KR100543971B1 - 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템 및 그측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 항공기, 차량, 기타 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각을 측정할 수 있는 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템 및 그 측정방법 에 관한 것이다.
특히, 위치 및 시간을 제공할 수 있는 GPS 수신부와 태양광의 입사각 및 방위각을 측정할 수 있는 태양센서가 반구형의 지지구의 곡면을 따라 설치되는 측정부 및, 상기 GPS 수신부와 측정부로 부터의 데이타를 종합하여 처리하기 위한 콘트롤러부로 이루어진다.
이에따라, 차량, 선박 및 항공기의 항법에 사용되어 정밀한 자세 및 방위각을 간편하게 이용할 수 있도록 하는 것이다.
태양센서, GPS, 방위각
Description
도 1은 본 발명에 따른 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템 및 그 측정방법를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템 및 그 측정방법를 도시한 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템 및 그 측정방법를 도시한 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100...측정부 110...지지구
120...태양센서 200...GPS 수신부
300...콘트롤러부
본 발명은 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템 및 그 측정방법 및 그 측정방법에 관한 것으로서, 반구형 지지구의 원주면을 따라 다수개의 태양센서가 구비되는 측정부와, GPS 위성체로 부터 측정하고자 하는 물체의 위치 및 시간 정보를 수신하는 GPS 수신부 및, 상기 GPS 수신부로 부터 수신된 데이타와 상기 측정부에서 제공된 데이타를 통해 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각을 산출하는 콘트롤러부로 구성으로, 반구형 지지구의 곡면을 따라 고루 배열된 태양센서로 부터 반구상 태양광이 가장 큰 각도로 입사하는 태양센서로 부터 최대 출력을 낸 후, GPS 위성으로 부터 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각 계산에 필요한 물체의 위치 및 시간 정보에 대한 데이타를 수신하고 GPS 위성로부터 제공된 현재 위치 및 시각에서의 태양의 고도 및 방위각과 감산하여 측정하고자 하는 물체의 정밀한 기울기 자세 및 방위각을 얻어 차량, 선박, 항공기, 건축에 간편하게 이용할 수 있는 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템 및 그 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 위성항법시스템(GPS)은 나침반과 달리, 위도·경도·고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도정보와 함께 정확한 시간까지 얻을 수 있다.
특히,위성항법시스템(GPS)는 현재 단순한 위치정보 제공에서부터 항공기·선박·자동차의 자동항법 및 교통관제, 유조선의 충돌방지, 대형 토목공사의 정밀 측량, 지도제작 등 광범위한 분야에 응용되고 있으며, GPS수신기는 개인 휴대용에서 부터 위성 탑재용까지 다양하게 개발되어 있다.
그러나, 이러한 위성항법시스템(GPS)는, 전리층에서는 하전된 입자들이 들어오는 신호를 끌어당겨서 굴절시키고 대류층에서는 다른 비율로 물방울들이 신호를 끌어당겨서 굴절시키고, 매우 약한 신호와 간섭을 일으켜서 수신기 자체에서 잡음이 발생되기도 하며, 측위 시 이용되는 위성들의 배치상황에 따라 오차에 의한 기하학적 오차가 발생되기도 하는 등 정확성을 떨어뜨리는 여러 요소들에 의해 여러 오차값이 발생되는 문제점이 있었다.
이를 개선하기 위한 본 발명의 목적은 태양광의 입사각 및 방위각을 측정하고, GPS로 부터의 데이타를 수신하여 이를 종합함으로서 측정하고자 하는 물체의 정밀한 기울기 자세 및 방위각을 측정할 수 있도록 하는 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템 및 그 측정방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 반구형의 지지구와, 상기 지지구의 원주면을 따라 적층 형성되는 다수개의 태양센서가 구비되는 측정부와,
GPS 위성체로 부터 측정하고자 하는 물체의 위치 및 시간 정보를 생성하여 자세 및 방위각 계산에 필요한 데이타를 제공받는 GPS 수신부 및,
상기 GPS 수신부로 부터 수신된 데이타와 상기 측정부로부터 제공된 데이타 를 이용하여 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각을 산출하는 콘트롤러부를 포함하는 구성으로 이루어진다.
바람직한 일례로, 상기 태양센서는, 0-360도 방위 및 고도 0-90도를 모두 측정할 수 있도록 반구형 지지구의 세로 원주와 가로 원주를 따라 일정 각도와 배열을 유지하며 설치할 수 있다.
한편, 본 발명은 태양광의 입사각과 방위각을 통해 0-360도 방위 및 고도 0-90도를 측정토록 반구형 지지구의 곡면을 따라 다수개의 태양센서를 고루 배열하는 단계와,
상기 태양센서로 부터 태양광의 입사각에 비례하거나 변하는 전압을 출력하고, 반구상 태양광이 가장 큰 각도로 입사하는 태양센서로 부터 최대 출력을 내는 단계와,
지구의 위성궤도를 주회하는 GPS 위성으로 부터 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각 계산에 필요한 측정하고자 하는 물체의 위치 및 시간 정보에 대한 데이타를 수신하는 GPS 데이타 데이타 수신단계와,
상기 태양센서에서 감지된 최대출력전압을 감지하여 이에 해당하는 방위각 및 입사각과, GPS 위성로부터 제공된 현재 위치 및 시각에서의 태양의 고도 및 방위각과 감산하여 반구형 태양센서가 탑재된 측정하고자 하는 물체의 자세와 방위각을 계산하는 단계로 이루어진다.
그리고, 본 발명에 따른 상기 측정하고자 하는 물체의 자세와 방위각을 계산하는 단계는, 방위각 및 입사각의 정밀도 향상토록 최대출력 태양센서 주위의 여러 개의 쎌 출력을 이용하여 국부 최대가 되는 방위각 및 입사각을 계산할 수 있다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 다수개의 태양센서(120)가 반구형의 지지구(110)를 따라 일정하게 배열 설치되는 측정부(100)와, GPS 위성체로 부터 측정하고자 하는 물체의 위치 및 시간 정보를 수신하는 GPS 수신부(200) 및, 상기 GPS 수신부(200)로 부터 수신된 데이타에 상기 측정부(100)에서 측정된 데이타를 종합하여 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각을 정밀하게 산출하는 콘트롤러부(300)로 크게 이루어진다.
도 2 또는 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 측정부(100)는, 측정하고자 하는 물체에 설치되는 반구형의 지지구(110)와 상기 지지구(110)의 곡면을 따라 일정 배열로 적층 설치되는 되는 다수개의 태양센서(120)가 구비된다.
그리고, 상기 지지구(110)에 설치되는 태양센서(120)는 0~360도의 방위와, 0~90도의 고도를 모두 측정할 수 있도록 반구형 지지구(110)의 세로 원주와 가로 원주를 따라 일정 각도와 배열을 유지하며 설치된다.
예컨데, 상기 태양센서(120)는 좌우로는 지지구의 곡면 방위각 5도를 기준으로 지지구의 원주를 따라 일정간격으로 형성되거나 방위각 10도 간격으로 설치되고, 상하로는 고도각 5도를 기준으로 상부에서 하부로 설치되거나 고도각 10도 간격으로 일정하게 배열 설치될 수 있다.
그리고, 상기 태양센서(120)는 태양광의 입사각에 비례하거나 변하는 전압을 출력하며, 상기 지지구에 설치된 다수개의 태양센서 중에서 태양광이 가장 큰 각도로 입사하는 태양센서(120)로 부터 최대 출력을 내어 상기 콘트롤러부에 그 데이타를 인가한다.
이때, 방위각 및 입사각의 정밀도 향상을 위하여, 최대출력 태양센서(120) 주위의 여러개의 태양센서(120) 출력을 이용하여 국부 최대가 되는 방위각 및 입사각을 계산하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 GPS 수신부(200)는, 지구의 위성궤도를 주회하는 GPS 위성으로 부터 측정하고자 하는 물체의 물체의 현재 위도와 경도와 같은 위치 정보와, 시간정보를 수신하여 콘트롤러부(300)에 제공하게 된다.
상기 GPS 수신부(200)와 측정부(100)로 부터 데이타가 인가되는 콘트롤러부(300)는, GPS 수신부(200)와 측정부(100) 제공된 데이타를 이용하여 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각을 산출하게 된다.
즉, 상기 콘트롤러부(300)는, 반구형 태양센서(120)에서 최대출력전압을 나타내는 태양센서(120)를 감지하고, 이에 해당하는 방위각 및 입사각을 GPS 수신부(200)로부터 수신된 위도, 경도 데이타를 보정하여 제공된 물체의 현재 위치 및 시각에서의 태양의 고도 및 방위각과 감산함으로서, 반구형 태양센서(120)가 탑재된 측정하고자 하는 물체의 정밀한 전후, 좌우 기울어진 자세 및 방위각을 계산할 수 있다.
이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 태양광의 입사각과 방위각을 측정토록 반구형 지지구의 곡면을 따라 다수개의 태양센서를 고루 배열한다.
그리고, 상기 태양센서로 부터 태양광의 입사각에 비례하거나 변하는 전압을 출력하고, 반구상 태양광이 가장 큰 각도로 입사하는 태양센서로 부터 최대 출력하여 상기 콘트롤러부로 측정된 데이타를 인가한다.
이때, 상기 GPS 수신부에서는 지구의 위성궤도를 주회하는 GPS 위성으로 부터 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각 계산에 필요한 측정하고자 하는 물체의 위치 및 시간 정보에 대한 데이타를 수신하여 콘트롤러부에 송신하게 되는데, 상기 콘트롤러부에서는 상기 태양센서에서 감지된 최대출력전압을 감지하여 이에 해당하는 방위각 및 입사각과, GPS 위성로부터 제공된 현재 위치 및 시각에서의 태양의 고도 및 방위각과 감산함으로서, 반구형 태양센서가 탑재된 측정하고자 하는 물체의 정확한 방위각과 함께 측정하고자 하는 물체의 전후, 좌우 기울어진 정도를 파악할 수 있는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 태양광이 있어야 하는 제한으로 인해 항공용 항법장치로서 독립적으로 사용되기보다는 기존의 항법장치와 연동하여 보조적으로 사용될 수 있으며, 지상에서 운용하는 차량 등의 위치 및 방위각 표시에 적용될 수도 있음은 물론이다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화 될 수 있다는 것을 밝혀 두고자 한다.
이와같이 본 발명에 의하면, GPS의 정보 데이타와 태양센서에 의해 측정된 태양의 방위각과 고도를 종합하여 오차를 최소화 함으로서 정밀한 자세 및 방위각이 요구되는 차량, 선박, 항공기 및 건축 등 여러 분야에 간편하게 사용할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.
Claims (4)
- GPS를 이용하여 이동체의 자세정보를 결정하는 측정시스템에 있어서,지지구(110)의 곡면을 따라 적층 형성되는 다수개의 태양센서(120)가 구비되는 측정부(100)와,GPS 수신부(200)로 부터 수신된 데이타와 상기 측정부(100)에서 제공된 데이타를 이용하여 측정하고자 하는 물체의 자세 및 방위각을 산출하는 콘트롤러부(300);를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 태양센서(120)는, 0-360도 방위 및 고도 0-90도를 모두 측정할 수 있도록 반구형 지지구(110)의 세로 원주와 가로 원주를 따라 일정 각도와 배열을 유지하며 설치하는 것을 특징으로 하는 태양과 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정시스템.
- GPS를 이용하여 이동체의 자세정보를 결정하는 측정방법에 있어서,태양광의 입사각과 방위각을 통해 0-360도 방위 및 고도 0-90도를 측정토록 반구형 지지구의 곡면을 따라 다수개의 태양센서를 고루 배열하는 단계;상기 태양센서로 부터 태양광의 입사각에 비례하거나 변하는 전압을 출력하고, 반구상 태양광이 가장 큰 각도로 입사하는 태양센서로 부터 최대 출력을 내는 단계;상기 태양센서에서 감지된 최대출력전압을 감지하여 이에 해당하는 방위각 및 입사각과, GPS 위성로부터 제공된 현재 위치 및 시각에서의 태양의 고도 및 방위각과 감산하여 반구형 태양센서가 탑재된 측정하고자 하는 물체의 자세와 방위각을 계산하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 및 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 측정하고자 하는 물체의 자세와 방위각을 계산하는 단계는, 방위각 및 입사각의 정밀도 향상토록 최대출력 태양센서 주위의 여러개의 쎌 출력을 이용하여 국부 최대가 되는 방위각 및 입사각을 계산하는 것을 특징으로 하는 태양 및 지피에스를 이용한 자세 방위각 측정방법.
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