KR101858350B1 - 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치 - Google Patents

천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치 Download PDF

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Abstract

천체를 관측하는 것을 이용하여 관측자의 방위와 수평을 정확하게 측정할 수 있도록 한 천측을 이용한 정밀방위 측정장치에 관한 것으로, GPS신호를 이용하여 관측자의 현재 위치와 시각 정보를 획득하거나 수동으로 위치 및 시각을 입력받는 위치/시각 입력모듈; 수평을 유지하고, 관측장치의 기울어진 방향을 측정하는 수평 기구부; 상기 수평 기구부상에 올려져 천체를 관측하여 방위를 측정하는 천체 센서부; 상기 현재 위치와 시각 정보, 상기 천체 센서부의 천체 관측 정보를 기초로 현재 위치와 천체의 천정 대비 방위와 각거리를 산출하여 수평의 기울기를 산출하여, 상기 천체 센서부에서 읽어들인 방위값에 수평의 기울어짐을 보정하여 정밀한 방위값을 산출하는 방위 산출부; 및 상기 방위 산출부의 제어에 따라 임의의 대상의 측정된 방위를 표시해주는 표시부를 포함하여, 천측을 이용한 수평감지 후 정밀방위측정장치를 구현함으로써, 천체의 방위와 천정을 관측하여 수평의 기울기를 정확히 계산하고 측정하고자 하는 대상의 방위를 오차 없이 측정한다.

Description

천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치 {Direction measurement device after horizontal sensing using the astronomical observations}
본 발명은 천측(천체 관측)을 이용한 정밀 방위 측정장치에 관한 것으로, 특히 천체를 관측하는 것을 이용하여 관측자의 수평대비 기울어진 정도를 파악하고, 이후 방위를 측정한 값에 관측자의 수평 기울기 값을 보정하여 더욱 정밀한 방위값을 계산할 수 있도록 한 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치에 관한 것이다.
각종 산업 현장 또는 군사적 목적 등에서 정밀한 방위의 측정은 매우 중요한 요소로 작용한다. 산업현장에서는 대부분 지형지물을 이용하는 건축학적 기법에 의해 해당 지역의 방위를 측정하는데, 이 때 수평을 고려하지 않을 경우, 정밀한 방위의 측정이 요구될 시, 수평의 기울기에 따른 방위의 오차가 발생할 염려가 있다.
만일, 수평이 정확하지 않을 경우, 임의의 위치에서 일정한 반지름을 가지는 원을 작도할 때, 그 원은 엄격히 말해 정확한 수평에서 바라볼 때, 수평과 기울어진 각도 만큼에 해당하는 사영된 원으로 표시됨을 알 수 있고, 이때의 원은 타원의 형태가 된다는 것을 알 수 있다. 극단적으로 수평이 90ㅀ 기울어진 상태에서는 어떠한 방위를 측정하여도 그 값은 전혀 분별력을 가지지 못한다.
한편, 일반적인 수평은 물방울 계측기 등을 이용하여 측량을 시행하여도 별다른 문제가 되지 않는다. 그러나 수십km 떨어진 물체의 관측이 필요할 경우, 미세한 수평에 대한 기울기는 방위의 측정에 대한 상당한 오차를 수반할 수 있다. 실제 1°의 방위 오차를 가질 경우, 1km 밖에서 대략 17m 이상의 오차를 가지게 되며, 10km 밖의 관측을 시행할 경우, 대략 170m 이상의 오차가 발생함을 알 수 있다.
따라서 방위의 오차를 줄이기 위해서는 방위를 정확히 측정할 수 있는 기반 기술의 확보는 물론 방위를 측정하기 위한 위치에서의 정확한 수평이 보장되어야 한다.
하기의 <특허문헌 1 > 및 <특허문헌 2> 에 종래의 방위계 및 수평계가 개시되었다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 디지털 방위계 모듈 및 GPS 모듈로 구성되며, 상기 모듈에 의해 계측된 신호를 변환시켜 전송하는 감시부를 포함하고, 상기 하나 이상의 감시부에서 전송된 신호를 수신하는 수신부를 포함하고, 상기 수신부에 의해 수신된 하나 이상의 신호들의 교점을 판단하여 재난 위치를 판단하는 제어부를 포함한다. 상기 방위각은 소정 위치 즉, 재난 지점의 위도 및 경도를 나타내며, 상기 방위각을 포함하는 신호들의 교점 판단 시 3개 이상의 신호가 수신될 경우에는 신호의 교점들에 의해 생성된 다각형의 무게중심을 교점으로 판단하여 신속하게 재난 지점을 계측한다.
<특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 내부에 암실이 형성되는 하우징, 상기 하우징 내에 구비한 반 타원 계란 형상의 밀폐된 투명부, 상기 투명부에 주입되는 비중이 낮은 반사물질, 상기 투명부에 주입되는 비중이 높은 비 반사물질, 상기 반 타원 계란 형상의 투명부 중앙에 설치되는 광원으로 수평계를 구성하여, 물질의 비중과 광원을 이용하여 수평을 측정한다.
대한민국 공개특허 10-2009-0068452호(2009.06.29. 공개) 대한민국 등록특허 10-1383913호(2014.04.03. 등록)
그러나 상기와 같은 종래기술들은 전자장치 또는 기구 장치에 의존하여 수평을 측정하는 수평계를 이용하는 방식으로서, 관측장치의 기울어짐을 보정하지 않는 상태이므로 정확한 수평 측정이라고는 볼 수 없다. 수평이 정확하게 이루어지지 않으면 방위 측정에도 오류를 유발한다.
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따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 천체를 관측하는 것을 이용하여 관측자의 방위를 정확하게 측정할 수 있도록 한 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 수평의 기울기를 발견하고 이 기울어진 정도를 감지하여, 방위의 측정 시 수평의 기울어짐에 따른 영향을 배제하도록 한 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 천체의 방위와 천정을 측정하여 수평의 정확한 기울기를 감지하고 수평에 따라 측정하고자 하는 대상의 방위를 오차 없이 측정하도록 한 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치는 GPS신호를 이용하여 관측자의 현재 위치와 시각 정보를 획득하거나, 수동으로 위치 및 시각을 입력받는 위치/시각 입력모듈; 수평으로 회전하며 관측장치의 기울어진 방향을 측정하는 수평 기구부; 상기 수평 기구부상에 올려져 천체를 관측하여 방위를 측정하는 천체 센서부; 상기 천체 센서부에서 측정된 방위에 수평의 기울어짐을 보정하여 정밀한 방위를 산출하는 방위 산출부; 및 상기 방위 산출부의 제어에 따라 임의의 대상의 측정된 방위를 표시해주는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 천체 센서부는 상기 수평 기구부의 수평면에 수직으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 수평 기구부는 상기 천체 센서부가 올려져 고정되는 수평판; 상기 수평판에 연계하여 방위를 읽어들여 상기 방위 산출부에 전달하는 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 방위 산출부는 상기 천체 센서부에서 측정한 방위 정보, 관측자의 현재 위치 정보 및 현재 시각 정보를 입력받는 정보 입력 모듈; 천측력 데이터가 저장된 천측력 데이터베이스(DB); 천체 관측 시간에 측정하고자 하는 천체의 방위와 천정을 기준으로 각거리를 계산하여 수평의 기울기를 정밀하게 검출하는 각거리 계산모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 방위 산출부는 상기 천체 센서부에서 측정된 임의의 해당 지점의 방위에 산출한 수평의 기울기를 적용하여 정밀한 방위를 결정하는 방위 결정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상기 천체 센서부는 주간에는 태양을 관측하며, 시간의 간격을 두고 태양을 여러 번 관측하는 격시관측을 시행하여 천체 정보를 획득하고, 밤이나 박명시에는 달, 항성 및 복수의 항해용 행성을 이용하여 여러 천체를 동시에 관측하는 동시관측을 시행하여 천체 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 천체를 관측하는 것을 이용하여 관측자의 방위를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 수평의 기울기에 대한 보정을 시행하여, 방위의 측정시 외부 환경의 영향을 배제하여 정확하게 방위 측정이 가능하도록 도모해주는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치의 블록 구성도,
도 2는 도 1의 수평 기구부의 실시 예 구성도,
도 3은 도 1의 방위 산출부의 실시 예 구성도,
도 4는 도 1의 수평 기구부의 진수평과 관측수평 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치의 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치는 전원부(10), 위치/시각 입력모듈(20), 수평 기구부(30), 천체 센서부(40), 방위 산출부(50) 및 표시부(60)를 포함한다.
전원부(10)는 내장된 배터리의 전원을 이용하여 각각의 부분에 구동 전원을 공급해주는 역할을 한다.
위치/시각 입력모듈(20)은 GPS위성을 통해 수신한 GPS신호를 이용하여 획득한 관측자의 현재 위치와 시각 또는 수동으로 입력된 위치 및 시각을 상기 방위 산출부(50)에 전달하는 역할을 한다.
수평 기구부(30)는 수평을 유지하고 기울어진 방향을 측정하는 역할을 한다. 이러한 수평 기구부(30)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 천체 센서부(40)가 올려져 고정되는 수평판(31); 상기 수평판(31)에 연계하여 기울어진 방향을 측정하여 상기 방위 산출부(50)에 전달하는 엔코더(33)를 포함한다.
천체 센서부(40)는 상기 수평 기구부(30)상에 올려져 천체를 관측하여 방위를 측정하는 역할을 한다. 바람직하게 천체 센서부(40)는 상기 수평 기구부(30)에 마련된 수평판(31)의 수평면에 수직으로 설치된다. 여기서 천체 센서부(40)는 카메라 혹은 광센서 또는 적외선 카메라(IR 카메라) 등을 이용할 수 있다.
방위 산출부(50)는 상기 현재 위치와 시각 정보, 상기 천체 센서부(40)의 천체 관측 정보, 방위 정보를 기초로 현재 위치와 천체의 천정 대비 방위와 각거리를 계산하여 수평의 기울기를 정밀하게 검출하는 역할을 한다. 여기서 각거리(co-Altitude)는 지구 중심을 기준으로 한 천정과 해당 천체가 이루는 각도를 말한다.
이러한 방위 산출부(50)는 천체 관측 정보와 방위 정보, 관측자의 현재 위치 정보 및 현재 시각 정보를 입력받는 정보 입력 모듈(51); 천측력 데이터가 저장된 천측력 데이터베이스(DB)(52); 천체 관측 시간에 측정하고자 하는 천체의 방위와 천정을 기준으로 각거리를 계산하여 수평의 기울기를 정밀하게 검출하는 각거리 계산모듈(53); 상기 천측력 데이터와 실시간 현재 위치와 천체의 천정 대비 방위를 계산하여 수평의 기울기를 산출하고, 이 값을 상기 천체 센서부에서 읽어들인 방위 값에 보정하여 정밀한 방위를 결정하는 방위 결정 모듈(54)을 포함한다.
여기서 천체 관측 정보는 주간에는 태양을 관측하며, 시간의 간격을 두고 태양을 여러 번 관측하는 격시관측을 시행하여 획득하고, 밤이나 박명시에는 달, 항성 및 복수의 항해용 행성(금성, 화성, 목성, 토성)을 이용하여 여러 천체를 동시에 관측하는 동시관측을 시행하여 획득한다.
표시부(60)는 상기 방위 산출부(50)의 제어에 따라 임의의 대상에 대해 측정된 방위를 표시해주는 역할을 한다. 이러한 표시부(60)는 액정표시장치(LCD), 터치 패널 등을 이용할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 천측을 이용한 수평감지 후 방위 측정장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 천체를 측정하고자 하는 경우, 전원부(10)를 통해 장치에 동작 전원을 공급한다. 여기서 천체는 태양 혹은 달과 4개의 항해용 행성, 57개의 항성을 지칭한다. 이후, 수평 기구부(30)의 기준 수평인 수평판(31)에 천체 센서부(40)를 올려 고정한다. 여기서 천체 센서부(40)는 수평판(31)에 수직으로 설치되는 것이 바람직하다.
초기 수평판(31)의 수평을 조정하고, 관측자는 천체 센서부(40)를 이용하여 하늘의 천체를 관측하한다. 이때 위치/시각 입력모듈(20)은 실시간으로 GPS위성으로부터 수신한 GPS신호로부터 현재 위치와 시각 정보를 추출하거나, 수동으로 입력된 위치 및 시각을 방위 산출부(50)에 전달한다.
관측자가 하늘의 천체를 관측할 경우, 수평판(31)의 수평이 정확히 이루어져 있는 상태라면, 천정(Zenith, Z)(지구의 평면을 기준으로 관측자의 머리 위, 즉 지표면과 360°모든 방향에서 90°를 이루는 천구의 한 지점)은 천체 센서부(40)의 정확히 가운데에 위치한다. 여기서 천구는 지구 중심에서 무한대의 반경을 가진 가상의 구로서, 이 천구 상에서 모든 천체가 위치하고 이동한다.
그러나 천정이 천체 센서부(40)의 중심과 일치하지 못할 경우, 천측을 통하여 이러한 천정과 천체 센서부(40)의 중심이 어느 정도 벗어난 것인지를 계산하는데, 이것은 수평이 얼마나 기울어졌는가를 계산하는 또 다른 표현이며, 이렇게 기울어진 정도를 미리 계산함으로써, 향후 방위 측정한 값이 기울어진 수평에 따라 왜곡되는 현상을 보정해 줄 수 있게 된다.
따라서 방위 산출부(50)의 각거리 계산모듈(53)은 위치/시각 입력모듈(20)에서 제공하는 관측자의 위치를 기준으로 해당 시간의 천측력 데이터베이스(52)에 저장된 천측력 데이터를 이용하면, 정확히 천정 대비 천체의 방위와 천정 대비 이루는 각거리를 계산할 수 있다.
여기서 천측력 데이터는 시각에 따른 천체의 위치 정보를 포함한다. 지구상에서 항해를 위해 해와 별 등의 천체를 관측할 경우, 대부분의 별과 별자리에서도 그 일정한 운동을 관측할 수 있는 데, 항해를 위한 주요 천체의 규칙적인 움직임을 정리해 놓은 것을 천측력 데이터라 한다. 이러한 천측력은 선박이 대양을 항해할 때 천체의 관측에 필요한 태양, 달, 행성, 항성 등의 위치를 비롯하여 일출몰, 월출몰 시각 등을 수록하여 선박의 방위 및 위치를 구하는 데 편리하게 사용할 수 있도록 편집한 항해서이다. 천체의 관측에 있어, 태양과 달(보름달)의 경우는 그림자의 방향으로서도 천체의 관측이 가능하고, 그 밖에 일반적인 행성, 항성의 경우 망원경, 각도계 등으로 천체의 관측도 가능하다.
천체 센서부(40)를 이용하여 천측을 시행할 경우, 낮에는 주로 태양을 관측하며 시간의 간격을 두고 태양을 여러 번 관측하는 격시관측(Running fix, R fix)을 시행하는 것을 원칙으로 하고, 밤이나 박명시의 경우, 달, 항성 및 4개의 항해용 행성을 이용하여 여러 천체를 동시에 관측할 수 있는 동시관측(Simultaneous observation)을 시행한다. 격시관측은 30분 이상 또는 수 시간의 시간 간격을 두고 관측하는 것을 말한다. 동시관측은 2개 또는 3개의 천체 고도를 될 수 있는 대로 시간차를 짧게 하여 관측하는 것을 말한다.
본 발명에서는 방위 측정의 정확성을 도모하기 위해서, 격시관측 혹은 동시관측을 여러 번 시행하여 천체를 관측하는 것이 바람직하다.
방위를 측정하는 과정을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
방위 산출부(50)는 정보 입력 모듈(51)을 통해 상기와 같이 천체 센서부(40)를 통해 읽어들인 천체 관측 정보, 방위 측정 정보, 수평 기구부(30)를 통해 읽어들인 기울어진 방향 측정정보, 위치시각 입력모듈(20)을 통해 읽어들인 현재 위치 정보 및 시각 정보를 입력받는다.
각거리 계산모듈(53)은 관측자의 위치를 기준으로 해당 시간의 천측력 데이터베이스(52)에 저장된 천측력 데이터를 이용하여, 정확히 천정 대비 천체의 방위와 천정 대비 이루는 각거리를 계산한다.
다음으로, 방위 결정 모듈(54)은 관측 시간에 측정하고자 하는 천체의 방위를 천정을 기준으로 계산한다. 아울러 천체 센서부(40)의 중심을 기준으로 측정하고자 하는 천체 정보와 방위를 측정하고 이를 이용하여 각거리를 측정한다. 이것을 통해 수평의 기울기를 정확히 검출할 수 있게 된다.
여기서 측정 방위에 대한 수평의 기울기의 보정은 다음과 같다.
먼저, 1개 혹은 복수의 천체를 지정하여, 동시관측 혹은 격시관측을 통해 천체의 방위를 관측한다. 이렇게 여러 번 관측된 실제 관측 방위와 해당 시간에 천체의 움직임을 예측하여 계산한 계산 방위와의 비교를 시행한다. 즉, 천체를 관측할 경우, 수평이 이상적이라면, 상기의 관측 방위와 계산 방위는 일치하여야 한다. 단, 본 특허에서는 방위의 측정에 대해서도 이상적인 방위의 측정이 쉽지 않음을 감안하여, 여러 번 측정한 천체의 방위의 변화량을 비교한다. 따라서 여러 번 관측된 천체의 관측 방위의 간격들과 계산 방위의 간격들이 일치하는가를 확인하여, 이 두 개의 간격들이 일치하지 않는다는 것은 천정이 정확히 천체 센서부(40)의 중심과 일치하지 않는다는 것을 의미한다. 이 경우 수평 기구부(30)의 수평판(31)의 수평이 진수평과 일치하지 않는 상태이며 상기 관측 방위와 계산 방위의 연산을 통해 본 수평판(31)이 어느 방향으로 얼마큼 기울어졌는지를 계산 가능하며, 이때 수평상의 원은 사영하였을 경우, 진수평상에서 타원을 이룬다. 여기서 진수평(Rational Horizon)은 지구중심을 지나가는 평면이 무한히 확장하여 천구와 만나 이루어지는 대권을 말한다.
상기와 같이 천체 센서부(40)의 중심과 천정이 정확히 일치하지 않으면, 방위 산출부(50)는 방위 수정을 위해 수평 기구부(30)를 통해 측정된 기울어진 방향을 기초로 관측한 방위를 보정하여 정밀한 방위를 재산출한다.
더욱 정밀한 방위의 측정을 위하여, 상기 천정과 천체 센서부(40)의 중심 일치 여부를 반복 계산하여 수평의 기울기를 더욱 정밀하게 감지한다면 이 기기가 측정하는 방위는 그 오차가 미세할 수 있다.
상기 반복된 작업을 통해 수평 기구부(30)의 정밀한 기울기를 감지한 상태에서 임의의 대상의 방위를 측정하기 위해 엔코더(33)를 이용하여 기울어짐을 읽어들인 후 정밀한 기울기를 보정하여 그 값을 최종 방위로 결정할 수 있다.
구체적인 예로서, 방위 산출부(50)에서 천체 센서부(40)에서 측정한 방위 값에 수평 기구부(30)의 기울기를 보정하여 정밀한 방위를 산출하는 방법은 도 4에 도시된 바와 같다. 도 4는 수평 기구부(30)의 1사분면을 나타낸 것으로 ①은 진수평면을 ②는 관측수평면을 나타낸다. 관측자가 관측을 하기 위해서는 진수평상태에서 방위를 관측해야 그 방위의 정밀도를 보장할 수 있는 데, 실제는 진수평과 관측수평에는 다소 기울기의 오차가 발생한다. O는 관측자를 나타낸다. 상기 수평 기구부(30)가 Q방향에서 기울기를 가진다고 하면, P는 Q방향에서 90도 방위에 있는 진수평과 관측수평의 겹치는 일직선상에 존재한다. 즉 선분 OP의 연장선은 진수평면과 관측수평면이 만나서 겹치는 기준선이 되고, 이 기준선의 90도 방위인 OQ방향으로 수평 기구부(30)가 a 각도만큼 기울었다. 따라서 a는 진수평과 관측수평 사이의 기울기를 나타낸다. F는 관측수평에서 측정한 방위이고, 실제 원하는 관측값은 T이다. 즉, 방위산출부(50)는 관측된 F값을 기준으로 진수평면상의 방위 T를 산출한다.
상기 방위산출부(50)는 기울기 a만큼 기울어진 수평기구부(30)를 통해 측정된 방위 F를, 다음 식을 통해 진수평면 상의 방위값인 T를 산출한다.
T = acos(cos(F)/(sin(acos(sin(F)*sin(a)))))
표 1은 상기 식에 따라 산출된 것으로 가로축은 기울기 a의 변화량을 제시하여 세로축 관측수평에서 읽은 방위값 F에 따른 진수평면상의 방위값 T를 표시한 것이다. 모든 값은 각도이다.
기울기 a의 변화량 대비 방위값 F에 따른 진수평면상의 방위값 T
F＼a 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
10 10 9.85 9.41 8.68 7.69 6.47 5.04 3.45 1.75 0
20 20 19.72 18.88 17.50 15.58 13.17 10.31 7.10 3.62 0
30 30 29.62 28.48 26.57 23.86 20.36 16.10 11.17 5.73 0
40 40 39.57 38.26 36.01 32.73 28.34 22.76 16.01 8.29 0
50 50 49.57 48.24 45.90 42.39 37.45 30.79 22.18 11.69 0
60 60 59.62 58.43 56.31 53.00 48.07 40.89 30.64 16.74 0
70 70 69.72 68.83 67.20 64.59 60.48 53.95 43.22 25.51 0
80 80 79.85 79.37 78.49 77.04 74.66 70.57 62.73 44.56 0
90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 -
편의상 관측자 O에서 P의 방위는 0도, Q의 방위는 90도로 표시한다. 단, 기울기가 발생한 방위가 임의의 x라면 P의 방위는 x-90도로 표현 가능하다. 기울기 a가 클수록 관측 값과 진수평 값의 차이가 많다는 것을 알 수 있다.
상기의 방법들을 이용하면, 기울기를 가진 수평 기구부에서 측정한 임의의 물표의 기울어짐을 진수평상의 진북(True North) 대비 방위로의 정밀 산출이 가능하다. 여기서 진북은 자오선 상의 남극과 북극점을 연결하였을 때 북극방향을 말하며, 변하지 않는 북쪽이다.
결정된 방위는 표시부(60)에 디스플레이되어, 관측자가 이를 확인할 수 있도록 한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 천측을 이용하여 방위를 정밀 측정하는 기술에 적용된다.
10: 전원부
20: 위치/시각 표시모듈
30: 수평 기구부
31: 수평판
33: 엔코더
40: 천체 센서부
50: 방위 산출부
51: 정보 입력 모듈
52: 천측력 데이터베이스
53: 각거리 계산모듈
54: 방위 결정 모듈
60: 표시부

Claims (7)

  1. GPS신호를 이용하여 관측자의 현재 위치와 시각 정보를 획득하거나, 수동으로 위치 및 시각을 입력받는 위치/시각 입력모듈;
    수평을 유지하고 기울어진 방향을 측정하는 수평 기구부;
    상기 수평 기구부상에 올려져 천체를 관측하고 방위를 측정하는 천체 센서부;
    상기 수평 기구부에서 측정된 수평 기울어짐을 상기 천체 센서부에서 관측한 방위에 보정하여 정밀한 방위를 산출하는 방위 산출부; 및
    상기 방위 산출부의 제어에 따라 임의의 대상의 측정된 방위를 표시해주는 표시부를 포함하고,
    상기 방위 산출부는 상기 천체 센서부에 측정한 방위 정보, 관측자의 현재 위치 정보 및 현재 시각 정보를 입력받는 정보 입력 모듈; 천측력 데이터가 저장된 천측력 데이터베이스(DB); 천체 관측 시간에 측정하고자 하는 천체의 방위와 천정을 기준으로 각 거리를 계산하는 각거리 계산모듈; 상기 천측력 데이터와 실시간 현재 위치와 천체의 천정 대비 방위를 계산하여 수평의 기울기를 산출하고, 이 값을 상기 천체 센서부에서 읽어들인 방위 값에 보정하여 정밀한 방위를 결정하는 방위 결정 모듈을 포함하며,
    상기 방위 결정 모듈은 천체의 관측과 천측력 데이터를 이용하여 산출한 수평 기구부의 기울기와 상기 천체 센서부에 측정한 임의의 물표에 대한 방위를 아래 식에 의해 계산하여 임의의 물표의 방위를, 진수평상의 진북 대비 방위로 정밀 산출하는 것을 특징으로 하는 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치.
    T = acos(cos(F)/(sin(acos(sin(F)*sin(a)))))
    여기서 a는 기울어진 수평 기구부의 기울기, F는 측정된 방위, T는 진수평 상의 방위값.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 천체 센서부는 상기 수평 기구부의 수평면에 수직으로 설치되는 것을 특징으로 하는 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수평 기구부는 상기 천체 센서부가 올려져 고정되는 수평판; 상기 수평판에 연계하여 기울어짐을 읽어들여 상기 방위 산출부에 전달하는 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 천체 센서부는 주간에는 태양을 관측하며, 시간의 간격을 두고 태양을 여러 번 관측하는 격시관측을 시행하여 천체 관측 정보를 획득하고, 밤이나 박명시에는 달, 항성 및 복수의 항해용 행성을 이용하여 여러 천체를 동시에 관측하는 동시관측을 시행하여 천체 관측 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 천측을 이용한 수평감지 후 정밀 방위 측정장치.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100959257B1 (ko) 2007-12-24 2010-05-26 대한민국 재난 위치 계측을 위한 방위각 수집 시스템 및 수집 방법
KR101383913B1 (ko) 2012-12-18 2014-04-10 주식회사 에스원 물질의 비중과 광원을 이용한 디지털 수평계

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007127692A (ja) * 2005-11-01 2007-05-24 Mitsubishi Electric Corp 天体表示装置

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