KR101368846B1 - 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치 및 이의 정렬오차 허용치 산출방법 - Google Patents

정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치 및 이의 정렬오차 허용치 산출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101368846B1
KR101368846B1 KR1020130046673A KR20130046673A KR101368846B1 KR 101368846 B1 KR101368846 B1 KR 101368846B1 KR 1020130046673 A KR1020130046673 A KR 1020130046673A KR 20130046673 A KR20130046673 A KR 20130046673A KR 101368846 B1 KR101368846 B1 KR 101368846B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
error
alignment
alignment error
measuring
mounting
Prior art date
Application number
KR1020130046673A
Other languages
English (en)
Inventor
송대범
윤용은
이행복
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020130046673A priority Critical patent/KR101368846B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101368846B1 publication Critical patent/KR101368846B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 항공기 탑재용 촬영 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 항공기에 탑재되는 촬영 장치의 정렬오차에 대한 세부적인 분류와 허용치를 산출하는 항공기 탑재용 촬영 장치에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 정렬오차의 순서와 정렬오차 전후 시스템 조립과 최종성능확인 요소의 연계성을 확립할 수 있고, GPS/INS 출력오류, 시스템 제어기 오류 및 임무수행 중 구조 변형 요소를 제외한다면 정렬관련 오차요소가 모두 포함될 수 있다.

Description

정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치 및 이의 정렬오차 허용치 산출방법{Apparatus for Calculating the Alignment error's allowable value for Airborne Camera, and Method thereof}
본 발명은 항공기 탑재용 촬영 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 항공기에 탑재되는 촬영 장치의 정렬오차에 대한 세부적인 분류와 허용치를 산출하는 항공기 탑재용 촬영 장치에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 항공기에 탑재되는 촬영 장치의 정렬오차에 대한 세부적인 분류와 허용치를 산출하는 방법에 대한 것이다.
항공기 탑재용 촬영 장치의 핵심목표는 원거리 고해상도 영상정보를 획득, 실시간 전송 및 근실시간 영상 데이터 처리이다. 항공기 탑재용 촬영 장치의 최종성능은 비행환경에서 원하는 지점을 정확하고 선명하게 촬영하는 것인데, 정렬오차는 지향 정확도(Geo-Pointing)와 광학 분해능(GRD: Ground Resolved Distance)에 중요한 영향을 미친다.
일반적으로 항공기 탑재용 촬영 장치는 센서부와 전자부로 나누어지는데 센서부는 카메라부와 GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)로 구성되어 있다.
일반적으로 항공기 탑재용 촬영 장치의 GPS/INS는 센서부 위에 별도의 탈부착 가능한 장비로 사용된다. 정렬오차는 영상센서 시선이 GPS/INS를 기반으로 표적을 지향하고자 할 때 초기 허용오차로 정의된다. 정렬오차의 허용치를 도출하기 위해서 GPS/INS, 각검출기(Resolver), 영상센서(EO/IR), 내??외부 김발(Gimbal)의 성능뿐만 아니라 장착시 기계적 공차요소 등도 고려해야 한다.
그런데, 일반적으로 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차는 센서정렬 후 위치출력오차에 대한 허용치를 시험하는 방식을 사용하였으며, 이를 바탕으로 지향 정확도를 시험하여 최종성능을 확인하였다.
센서정렬에 대한 구체적인 허용치가 없었으며, 위치출력오차의 허용치도 각 검출기의 제품 사양서를 바탕으로 대략적으로 선정하였다. 또한, 공통 광학계를 사용하지 않을 경우, 영상센서간 정렬오차 요소는 필요 없었으며, GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)에 대한 장착오차 허용치 또한 구체화되지 못하였다.
연구 개발시 뿐만 아니라 양산시에 이러한 세부적인 규제를 하지 않고, 최종 정렬상태만 점검할 경우, 각각의 요소에 오차가 발생될 수 있으며, 지향 정확도에 영향을 주게 된다. 정렬과 관련된 부품 교환시 정렬은 모두 틀어지고, 광학계까지 정렬해야 하는 등 정비??호환성에 문제를 일으키게 된다.
또한, 장시간 사용으로 정렬이 틀어졌을 때 오차요소에 대한 각각의 허용치를 정하고 규제하지 않을 경우, 교환??정비할 부분의 파악도 어렵게 된다.
1. 한국등록특허번호 제10-0499665호 2. 한국등록특허번호 제10-1206358호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 항공기에 탑재되는 촬영 장치의 정렬오차에 대한 세부적인 분류와 허용치를 산출하는 항공기 탑재용 촬영 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 항공기에 탑재되는 촬영 장치의 정렬오차에 대한 세부적인 분류와 허용치를 산출하는 정렬오차 허용치 산출방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 항공기에 탑재되는 촬영 장치의 정렬오차에 대한 세부적인 분류와 허용치를 산출하는 항공기 탑재용 촬영 장치를 제공한다.
상기 항공기 탑재 촬영 장치는,
복수의 광학계가 정렬 설치되는 영상 센서부;
정렬 설치된 복수의 광학계에 따라 영상 센서간 정렬오차를 측정하는 제 1 정렬 검출기;
상기 영상 센서부의 자세를 3축상으로 구동하도록 내부 및 외부에 요크의 축과 정렬 설치되는 복수의 김발 시스템;
정렬 설치된 복수의 김발 시스템과 영상 센서부에 따라 상기 광학계의 시선 및 요크의 축 중심선과의 센서정렬오차를 측정하는 제 2 정렬 검출기;
상기 광학계의 시선이 지향하는 실제위치와 상기 복수의 김발 시스템에서 출력해내는 위치와의 차이에 따른 위치출력오차를 측정하는 복수의 각 검출기;
상기 영상 센서부상의 일측에 정렬 설치되는 GPS-INS(Global Positioning System-Inertial Navigation System);
상기 GPS-INS와 요크의 축에 따른 장착정렬오차를 측정하는 제 3 정렬 검출기; 및
상기 영상 센서간 정렬오차, 센서 정렬 오차, 위치 출력 오차, 및 장착 정렬 오차를 산출하여 상기 김발 시스템의 위치를 변경 제어하는 전자 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수의 광학계는, EO(Electro Optical) 광학계 및 IR(Infrared) 광학계를 가지며, 상기 영상센서간 정렬오차는 IR 광학계를 기준으로 EO 광학계의 시선중심의 벗어난 정도를 통하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 정렬 검출기는 EO(Electro Optical) 광학계의 정렬을 검출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 영상센서간 정렬오차는 다음식,
Figure 112013037063018-pat00001
(여기서, IR FOV는 IR 광학계 FOV(Field Of View)를 의미하고, EO FOV는 EO 광학계 FOV를 의미한다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 EO FOV가 IR FOV보다 작은 경우, 상기 센서정렬오차의 오차각은 다음식,
Figure 112013037063018-pat00002
(여기서, σ는 오차각을 의미하고, n은 벗어난 픽셀수를 의미한다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 EO FOV가 IR FOV보다 큰 경우, 상기 센서정렬오차의 오차각은 다음식,
Figure 112013037063018-pat00003
(여기서, σ는 오차각을 의미하고, n은 벗어난 픽셀수를 의미한다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 장착정렬오차는 GPS-INS의 장착시 발생되는 오차각으로 정의되며, 상기 오차각은 GPS-INS와 상기 복수의 김발 시스템 중 외부김발 시스템간의 차이이며, roll, pitch 방향으로만 오차가 발생할 경우 최대치로 가정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 장착정렬오차의 최대장착정렬오차는 다음식,
Figure 112013037063018-pat00004
(여기서, MRa는 Roll 방향 최대 장착정렬오차를, MPa는 Pitch 방향 최대 장착정렬오차를 각각 의미한다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위치출력오차의 허용치는 GPS-INS 출력오차, GPS-INS 장착오차, BSM(Back Scan Mechanism) 위치 정확도 및 지향 정확도 목표치에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편으로 본 발명의 일실시예는,
정렬 설치된 복수의 광학계에 따라 영상 센서간 정렬오차를 측정하는 영상 센서간 정렬 오차 측정 단계;
정렬 설치된 복수의 김발 시스템과 영상 센서부에 따라 상기 광학계의 시선 및 요크의 축 중심선과의 센서정렬오차를 측정하는 센서정렬오차 측정 단계;
상기 광학계의 시선이 지향하는 실제위치와 상기 복수의 김발 시스템에서 출력해내는 위치와의 차이에 따른 위치출력오차를 측정하는 위치출력오차 측정 단계;
요크의 축을 기준으로 GPS-INS가 상기 영상 센서부상의 일측에 정렬 설치됨에 따라 장착정렬오차를 측정하는 장착정렬오차 측정 단계; 및
상기 영상 센서간 정렬오차, 센서 정렬 오차, 위치 출력 오차, 및 장착 정렬 오차를 산출하여 상기 김발 시스템의 위치를 변경 제어하는 변경 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차 허용치 산출 방법을 제공한다.
이때, 상기 영상 센서간 정렬 오차 측정 단계는, 측정된 정렬오차값이 미리 설정된 기준값을 충족하는 지를 판단하는 단계; 및 충족하지 않으면, 제 1 정렬 검출기의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 센서정렬오차 측정 단계는, 구동 영점을 보정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 위치출력오차 측정 단계는, 측정된 오차값이 미리 설정된 기준을 기준값을 충족하는지를 판단하는 단계; 및 기준값이 충족되지 않으면 구동 영점을 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 일실시예에서는 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차를 4가지로 나누어서 분류하였으며, 각각의 허용치를 공학적으로 도출하였다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 정렬오차의 순서와 정렬오차 전후 시스템 조립과 최종성능확인 요소의 연계성을 확립할 수 있고, GPS/INS 출력오류, 시스템 제어기 오류 및 임무수행 중 구조 변형 요소를 제외한다면 정렬관련 오차요소가 모두 포함될 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 지향 정확도 오차를 논할 때 본 발명의 일실시예에서 다룬 정렬 개념이 우선적으로 검토되어야 하는데, 본 발명의 일실시예에 따른 정렬오차 분류와 오차 허용치 계산방법은 유사한 타 장비에서 정렬에 대한 개념정립에 활용될 수 있으며, 양산시에도 필수적인 과정으로 각종 무인기 등의 정밀한 정찰능력을 향상시킬 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정렬오차 허용치 산출을 위한 항공기 탑재용 촬영 장치(100)의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차를 하드웨어 기준으로 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정정렬의 순서를 시험 순서대로 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 흐름도에 도시된 영상센서간 정렬오차의 시험순서를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 도 3의 흐름도에 도시된 위치출력오차 허용치를 구하기 위해서 각 구성요소의 성능을 정리한 정보이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 탑재용 촬영 장치 정렬오차 허용치 산출방법을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차를 구체화하고 오차요소에 대한 허용치 산출방법에 관한 것이다. 이를 위해 영상센서간 정렬오차, 센서정렬오차, 위치출력오차, 장착정렬오차로 나누어서 각각의 허용치를 공학적으로 제시한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정렬오차 허용치 산출을 위한 항공기 탑재용 촬영 장치(100)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 항공기 탑재용 촬영 장치(100)는, 영상 데이터를 센싱하는 영상 센서부(120); 각 구성요소간 조립 후 정렬 상태를 감지하는 정렬 검출기(130); 내부 김발 시스템의 각을 검출하는 제 1 각 검출기(131); 외부 김발 시스템의 각을 검출하는 제 2 각 검출기(132); GPS/INS 정보를 센싱하는 GPS-INS(150); 이들 각 구성요소들과 데이터를 수신 및/또는 송신하여 영상 센서간 정렬오차, 센서 정렬 오차, 위치 출력 오차 및 장착 정렬 오차 등을 산출하는 전자 제어부(110); 및 전자 제어부(110)의 제어에 따라 김발의 위치를 변경하는 김발 구동부(140) 등을 포함하여 구성된다.
이를 위해, 전자 제어부(110)에는 구동 보정부(111)가 구성된다.
또한, 정렬 검출기(130)는, 영상 센서간 정렬을 검출하는 광학계 정렬 검출기(130-1), 영상 센서로 구성되는 카메라 조립체의 정렬을 검출하는 카메라 조립체 정렬 검출기(130-2), 및 GPS/INS(150)의 조립 정렬을 검출하는 GPS/INS 정렬 검출기(130-3) 등으로 구성된다.
일반적으로 항공기 탑재용 촬영 장치는 센서부와 전자부로 나누어지는데 센서부는 카메라부와 GPS/INS(150)로 구성되어 있다. 항공기 탑재용 촬영 장치의 GPS/INS(150)는 항공기 탑재용 촬영 장치 위에 별도의 탈부착 가능한 장비로 사용된다.
정렬오차는 영상센서 시선이 GPS/INS를 기반으로 표적을 지향하고자 할 때 초기 허용오차로 정의된다. 정렬오차의 허용치를 도출하기 위해서 GPS/INS, 각검출기(Resolver), 영상센서(EO/IR), 내??외부 김발(Gimbal)의 성능뿐만 아니라 장착시 기계적 공차요소 등도 고려된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 정렬오차를 4가지로 분류하고 시험순서와 각각에 대한 허용치를 정의한다. 즉, 정렬오차는 영상센서간 정렬오차, 센서정렬오차, 위치출력오차, 장착정렬오차 순서로 시험이 진행되어야 하며, 최종성능 시험이전에 각각의 오차요소에 대한 허용치를 산출하고 검증한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차를 하드웨어 기준으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 항공기 탑재용 촬영 장치의 하우징 조립체(200)와, 이 하우징 조립체(200) 내에 탑재 카메라 조립체(220)와, 이 탑재 카메라 조립체(220)를 내삽하는 쉬라우드 조립체(230) 등이 설치된다.
물론, 탑재 카메라 조립체(220)에는 영상 센서(210)인 EO(Electro Optical) 광학계(211) 및/또는 IR(Infrared) 광학계(212)를 포함하는 EO/IR 영상 센서(210)와 내부 김발 시스템(240)이 설치된다.
또한, 쉬라우드 조립체(230)에는 탑재 카메라 조립체(220)와, 외부 김발 시스템(250)이 설치된다.
도 2를 계속 참조하면, 영상센서간 정렬오차(201)는 EO와 IR 광학계(211,212)의 오차이며, 센서 정렬 오차(203)는 광학계 시선, 요크(260)의 축 중심선(내??외부 김발(240,250)이 요크(260)의 축과 정렬되었을 때)과의 오차이다.
위치 출력 오차(205)는 내??외부 김발 각검출기(131,132)의 장착 정밀도가 주요 오차요인이다.
장착 정렬 오차(207)는 GPS/INS(150)와 항공기 탑재용 촬영 장치의 물리적인 정렬을 의미한다.
내부 김발 시스템(240) 및 외부 김발 시스템(250)의 경우 센서와 모터, 베어링 등이 구성되어 각 축에서의 자세를 구동한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정정렬의 순서를 시험 순서대로 도시한 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 영상센서간 정렬오차 측정해서 허용범위를 넘어서면 광학계를 재정렬하며, 허용치를 만족하면 영상 센서부(120) 및 김발 시스템(도 2의 240,250)을 조립하게 된다(단계 S300,S310,S311,S320).
부연하면, 광학계 정렬 검출기(도 1의 130-1)를 이용하여 대 광학계(도 2의 211)와 IR 광학계(212)간 정렬이 기준을 충족하는 지를 판단하여 기준을 충족하면 카메라와 김발 시스템을 조립하고, 기준을 충족하지 않으면 다시 단계 S300 내지 S320이 반복 수행되는 과정이다.
이어서 센서정렬오차 시험을 수행하고, 구동영점을 소프트웨어적으로 보정하게 된다(단계 S340). 부연하면, 카메라 조립체 정렬 검출기(도 130-2)를 이용하여 조립된 광학계(211,212)의 시선, 요크(260)의 축 중심선과의 오차를 측정하고 측정된 오차에 따라 구동 영점을 보정하는 과정이다. 여기서 영점 보정은 설치시 하드웨어 자체가 가지고 있는 오차를 보정하는 것을 말한다.
센서정렬이 수행된 후 각 검출기(도 2의 131,132)를 이용하여 위치출력오차 측정을 하게 되며, 기준이 충족되지 않으면 소프트웨어적으로 보정을 진행하게 된다(단계 S350,S360,S370). 부연하면, 제 1 각 검출기(131) 및 제 2 각 검출기(132)의 장착 정밀도가 주요 오차 요인이 되므로, 이를 측정하여 보정하는 과정이다.
이후 위치출력오차 시험을 거치고 장착정렬오차를 측정하게 된다(단계 S3575). 부연하면
여기서, 영상센서간 정렬오차는 IR 광학계(도 2의 212)를 기준으로 EO 광학계(도 2의 211)의 시선중심의 벗어남을 구하는 것이다. 정렬 요구도는 각 센서의 FOV(Field Of View: 시야각) 차이를 이용하여 정의할 수 있다.
즉, IR 광학계 FOV와 EO 광학계 FOV를 빼준 값의 1/2로 정의 될 수 있는데, 다음 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112013037063018-pat00005

여기서, IR FOV는 IR 광학계 FOV(Field Of View)를 나타내고, EO FOV는 EO 광학계 FOV를 각각 나타낸다. 일반적으로 EO/IR 공통 광학계에서 EO FOV가 IR FOV보다 작은 경우가 대부분이다.
도 4는 도 3의 흐름도에 도시된 영상센서간 정렬오차의 시험순서를 나타낸 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 센서간 정렬 오차는 광학계 정렬 검출기(도 1의 130-1)가 '0˚'일 때 영상 센서부(도 1의 120)의 기구부 중심선과 영상 광학계(211,212)의 중심시선간의 오차로 정의된다.
도 4를 계속 참조하면, 영상 센서인 영상 광학계(211,212)를 단품으로 시험하고, 이들 영상 센서간 정렬 오차가 허용치 이내인지를 판단하여 허용치 이내이면 영상 센서간 정렬오차 시스템 시험을 진행하고, 허용치 이내가 아니면 광학계 정렬 검출기(130-1)의 위치를 보정한다(단계 S400,S410,S420).
이후, 영상 광학계(211,212)를 영상 센서 시스템으로 시험하여 허용치 이내이면 영상세서간 정렬을 완료하고, 허용치 밖이면 재조립 수준 정도인지를 판단하고, 재조립 수준이면 광학계 정렬 검출기(130-1)의 위치를 보정하고, 재조립 수준이 아니면 영상센서간 정렬 오차 시스템 시험을 수행한다(단계 S430,S440,S450,S460).
도 3을 계속 참조하여 설명하면, 센서정렬오차의 허용치는 서보기준 명령인가 및 추종 분해능의 한계치로 정할 수 있다. 즉, 센서정렬오차의 허용치는 구동명령 분해능이 작아지면 더욱 정밀하게 줄일 수 있다. 센서정렬오차 보정은 다음 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure 112013037063018-pat00006

여기서, σ는 오차각을 의미하고, n은 벗어난 픽셀수를 의미한다.
위 수학식 2는 EO FOV가 IR FOV보다 작을 경우이며, 반대로 EO FOV가 IR FOV보다 클 경우 IR FOV와 픽셀수를 이용하면 된다. 이를 수학식으로 나타내면 다음 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure 112013037063018-pat00007

여기서, σ는 오차각을 의미하고, n은 벗어난 픽셀수를 의미한다.
위치출력오차는 영상센서의 시선이 지향하는 실제위치(각도)와 김발 시스템(도 2의 240,250)에서 출력해내는 위치(각도)와의 차이값으로 정의된다. 센서정렬오차를 보정하고 나면 위치출력오차 시험을 수행하게 되는데, 위치출력오차의 허용치는 GPS/INS 출력오차, GPS/INS 장착오차, BSM(Back Scan Mechanism) 위치 정확도, 지향 정확도 목표치에 의해서 구할 수 있다.
도 5는 위치출력오차 허용치를 구하기 위해서 각 구성요소의 성능을 정리한 정보이다. GPS/INS의 출력오차는 일반적으로 제품 사양서에 나와 있으며, 제품의 성능은 거의 유사한 수준이다.
CEP(Circular Error Probability)는 대부분 10m 전후이며, roll/pitch 출력오차는 0.05˚ 수준이다. heading 출력오차는 roll오차의 2~5배 정도이다.
GPS/INS 장착오차는 장착면이 이루는 오차각을 기계적 공차 IT(International Tolerance) 등급6으로 가공시 공차를 바탕으로 계산할 수 있다.
BSM 위치 정확도는 EO 영상센서 FOV의 2~5% 수준에서 정해진다. 지향 정확도는 목표치의 항공기 탑재용 촬영 장치의 FOV 수준으로 요구되는 경우가 대부분이다. 이를 바탕으로 역으로 위치출력오차를 구하는 수학식 4는 다음과 같다.
[수학식 4]
Figure 112013037063018-pat00008
Figure 112013037063018-pat00009

롤(Roll), 피치(pitch) 구동범위를 이용하여 수학식 5와 같이
Figure 112013037063018-pat00010
대
Figure 112013037063018-pat00011
간 비율을 구할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112013037063018-pat00012

따라서, 위 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 위치출력오차의 허용치 (
Figure 112013037063018-pat00013
,
Figure 112013037063018-pat00014
)를 구할 수 있다.
장착정렬오차는 GPS/INS(도 2의 150)를 항공기 탑재용 촬영 장치의 하우징 조립체(도 2의 200)에 장착시 발생되는 오차각으로 정의된다. 공차규제는 IT 등급 6을 적용하는데, 주요가정으로 오차각은 GPS/INS와 외부김발(Shroud축)간의 차이이며, roll, pitch 방향으로만 오차가 발생할 경우 최대치로 가정한다. 2축에 의한 대각효과를 감안하면 수학식 6과 같이 구해진다.
[수학식 6]
Figure 112013037063018-pat00015
여기서, MRa는 Roll 방향 최대 장착정렬오차를, MPa는 Pitch 방향 최대 장착정렬오차를 각각 의미한다.
특히, 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차 허용치 산출방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 코드 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 기록될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관등의 전송 매체일 수도 있다.
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 본 발명의 일실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
100: 항공기 탑재용 촬영 장치
110: 전자 제어부
111: 구동 보정부
120: 영상 센서부
130: 정렬 검출기
131,132: 각 검출기
140: 김발 구동부
150: GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)
200: 하우징 조립체
211: EO(Electro Optical) 광학계
212: IR(Infrared) 광학계
220: 카메라 조립체
230: 쉬라우드 조립체
240: 내부 김발 시스템
250; 외부 김발 시스템
260: 요크

Claims (10)

  1. 복수의 광학계가 정렬 설치되는 영상 센서부;
    정렬 설치된 복수의 광학계에 따라 영상 센서간 정렬오차를 측정하는 제 1 정렬 검출기;
    상기 영상 센서부의 자세를 3축상으로 구동하도록 내부 및 외부에 요크의 축과 정렬 설치되는 복수의 김발 시스템;
    정렬 설치된 복수의 김발 시스템과 영상 센서부에 따라 상기 광학계의 시선 및 요크의 축 중심선과의 센서정렬오차를 측정하는 제 2 정렬 검출기;
    상기 광학계의 시선이 지향하는 실제위치와 상기 복수의 김발 시스템에서 출력해내는 위치와의 차이에 따른 위치출력오차를 측정하는 복수의 각 검출기;
    상기 영상 센서부상의 일측에 정렬 설치되는 GPS-INS(Global Positioning System-Inertial Navigation System);
    상기 GPS-INS와 요크의 축에 따른 장착정렬오차를 측정하는 제 3 정렬 검출기; 및
    상기 영상 센서간 정렬오차, 센서 정렬 오차, 위치 출력 오차, 및 장착 정렬 오차를 산출하여 상기 김발 시스템의 위치를 변경 제어하는 전자 제어부;를 포함하되,
    상기 복수의 광학계는, EO(Electro Optical) 광학계 및 IR(Infrared) 광학계를 가지며, 상기 영상센서간 정렬오차는 IR 광학계를 기준으로 EO 광학계의 시선중심의 벗어난 정도를 통하여 산출되는 것을 특징으로 하는 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상센서간 정렬오차는 다음식,
    Figure 112013037063018-pat00016
    (여기서, IR FOV는 IR 광학계 FOV(Field Of View)를 의미하고, EO FOV는 EO 광학계 FOV를 의미한다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 EO FOV가 IR FOV보다 작은 경우, 상기 센서정렬오차의 오차각은 다음식,
    Figure 112013037063018-pat00017
    에 의해 산출되고,
    상기 EO FOV가 IR FOV보다 큰 경우, 상기 센서정렬오차의 오차각은 다음식,
    Figure 112013037063018-pat00018
    (여기서, σ는 오차각을 의미하고, n은 벗어난 픽셀수를 의미한다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착정렬오차는 GPS-INS의 장착시 발생되는 오차각으로 정의되며, 상기 오차각은 GPS-INS와 상기 복수의 김발 시스템 중 외부김발 시스템간의 차이이며, 롤(roll), 피치(pitch) 방향으로만 오차가 발생할 경우 최대치로 가정하는 것을 특징으로 하는 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 장착정렬오차의 최대장착정렬오차는 다음식,
    Figure 112013037063018-pat00019
    (여기서, MRa는 Roll 방향 최대 장착정렬오차를, MPa는 Pitch 방향 최대 장착정렬오차를 각각 의미한다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치출력오차의 허용치는 GPS-INS 출력오차, GPS-INS 장착오차, BSM(Back Scan Mechanism) 위치 정확도 및 지향 정확도 목표치에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치.
  7. 정렬 설치된 복수의 광학계에 따라 영상 센서간 정렬오차를 측정하는 영상 센서간 정렬 오차 측정 단계;
    정렬 설치된 복수의 김발 시스템과 영상 센서부에 따라 상기 광학계의 시선 및 요크의 축 중심선과의 센서정렬오차를 측정하는 센서정렬오차 측정 단계;
    상기 광학계의 시선이 지향하는 실제위치와 상기 복수의 김발 시스템에서 출력해내는 위치와의 차이에 따른 위치출력오차를 측정하는 위치출력오차 측정 단계;
    요크의 축을 기준으로 GPS-INS가 상기 영상 센서부상의 일측에 정렬 설치됨에 따라 장착정렬오차를 측정하는 장착정렬오차 측정 단계; 및
    상기 영상 센서간 정렬오차, 센서 정렬 오차, 위치 출력 오차, 및 장착 정렬 오차를 산출하여 상기 김발 시스템의 위치를 변경 제어하는 변경 제어 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차 허용치 산출 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 영상 센서간 정렬 오차 측정 단계는, 측정된 정렬오차값이 미리 설정된 기준값을 충족하는 지를 판단하는 단계; 및
    충족하지 않으면, 제 1 정렬 검출기의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차 허용치 산출 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서정렬오차 측정 단계는, 구동 영점을 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차 허용치 산출 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 위치출력오차 측정 단계는, 측정된 오차값이 기준을 미리 설정된 기준값을 충족하는지를 판단하는 단계;
    기준값이 충족되지 않으면 구동 영점을 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재용 촬영 장치의 정렬오차 허용치 산출 방법.
KR1020130046673A 2013-04-26 2013-04-26 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치 및 이의 정렬오차 허용치 산출방법 KR101368846B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130046673A KR101368846B1 (ko) 2013-04-26 2013-04-26 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치 및 이의 정렬오차 허용치 산출방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130046673A KR101368846B1 (ko) 2013-04-26 2013-04-26 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치 및 이의 정렬오차 허용치 산출방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101368846B1 true KR101368846B1 (ko) 2014-03-05

Family

ID=50647231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130046673A KR101368846B1 (ko) 2013-04-26 2013-04-26 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치 및 이의 정렬오차 허용치 산출방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101368846B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101564298B1 (ko) 2014-03-06 2015-10-29 국방과학연구소 이중김벌 구조를 갖는 시선안정화장치의 기동성 향상을 위한 이중김벌 제어 장치 및 방법
KR20200052705A (ko) * 2018-11-07 2020-05-15 국방과학연구소 외란을 상쇄하는 시선 안정화 시스템
KR20220074388A (ko) * 2020-11-27 2022-06-03 한화시스템 주식회사 시선 안정화 제어 장치 및 제어 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101263745B1 (ko) 2011-12-12 2013-05-13 국방과학연구소 전자광학장비에 장착된 회전형 각검출기의 위치출력오차 추정방법
KR101282718B1 (ko) 2012-12-28 2013-07-05 한국항공우주연구원 선형배열 영상센서와 자세제어 센서 간의 절대 오정렬 보정방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101263745B1 (ko) 2011-12-12 2013-05-13 국방과학연구소 전자광학장비에 장착된 회전형 각검출기의 위치출력오차 추정방법
KR101282718B1 (ko) 2012-12-28 2013-07-05 한국항공우주연구원 선형배열 영상센서와 자세제어 센서 간의 절대 오정렬 보정방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101564298B1 (ko) 2014-03-06 2015-10-29 국방과학연구소 이중김벌 구조를 갖는 시선안정화장치의 기동성 향상을 위한 이중김벌 제어 장치 및 방법
KR20200052705A (ko) * 2018-11-07 2020-05-15 국방과학연구소 외란을 상쇄하는 시선 안정화 시스템
KR102128548B1 (ko) * 2018-11-07 2020-06-30 국방과학연구소 외란을 상쇄하는 시선 안정화 시스템
KR20220074388A (ko) * 2020-11-27 2022-06-03 한화시스템 주식회사 시선 안정화 제어 장치 및 제어 방법
KR102419020B1 (ko) 2020-11-27 2022-07-08 한화시스템 주식회사 시선 안정화 제어 장치 및 제어 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10928838B2 (en) Method and device of determining position of target, tracking device and tracking system
US9188979B2 (en) Method and system for remotely controlling a vehicle
RU2440594C2 (ru) Способ и устройство для обеспечения пространственной стабильности многоэлементных конструкций при сборке
CN108731673B (zh) 机器人自主导航定位方法及系统
EP2256517B1 (en) INS based GPS carrier phase cycle slip detection and repairing
Gašparović et al. Two-step camera calibration method developed for micro UAV's
US10417520B2 (en) Method and system for automatically detecting a misalignment during operation of a monitoring sensor of an aircraft
KR101368846B1 (ko) 정렬오차 허용치 산출 항공기 탑재용 촬영 장치 및 이의 정렬오차 허용치 산출방법
KR101107219B1 (ko) 비행체의 항법 방법 및 이를 이용한 관성항법장치 필터 및 항법 시스템
EP2933603A1 (en) Navigation based on at least one sensor and a 3d map
US20190304103A1 (en) Position measuring method, position measuring apparatus, and position measuring system
US11543539B2 (en) Aircraft flight control apparatus, aircraft flight controlling method, and non-transitory storage medium
Eling et al. Development of an RTK-GPS system for precise real-time positioning of lightweight UAVs
CN108873031B (zh) 一种2自由度吊舱的外参标定优化方法
CN104535078A (zh) 一种基于标志点的光电设备对飞行目标的测量方法
CN111982179B (zh) 异常检测设备、异常检测方法以及计算机可读介质
US20220244407A1 (en) Method for Generating a Three-Dimensional Environment Model Using GNSS Measurements
Skaloud et al. Mapping with MAV: experimental study on the contribution of absolute and relative aerial position control
CN106885567B (zh) 一种惯导协作定位方法及定位设备
Zhao et al. Distributed filtering-based autonomous navigation system of UAV
CN105675013A (zh) 民用飞机惯导动态校准方法
Yomchinda A method of multirate sensor fusion for target tracking and localization using extended Kalman filter
Ata Inertial-navıgation-system aiding by combining data link and seeker measurements
Vezinet et al. Video integration in a GNSS/INS hybridization architecture for approach and landing
Bender et al. Ins-camera calibration without ground control points

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170201

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180105

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190207

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200204

Year of fee payment: 7