KR100764320B1 - Gps정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터를 취득하는 방법에 관한 발명으로서 ±2˚정도의 오차범위의 신뢰성을 갖는 디지털방위와, 위치 및 속도를 병행 표시하여 특히 소형선박에서 자이로(Gyro) 콤파스에 대용될 용도를 목적으로 제공하는 기술이다.

본 발명은 특히 육지로부터 일정 거리의 연·근해를 대상으로 항해하는 선박의 환경에서 저가형구조로 사용될 수 있도록 센서부와, 비교·분석부와 인터페이스부 그리고 표시부의 각각 독립된 유니트를 연동시켜서 구성되며, GPS출력 표준데이터포맷인 NMEA-0183, RS-232C 인터페이스를 아울러 제공하여 다양한 장치에 접속 활용할 수 있게 구성됨을 특징으로 한다.

GPS data(GPS 정보), MR data(Magneto Resistive 센서 정보), GPS수신부, 지자기센서부, 비교분석부, 위치·방위·속도표시부, 제어부, 지자기계측함수, GPS계측함수, 보율설정함수, 비교분석함수, 방위데이터취득함수, 위치데이터취득함수, 속도데이터취득함수, 표시함수, 시스템연동함수.

Description

GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법 및 그 장치{ A method and a device for taking of best suitable direction by mixing GPS data and MR data }

도1은 지자계의 분포형상을 설명하는 도면.

도2는 도2에서의 지구자기장에 대한 벡터선도를 나타낸 도면.

도3은 지구의 위도에 따른 지구표면 자기장의 성향을 나타낸 도면.

도4는 종래의 지자기 보상회로를 나타낸 블록다이어그램.

도5는 평면직각항법의 기본개념도를 묘사한 도면.

도6은 선박에서 방위데이터를 취득하여 각종 장치와 연동되는 구성을 설명하는 블록다이어그램.

도7은 본 발명에 따른 GPS정보 및 지자기센서의 정보를 병행하는 최적 방위데이터의 취득 방법을 위한 장치의 구성도

도8은 본 발명의 GPS정보 및 지자기센서정보를 병행하여 최적 방위데이터를 비교·분석하고 저장하는 계층구조도

도9는 본 발명의 GPS정보 및 지자기센서정보를 병행하여 최적 방위데이터를 비교·분석하고 저장하는 총괄 흐름도.

도10은 본 발명의 GPS정보 취득에 대한 흐름도

도11은 본 발명의 지자기센서정보 취득에 대한 흐름도

도12는 본 발명의 데이터 표시 및 출력에 대한 흐름도

도13은 본 발명의 지자기센서 데이터를 10개의 연속취득 함수로 저장하여 비교 검출함으로써 헌팅(hunting) 현상에서 최적 방위치를 추출하는 알고리즘.

본 발명은 자이로 콤파스(Gyro compass)를 대용할 목적으로 간단한 GPS정보와 지자기센서정보로서 선박의 방위데이터를 확보함과 아울러, 여기에 속도와 위치정보를 더하여 다양한 선내의 장치에 연동시킴을 목적으로 하는 기술이다.

선박의 항해·운항 기술은 자신의 위치정보와 목적지의 방위정보를 바탕으로 하여 기타 기상상태 및 조류에 따른 변수를 가감하는 것을 기본으로 한다.

최근에는 이러한 항해·운항술을 보조하기 위한 전자장비가 발달되어 상당부분이 자동화 되어 있는 실정으로, 그중에서 특히 자동조타 기술은 종래 인력으로 장시간 조타기를 제어하던 결점을 기계적으로 대체하여 생력화한 대표적인 선박용 전자장비로 자리를 굳혀오고 있다.

동 자동조타기는 현위치, 목적지 및 목적지로 항해하는 실제선수방위를 알 수 있어야 운용될 수 있음은 이 분야 주지의 사실이다.

현위치와 목적지는 최근 전자해도(Raster 형식으로 표현되는 간이전자해도를 포함)와 GPS로서 쉽게 도출될 수 있는 바, 종래로부터의 항해술에 필요한 양지점간 의 방위는 이로부터 쉽게 산출될 수 있다.

여기에서 GPS(Global Positioning System)는 지구상공에 위치한 위성으로부터의 신호를 수신하여 이동체가 위치 및 고도를 측정할 수 있고, 반복적인 위치의 측정으로 이동체가 항해하는 방위와 속도를 연산할 수도 있는 통상적인 장치를 말한다.

다음으로 목적지로 항해하는 실제선수방위를 계산함에 있어서는 종래 자이로콤파스에 의한 방법과 마그네틱콤파스에 의한 방법이 있다.

그 중에서 자이로콤파스는 3축의 자유로운 회전특성에서 얻어지는 기구적 정밀성과 그 자체의 정밀전자회로로 인하여 자동조타기 연동에 가장 적합한 기술로 인식되고 있으며, 이러한 장점으로 말미암아 최근 국제적으로 자동조타기 연동을 의무화하고자 하는 분위기가 고조되고 있으나, 자이로콤파스는 그 정밀성만큼이나 가격이 고가로 되어 소형선박에까지 이를 일률적으로 적용함에는 무리가 있는 실정이다.

다른 하나의 선수방위 인식방법으로는 마그네틱콤파스가 있으며, 이는 등산 장비로도 활용됨으로 보듯이 나침반과 같은 간단한 센서를 기초로 하므로 가격이 매우 저렴하나 단순한 나침반 그 자체로는 전자회로에 연결할 수가 없어 활용이 제한되어 있고, 정확도도 자이로콤파스에 비하여 원리상 현저히 떨어진다.

최근에는 이러한 나침반의 부정확성을 개선하고 전자회로에도 연동시키기 위하여 지자기센서라는 반도체회로기술이 개발되어 있는 상태인 바, 이에 대하여 조금 더 설명하면 다음과 같다.

지자기센서는 지자기를 검출하여 자북으로부터 시계방향으로 360˚에 해당하는 방위를 나타낸다.

0.3[G] 정도를 검출하는 지자기센서는 크기가 아주 작은 반도체형 센서로 구성된다.

지자계는 도1과 같이 분포되며, 여기에서 중요한 사항은 지구의 자극이 지리적인 진북과 일치하지 않고 지축의 회전에 따라 예를 들면 약 5˚∼13˚의 범위로 변화하며, 또 선박용 지자기콤파스는 철로 제작된 선박의 구조물 및 주변의 자성물질에 의하여 방위오차의 변동이 심하게 나타난다는 사실이다.

즉, 지자기 센서가 검출하는 자극은 진북 또는 남극과 일치하지 않는 등 검출되는 방위데이터는 필연적으로 오차를 수반할 수밖에 없고, 더욱이 반도체로 된 지자기센서는 롤링과 피칭을 수반하는 선박에서는 그때마다 지구중력방향과 틀어짐에 따른 헌팅(hunting : 난조)을 피할 수 없는 것도 실용적인 면에서 하나의 큰 장해요소로 대두되어 있는 실정이다.

도2는 지구 자기장의 벡터를 나타낸 그림으로, 방위각(α)은 자북과 지자기 진행방향 사이의 각도를 말한다.

자북은 중력에 수직인 지자기 필드성분의 방위이며, 방위각 α는 다음과 같은 수식으로 구한다.

즉, α는 자북으로부터 시계방향으로 계산되어 예를 들면 정북은 0˚ 또는 360˚이고, 동쪽이 90˚, 남쪽이 180˚, 서쪽은 270˚이다.

도4는 위도에 따른 지구 표면의 자기장의 성향 정도를 나타낸 그림으로 각 위치에 따라서 자기장의 정도가 다르게 됨을 알 수 있다.

그러므로 예를 들어 우리나라 주변해역에서 사용하는 지자기센서는 도3의 지자기 성향에 따라 교정을 해서 사용해야 하는 것이며, 엄밀하게는 우리나라 주변을 벗어날 경우 다시금 교정을 하여야 한다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 지자기센서를 눈금교정으로 사용하기 위하여 특정지역, 예를 들어 우리나라 주변의 자기장 성향에 맞추어 정북 방향을 방위의 중심으로 설정하는 기능을 추가하고 있다.

구체적으로, 지자기센서는 MR(Magneto Resistive)라는 센서를 이용하여 검출하며, 도4와 같은 블록다이어그램의 회로를 X축과 Y축으로 2조를 배치하여 각각의 회로에서 검출된 지자기의 위상을 비교·연산·보상하여 방위를 계산한다.

그러나 지자기 축의 변화, 철로 제작된 선박의 구조물, 자성물질에 의한 방위 오차 변동 등에 의하여 지자계는 언제나 불안정한 상태로 존재하므로 지자기 콤파스의 신뢰성에는 한계가 있다.

이러한 단점을 보완하기 위한 하나의 방법으로서 위성항법에서 사용하는 GPS로서 위치측정의 연속성 상에서의 방향을 계산하여 방위정보를 제공하는 GPS콤파스가 있으며 현재 실용화되어 있다.

GPS콤파스란 GPS수신기에 의한 위치정보를 일정한 간격으로 저장하고, 근접 한 2점의 정보를 이용하여 선박의 이동방위와 거리를 계산한다.

도5는 평면직각항법의 기본 개념도로서, 그림에서 지구상의 국소위치 P1점과 P2점을 알고 있다면, P1점으로부터 P2점까지의 수평면에서의 진북을 기준으로 하는 방위 Q와 거리 L3는 다음의 식으로 계산된다.

위의 식에서 변위 ΔL1은 P1점과 P2점에 대한 위도의 차에 따른 거리이고, 동·서 거리 ΔL2는 P1점과 P2점에 대한 경도의 차에 따른 거리, 즉 동·서 거리 L2는 경도 P1과 P2 사이의 거리이다.

이와 같이, 동·서 거리와 변위를 알고 침로 및 항정을 구하는 계산법을 평면항법이라 한다.

다시 말하면, 선박이 P1의 위치에서 P2의 위치로 이동되었다면 각각의 경·위도에서 L1과 L2의 거리를 계산할 수 있다.

여기에서 L1과 L2를 이용하면 tanQ의 각도를 계산할 수 있으므로 진북에 대한 방위각도 구할 수 있고, 또한, (L1²+L1²)^1/2 에서 이동거리 L3를 구하면 L3/시간(t₁∼t₂)의 계산으로 이동체의 속도를 산출할 수 있어, 극히 간단한 GPS수신기로서 반복적인 위치 계산만으로 비교적 정확한 방위를 얻을 수 있다.

그러나, 이와 같은 GPS콤파스 역시 위성으로부터 수신되는 위치정보에 오차 가 발생되거나 이동체의 이동속도가 현저하게 느리면 방위정보가 불확실하게 되는 단점이 있다.

또 하나 GPS콤파스는 2개 이상의 안테나에 도달되는 시간차 내지 위상차를 감지하여 정지된 상태에서도 방위를 측정할 수 있는 방안이 있으나, 이는 신호도달 위상차 내지는 도플러의 원리를 이용하는 기술적 특성상 가격이 고가로 되며, 또 각 안테나의 위치가 상당히 떨어져야만 제 기능을 발휘하는 원리적 구조상 그 크기가 대형으로 되어 소형선박에서 사용하기에는 무리가 있으며, 더욱이 파도에 따라 롤링과 피칭을 하는 항해중인 선박에서는 각 안테나간의 균형을 유지함에도 어려운 점이 있어 완전한 신뢰에는 한계가 있다.

요약하면, 본 발명은 종래 고가형 자이로콤파스 등을 대체하기 위하여 연구되어온 각각의 지자기센서 방식과 GPS콤파스의 방식 중 장점만을 결합하여 새로운 방위센서 등의 효과를 나타냄으로써 이상과 같은 각각의 결점을 보완하여서 사용자에게 하시라도 정확한 방위 정보 등을 제공토록 하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명은 특히 저렴한 가격구조롤 지향하므로, 앞으로 요트, 어선, 소형함정 등에서 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

선박의 방위센서가 선내의 다양한 장치에 연동되는 모습은 제6도에 나타내었는 바, 도6으로부터 그러한 방위센서의 최종 출력은 각종 제어부와 유압장치부 등을 거쳐 선박의 조타기에 연동됨을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은 고가형 자이로콤파스와 고가형 GPS콤파스를 대체할 수 있고, 각종 전자장치와 쉽게 연동할 수 있는 전기적 출력의 지자기센서+GPS 방위센서 수단을 제공코자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 제2목적은 상기 제2목적으로서 얻은 방위에 위치 및 속도 취득 수단을 더 포함하여 다양한 장치에 연동 및 인력으로 활용할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명의 제3목적은 기존 지자기센서의 부정확한 방위계측을 보완하는 수단을 제공코자 함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적의 본 발명은 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터를 취득하는 방법을 제공하는 것으로, 주로 ±2˚정도의 오차범위의 신뢰성을 갖는 디지털방위와, 위치 및 속도를 병행 표시하여 특히 소형선박에서 자이로(Gyro) 콤파스에 대용될 기술을 제공한다.

본 발명은 연·근해를 대상으로 항해하는 선박의 환경에서 저가형구조로 사용될 수 있도록 센서부와, 비교·분석부와 인터페이스부 그리고 표시부의 각각 독립된 유니트를 연동시켜서 구성되며, GPS출력 표준데이터 포맷인 NMEA-0183, RS-232C 인터페이스를 아울러 제공하여 다양한 장치에 접속 활용할 수 있는 수단을 제공한다.

이와 같은 목적의 본 발명을 그 구성 및 작용으로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도7은 본 발명이 구현되는 하드웨어+소프트웨어적 구성을 도식한 것으로서,

지구상공의 24개 위성으로부터 송출되는 신호를 수신하여 자신의 위치를 측정하는 통상적인 GPS수신부(11);

지구의 지자기를 측정하여 지구의 자북으로부터의 편이각도를 측정하는 통상적인 지자기센서부(12);

상기 GPS수신부(11)로부터 반복적으로 측정되는 위치를 이용하여 위치, 속도, 방위를 측정하고, 상기 지자기센서부(12)로부터의 방위데이터를 비교 분석하여 환경에 따라 GPS수신부 출력 또는 지자기센서부의 출력을 선택적으로 취하거나 이를 혼합하여 방위데이터를 출력하는 비교분석부(13);

상기 비교분석부(13)의 출력으로서 표시장치를 구동하거나 선내의 다른 장치와 연동되는 신호경로를 구성 및 제어하는 제어부(14);

상기 제어부(14)에 연동되어 사용자에게 위치, 방위, 속도 정보를 제공하는 표시부(15);

상기 GPS수신부(11)와 지자기센서부(12)와 비교분석부(13)와 제어부(14)와 표시부(15)를 유기적으로 연결하여서 구성된 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 "GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적방위데이터 취득장치(이하 「본 발명 장치」라 함)"는 이하에서 설명될 알고리즘으로 그 동작을 수행, 즉 GPS계측함수는 GPS수신부를 기반으로 수행되고, 지자기계측함수는 지자기센서부(12)를 기반으로 수행되며, 보율설정함수는 GPS수신부·지자기센서부 또는 비교분석부를 기반으로 수행되고, 비교분석함수·방위데이터취득함수·위치데이터취득함수·속도데이터취득함수는 GPS수신부 또는 비교분석부를 기반으로 수행 되며, 시스템연동함수는 제어부를 기반으로 수행되고, 표시함수는 표시부를 기반으로 하여서 각각 그 작용을 수행하는 바, 상기 본 발명 장치의 각 구성요소간 작용은 이하 취득방법의 알고리즘 설명을 준용하기로 한다.

다만, 상기 본 발명 장치의 각 구성요소에는 일반적인 전자회로와 마이크로프로세서 및 그 주변장치를 포함할 수 있으며, 이에 대하여는 아래의 알고리즘만으로도 이 분야 당업자가 충분히 알 수 있는 설계수준의 기술이기에 상세한 구조 설명은 생략하기로 한다.

도8은 본 발명의 "GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적방위데이터 취득방법(이하 「본 발명 방법」이라 함)"에 대한 계층구조도, 도9는 본 발명 방법의 총괄흐름도로서, 이로서 보듯이 본 발명은 기초정보취득단계와, 비교분석단계와, 출력단계의 3단계 구성을 그 핵심으로 한다.

먼저 전원을 인가하면 통상적인 초기화단계를 수행한다.(L0, 41)

이 단계는 통상적인 전자회로가 다 그러하듯이 각종 파라메터를 준비단계로 초기화 하여 시스템 프로그램이 엉키지 않는 것을 주목적으로 한다.

여기에는 워치독, 리세트 등의 구성으로서 사용 중 불의의 동작에 대처하는 수단도 포함할 수 있다.

다음으로, GPS계측함수, 지자기계측함수, 보율설정함수를 수행하는 기초정보 취득단계를 수행하고 이를 비교분석단계로 연결한다.(L1, 42, 43, 45)

이 단계에서는 GPS수신부(11)로 GPS정보를 수신함으로써 위치, 방위 및 속도를 취득하여 비교분석부로 제공하는 것으로서, 이를 본 발명에서는 GPS계측함수라 한다.

또한 지자기센서부(12)는 지구의 자계에 의한 방위를 반도체 센서를 사용하여 데이터로 취득한 후, 이것을 교정하여 비교분석부(13)로 제공하는 것으로서, 이를 본 발명에서는 지자기계측함수라 한다.

상기 GPS수신부와 지자기센서부를 비교분석부로 연결함에는 보율(baud rate)을 설정할 필요가 있는 데, 이는 각종 정보의 연동을 용이하게 하기 위한 정보의 흐름을 개설하는 것으로, 본 발명에서는 이러한 체계를 보율설정함수라 한다.

다음으로, 기초정보취득단계에서 취득된 정보를 이용하여 위치데이터취득함수, 방위데이터취득함수, 속도데이터취득함수 및 비교분석함수에 의한 비교분석단계를 수행한다.(L2, 44, 46, 47, 48, 49)

이 단계는 GPS수신부로부터 취득된 각종 데이터와 지자기센서부로부터 취득된 각종 데이터를 비교분석하여 적정한 방위데이터를 산출하는 것이 핵심이며, 이러한 과정을 본 발명에서는 비교분석함수라 한다.

또한, 통상적으로 GPS수신부로부터 경도·위도 데이터를 추출하는 알고리즘을 본 발명에서는 위치데이터취득함수라 하고, 이러한 위치 이동을 반복적으로 연산하여 방위를 추출하는 것을 방위데이터취득함수라 하며, 또한 단위시간당 그러한 위치의 이동 거리를 연산하여 속도를 추출하는 것을 속도데이터취득함수라 한다.

여기에서 상기 GPS계측함수, 지가기계측함수, 위치데이터취득함수, 방위데이터취득함수 및 속도데이터취득함수는 이 분야에서 통상적으로 이용되어온 기술이므로 이를 간략히 설명하자면,

즉, 상기 함수에는, 구체적으로 통신속도를 조절하는 보율설정함수와, 주로 비동기통신에 있어서 데이터의 시작점을 인식하는 스타트시켄스함수와, 데이터의 도착점을 지정하는 12C어드레스함수와, 정해진 포맷에 따라 데이터를 읽어 들이는 데이터리드함수와, 데이터의 끝을 인식하는 스톱시켄스리드함수로서 각각의 데이터를 취득하게 되고, 최종적으로는 NMEA-0183 및/또는 RS-232C 인터페이스에 적용되는 데이터출력함수로서 사용자 또는 기타 연동장치와 연계되는 것이다.

본 발명에서의 비교분석함수는 상기 속도데이터 중 설정된 속도 이하로 되는지의 여부를 비교하여 적정속도 이상에서 GPS수신부에 의한 방위데이터를 취하고, 적정속도 이하에서는 지자기센서로부터의 방위데이터를 취하도록 하는 작용을 수행한다.

또한 본 발명의 비교분석함수는 적정속도의 변화여부와 무관하게 GPS센서부에 의한 방위의 불안정 또는 지자기센서로부터 계측된 방위의 불안정 여부를 비교하여 그 둘 중 어느 하나 비교적 안정된 방위만을 취사선택하거나 그 방위오차범위의 중간값을 합성하는 혼합 방식으로서 방위를 추출할 수도 있는 바, 이러한 제반 수단을 본 발명에서는 비교분석함수로 정의하고 있다.

상기 각 단계의 설명은 서브루틴으로 정리된 도10, 도11 등을 참조하면 쉽게 이해 될 것이다.

도10에서 본 발명의 장치는 시스템 초기화를 수행(21)한 후 GPS수신부와 통신을 개시하기 위한 보율을 설정하며, 이는 주로 각 칩(chip) 간 통신속도를 설정하기 위한 것이다.

그 다음, GPS로부터 수신되는 위치데이터를 취득하게 되는데, 이는 GPS수신부 그 자체에서 경·위도 데이터를 출력하는 수단을 활용하는 통상적인 기술이다.

방위와 속도를 얻기 위하여 본 발명은 통상적으로 그러하듯이 상기 위치를 일시 저장하였다가 후속 위치와 비교하는 과정을 반복하게 되며 이를 통하여 전후 이동된 위치의 방위와 단위시간당 전후 이동된 거리로 속도를 구하게 된다.

이러한 과정으로 취득된 정보는 후술하는 단계에서 활용하기 위하여 일시 저장하는 알고리즘을 반복함은 물론이다.

도11은 본 발명에 따른 지자기센서 정보의 취득에 대한 세부 흐름도이다.

이 과정에서도 역시 보율설정함수는 적용되는데, 그 통신방식은 예를 들면 통상적인 12C 버스 방식으로 제공된다.

구체적으로, 스타트신호(33)가 전송, 12C 버스의 프로토콜에 따른 주소 인식(34) 후 데이터를 읽게 되며(35) 데이터의 종료와 함께 스톱신호(36)가 전송된다.

이러한 과정의 반복으로 위치를 측정하고 위치이동 연산을 수행함으로써 방위데이터가 취득(37) 되며, 따라서 취득된 데이터를 비교분석부에 제공한 후, 계속해서 다음의 데이터를 취득하기 위하여 스타트신호(33)를 수신하는 단계의 루프(loop) 프로세스를 수행한다.

여기에서 지자기의 센싱 그 자체는 앞서 설명하였듯이 지구 자북과의 편이를 보정하여서 측정하는 것으로 그 보정계수는 위도에 따른 설정값이 적용됨은 물론이다.

비교분석부(13)는 입력된 2개의 정보를 비교·분석하여 최적의 방위를 구하 며, 여기에서 결정된 위치, 방위 및 속도 데이터를 제어부(14)에 제공하게 되는데, 그 구체적인 작용은 다음과 같다.

이와 관련하여 도9로 되돌아가서 설명하면 본 발명의 비교분석함수는 GPS정보 및 지자기센서의 정보를 병행하여 최적의 방위데이터를 비교·분석하고 최종의 데이터를 저장하는 구성으로서, GPS수신부로부터 취득(43)된 정보, 즉 위치·방위·속도로 환산된 데이터를 일시 저장함과 아울러, K〈속도(44) 과정에서 GPS데이터취득(43) 시 알려진 속도데이터(K)가 예를 들어 3노트 미만이면 방위데이터의 신뢰성이 적다고 판단하여 지자기센서의 방위데이터(45)를 적용하도록 전환한다.

여기에서 평상시에는 GPS수신부로부터 취득(43)된 정보, 즉 위치·방위·속도를 이용하게 될 것이다.

이때 전환되는 지자기센서의 방위데이터(45)는 앞서 도11로서 설명한 서브루틴이 이에 해당되나, 여기에는 지자기센서가 요동하는 선박에서 사용될 때 헌팅을 발생하는 점에 주안하여 그 헌팅의 범위 내에서 적정한 결과를 도출하는 수단도 포함되어 있다.

그 수단으로서 예를 들면, 헌팅을 방지하기 위하여 지자기센서가 수평을 유지하는 기구를 보조적으로 구성하거나 또는 수평상태를 인식하는 별도의 센서를 보강하는 수단을 포함한다.

이는 지자기센서가 지구의 중력방향과 수평을 유지하였을 때 가장 정확한 방향을 산출함에 착안한 것으로, 구체적인 수단으로서는 지자기센서 그 자체가 항상 수평을 유지토록 기구적으로 구성하거나 또는 움직이는 상태에서 수평에 위치한 순 간만을 센서(예를 들면 추)로서 선택적으로 인지하여 그 수평위치 순간에만 지자기센서 출력을 취하는 수단으로서 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에는 지자기센서가 지구의 진북과 자북이 편향(예를 들어 한반도 주변은 약 7˚편이) 되어 있는 점을 감안하여 이를 사전에 수정할 수 있는 가변 저항 이용 회로(예를 들어 브릿지회로를 이용하는 발란싱회로)를 구성하고 있으나, 이는 인위적으로 조작하는 것 외에도 GPS수신부로부터의 위치와 연계하여 한반도 등을 벗어나게 될 경우 GPS위치와 연계하여 진북과 자북의 편이를 자동으로 교정함으로써, 결국 지자기센서의 출력이 항상 진북으로 가리켜 GPS방향과 일치되도록 하고, 또한 헌팅으로부터의 안정성을 확보하게 할 수도 있다.

본 발명은 이와 같은 비교분석함수를 수행함에 있어서 전술한 바와 같이 예를 들어 속도(K)가 3노트 미만일 때 지자기센서의 출력으로 자동 전환하는 수단뿐만 아니라, 평상시 GPS계측결과와 지자기센서의 계측결과를 병렬방식으로 상시 측정하여 그 중 정확도가 높은 쪽의 출력을 자동적으로 취하여 이후 표시장치 등으로 연동하는 수단을 포함하며, 이는 GPS정보가 눈·비 등 악천후에서 오차가 발생될 확률이 높음에 대비하는 수단이다.

즉, 본 발명은 GPS계측결과와 지자기센서의 계측결과 중 오차가 최소치로 변화한 가장 근접한 방위치를 검색(48)·저장하기 위하여 각종 정보를 저장하는 데이터를 비교적 긴 주기로 갱신(49)하는 수단도 포함할 수 있다.

다음으로 상기 비교분석함수의 결과로서 표시함수 및 시스템연동함수에 의한 출력단계를 수행한다.(L3, 50)

이 단계에서는 이미 GPS수신부로서 취득(43)한 위치, 방위, 속도데이터 중에서 세부단계에서 검색하여 선택한 방위치(48)로 갱신되는 과정이다.

갱신 후 최종적으로 저장된 위치, 방위, 속도데이터는 표시장치와 인터페이스에 출력(50) 되어진 후, 다시 다음의 GPS 데이터를 취득(43)하는 과정으로 되돌아가게 되는데, 이 과정에서는 상기 비교분석함수와 연동되어 GPS정보와 지자기센서 정보 중 사용자가 선택적으로 임의 작동시킬 수도 있으므로, 이를 포함한 제반 수단을 시스템연동함수 또는 표시함수라 한다.

본 발명에서 시스템연동함수는 제어부를 이용하여 여타 선내장비에 그 결과의 출력을 전달하기 위한 NMEA-0183 및 RS-232C 등 알려진 통신프로토콜 및 전송수단으로서 인터페이스 하는 수단을 포함한다.

도12는 본 발명에 따른 데이터의 표시 및 출력에 대한 흐름도로서, 역시 각 단계가 다 그러하듯이 시작(51) 단계에서는 프로세서를 초기화하며, 보율설정(52) 단계는 표시기 및 인터페이스와의 통신속도를 설정한다.

도12의 데이터출력(50) 신호를 대기하는 상태(53)에서 데이터가 출력(50)되면 그 데이터를 공급받은(54) 후, 표시부에 데이터를 출력(55)하여 표시되도록 하고, 이어서 필요시 RS-232 인터페이스(56)와 NMEA-0183 인터페이스(57)에 데이터를 출력함과 아울러, 다음의 입력데이터를 대기하는 상태(53)로 되돌아간다.

이상 설명한 본 발명은 상기 실시 예에 한정됨이 아닌 것으로, 도9 중의 (48)은 그 위치를 지자기센서 경로에 위치하는 것으로 알기 쉽게 도식하였으나, 이는 GPS경로에도 적용될 수 있고 또는 공통경로에도 적용할 수 있는 등 상기 도식하 고 설명한 그 자체에 한정되는 것이 아님을 이 분야 관심 있는 당업자는 유의하여야 한다.

도13은 지자기센서 알고리즘(45, 46, 47)을 세부적으로 도식한 것으로, 특히 (62)는 지자기센서의 데이터를 10개의 연속취득 함수로 저장하여 데이터테이블을 작성(64)하고 이를 비교하기 위한 것이며, 이는 선박의 동요에 의한 지자기센서방위의 헌팅(hunting) 현상에서 최적의 방위치를 추출하기 위한 알고리즘이다.

도13에 따르면, 취득된 10개의 데이터테이블(62, 63, 64)에서 현재의 방위치와 비교하여 그 변화량이 최소치인 데이터를 검색(67)하여 출력(68)하는 최적 적응제어 방식의 알고리즘이 구현됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 지자기센서 알고리즘은(45, 46, 47)은 복수의 센서로서 계측하고 그중 적합한 오차가 발생한 센서의 출력을 선택하거나 복수의 출력을 혼합적으로 적용하여서 구현할 수 있는 것으로, 이는 상기 설명으로부터 당업자가 충분히 알 수 있을 것이기에 설명을 생략하였다.

본 발명에 의하면, 고가형 자이로콤파스와 고가형 GPS콤파스를 대체할 수 있는 극히 간단한 저가형 "지자기센서+GPS방위센서" 수단이 제공되므로, 소형선박에도 정밀한 설비가 확대 설치될 수 있는 기반기술을 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 GPS수신기에서 일어날 수 있는 오차와 지자기센서에서 일어날 수 있는 오차를 극복하면서 상시 정확한 방위 등을 계측함으로써 선박의 운항여부에 불구하고 방위데이터를 비교적 정확히 획득할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 상기와 같은 취득방위에 위치와 속도를 더 포함하여 다목적으로 활용하는 효과를 얻게 한다.

본 발명은 특히 저렴한 가격구조롤 지향하므로, 요트, 어선, 소형함정 등에서 효과적으로 활용될 여건을 제공하는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 삭제
2. GPS정보와 지자기센서를 혼합하여 선박의 최적 방위데이터를 취득하는 방법에 있어서,

   전원을 인가하면 수행되는 통상적인 초기화단계;

   초기화단계 이후 안정된 상태에서 GPS계측함수, 지자기계측함수 및 보율설정함수에 의하여 수행되는 기초정보취득단계;

   비교분석함수에 의하여 기초정보취득단계에서 얻어진 데이터를 선별 또는 혼합함으로써 최적 방위데이터를 취득함과 아울러 위치데이터취득함수 및 속도데이터취득함수에 의하여 위치와 속도를 검출하는 비교분석단계;

   비교분석단계의 방위데이터, 위치, 속도 검출 결과로서 표시함수 및 시스템연동함수를 수행하는 출력단계; 로 되는 상기 각 단계를 유기적으로 연동시키는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터 취득 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 비교분석단계에는 설정된 속도 이상에서 GPS데이터 출력을 선택하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 비교분석단계에는 선박의 항행속도에 불구하고 지자기센서 또는 GPS데이터의 출력에 포함되는 전후 오차를 분석하여 최적 센서 출력으로 선택하여서 출력하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위 데이터의 취득 방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 비교분석단계에는 선박의 항행속도에 불구하고 지자기센서 또는 GPS데이터의 출력에 포함되는 전후 오차를 분석하여 최적 센서의 출력으로 선택함과 아울러 양 자의 오차를 혼합적으로 참조 적용하여서 출력하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법.
6. 제2항에 있어서,

   상기 지자기계측함수에는 복수의 지자기센서를 이용한 각 지자기센서의 계측결과 중 오차가 최소치로 변화한 지자기센서의 출력을 선별 또는 그 복수의 지자기센서의 출력을 혼합하여서 방위데이터를 도출하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법.
7. 제2항에 있어서,

   상기 GPS계측함수, 지자기계측함수, 비교분석함수 및 표시함수의 연동에는, 데이터테이블에 계측된 복수의 데이터를 저장·비교하여 최적의 방위데이터를 산출하는 적응제어 알고리즘이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법.
8. 제2항에 있어서,

   상기 GPS계측함수, 지자기계측함수, 비교분석함수 및 표시함수의 연동에는, 보율설정함수와, 스타트시켄스함수와, 12C어드레스함수와, 데이터리드함수와, 스톱시켄스리드함수로 되는 상세 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법.
9. 제2항에 있어서,

   상기 지자기계측함수, 비교분석함수 및 출력함수의 연동에는, GPS데이터 중에서 속도데이터가 3노트 미만일 경우, 지자기센서의 방위모드로 전환하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법.
10. 삭제
11. GPS정보와 지자기센서를 혼합하여 선박의 최적 방위데이터를 취득하는 장치에 있어서,

    지구상공에 위치한 복수의 위성으로부터 송출되는 신호를 수신하여 자신의 위치를 측정하는 통상적인 GPS수신부;

    지구의 지자기를 측정하여 지구의 자북으로부터의 편이각도를 측정하는 통상적인 지자기센서부;

    상기 GPS수신부로부터 반복적으로 측정되는 위치를 이용하여 방위를 측정하고, 상기 지자기센서부로부터의 방위데이터를 비교 분석하여 환경에 따라 GPS수신부 출력 또는 지자기센서부의 출력을 선택적으로 취하거나 이를 혼합하여 방위데이터를 출력함과 아울러 GPS수신부에 의한 위치와 속도를 검출하는 비교분석부;

    상기 비교분석부의 출력으로서 표시장치를 구동하거나 선내의 다른 장치와 연동되는 신호경로를 구성 및 제어하는 제어부;

    상기 제어부에 연동되어 사용자에게 방위, 위치 및 속도 정보를 제공하는 표시부;

    상기 GPS수신부와 지자기센서부와 비교분석부와 제어부와 표시부를 유기적으로 연결하여서 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터 취득 장치.
12. 제11항에 있어서,

    제어부는 NMEA 0183 또는 RS-232C 표준인터페이스 신호로서 출력하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터 취득 장치.
13. 제11항에 있어서,

    상기 GPS센서부, 지자기센서부, 비교분석부, 제어부 또는 표시부는 적어도 둘이상의 독립된 유니트로 구성하여 센서의 정밀성과 확장이용성을 갖추도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터 취득 장치.
14. 제11항에 있어서,

    상기 GPS센서부, 지자기센서부, 비교분석부, 제어부 및 표시부는 데이터테이블에 계측된 복수의 데이터를 저장·비교하는 적응제어 알고리즘이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터 취득 장치.

Images