KR101519431B1 - 방위각 제공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방위각 제공 장치에 관한 것으로서, 임의의 각도로 회전한 자이로 센서에 의하여 감지된 각속도와 회전된 각도를 이용하여 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 방위각 제공 장치는 본체에 가해진 각속도를 감지하는 각속도 센서와, 상기 각속도 센서를 임의의 각도만큼 회전시키는 구동부 및 상기 감지된 각속도 및 상기 각도를 이용하여 상기 각속도 센서가 향하고 있는 방위각을 산출하는 방위각 산출부를 포함한다.

Description

방위각 제공 장치{Azimuth providing apparatus}
본 발명은 방위각 제공 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 임의의 각도로 회전한 자이로 센서에 의하여 감지된 각속도와 회전된 각도를 이용하여 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치에 관한 것이다.
방위각은 진북 또는 자북을 기준으로 형성된 각도를 의미하는 것으로서, 나침반 또는 지자기 센서를 이용하여 산출될 수 있다.
그러나, 나침반 및 지자기 센서는 지구에 의한 자기력을 이용하는 것이기 때문에 주변에 자기력을 발생시키는 것이 있다면 그 신뢰도가 저하될 수밖에 없다.
또한, GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 수신된 GPS 신호를 이용하여 관측자가 이동하고 있는 방향 및 방위각을 알 수도 있지만, GPS 신호를 이용한 방법은 시간차를 두고 이동하면서 수신된 GPS 신호를 이용하는 것이기 때문에 만일 관측자가 이동하지 않는 경우에는 이동 방향 및 방위각을 알 수 없게 된다.
따라서, 주변 자기력의 영향을 받지 않고 정지한 상황에서 방위각을 산출할 수 있는 발명의 등장이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-00269027호 (2000.07.18)
본 발명은 임의의 각도로 회전한 자이로 센서에 의하여 감지된 각속도와 회전된 각도를 이용하여 방위각을 산출하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 방위각 제공 장치는 본체에 가해진 각속도를 감지하는 각속도 센서와, 상기 각속도 센서를 임의의 각도만큼 회전시키는 구동부 및 상기 감지된 각속도 및 상기 각도를 이용하여 상기 각속도 센서가 향하고 있는 방위각을 산출하는 방위각 산출부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방위각 제공 장치는 본체에 가해진 각속도를 감지하는 각속도 센서와, 상기 각속도 센서가 회전한 각도를 감지하는 각도 센서 및 상기 감지된 각속도 및 상기 각도를 이용하여 상기 각속도 센서가 향하고 있는 방위각을 산출하는 방위각 산출부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 방위각 제공 장치에 따르면 임의의 각도로 회전한 자이로 센서에 의하여 감지된 각속도와 회전된 각도를 이용하여 방위각을 산출하기 때문에 주변 자기력에 영향을 받지 않으며 정지 상황에서도 방위각을 산출할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 저성능의 자이로 센서를 이용하여도 방위각을 산출할 수 있기 때문에 저렴한 비용으로 구현할 수 있는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각속도 센서가 회전하는 것을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방위각 제공 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3 내지 도 4는 적도에서 감지되는 지구 자전 각속도와 특정 위도에서 감지되는 각속도간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전판의 자세가 유도되는 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 특정 위도에서의 각속도와 도 5에 도시된 회전판의 자세를 조합한 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 결과에 따른 회전판의 자세에서 감지되는 각속도에 대한 방정식을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 도 7의 각속도 방정식을 이용하여 방위각을 산출하는 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전판의 자세가 유도되는 것을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 4에 도시된 특정 위도에서의 각속도와 도 9에 도시된 회전판의 자세를 조합한 것을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각속도 센서가 회전하는 것을 나타낸 도면이다.
각속도 센서(210)는 본체에 구비되어 있는데, 본체의 움직임에 따라 형성된 각속도를 감지하는 역할을 수행한다. 여기서, 각속도 센서(210)에 의하여 감지되는 각속도에는 본체에 가해진 각속도뿐만 아니라 지구 자전 각속도 성분도 포함되어 있다.
즉, 본체가 움직이지 않고 있는 상태에서도 각속도 센서(210)는 지구 자전 각속도를 감지하고 있는 것이다.
여기서, 감지되는 지구 자전 각속도는 위도에 따라 달라지고 각속도 센서(210)의 자세에 따라 달라지는데, 이를 이용하면 각속도 센서(210)가 향하는 방향 즉 본체의 방위각을 알 수 있게 된다.
그러나, 지구 자전 각속도를 감지하기 위해서는 각속도 센서가 매우 정밀하여야 하는데, 방위각을 산출하기 위하여 그러한 각속도 센서를 사용하기에는 너무 많은 비용이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방위각 제공 장치(200)는 각속도 센서(210)에 의한 감지 결과에 포함되어 있는 오차를 보상하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 회전판(100)에 각속도 센서(210)를 배치시켜 각속도 센서(210)에 의하여 감지된 각속도와 회전판(100)에 의하여 회전한 각도를 조합하여 오차를 제거한다.
오차가 제거되는 것에 대한 자세한 설명은 도 7 내지 도 8을 통하여 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방위각 제공 장치를 나타낸 블록도로서, 방위각 제공 장치(200)는 각속도 센서(210), 구동부(220), 저장부(230), 제어부(240), 입력부(250), 각도 센서(260), 방위각 산출부(270) 및 기울임 센서(280)를 포함하여 구성된다.
각속도 센서(210)는 본체에 가해진 각속도를 감지하는 역할을 수행한다. 본체가 회전을 하게 되면 그에 따라 각속도가 형성되는데, 각속도 센서(210)는 이를 감지하는 것이다.
한편, 전술한 바와 같이 본체가 움직이지 않고 있는 상태에서도 본체는 지구 자전의 영향으로 회전하고 있는 것으로 이해될 수 있는데, 이에 따라 각속도 센서(210)에 의하여 감지되는 각속도에는 지구 자전 각속도 성분이 포함되어 있는 것으로 이해될 수 있다.
구동부(220)는 각속도 센서(210)를 임의의 각도만큼 회전시키는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 구동부(220)는 전술한 회전판(100)을 포함하여 구성될 수 있으나 각속도 센서(210)가 부착되는 수단의 형태는 회전판(100)에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 구현될 수 있다.
구동부(220)에 의하여 회전하는 각도는 사전에 결정된 것일 수 있다. 예를 들어, 사전에 30도의 각도로 설정되어 있다면, 구동부(220)는 30도만큼만 각속도 센서(210)를 회전시키는 것이다.
따라서, 구동부(220)는 특정 각도만큼의 회전을 제어할 수 있는 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
저장부(230)는 사전에 설정된 각도(이하, 설정 각도라 한다)를 저장하는 역할을 수행한다. 구동부(220)는 저장부(230)에 저장된 설정 각도를 추출하여 그만큼 각속도 센서(210)를 회전시키는 것이다. 또한, 저장부(230)는 위도를 저장할 수 있는데, 위도는 입력부(250)를 통하여 입력된 것일 수 있다.
또한, 저장부(230)는 각속도 센서(210), 각도 센서(260) 및 방위각 산출부(270)에 의하여 산출된 값을 임시 또는 영구적으로 저장하는 역할을 수행한다.
각도 센서(260)는 각속도 센서(210)가 회전한 각도를 감지하는 역할을 수행한다. 저장부(230)에 설정 각도가 저장되어 있지 않거나 구동부(220)가 임의의 각도만큼 회전하는 기능이 구비되어 있지 않는 경우, 또는 구동부(220) 자체가 방위각 제공 장치(200)에 구비되어 있지 않는 경우 각속도 센서(210)의 회전 각도를 판단하기 위하여 각도 센서(260)가 구비될 수 있는 것이다.
따라서, 구동부(220) 및 각도 센서(260)는 모두 방위각 제공 장치(200)에 구비되어 있을 수 있는 한편, 둘 중 하나만이 방위각 제공 장치(200)에 구비되어 있을 수도 있다.
입력부(250)는 사용자 명령을 입력받는 역할을 수행한다. 사용자 명령은 설정 각도 입력 명령, 위도 입력 명령, 각도 센서(260)의 동작 개시 명령 및 방위각 산출부(270)의 동작 개시 명령 중 적어도 하나를 포함한다.
설정 각도 입력 명령에는 전술한 설정 각도가 포함되어 있는데, 전술한 바와 같이 이는 구동부(220)에 의하여 이용되는 것으로서 저장부(230)에 저장된다.
위도 입력 명령에는 위도가 포함되어 있는데, 사용자는 입력부(250)를 통하여 자신이 위치하고 있는 지점의 위도를 입력할 수 있다. 한편, 방위각 제공 장치(200)에 GPS(Global Positioning System) 수신기와 같이 위도를 판단할 수 있는 수단이 구비되어 있는 경우 사용자에 의한 위도 입력은 생략될 수 있다.
각도 센서(260)의 동작 개시 명령은 각도 센서(260)로 하여금 각속도 센서(210)의 회전 각도를 판단하라는 명령으로서, 각도 센서(260)는 동작 개시 명령이 입력될 때까지 어떠한 동작도 없이 대기하고 있다가 동작 개시 명령이 입력되면 그 순간부터 회전한 각속도 센서(210)의 각도를 감지한다.
즉, 사용자는 각도 센서(260)의 동작 개시 명령을 입력한 이후에 본체에 움직임을 가하여 회전시켜 각속도 센서(210)를 회전시킬 수 있는 것으로서, 각도 센서(260)는 이 때 회전한 각도를 감지하는 것이다.
방위각 산출부(270)의 동작 개시 명령은 방위각 산출부(270)로 하여금 방위각을 산출하라는 명령으로서, 방위각 산출부(270)는 동작 개시 명령이 입력될 때까지 어떠한 동작도 없이 대기하고 있다가 동작 개시 명령이 입력되면 방위각 산출을 위한 동작을 수행한다.
예를 들어, 방위각 산출부(270)는 각속도 센서(210), 저장부(230), 구동부(220), 각도 센서(260)로부터 전달받은 데이터를 이용하여 방위각을 산출하는 것이다.
또한, 방위각 산출부(270)는 동작 개시 명령이 입력된 이후에 각속도 센서(210)로 제어 명령을 전달할 수 있는데, 각속도 센서(210)는 제어 명령을 전달받은 시점의 각속도를 감지하여 방위각 산출부(270)로 전달할 수 있다.
또한, 방위각 산출부(270)는 동작 개시 명령이 입력된 이후에 구동부(220)로 제어 명령을 전달하고, 구동부(220)는 제어 명령을 전달받은 시점에 각속도 센서(210)를 회전시킬 수 있다. 이 때, 방위각 산출부(270)는 저장부(230)에 저장된 설정 각도를 추출하여 방위각 산출에 이용할 수 있다.
한편, 저장부(230)에 설정 각도가 저장되어 있지 않거나 구동부(220) 자체가 구비되어 있지 않는 경우, 방위각 산출부(270)는 각도 센서(260)로부터 전달받은 각도를 이용하여 방위각을 산출할 수도 있다.
이와 같이, 방위각 산출부(270)는 각속도 센서(210)에 의하여 감지된 각속도 및 각속도 센서(210)의 회전 각도를 이용하여 각속도 센서(210)가 향하고 있는 방위각을 산출하는 역할을 수행한다. 한편, 각속도 센서(210)는 적어도 둘 이상의 세부 각속도 센서(미도시)를 포함할 수 있는데, 방위각 산출부(270)는 복수의 세부 각속도 센서에 의하여 감지된 적어도 둘 이상의 각속도의 평균 또는 칼만 필터 등의 추정 기법을 이용하여 방위각을 산출할 수 있다. 또는, 일정 시간 동안 하나의 세부 각속도 센서에 의하여 감지된 적어도 둘 이상의 각속도의 평균 또는 칼만 필터 등의 추정 기법을 이용하여 방위각을 산출할 수도 있다. 여기서, 세부 각속도 센서는 서로 다른 축에 대한 각속도를 감지하는 것일 수 있다.
이 때, 방위각을 산출함에 있어서 방위각 산출부(270)는 감지된 각속도 중 X 축 각속도 및 Y 축 각속도 중 적어도 하나와 회전 각도를 이용할 수 있다. 즉, X 축 각속도와 회전 각도를 이용하거나 Y 축 각속도와 회전 각도를 이용하여 방위각을 산출할 수 있는 것이다.
또한, 방위각 산출부(270)는 방위각 산출을 위하여 본체가 위치하고 있는 지점의 위도 및 지구 자전 각속도를 이용할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 3 내지 도 6을 통하여 후술하기로 한다.
또한, 방위각 산출부(270)는 회전하기 직전에 감지된 각속도와 회전 이후에 감지된 각속도 성분의 차이를 이용하여 방위각을 산출할 수 있다. 이는 각속도 센서(210)에 의하여 감지되는 각속도에 오류가 반영되어 있기 때문으로서, 이에 대한 자세한 설명은 도 7 내지 도 8을 통하여 후술하기로 한다. 한편, 회전 이후에 감지된 각속도 성분은 각속도 센서가 정지된 상태에서 감지된 각속도 성분이거나 각속도 센서의 회전이 진행 중에 감지된 각속도 성분일 수 있다.
또한, 방위각 산출부(270)는 본체가 지표면에 대하여 기울어진 각도를 참조하여 방위각을 산출할 수 있다. 이를 위하여, 방위각 제공 장치(200)는 기울임 센서(280)와 같이 본체의 기울임 정도를 측정할 수 있는 수단이 구비될 수 있다.
제어부(240)는 각속도 센서(210), 구동부(220), 저장부(230), 입력부(250), 각도 센서(260) 및 방위각 산출부(270)에 대한 전반적인 제어를 수행하며, 각 모듈간 송수신되는 데이터를 중계하는 역할을 수행한다.
도 3 내지 도 4는 적도에서 감지되는 지구 자전 각속도와 특정 위도에서 감지되는 각속도간의 관계를 나타낸 도면으로서, 극과 적도를 연결하는 경도선(320)상에 존재하는 P 지점(330)에서의 각속도를 나타낸 도면이다.
각속도는 3차원 축 방향 모두에서 존재한다. 즉, 도 3에서 적도의 위치 중 경도선(320)상에 존재하는 지점인 T 지점(350)에서는 지구의 자전축인 Z 축과 평행한 N 방향으로의 각속도(이하, N 방향 각속도라 한다), 해당 T 지점(350)을 포함하는 위도선의 법선인 E 방향으로의 각속도(이하, E 방향 각속도라 한다) 및 지구 중심을 향하는 D 방향으로의 각속도(이하, D 방향 각속도라 한다)가 존재하는 것이다.
그런데, T 지점(350)에서 지구 자전의 영향을 받는 것은 N 방향 각속도뿐이며, E 방향 각속도 및 D 방향 각속도는 지구 자전의 영향을 받지 않기 때문에 그 값은 0이 된다.
따라서, T 지점(350)에서 N 방향 각속도는 지구 자전 각속도 Ω(310)가 된다.
한편, 경도선(320)상에서 위도 L(340)에 위치하고 있는 P 지점(330)에서의 각속도를 판단하기 위하여 N 방향 각속도, E 방향 각속도 및 D 방향 각속도를 고려할 수 있는데, P 지점(330)에서 지구 자전의 영향을 받는 것은 N 방향 각속도와 D 방향 각속도이고, E 방향 각속도는 지구 자전의 영향을 받지 않기 때문에 그 값은 0이 된다.
도 4는 N 방향 각속도 ωN, E 방향 각속도 ωE 와 D 방향 각속도 ωD가 유도되는 수학식(이하, 각속도 수학식이라 한다)(400)을 나타내고 있다.
즉, P 지점(330)에서 감지되는 각속도는 N 방향 각속도와 D 방향 각속도의 조합으로 구성되는 것으로서, N 방향 각속도, E 방향 각속도 및 D 방향 각속도는 지구 자전 각속도(310)와 위도(340)에 의하여 그 값이 결정된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전판의 자세가 유도되는 것을 나타낸 도면이다.
물체의 자세는 진행 방향을 기준 축으로 하는 롤(roll)(530), 진행 방향에 대하여 수직이고 지표면에 대하여 평행한 방향을 기준 축으로 하는 피치(pitch)(520) 및 진행 방향에 대하여 수직이고 지표면에 대하여 수직인 방향을 기준 축으로 하는 요(yaw)(510)를 이용하여 정의될 수 있다.
본 발명에서 회전판(100)은 지표면에 대하여 수직이거나 약간 경사진 방향을 기준 축으로 회전할 수 있는데, 우선은 수직인 방향을 기준 축으로 회전하는 것을 가정하기로 한다. 즉, 회전판(100)의 자세(500)는 요(yaw)(510)에 의하여만 영향을 받으며, 롤(roll)(530) 및 피치(pitch)(520)의 영향은 받지 않는 것이다.
이와 같이, 회전판(100)이 요(yaw)(510) 및 롤(roll)(530)의 기준 축으로는 회전하지 않는 것을 가정하기 때문에 그 값은 0이 되고, 그 결과 본 발명의 회전판(100)의 자세(500)가 유도될 수 있게 된다.
이렇게 유도된 회전판(100)의 자세(500)를 도 4에서 산출된 P 지점(330)에서의 각속도 수학식(400)에 적용하면, 도 6에 도시된 바와 같이 회전판(100)의 자세에 따라 감지되는 각속도(600)를 알 수 있게 된다.
그런데, 회전판(100)의 자세에 따라 각속도 센서(210)에 의하여 측정된 값(600)은 X 축 각속도(610), Y 축 각속도(620) 및 Z 축 각속도(630)를 모두 포함하고 있는데, 방위각의 산출에는 X 축 각속도(610) 및 Y 축 각속도(620) 중 적어도 하나가 이용된다.
결국, 회전판(100)의 자세에 따라 각속도가 각속도 센서(210)에 의하여 감지되고, 이것이 이용되어 방위각이 산출된다.
도 7은 도 6의 결과에 의해 임의의 방위각을 가진 회전판에서 감지되는 각속도 센서의 X 축에 대한 측정 값을 나타낸 도면이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 각속도 센서(210)는 고가의 고정밀 센서가 아니라 저가의 저정밀 센서이다. 따라서, 본 발명의 각속도 센서(210)는 어느 정도의 오차를 가지고 있는 것으로 가정한다. 따라서, 도 7의 각속도 방정식(700)은 각속도 센서(210)의 오차(710)가 반영된 것을 나타내고 있다.
결국, 도 7에서 각속도 센서(210)의 측정 값, 지구 자전 각속도 및 위도는 이미 알고 있는 값이고, 방위각 및 센서의 오차(710)가 미지수이기 때문에 서로 다른 방위각을 갖는 2개의 방정식을 이용하여 방위각 및 센서의 오차(710)를 모두 산출할 수 있게 된다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이 회전판(100)을 α(800)만큼 회전시켜 각속도 센서(210)를 회전시키게 되면 서로 다른 2개의 방정식(810, 820)이 유도되는데, 회전 이전의 각속도 방정식(810)과 회전 이후의 각속도 방정식(820)을 조합하면, 방위각과 센서의 오차를 모두 산출할 수 있게 되는 것이다.
이를 다시 설명하면, 방위각 산출부(270)는 각속도 센서(210)에 의하여 감지된 각속도, 지구 자전 각속도, 본체가 위치하고 있는 위도, 각속도 센서(210)의 제 1 회전 이전 방위각 및 각속도 센서(210)의 제 1 오차로 구성된 수학식 1(810)과 각속도 센서(210)에 의하여 감지된 각속도, 지구 자전 각속도, 본체가 위치하고 있는 위도, 각속도 센서(210)의 제 1 회전 이후 방위각 및 각속도 센서(210)의 제 1 오차로 구성된 수학식 2(820)를 이용하여 방위각을 산출하는데, 제 1 회전 이전 방위각, 제 1 회전 이후 방위각 및 각속도 센서(210)의 제 1 오차는 미지수인 것으로 이해될 수 있다.
본 발명에서 회전 이전에는 각속도 센서가 정지되어 있는 것으로 이해될 수 있으나, 회전 이후에는 각속도 센서가 정지되어 있는 것일 수 있으며 회전 중에 있는 것일 수도 있다. 예를 들어, 도 8에서 회전 이전의 각속도 방정식(810)은 각속도 센서가 정지된 상태에서 유도된 방정식일 수 있으나, 회전 이후의 각속도 방정식(820)은 회전이 완료된 이후 정지된 상태뿐만 아니라 회전이 진행 중인 상태에서 유도된 방정식일 수 있는 것이다.
만일, 회전이 진행 중인 경우에 회전 이후의 각속도 방정식(820)이 유도되는 경우 해당 방정식(820)에는 각속도 센서의 자체 각속도가 반영될 수 있다.
결국, 하나의 회전 이전의 각속도 방정식(810)을 기준으로 복수의 회전 이후의 각속도 방정식(820)이 순차적으로 이용되어 방위각이 산출되기 때문에 회전 이전의 지점을 기준으로 회전하면서 실시간으로 방위각을 산출하는 것이 가능해진다.
한편, 위도 또한 미지수인 경우 방위각 산출부(270)는 각속도 센서(210)의 또 다른 회전에 의하여 유도된 수학식 3(미도시)을 전술한 수학식 1 및 수학식 2에 적용하여 방위각을 산출할 수 있다. 즉, 제 1 회전 이전 방위각, 위도 및 제 1 오차가 미지수인 경우 2회의 회전을 통하여 수학식 1, 2, 3을 유도하고, 이를 통하여 방위각이 산출될 수 있는 것이다.
여기서, 수학식 3은 각속도 센서(210)에 의하여 감지된 각속도, 지구 자전 각속도, 본체가 위치하고 있는 위도, 각속도 센서의 제 2 회전 이후 방위각 및 각속도 센서(210)의 제 1 오차로 구성된다.
한편, 본원발명에 따르면 환산계수(scale factor) 및 편류 바이어스(drift bias)가 오차 성분에 포함될 수 있다. 예를 들어 오차는 환산계수인 제 1 오차와 편류 바이어스인 제 2 오차로 구성될 수 있는 것이다.
따라서, 만일 서로 다른 복수의 오차 성분으로 오차가 구성되는 경우 그 수에 따라 유도되는 수학식의 수가 달라질 수 있다. 즉, 제 1 오차가 환산계수이고, 제 2 오차가 편류 바이어스인 경우 3회의 회전을 통하여 4개의 수학식이 유도되고 이를 통하여 방위각이 산출될 수 있는 것이다.
도 7 및 도 8은 X 축 각속도가 이용되어 방위각이 산출되는 것을 도시하고 있으나, 전술한 바와 같이 Y 축 각속도가 이용되어 방위각이 산출될 수도 있다. Y 축 각속도를 이용하여 방위각을 산출하는 과정은 X 축 각속도를 이용하여 방위각을 산출하는 과정과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, X 축 각속도 및 Y 축 각속도가 모두 이용되는 경우 감지된 각속도의 평균 또는 칼만 필터 등의 추정 기법이 이용되어 방위각이 산출될 수 있음은 전술한 바와 같다.
이상은 회전판(100)이 지표면에 대하여 수직인 방향을 기준 축으로 회전한 것을 가정하여 설명하였으나, 회전판(100)이 지표면에 대하여 경사진 방향을 기준 축으로 회전하는 경우에도 방위각이 산출될 수 있다.
방위각을 산출하는 시점에서 지표면에 대하여 기울어진 각도 즉, 롤(530) 및 피치(520)의 정도를 알고 있다면 방위각이 산출될 수 있는 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전판의 자세가 유도되는 것을 나타낸 도면으로서, 요(510)뿐만 아니라 롤(530) 및 피치(520)가 "0"이 아닌 경우의 자세(900)를 나타내고 있다.
그리고, 도 10은 도 9의 자세(900)에 따라 감지되는 각속도를 나타낸 도면으로서, 각속도 센서(210)에 의하여 측정된 값(1000)은 X 축 각속도(1010), Y 축 각속도(1020) 및 Z 축 각속도(1030)를 모두 포함하고 있는데, 방위각의 산출에는 X 축 각속도(1010) 및 Y 축 각속도(1020) 중 적어도 하나가 이용된다.
회전판(100)이 지표면에 대하여 수직인 경우와 마찬가지로, 회전판(100)의 자세에 따라 각속도가 각속도 센서(210)에 의하여 감지되고, 이것이 이용되어 방위각이 산출되는 것이다. 이에 대한 자세한 설명은 전술하였으므로 여기서는 생략하기로 한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
210: 각속도 센서 220: 구동부
230: 저장부 240: 제어부
250: 입력부 260: 각도 센서
270: 방위각 산출부 280: 기울임 센서

Claims (22)

  1. 각속도를 감지하는 각속도 센서;
    상기 각속도 센서를 임의의 각도만큼 자세를 변화시키는 구동부; 및
    상기 각속도 센서에 의하여 감지된 각속도, 상기 각도 및 지구 자전 각속도를 이용하여 상기 각속도 센서가 향하고 있는 방위각을 산출하는 방위각 산출부를 포함하는 방위각 제공 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 각속도 센서의 회전축과 다른 임의의 축의 각속도 중 적어도 하나와 상기 변화된 자세에 따른 각도 성분을 이용하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 감지된 각속도 성분, 상기 변화된 자세에 따른 각도 성분, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 지점의 위도 및 상기 지구 자전 각속도를 이용하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 각속도 센서의 자세가 변화되기 직전에 감지된 각속도 성분과 상기 각속도 센서의 자세가 변화된 이후에 감지된 각속도 성분의 차이를 이용하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 각속도 센서의 자세가 변화된 이후에 감지된 각속도 성분은 상기 각속도 센서가 정지된 상태에서 감지된 각속도 성분이거나 상기 각속도 센서의 자세 변화가 진행 중에 감지된 각속도 성분인 방위각 제공 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 감지된 적어도 둘 이상의 각속도의 평균 또는 추정 기법을 이용하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 각속도 센서는 적어도 둘 이상의 세부 각속도 센서를 포함하는데, 각 세부 각속도 센서는 서로 다른 축에 대한 각속도를 감지하는 방위각 제공 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 각속도 센서가 지표면에 대하여 기울어진 각도를 참조하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 감지된 각속도, 상기 지구 자전 각속도, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 위도, 상기 각속도 센서의 제 1 회전 이전 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 1 오차로 구성된 수학식 1과 상기 감지된 각속도, 상기 지구 자전 각속도, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 위도, 상기 각속도 센서의 제 1 회전 이후 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 1 오차로 구성된 수학식 2를 이용하여 상기 방위각을 산출하는데,
    상기 제 1 회전 이전 방위각, 상기 제 1 회전 이후 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 1 오차는 미지수인 방위각 제공 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 위도가 미지수인 경우 상기 방위각 산출부는 상기 각속도 센서의 또 다른 회전에 의하여 유도된 수학식 3을 상기 수학식 1 및 수학식 2에 적용하여 상기 방위각을 산출하는데,
    상기 수학식 3은 상기 감지된 각속도, 상기 지구 자전 각속도, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 위도, 상기 각속도 센서의 제 2 회전 이후 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 2 오차로 구성되는 방위각 제공 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 오차 또는 상기 제 2 오차는 환산계수 및 편류 바이어스 중 적어도 하나를 포함하는 방위각 제공 장치.
  12. 각속도를 감지하는 각속도 센서;
    상기 각속도 센서의 자세 변화에 따른 각도를 감지하는 각도 센서; 및
    상기 각속도 센서에 의하여 감지된 각속도, 상기 각도 및 지구 자전 각속도를 이용하여 상기 각속도 센서가 향하고 있는 방위각을 산출하는 방위각 산출부를 포함하는 방위각 제공 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 각속도 센서의 회전축과 다른 임의의 축의 각속도 중 적어도 하나와 상기 자세 변화에 따른 각도 성분을 이용하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 감지된 각속도 성분, 상기 자세 변화에 따른 각도 성분, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 지점의 위도 및 상기 지구 자전 각속도를 이용하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 각속도 센서의 자세 변화 직전에 감지된 각속도 성분과 상기 각속도 센서의 자세 변화 이후에 감지된 각속도 성분의 차이를 이용하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 각속도 센서의 자세 변화 이후에 감지된 각속도 성분은 상기 각속도 센서가 정지된 상태에서 감지된 각속도 성분이거나 상기 각속도 센서의 자세 변화가 진행 중에 감지된 각속도 성분인 방위각 제공 장치.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 감지된 적어도 둘 이상의 각속도의 평균 또는 추정 기법을 이용하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 각속도 센서는 적어도 둘 이상의 세부 각속도 센서를 포함하는데, 각 세부 각속도 센서는 서로 다른 축에 대한 각속도를 감지하는 방위각 제공 장치.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 각속도 센서가 지표면에 대하여 기울어진 각도를 참조하여 상기 방위각을 산출하는 방위각 제공 장치.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 방위각 산출부는 상기 감지된 각속도, 상기 지구 자전 각속도, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 위도, 상기 각속도 센서의 제 1 회전 이전 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 1 오차로 구성된 수학식 1과 상기 감지된 각속도, 상기 지구 자전 각속도, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 위도, 상기 각속도 센서의 제 1 회전 이후 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 1 오차로 구성된 수학식 2를 이용하여 상기 방위각을 산출하는데,
    상기 제 1 회전 이전 방위각, 상기 제 1 회전 이후 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 1 오차는 미지수인 방위각 제공 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 위도가 미지수인 경우 상기 방위각 산출부는 상기 각속도 센서의 또 다른 회전에 의하여 유도된 수학식 3 및 수학식 4를 상기 수학식 1 및 수학식 2에 적용하여 상기 방위각을 산출하는데,
    상기 수학식 3은 상기 감지된 각속도, 지구 자전 각속도, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 위도, 상기 각속도 센서의 제 2 회전 이전 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 2 오차로 구성되고,
    상기 수학식 4는 상기 감지된 각속도, 지구 자전 각속도, 상기 각속도 센서가 위치하고 있는 위도, 상기 각속도 센서의 제 2 회전 이후 방위각 및 상기 각속도 센서의 제 2 오차로 구성되는 방위각 제공 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제 1 오차 또는 상기 제 2 오차는 환산계수 및 편류 바이어스 중 적어도 하나를 포함하는 방위각 제공 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7245119B2 (ja) * 2019-06-06 2023-03-23 日立建機株式会社 建設機械

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000142581A (ja) * 1998-11-04 2000-05-23 Yokogawa Denshikiki Co Ltd ジャイロコンパス
JP4890660B2 (ja) * 2009-03-10 2012-03-07 アルプス電気株式会社 地磁気検知装置
KR101213975B1 (ko) * 2010-11-05 2012-12-20 국방과학연구소 비행 중 정렬 장치 및 그 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4559713A (en) * 1982-02-24 1985-12-24 Applied Technologies Associates Azimuth determination for vector sensor tools
CN1084635A (zh) * 1993-10-22 1994-03-30 清华大学 自动找北仪的监控方法及自动找北仪
JPH0843103A (ja) * 1994-08-01 1996-02-16 Akai Electric Co Ltd 角速度センサの感度測定装置
CN101216313A (zh) * 2007-12-27 2008-07-09 浙江大学 基于光纤陀螺的多位置寻北方法
CN102207386A (zh) * 2011-03-07 2011-10-05 东南大学 基于方位效应误差补偿的寻北方法
CN102519448A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 浙江大学 一种基于光纤陀螺的快速寻北方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000142581A (ja) * 1998-11-04 2000-05-23 Yokogawa Denshikiki Co Ltd ジャイロコンパス
JP4890660B2 (ja) * 2009-03-10 2012-03-07 アルプス電気株式会社 地磁気検知装置
KR101213975B1 (ko) * 2010-11-05 2012-12-20 국방과학연구소 비행 중 정렬 장치 및 그 방법

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