KR100550944B1 - 수정파라미터의결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항법주행을 실시할 목적으로 차량에 내장되어 차량 주행 방향의 방위각 a를 표시하는 자기 나침반의 측정치, 수평면에 대한 차량 주행 방향의 고도 e를 표시하는 경사계의 측정치 및 주행 거리 s를 표시하는 주행 기록계의 측정치에 대한 수정 파라미터를 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에서는, 기지의 출발점과 목표점과의 사이에서 시각적 항법에 의한 2 번의 시험 주행이 상이한 방향으로 실시된다. 측정치(a, e, s)는 다음의 관계식에 따라 수정치(a', e', s')와 관련된다: ; ;

Description

수정 파라미터의 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING CORRECTION PARAMETERS}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 수정 파라미터의 결정 방법에 관한 것이다.

방위각 표시용 전자 나침반에 의한 육상 교통 수단의 항법주행(navigation)을 실시함에 있어서, 고도 또는 높이 표시용 경사계 및 거리 표시용 주행 기록계는 계산된 위치에 오차를 발생시킨다. 그 원인은 다음과 같다:

- 자기 북극과 항법주행을 실시하는데 필요한 임의의 지도의 지리적 북극과의 사이에 차이.

- 나침반 또는 경사계의 장착 방향과 차량의 주행 방향과의 사이에 차이.

- 차량의 연질 자성체 및 경질 자성체가 나침반에 영향.

- 주행 기록계에 의한 거리 측정에서 축척 오차.

항법주행을 실시함에 있어서, 차량의 주행 방향은 자기 북극 좌표계에 비해 수평으로 지구 자기의 편각만큼 회전된 지리적 북극 좌표계의 좌표로 표현된다. 지구 자기의 편각은 표로부터 인용될 수 있다. 그러나, 추가로 차량 주행 방향에 대한 나침반 좌표계의 회전을 인용된 편각에 중첩시켜야 하는데, 그 회전 방향을 알 수는 없다.

육상 교통 수단의 경우, 차량 주행 방향은 차량 샤시와 관련된 기하학적 및 시각적 구조에 의해 처음부터 주어질 수 있거나 제조자 표시에 따라 간단히 계산될 수 있는 것이 아니다. 차량 주행 방향은 실제의 주행 방향과 계산된 주행 방향과의 사이의 차이로부터 실험적으로 결정될 수 있을 뿐이다.

DE 41 25 369 A1로부터 자동차에 장착되고 방위각 센서로서 지자기 센서를 포함하는 항법 장치가 공지되어 있다. 자기 환경의 영향에 기인한 지자기 센서의 오차 표시를 보상하기 위해, 추가로 얻어지는 GPS 항법 데이터와의 비교가 이루어진다. 그러나, 그에 의해서는 단지 좌표계의 영점 이동만이 수정될 수 있을 뿐이다.

DE 31 41 439 A1에는 차량을 그에 장착된 방위각 센서에 의해 정북쪽 및 정동쪽으로 배향시키는 방위각 탐지 장치가 개시되어 있다. 그 경우에 확인되는 미리 주어진 배향에 대한 방위각 센서의 2성분 측정 신호의 편차는 제어 회로에 의한 측정 신호의 조정에 의해 보상된다. 따라서, 방위각 센서의 잔류 자기에 기인하는 출력 신호의 왜곡은 마찬가지로 영점 이동에 의해 수정된다.

주행 방향에 대해 오차를 발생시키는 나침반의 배향 및 연질 자성체와 경질 자성체의 자계가 표시 값의 정확도에 미치는 영향은 선박 항해로부터 알려져 있다. 나침반의 편차를 보상하기 위해, 계수 A, B, C, D, E가 정의되어 각각 별도로 결정된다. 그 경우, A는 예컨대 선박의 종방향에 대해 회전된 나침반의 배열에 의한 일정한 오차 표시를, B는 선박의 종방향 자기의 영향을, C는 선박의 횡방향 자기의 영향을, D는 연철 부분에서 유도되는 자기의 영향을, E는 선체에서의 철의 질량의 비대칭적 분포를 각각 고려한 것이다(1983년 클라싱 운트 코.(Klasing + Co.) 출판사가 간행한 아. 하이네(A. Heine)의 "Kompass ABC" 제43면 내지 제45면 참조). 상기 영향 중의 D 및 E의 영향은 통상적으로 작기 때문에, 그 계수는 보통 무시된다.

계수를 결정하기 위해, 선박은 북쪽, 동쪽, 남쪽 및 서쪽을 향하는 알려진 항로로 유지되고, 그 알려진 항로에 대한 나침반 표시의 각각의 편차가 판독된다. 개개의 계수는 선택된 항로에 대한 편차 값의 평균에 의해 산출된다.

육상 항법주행을 실시할 때에 부정확한 거리 측정 및 승강 주행에 의해 발생되는 지도상의 기입 거리에 대한 거리 편차는 항해에서는 아무런 역할도 하지 않는다. 그러나, 육상 교통 수단의 자주적인 항법주행을 실시하기 위해서는, 방향 측정용 자기 나침반에 추가하여 거리 측정용 주행 기록계 및 경사계를 육상 교통 수단에 마련하여 상승 주행 또는 하강 주행 시에 측정된 거리를 그에 상응하는 지도 평면의 값으로 환산할 수 있도록 하는 것이 필수적이다.

나침반 표시의 보정을 위해, 통상 회전 주행을 하면서 회전 원의 중심에 대해 규정된 다수의 각위치에서 측정치를 기록하는 작업을 실시한다. 부분적으로는, 경가 센서에 의해 수평면에서의 자기 방향 표시의 수정을 실시한다. 스위스, 헤르부르그(Heerbrigg)에 소재하는 파. 라이커 악티엔게젤샤프트(fa. Leica AG)에 의해 제조된 디지탈 자기 나침반(DMC)의 경우, 3축 공간 좌표용의 3개의 자계 센서와 함께 고도 및 경사 측정용의 2개의 경사 센서가 통합되어 있다. 거리 측정 및 방향 측정으로부터 주어지는 차량의 위치는 별도로 얻어지는 위성 항법 신호(GPS)에 의해 검산될 수 있고, 필요한 경우에는 수정될 수도 있다. 방향 측정, 거리 측정 및 위치 측정은 서로 별개의 체계로서 취급된다(1995년 미국 파. 케이비에이치 인더스트리즈, 인코오포레이티드(Fa. KVH Industries, Inc의 정보지에 수록된 "TACNAV 시스템" 참조).

첨부 도면에서는 차량 주행 방향이 수평면(=지도 평면)에 대한 벡터로서 도시되어 있다. 첨부 도면 중에서,

도 1은 방위각 및 고도를 도식적으로 나타낸 도면이고,

도 2는 방위각 오차가 고도 표시에 미치는 영향을 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적은 육상 교통 수단에서 방위각, 고도 및 거리 측정용으로 내장된 측정 기구의 표시 값의 수정치를 항법주행의 정확도가 현저히 향상될 정도로 탐지할 수 있어 GPS 검산을 생략할 수 있도록 해주는 간단히 사용되는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따른 청구항 1의 특징부에 개시된 특징들에 의해 달성된다. 평가에 특히 유리한 것은 그 지리적 좌표가 알려져 있는 두 지점 사이의 왕복 주행을 실시하는 것이다.

출발점 및 목표점의 지리적 좌표는 차량에 내장된 GPS 측정 시스템에 의해 탐지되는 것이 바람직하다. 그 경우, GPS 좌표는 시험 주행중에 연속적으로 결정되고, 주행한 거리 S에 대한 GPS 좌표값의 정확도의 비율이 탐지되며, 그 비율에 의거하여 목표점이 확정된다.

이하, 본 발명을 예시적으로 후술하는데, 그 경우에 방위각 측정 및 고도 측정은 상호 연관된 시스템(DMC)에 의해 실시된다.

출발점 및 목표점의 지리적 좌표는 지도, 도표 또는 지상 표지로부터 추정될 수 있거나, GPS에 의해 측정될 수도 있다. 또한, 출발점 및 목표점은 임의로 선정되는데, 목표점은 시험 주행의 진행에 따라 비로소 구체적으로 확정될 수 있다. 그와 같이 선정된 목표점에서는 GPS 위치 측정에 의해 지리적 좌표를 탐지하는 것이 바람직하다. GPS 좌표값의 정확도와 시험 주행의 진행 거리와의 사이의 비율이 충분히 높은 것이 GPS 좌표값의 확정에 결정적으로 중요하다. 그러한 비율은 시험 주행 중에 연속적으로 검사될 수 있다.

차량 주행 방향 은 수평면에서 자기 북극과 관련되어 단위 벡터로서 도시된다. 도 1은 그러한 관계를 나타내고 있는데, 는 실제의 차량 주행 방향 과 수평면과의 사이의 고도각을, 그리고 는 자북과 의 수평면 상의 투영과의 사이의 방위각을 각각 지시한다. 전체 도면에서, 수평면에서의 위치는 주행 거리를 곱함에 의해 다음과 같이 주어진다:

실제로, 계산된 위치는 출발점으로부터 시작하여 다수의 중간치 ;

j = 1…N을 병렬 합산함에 의해 탐지된다. 그러한 방법은 항해에서는 추측 항법(dead reckoning navigation)으로서 알려져 있다. 즉, 지수 N 및 F의 생략 하에서도 수평면에서의 차량 주행 방향에 따른 계산 위치에 대해 적용된다:

당업자의 능력의 범위내에 있는 다른 근사 적분의 공식도 가능하다.

고도 e, 방위각 a 및 거리 s에 대한 정확한 값은 가지고 있고, 출발점이 알려져 있다는 가정 하에, 전술된 급수 합산의 평가에 의해 정확한 위치 표현이 이루어질 수 있거나, a 및 s에 대해 지도로부터 인용된 값의 입력에 의해 정확한 항법주행이 실시될 수 있다. 그러나, 실제의 경우에는 서두에 언급된 바와 같이 측정 기구에 의해 주어지는 값이 왜곡되고, 그것은 도 2에 도시되어 있다.

고도 a 및 방위각 e는 DMC 좌표계에서 측정된다. 그 좌표계의 x축은 차량 주행 방향에 해당한다. 도 2는 차량 주행 방향 의 투영의 방위각이 x축의 투영에 대해 만큼 이동되고, x축의 고도 e와 차량 주행 방향의 고도 와의 사이에 차이가 있음을 나타내고 있다.

본 발명에 따르면, 측정치 a, e, s는 다음의 주어진 조건에 따른 수정치 a', e', s'로 대체된다:

수학식 3의 파라미터들 중에서,

A는 자기 북극에 대한 편각 및 나침반 장착에 따른 방위각의 오차를,

B, C는 차량의 연질 자성체 및 경질 자성체의 자기 작용을,

A₂는 경사계의 장착에 따른 고도의 오차를,

ρ는 주행 기록계의 축척 오차를 각각 고려한 것이다.

본 발명에 따르면, 알려지지 않은 파라미터는, 출발점과 목표점과의 사이의 수정치 a', e' 및 s'가 알려져 있고 실제치 a, e, s가 측정되는 2개의 시각적 시험 주행에서 탐지된다. 각각의 시험 주행에서는 공간 좌표 x, y, z의 측정치에 따른 충분한 다수의 독립 결정 방정식이 주어지고, 그에 따라 수정 파라미터가 명확하게 결정될 수 있고, 추후에 계기에 의한 항법 주행을 실시할 때에 측정계에서 그 수정 파라미터를 고려할 수 있다.

특히 유리한 것은 양 시험 주행에서 단순한 방향 전환을 실시하는 것이다. 그 경우에는 지리적 좌표가 알려져 있는 2개의 지점만이 사용되고 실제의 거리 차이도 0이기 때문에, 결정 방정식의 계가 단순화된다.

차량을 일평면에서만 사용할 경우에는 경사계가 생략될 수 있다. 그에 의해, 수정 파라미터의 수가 감소되어 결정 방정식의 해법도 간단해진다. 물론, 그러한 특정의 경우도 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 것이다. 본 발명의 핵심적인 사상은 수정된 방위각이 주어진 공식으로 기재될 수 있고, 가장 간단한 경우에는 2개의 알려진 지점 사이에서의 2 번의 시험 주행에 의해 필요한 모든 수정 파라미터가 탐지될 수 있다는 것이다.

Claims (2)

1. 항법 주행의 목적으로 차량에 내장되어 차량 주행 방향의 방위각 a를 표시하는 자기 나침반의 측정치, 수평면에 대한 차량 주행 방향의 고도 e를 표시하는 경사계의 측정치 및 주행 거리 s를 표시하는 주행 기록계의 측정치에 대한 수정 파라미터를 결정하는 방법으로서, 차량의 순간 방향 벡터가 다음의 식으로 주어지고,

   상기 식에서 는 수평면에서의 차량 주행 방향을, 그리고 는 측정 시점 j와 j-1과의 사이의 거리 간격을 각각 나타내는 수정 파라미터의 결정 방법에 있어서,

   그 지리적 좌표가 알려져 있는 출발점으로부터 역시 그 지리적 좌표계가 알려져 있는 제 1 목표점까지 시각적 항법에 의한 제 1 시험 주행을 실시하고, 이어서 방향을 변경하여 그 지리적 좌표가 알려져 있는 제 2 목표점까지 시각적 항법에 의한 제 2 시험 주행을 실시하며, 시험 주행 중에 시점 t_j ; j = 1…N에 대해 측정치 a_j, e_j, s_j를 기록하고, 알려져 있는 출발점 좌표 및 목표점 좌표로부터 상응하는 값 a'_j, e'_j, s'_j를 계산하고, 계산된 방향 벡터를 다음의 관계식에 상응하게 측정에 의해 탐지된 방향 벡터와 대체시키며,

   상기 관계식으로부터,

   편각 및 나침반 장착에 따른 방위각의 오차에 대한 수정 파라미터 A,

   차량의 연질 자성체 및 경질 자성체의 자기 작용에 대한 수정 파라미터 B, C,

   경사계의 장착에 따른 고도의 오차에 대한 수정 파라미터 A₂, 및

   주행 기록계의 축척 오차에 대한 수정 파라미터 ρ를 알아내는 것을 특징으로 하는 수정 파라미터의 결정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제 2 시험 주행을 제 1 시험 주행시의 제 1 목표점으로부터 출발점까지 되돌아오면서 실시하는 것을 특징으로 하는 수정 파라미터의 결정 방법.