북을 찾는 방식이다. 그러므로 슬립링이 필요하고 구조가 복잡한 반면 모든 방향에서의 신호를 처리하기 때문에 중저가 FOG 센서를 이용한 경제적인 광섬유 자이로콤파스를 구성하는 것이 가능하다.

그러나, 장시간 항해를 하는 선박의 경우에는 항공기와는 달리 FOG 센서의 드리프트 에러를 수시로 보정할 수가 없고 경제성이 고려되어야 되기 때문에 아직까지 세계적으로 선박용 광섬유 자이로콤파스가 상품화되지 않았다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광섬유 자이로스코프를 이용한 정적방식 광섬유 자이로콤파스를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 임의의 4방향에서 FOG 센서의 출력값(S₁,S₂,S₃,S₄)을 측정하는 과정; 선수각과 제1방향에 대한 제2방향과 제4방향의 위상차인 제1위상차정보(P₁) 및 선수각과 제2방향에 대한 제3방향과 제1방향의 위상차인 제2위상차정보(P₂)를 구하고, 제1위상차정보(P₁)와 제2위상차정보(P₂)의 평균치(P)를 계산하는 과정; 제1위상차정보와 제2위상차정보의 평균치의 절대값(｜P｜)과 '1'을 비교하는 과정; 평균치의 절대값(｜P｜)이 1 미만이면, 식 1에 적용하여 선수각(θ)을 구하는 과정; 평균치의 절대값(｜P｜)이 1 이상이면, 선수각과 제1방향에 대한 제4방향과 제2방향의 위상차인 제1'위상차정보(P₁') 및 선수각과 제3방향에 대한 제2방향과 제4방향의 위상차인 제2'위상차정보(P₂')를 구하고, 이 제1'위상차정보와 제2'위상차정보의 평균치(P')를 계산하는 과정; 제1'위상차정보와 제2'위상차정보의 평균치(P')를 식 2에 적용하여 선수각(θ)을 구하는 과정; 선수각(θ)이 0 ∼ 360° 범위내에 위치하도록 처리한 후 출력하는 과정을 구비한 것을 특징으로 한다.

식 1;

식 2;

도 1은 새그낵 효과를 설명하기 위한 도면,

도 2는 FOG 센서의 동작 특성을 설명하기 위한 도면,

도 3은 FOG 센서를 이용한 진북 측정 원리를 설명하기 위한 도면,

도 4는 도 3과 같이 구성된 FOG 센서의 출력 파형도,

도 5는 FOG 센서가 임의의 위도에 위치할 때 FOG 센서를 이용하여 방위를 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면,

도 6은 도 5와 같이 구성된 FOG 센서의 출력 파형도,

도 7은 본 발명에 따른 정적방식으로 구현된 광섬유 자이로콤파스의 구성도,

도 8은 본 발명에 따른 정적방식으로 구현된 광섬유 자이로콤파스의 선수각 출력방법을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

71: FOG 센서 72: A/D 변환부

73: 스텝모터 제어부 74: PC

75: 회전 테이블 76: RS232C

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일반적인 FOG 센서는 회전량(Ω)에 비례하여 광로차(ΔL)를 발생하는 새그낵(sagnac) 효과에 기초하는데, 회전판에 수직하는 축 주위로 각속도(Ω)로 회전하는 반경(R)인 회전판이 있을 때 원주를 따라 서로 반대 방향으로 진행하는 광선이 겪게 되는 광로차(ΔL)은 수학식 1과 같다.

( 여기서, A는 광로에 의해 둘러싸인 면적, 즉 A = πR²이고, Co는 진공에서의 광속이다. )

도 1을 참조하여 이러한 새그낵 효과를 설명한다. 원주상의 출발점 1에서 동일한 빛이 원주를 따라 시계방향(CW)과 반시계방향(CCW)으로 진행한다. 이때, 회전판이 정지하고 있으면(Ω = 0), 광속 Co로 진행하는 빛은 시간 t = 2πR/Co 동안에 동일한 거리 2πR을 진행한 후 출발점 1에 도달하게 될 것이다. 반면, 회전판이 각속도 Ω로 회전하면 반시계방향(CCW)으로 진행한 빛은 수학식 2에서와 같이 원주 2πR보다 짧은 거리(Lccw)를 진행하고 나서 점 2에 도달하고, 시계방향(CW)으로 진행한 빛은 수학식 3과 같이 원주보다 긴 거리(Lcw)를 진행한다.

L_CCW= 2πR - RΩt_CCW= c_CCWt_CCW

( 여기서, RΩ는 링의 접선 속도이고, t_CCW는 거리 Lccw를 진행하는데 걸리는 시간이며, 진공 중에서 c_CCW는 광속인 Co이다. )

L_CW= 2πR + RΩt_CW= c_CWt_CW

( 여기서, RΩ는 링의 접선 속도이고, t_CW는 거리 Lcw를 진행하는데 걸리는 시간이며, 진공 중에서 c_CW는 광속인 Co이다. )

상기와 같은 수학식 2와 수학식 3을 이용하면 시계방향과 반시계방향의 진행시간차를 수학식 4와 같이 얻을 수 있다.

따라서, 시간

Δt

동안 빛이 진행한 경로길이

ΔL

은 수학식 5와 같고, 이때의 위상 이동은 수학식 6과 같이 표현된다.

(여기서, L은 광섬유 길이, D는 광섬유 코일의 직경, λ는 진공 속에서 진행하는 광원의 파장이다.)

일반적으로, 상기한 FOG 센서는 회전각속도와 상대적인 회전각도를 검출할 수 있으나 방위각은 검출할 수 없다. 따라서, FOG 센서를 자이로콤파스에 이용하기 위해서는 지구 자전축방향을 식별할 수 있도록 하여야 한다. 즉, 지구자전속도를 검출할 수 있어야 하는데, 이를 위하여 FOG 센서는 지구자전속도인 15deg/hr를 검출할 수 있는 고분해능 특성을 가져야 한다.

여기서, 도 2를 참조하여 일반적인 FOG 센서의 동작 특성을 살펴보기로 한다. 대부분의 FOG 센서의 내부에는 원통 구조의 외형과 대칭으로 광섬유 센싱코일이 들어있으며, 이 센싱코일의 중심축을 z축으로 놓았을 때, z축을 회전축으로 회전을 시켰을 때는 회전 각속도가 감지되어 이 회전 각속도에 대응되는 전압을 출력한다. 만일, 정지시의 출력전압이 '0'이라고 가정하면 각각 시계방향과 반시계방향으로 회전시켰을 때 회전 각속도가 서로 반대방향이므로 각각 극성이 반대인 출력전압을 얻는다. 그러나, 센싱코일면에 평행한 축, 즉 x축이나 y축을 회전축으로 하여 회전을 시켰을 때는 회전 각속도를 전혀 감지할 수 없다. 이것은 광섬유 센싱코일면에 평행한 축을 회전축으로 회전이 일어나면 이 회전 각속도의 입력은 새그낵 효과에 의한 광섬유 센싱코일 내에서의 광경로차에 전혀 영향을 미치지 않기 때문에 발생하는 현상이다. 이 성질을 잘 응용하면 지구의 자전 각속도를 측정하여 방위를 표시하는 자이로콤파스를 제작할 수 있다.

도 3을 참조하여 FOG 센서를 이용하여 진북을 측정하기 위한 지구자전 각속도를 검출하는 원리를 살펴보기로 한다. FOG 센서를 적도상에서 지면에 대하여 수직으로 세워 도 3의 ①의 위치에 놓으면, 이때 FOG 센서의 출력전압은 지구의 자전 각속도를 최대로 검출하므로 (+)최대전압 또는 (-)최대전압을 얻을 수 있다. 여기서는 (+)최대전압을 얻는다고 가정하고, 광섬유 센싱 코일면에 수직인 방향을 방위축이라고 정의한다. 즉, ①의 위치에서 방위축이 북방향을 가리키며 출력전압은 최대값을 얻게된다.

다음은 FOG 센서를 시계방향으로 90°를 회전시켜 ②의 위치에 놓으면, 방위축은 서쪽을 가리키며 출력전압은 '0'이 검출된다. 또다시 시계방향으로 90°를 회전시켜 ③과 같이 놓으면, 방위축은 남쪽을 가리키며 출력전압은 최소값이 검출된다. 한번 더 시계방향으로 90°를 회전시켜 ④와 같이 놓으면, 방위축은 동쪽을 가리키며 출력전압은 '0'이 검출된다. 따라서, FOG 센서를 시계방향으로 순차적으로 회전시키면 도 4와 같은 출력파형을 얻을 수 있고, 만일 FOG 센서를 연속적으로 정속회전을 시키면 사인 파형의 출력전압을 얻을 수 있게 된다.

도 5는 FOG 센서가 지구의 적도에 위치하지 않고 임의의 위도에 위치할 때 FOG 센서를 이용하여 방위를 측정하는 원리를 도시하고 있다. 이때에는 FOG 센서가 적도상에 놓여있을 때 지구 자전 각속도 입력값의 정사영에 해당하는 값이 FOG 센서에 입력이 되므로 위도각 크기의 코사인 성분만큼의 출력전압값이 나타난다. 즉, 적도상에 FOG 센서가 놓여있을 때의 출력전압을 V(t)라 하면, 이 경우에는 위도각을 Qe라고 할 때 출력전압은 적도에서의 출력값보다 조금 줄어든 '

V(t)cosQ_e

'값이 출력된다. 따라서, 지구의 임의의 위도에서 지표상에 FOG 센서를 수직으로 세우고 연속적으로 정속회전을 시키면 도 6과 같이 사인 파형의 출력신호를 얻게 되며 이것을 수식으로 표현하면 수학식 7과 같이 된다.

U_e= K_esin(ω₀t+&_e)

여기서,

K_e= kcosΘ_e

: FOG 센서의 출력신호 진폭,

ω₀= 2πf₀

: FOG 센서의 정속 회전 각속도,

f₀

: FOG 센서의 정속 회전 주파수,

&_e: 진북방향과 선수방향과의 위상차,

k : FOG 센서의 스케일 펙터,

Θ_e

: 위도를 나타낸다.

여기서, 스케일 펙터란 입력되는 회전 각속도에 비례하여 출력되는 전압값을 나타낸다. 예를 들어, FOG 센서의 스케일 펙터가 210mV/deg/sec 일 때, 지구 자전 각속도인 0.0042deg/sec가 입력되면 FOG 센서의 출력신호는 약 0.87mV가 된다. 또한, 실험장소의 위도가 약 35도이면 FOG 센서에 입력되는 지구 자전 각속도의 위도에 대한 정사영성분이 약 0.0034deg/sec가 되고, 이때 FOG 센서의 출력신호는 약 0.715mV가 된다. FOG 센서의 고유잡음 특성은 고주파 잡음인 랜덤 노이즈와 저주파 잡음인 드리프트 잡음이 있다. 여기서, 랜덤 노이즈는 FOG 센서의 분해능을 결정하며, 드리프트 잡음은 장시간 항해하는 선박의 관성 항법용 콤파스에 있어서 가장 중요한 특성이라 할 수 있다.

수학식 7에 표현된 사인파신호의 위상은 진북방향에 대한 선수 방위각을 나타내며, 크기는 FOG 센서가 위치한 지구상의 위도와 관계가 있다. 지구의 각속도를 측정하는 FOG 센서를 이용하여 진북을 찾는 원리가 크게 정적방식과 동적방식으로 나누어지는 것은 앞서 설명한 바와 같다. 여기서, 정적방식은 도 3과 도 4에서 설명한 바와 같이 FOG 센서가 특정 방향에 대하여 정지한 상태에서 측정한 출력신호를 처리하여 진북을 찾는 방식이다.

상기한 정적방식에서 본 발명은 정확한 위치제어를 할 수 있는 스텝모터를 이용하여 위치제어를 하고, 방위측정이 불가능한 시각지점이 생기는 것과 한 개의 측정값이 두 개의 방위각에 대응되는 오류를 수정하여 개선된 알고리즘을 이용하여 정적방식 광섬유 자이로콤파스를 제작하는 바, 이는 도 7에 도시되어 있다. 또한, 도 8에는 정적방식으로 구현된 광섬유 자이로콤파스의 선수각 출력방법을 도시한 흐름도가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 지구의 자전 각속도를 검출할 수 있는 고감도의 FOG 센서(71)를 회전 테이블(75) 위에 장착하였고, 회전 테이블(75)은 인텔 8051프로세서로 구성한 신호처리기의 스텝모터 제어부(73)에 의해 스텝 모터로 구동된다. FOG 센서(71)의 신호는 증폭된 후 신호처리기 내의 12비트 A/D변환부(72)를 거쳐 RS232C(76)를 통하여 PC(74)로 입력되고, PC(74)에서 소프트웨어로 구성된 각도변환 알고리즘에 의해 선수각으로 변환되어 모니터에 표시된다.

도 8을 참조하면, 제1단계(S1)는 선수방향을 포함한 4 방향에서의 FOG 센서의 출력 신호값을 측정하기 위하여 변수(i)를 초기화하는 단계이고, 제2단계(S2)는 회전 테이블을 i위치로 회전시키는 단계이다.

제3단계(S3)는 t시간동안 FOG 센서로부터의 출력신호(Si)를 측정하여 배열 Dat[i]에 저장하는 단계이고, 제4단계(S4)와 제5단계(S5)는 변수(i)가 4가 될 때까지 제1단계(S1) 내지 제3단계(S3)를 반복하도록 유도하는 단계이다.

상기한 FOG 센서로부터의 출력신호는 '

S = acosθ + k

'와 같이 표현할 수 있는데, 여기서, S는 FOG 센서의 출력신호로서 전압값으로 측정되고, a는 FOG 센서의 스케일 펙터, θ는 진북에 대해 측정하고자 하는 선수각, k는 오프셋을 나타난다.

제1방향에서의 FOG 센서의 출력(S₁)은 수학식 8과 같이 표현되고, 제2방향에서의 FOG 센서의 출력(S₂)은 수학식 9와 같이 표현되며, 제3방향에서의 FOG 센서의 출력(S₃)은 수학식 10과 같이 표현되고, 제4방향에서의 FOG 센서의 출력(S₄)은 수학식 11과 같이 표현된다.

S₁= acosθ+k₁

S₂= acos(θ+φ₁)+k₂

S₃= acos(θ+φ₂)+k₃

S₄= acos(θ+φ₃)+k₄

여기서, 4 방향에서의 FOG 출력신호를 측정하는데 걸리는 총 측정시간이 수분 이내이면,

k₁≈k₂≈k₃≈k₄≈k

가 된다.

제6단계(S6)는 선수각과 제1방향에 대한 제2방향과 제4방향의 위상차인 제1위상차정보(P₁) 및 선수각과 제2방향에 대한 제3방향과 제1방향의 위상차인 제2위상차정보(P₂)를 구하고, 제1위상차정보와 제2위상차정보의 평균치(P)를 계산하는 단계이다.

여기서, 제1위상차정보(P₁)는 수학식 12과 같이 표현되고, 제2위상차정보(P₂)는 수학식 13와 같이 표현되며, 제1위상차정보와 제2위상차정보의 평균치는 수학식 14에 적용하여 구할 수 있다.

제7단계(S7)는 제1위상차정보와 제2위상차정보의 평균치(P)의 절대값을 '1'과 비교하는 단계인 바, 이 평균치의 절대값(｜P｜)이 1 미만이면 제8단계(S8)로 진행하고 이 평균치의 절대값(｜P｜)이 1 이상이면 제9단계(S9) 및 제10단계(S10)로 진행한다.

제8단계(S8)는 수학식 15를 이용하여 선수각(θ)을 구하는 단계이다.

제9단계(S9)는 선수각과 제1방향에 대한 제4방향과 제2방향의 위상차인 제1'위상차정보(P₁')를 수학식 16을 이용하여 구하고, 선수각과 제3방향에 대한 제2방향과 제4방향의 위상차인 제2'위상차정보(P₂')를 수학식 17을 이용하여 구해서, 이 제1'위상차정보와 제2'위상차정보를 수학식 18에 적용하여 평균치(P')를 계산하는 단계이다.

제10단계(S10)는 제1'위상차정보와 제2'위상차정보의 평균치(P')를 수학식 19에 적용하여 선수각(θ)을 구하는 단계이다.

제11단계(S11)는 제2방향에서의 FOG의 출력(S₂)을 '0'과 비교하여 이 제2방향에서의 출력(S₂)이 '0'보다 크면 선수각(θ=θ+2π)로 하여 이 선수각(θ)이 0 ∼ 360° 범위내에 위치하도록 처리하는 단계이다.

제12단계는 선수각(θ)을 출력하는 단계이다. 상기와 같이 구해진 선수각은 잡음 성분을 포함하고 있는데, 이에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 잡음으로 인한 잡음 회전율(ΔΩ)는 잡음신호(ΔS)를 일으키며, 이 잡음신호에 의한 P에러값은 수학식 20과 같이 표현된다.

또한, FOG 센서의 감도축이 남북으로 놓일 때, 최대신호를 얻으므로 FOG 센서의 최대값(S_MAX)은 수학식 21과 같다.

S_MAX∝Ω_ecosΦ_L

여기서,

Ω_e

는 지구자전 각속도이고,

Φ_L

은 위도를 나타낸다.

임의의 선수방향인 제1방향에서의 FOG 출력값(S₁)은 수학식 22와 같이 표현되고, 이때 선수각과 제1방향에 대한 제2방향과 제3방향의 위상차(P)의 에러값은 수학식 23과 같이 표현된다.

한편, 수학식 23과 같이 표현되는 P의 에러값에 대응되는 각도에러(

Δθ

)는 수학식 24와 같이 표현된다.

여기서, 일 때, P = 0 이기 때문에 Δθ = ΔP가 된다. 따라서 시스템의 잡음신호에 따른 각도 에러는 수학식 25와 같이 된다.

이상과 같이 본 발명은, 기계식 자이로에 비해 대량생산이 가능하고 저가격화에 적합하며, 소비전력이 절감됨과 아울러 시스템의 시동시간이 단축되는 효과가 있다.

Claims

임의의 4방향에서 FOG 센서의 출력값(S₁,S₂,S₃,S₄)을 측정하는 과정;

선수각과 제1방향에 대한 제2방향과 제4방향의 위상차인 제1위상차정보(P₁) 및 선수각과 제2방향에 대한 제3방향과 제1방향의 위상차인 제2위상차정보(P₂)을 구하고, 제1위상차정보(P₁)과 제2위상차정보(P₂)의 평균치(P)를 계산하는 과정;

제1위상차정보과 제2위상차정보의 평균치의 절대값(｜P｜)과 '1'을 비교하는 과정;

평균치의 절대값(｜P｜)이 1 미만이면, 식 1에 적용하여 선수각(θ)을 구하는 과정;

평균치의 절대값(｜P｜)이 1 이상이면, 선수각과 제1방향에 대한 제4방향과 제2방향의 위상차인 제1'위상차정보(P₁') 및 선수각과 제3방향에 대한 제2방향과 제4방향의 위상차인 제2'위상차정보(P₂')을 구하고, 이 제1'위상차정보과 제2'위상차정보의 평균치(P')를 계산하는 과정;

제1'위상차정보과 제2'위상차정보의 평균치(P')를 식 2에 적용하여 선수각(θ)을 구하는 과정; 및

선수각(θ)이 0 ∼ 360° 범위내에 위치하도록 처리한 후 출력하는 과정을 구비한 것을 특징으로 하는 정적방식으로 구현된 광섬유 자이로콤파스의 선수각 출력방법.