KR102171955B1 - 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법 - Google Patents

선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102171955B1
KR102171955B1 KR1020190045579A KR20190045579A KR102171955B1 KR 102171955 B1 KR102171955 B1 KR 102171955B1 KR 1020190045579 A KR1020190045579 A KR 1020190045579A KR 20190045579 A KR20190045579 A KR 20190045579A KR 102171955 B1 KR102171955 B1 KR 102171955B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ship
equation
celestial
calculated
sextant
Prior art date
Application number
KR1020190045579A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200122632A (ko
Inventor
이영섭
윤진영
이광근
정선재
박래범
김영환
Original Assignee
주식회사 리영에스엔디
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 주식회사 리영에스엔디 filed Critical 주식회사 리영에스엔디
Priority to KR1020190045579A priority Critical patent/KR102171955B1/ko
Publication of KR20200122632A publication Critical patent/KR20200122632A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102171955B1 publication Critical patent/KR102171955B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • G01C1/08—Sextants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G01C21/203—Specially adapted for sailing ships
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

대양에서 선박 항해 중 위성항법장치(GPS)가 고장이나 전파교란(Jamming)으로 사용할 수 없는 상태에서 천체의 고도 각을 이용하여 신속하게 선박의 위치를 정확하게 산출할 수 있도록 한 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법에 관한 것으로서, 사용자의 조작에 대응하여 천체의 고도를 측정하는 아날로그식 육분의, 아날로그식 육분의에 의해 측정된 고도 각을 디지털 신호로 변환하는 엔코더, 천측력 데이터를 제공하는 천측력 데이터베이스, 엔코더에서 변환한 디지털 고도 각 신호와 상기 천측력 데이터를 이용하여 선위를 산출하는 천측기반 선위계산기 및 천측기반 선위계산기에서 계산한 선박 위치 정보를 표시하는 위치 표시기를 포함하여, 선박용 디지털 섹스탄트를 구현한다.

Description

선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법 {Digital sextant for ship and positioning calculation method using digital sextant}
본 발명은 선박용 디지털 섹스탄트(sextant) 및 이를 이용한 위치산출방법에 관한 것으로, 특히 대양에서 선박 항해 중 위성항법장치(GPS)가 고장이나 전파교란(Jamming)으로 사용할 수 없는 상태에서 천체의 고도 각을 이용하여 신속하게 선박의 위치를 정확하게 산출할 수 있도록 한 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법에 관한 것이다.
선박이 대양에서 항해 중 정확한 위치산출은 선박의 안전을 위해 매우 중요하다.
유럽의 대항해시대 이후 천문항법은 대양 항해 시 선박에서 유일한 항법 수단이었다. 그러나 1990년대 GPS(Global Positioning System) 항법이 보편화 된 이후 바다를 항해하는 선박들은 정확성과 편리성으로 인해 GPS 항법에 의존하고 있다. GPS 항법 이전에는 선박들이 대양을 항해할 때에는 섹스탄트(sextant, 육분의)로 선박의 위치를 구하였다. 즉 항해사가 섹스탄트로 천체의 고도를 측정하여 관측 고도로 개정하고 가정위치에서 계산 고도와 관측고도 차이를 구하여 선박의 위치를 기점 하였다.
섹스탄트는 두 물표 간의 각을 측정하는 기구이며 천문항해 시에는 천체의 고도를 측정한다. 관측 정밀도는 낮으나 손으로 잡고 순간적으로 간편하게 수평각 또는 수직각을 관측할 수 있는 측량기로서, 항해 중 위치 결정에 이용된다.
섹스탄트로 천체고도를 측정할 때 고도의 오차에는 안고차, 기차, 대기차, 시차, 시반경, 시반경 증가율, 광삼, 위상 등이 발생한다. 안고차(眼高差, Dip of Horizon)는 관측자의 지점에서 시수평과 거소수평의 차이이다. 섹스탄트를 이용하여 위치를 구하고자 할 때에는 위치의 오차를 발생시키는 다수 요인 중 섹스탄트 기기의 오차를 반드시 보정해야 하며, 보정하는 방법은 여러 가지 수단을 잘 활용할 수 있어야 한다.
항해사가 섹스탄트로 태양의 고도를 측정시 섹스탄트를 수직으로 세우고 태양 방향으로 향하여 태양의 고도를 측정한다. 먼저, 수평경의 투명한 창에 수평선을 맞추고 반사경의 태양을 보고 태양의 하현을 수평선까지 내린다. 수평선과 태양의 하현을 맞추고 난 후 섹스탄트를 좌우로 흔들어 수평경에서 태양이 좌우 움직이는 것을 보고 수평경의 중앙에서 태양의 고도를 측정한다. 또한, 섹스탄트의 드럼을 돌릴 때 백러쉬에 주의하면서 고도를 측정한다. 고도의 오차는 선박의 위치 오차에 지대한 영향을 끼치므로 정확히 측정해야 한다.
그러나 이러한 섹스탄트를 이용하는 방법은 사용절차가 어렵고 계산과정이 복잡하고 시간이 오래 걸리며 해도에 작도하는 불편함으로 인해 활용도가 현저히 저하되었다.
따라서 1990년대 이후 위성항법장치(GPS)가 사용화됨에 따라 항해사들이 섹스탄트를 거의 사용하지 않으며, 이로 인해 선박에서 섹스탄트 운용능력이 없는 상태이다.
그러나 대양에서 선박이 항해 중 위성항법장치가 고장나거나 전파교란(Jamming) 등으로 운용할 수 없는 경우에 선박의 위치를 산출할 수 있는 수단이 없어 안전항해에 문제가 발생한다.
한편, 선박의 위치산출을 위해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 육지로부터 일정 거리의 연·근해를 대상으로 항해하는 선박의 환경에서 저가형구조로 사용될 수 있도록 센서부, 비교·분석부와 인터페이스부 그리고 표시부의 각각 독립된 유닛을 연동시켜서 구성되며, GPS출력 표준데이터포맷인 NMEA-0183, RS-232C 인터페이스를 아울러 제공하여 다양한 장치에 접속 활용할 수 있게 구성된다.
이러한 구성을 이용하여, ±2˚정도의 오차범위의 신뢰성을 갖는 디지털방위, 위치 및 속도를 병행 표시하여, 특히 소형선박에서 자이로(Gyro) 콤파스에 대용되어 사용한다.
대한민국 등록특허 10-0764320(2007.09.28. 등록)(GPS정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득방법 및 그 장치)
그러나 상기와 같은 일반적인 선박의 섹스탄트를 이용한 천문항법은 100여 년 전부터 사용해오던 항해술이지만, 천체의 고도를 측정 후 복잡한 산술적 계산을 해야 하고, 해도에 위치 선을 작도하여 위치를 산출하기 때문에 숙달된 항해사도 20여분 소요되는 등 절차가 복잡하고 시간이 많이 소요되는 어려움이 있어 사용을 기피하는 단점이 있다.
또한, 상기와 같은 일반적인 위성항법장치를 이용한 선박 위치 산출 방법과 종래기술은 대양에서 선박이 항해 중 위성항법장치가 고장 또는 전파교란으로 운용할 수 없을 경우, 선박의 위치를 산출할 수 없는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 대양에서 선박 항해 중 위성항법장치(GPS)가 고장이나 전파교란(Jamming)으로 사용할 수 없는 상태에서 천체의 고도 각을 이용하여 신속하게 선박의 위치를 정확하게 산출할 수 있도록 한 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 선박용 섹스탄트에 탑재되어 선박의 위치를 정확/신속하고 편리하게 산출할 수 있도록 한 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "선박용 디지털 섹스탄트"는, 사용자의 조작에 대응하여 천체의 고도를 측정하는 아날로그식 육분의; 상기 아날로그식 육분의에 의해 측정된 고도 각을 디지털 신호로 변환하는 엔코더; 천측력 데이터를 제공하는 천측력 데이터베이스; 상기 엔코더에서 변환한 디지털 고도 각 신호와 상기 천측력 데이터를 이용하여 선위를 산출하는 천측기반 선위계산기; 상기 천측기반 선위계산기에서 계산한 선박 위치 정보를 표시하는 위치 표시기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 아날로그식 육분의는 시간의 간격을 두고 태양을 2번 관측하거나 다른 종류의 천체를 각각 시간간격 없이 관측하여 천체의 고도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 천측기반 선위계산기는 태양 혹은 천체의 제1지위(GP1) 및 제2지위(GP2)를 통해 두 위치권이 겹치는 두 지점(Ship1, Ship2)을 태양 및 천체를 관측하는 지점으로 설정하고, 상기 제1지위에 대한 여적위와 상기 제2지위에 대한 여적위, 상기 제1지위와 제2지위 간의 거리(D12)를 하기와 같은 <수식 1> 에 적용하여 사이각 A를 산출하고, 상기 제1지점(Ship1)과 제1지위(GP1)가 이루는 선분과 상기 거리(D12)를 하기와 같은 <수식 2>에 적용하여 각 B를 산출하는 것을 특징으로 한다.
<수식 1>
Figure 112019040061982-pat00001
<수식 2>
Figure 112019040061982-pat00002
여기서 D12는 관측된 두 천체의 지위(GP1, GP2)가 이루는 각거리이며, dec1은 GP1의 적위(Declination; 천체의 위치좌표로 천구의 적도면에서 천체까지의 각을 말한다. 지구의 위도에 대응함), dec2는 GP2의 적위(Declination)를 나타낸다.
상기에서 천측기반 선위계산기는 상기 산출한 사이각 A 및 각 B를 아래와 같은 <수식 3> 에 적용하여 관측자 제1지점(Ship1)의 위도를 산출하고, 상기 산출한 위도를 이용하여 아래와 같은 <수식 4> 에 적용하여 지방시각을 산출하며, 상기 산출한 지방시각과 본초시각을 아래와 같은 <수식 5> 에 적용하여 관측자의 경도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
<수식 3>
Figure 112019040061982-pat00003
<수식 4>
Figure 112019040061982-pat00004
<수식 5>
Figure 112019040061982-pat00005
여기서, LHA1은 지방 시각(Local Hour Angle)으로 관측자의 자오선(Longitude)과 천체 GP1의 자오선(GHA1)의 사이각을 나타내며, LHA2는 관측자 Ship1의 자오선(Longitude)과 천체 GP2의 자오선(GHA2)의 사이각, GHA1은 GP1의 본초시각(Greenwich Hour Angle), Lon1은 관측자 Ship1의 경도를 각각 나타낸다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "선박용 디지털 섹스탄트를 이용한 위치산출방법"은, (a) 아날로그 육분의를 이용하여 시간간격을 갖고 태양의 고도를 복수 회 측정하여 고도 각을 획득하는 단계; (b) 엔코더에서 상기 (a)단계에서 획득한 고도 각을 디지털 신호로 변환하는 단계; (c) 천측기반 선위계산기에서 디지털 고도 각 신호를 천측력 데이터베이스를 이용하여 계산하여 선박의 위치인 위도와 경도를 산출하는 단계; (d) 상기 산출한 선박의 위치 정보를 위치 표시기를 통해 표출해주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계는 태양의 제1지위(GP1) 및 제2지위(GP2)를 통해 두 위치권이 겹치는 두 지점(Ship1, Ship2)을 태양을 관측하는 지점으로 설정하고, 상기 제1지위에 대한 여적위와 상기 제2지위에 대한 여적위, 상기 제1지위와 제2지위 간의 거리(D12)를 하기와 같은 <수식 1> 에 적용하여 사이각 A를 산출하고, 상기 제1지점(Ship1)과 제1지위(GP1)가 이루는 선분과 상기 거리(D12)를 하기와 같은 <수식 2>에 적용하여 각 B를 산출하며, 상기 산출한 사이각 A 및 각 B를 아래와 같은 <수식 3>에 적용하여 관측자 제1지점(Ship1)의 위도를 산출하고, 상기 산출한 위도를 이용하여 아래와 같은 <수식 4> 에 적용하여 지방시각(LHA1)을 산출하며, 상기 산출한 지방시각과 본초시각(GHA1)을 아래와 같은 <수식 5> 에 적용하여 관측자의 경도(Lon1)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
<수식 1>
Figure 112019040061982-pat00006
<수식 2>
Figure 112019040061982-pat00007
<수식 3>
Figure 112019040061982-pat00008
<수식 4>
Figure 112019040061982-pat00009
<수식 5>
Figure 112019040061982-pat00010
상기에서 D12는 관측된 두 천체의 지위(GP1, GP2)가 이루는 각거리이며, dec1은 GP1의 적위(Declination), dec2는 GP2의 적위(Declination), LHA1은 지방 시각(Local Hour Angle)으로 관측자의 자오선(Longitude)과 천체 GP1의 자오선(GHA1)의 사이각을 나타내며, LHA2는 관측자 Ship1의 자오선(Longitude)과 천체 GP2의 자오선(GHA2)의 사이각, GHA1은 GP1의 본초시각(Greenwich Hour Angle), Lon1은 관측자의 경도를 각각 나타낸다.
본 발명에 따르면 대양에서 선박 항해 중 위성항법장치(GPS)가 고장이나 전파교란(Jamming)으로 사용할 수 없는 상태에서도 천체의 고도 각을 이용하여 신속하게 선박의 위치를 정확하게 산출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기존의 선박용 섹스탄트에 탑재시켜 선박의 위치를 정확/신속하고 편리하게 산출할 수 있어, 별도의 설치 공간이 필요하지 않으며 장치의 구성도 단순화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박용 디지털 섹스탄트의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 선박용 디지털 섹스탄트를 이용한 위치산출방법을 보인 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 선박용 디지털 섹스탄트를 이용하여 선박 위치를 산출하는 개념도,
도 4는 본 발명에서 선박용 디지털 섹스탄트를 이용하여 선박 위치 산출을 위한 알고리즘 예시 도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 디지털 섹스탄트(1)의 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 선박용 디지털 섹스탄트를 이용하여 선박 위치를 산출하는 개념도로서, 관측자의 조작에 대응하여 천체의 고도를 측정하는 아날로그식 육분의(10), 상기 아날로그식 육분의(10)에 의해 측정된 고도 각을 디지털 신호로 변환하는 엔코더(encoder)(20), 천측력 데이터를 제공하는 천측력 데이터베이스(DB)(40), 상기 엔코더(20)에서 변환한 디지털 고도 각 신호와 상기 천측력 데이터를 이용하여 선위를 산출하는 천측기반 선위계산기(30), 상기 천측기반 선위계산기(30)에서 계산한 선박 위치 정보를 표시하는 위치 표시기(50)를 포함한다.
상기 아날로그식 육분의(10)는 기존 아날로그 섹스탄트를 의미한다. 이러한 아날로그식 육분의(10)와 엔코더(20)는 연결되어 있다.
상기 천측력 데이터베이스(40)는 시각에 따른 천체의 위치 정보를 천측력 데이터로 저장하고 있다. 대부분의 별과 별자리에서도 그 일정한 운동을 관측할 수 있는 데, 천체의 규칙적인 움직임을 정리해 놓은 것을 천측력 데이터라 한다. 이러한 천측력은 천체의 관측에 필요한 태양, 달, 행성, 항성 등의 위치를 비롯하여 천체의 관측이 가능한 각종 정보를 포함하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박용 디지털 섹스탄트는 내장된 배터리의 전원을 이용하여 각각의 부분에 구동 전원을 공급해주는 전원부(70), 시간 정보를 제공하는 시간 정보 제공기(60)를 더 포함할 수 있다. 여기서 천측기반 선위계산기(30)에 내장 클록이 있을 경우, 이를 이용하여 시간 정보를 사용할 수 있으므로, 시간정보 제공기(60)를 통해 별도의 시간 정보를 제공할 필요가 없다.
또한, 본 발명에 따른 선박용 디지털 섹스탄트는 도면에는 도시하지 않았지만 전원 절감을 위해 사용시에만 전원 공급을 위한 전원 버튼을 더 포함할 수 있다.
여기서 아날로그식 육분의(10), 엔코더(20), 천측기반 선위계산기(30), 천측력 데이터베이스(40), 위치 표시기(50), 시간 정보 제공기(60) 및 전원부(70)는 단일의 장치에 함께 내장된다.
바람직하게 기존 아날로그식 육분의(10)에 엔코더(20), 천측기반 선위계산기(30), 천측력 데이터베이스(40), 위치 표시기(50), 시간 정보 제공기(60) 및 전원부(70)를 탑재시켜 구현할 수 있다.
다른 방법으로서, 엔코더(20), 천측기반 선위계산기(30), 천측력 데이터베이스(40), 위치 표시기(50), 시간 정보 제공기(60) 및 전원부(70)를 하나의 모듈로 구현하고, 기존 아날로그식 육분의(10)에 연결하여 사용하는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 디지털 섹스탄트를 이용한 위치산출방법을 보인 흐름도로서, (a) 아날로그 육분의(10)를 이용하여 시간간격을 갖고 태양의 고도를 복수 회 측정하여 고도 각을 획득하는 단계(S10), (b) 엔코더(20)에서 상기 (a)단계에서 획득한 고도 각을 디지털 신호로 변환하는 단계(S20), (c) 천측기반 선위계산기(30)에서 디지털 고도 각 신호를 천측력 데이터베이스(40)를 이용하여 계산하여 선박의 위치인 위도와 경도를 산출하는 단계(S30 ~ S40), (d) 상기 산출한 선박의 위치 정보를 위치 표시기(50)를 통해 표출해주는 단계(S50)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 디지털 섹스탄트 및 선박용 디지털 섹스탄트를 이용한 위치산출방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 선박에서 위치 산출을 위한 위성항법장치(GPS)를 사용할 수 없는 상태에서, 전원 버튼을 온(on) 시켜 전원부(70)를 통해 전원이 필요한 부분에 구동 전원을 공급하고, 사용자(천체 관측자, 항해사)는 현재 시각이 낮이면 아날로그식 육분의(10)로 태양(천체)을 이용하여 일정 시간 간격(예를 들어, 30분 이상의 간격)을 두고 천체를 두 번 관측하여 천체 관측 정보(고도 각)를 획득한다. 현재 시각이 밤이면 미리 알고 있는 천체 두 개를 선정하여 각각 관측하여 천체 관측 정보(고도 각)를 획득할 수 있다(S10).
여기서 천체 관측 정보(고도 각)는 주간에는 태양을 관측하며, 시간의 간격을 두고 태양을 여러 번 관측하는 격시관측을 시행하여 천체 관측 정보를 획득하고, 밤이나 박명시에는 달, 항성 및 복수의 행성(금성, 화성, 목성, 토성, 등)을 이용하여 여러 천체를 동시에 관측하는 동시관측을 시행하여 획득한다. 격시관측 혹은 동시관측 시 등고권이 교차하는 2개의 위치와 진북 대비 천체의 방위 정보를 측정하는 기술은 일반적인 격시관측 시 획득할 수 있는 천문정보이므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
아날로그식 육분의(10)에 의해 태양의 고도 측정이 이루어지면, 엔코더(20)에서는 상기 아날로그식 육분의(10)에서 측정한 고도 각을 디지털 신호로 변환을 하여 천측기반 선위계산기(30)에 전달한다(S20).
상기 천측기반 선위계산기(30)는 천측력 데이터를 제공하는 천측력 데이터베이스(DB)(40)에서 제공하는 현재 시각 기반의 천측력 데이터와 엔코더(20)에서 변환한 디지털 고도 각 신호를 이용하여 선위(선박의 위치)를 산출한다(S30, S40).
예컨대, 도 4의 선위 산출 알고리즘을 참조하면, 시간 간격을 두고 태양의 고도를 2회 측정하였을 경우, 태양의 두 지위(GP1, GP2)를 통해 두 위치권이 겹치는 두 지점(Ship1, Ship2)이 선박의 위치를 나타내며, 이 두 지점은 태양을 관측하는 지점이 된다. 이를 구하기 위한 구체적인 설명은 다음과 같다.
먼저, 제1지위인 GP1에 대한 여적위와 상기 제2지위인 GP1에 대한 여적위, 상기 제1지위와 제2지위 간의 거리(D12)를 하기와 같은 <수학식 1>를 이용하여 계산하여 사이각 A를 산출한다.
Figure 112019040061982-pat00011
여기서 D12는 관측된 두 천체의 지위(GP1, GP2)가 이루는 각거리이며, dec1은 GP1의 적위(Declination; 천체의 위치좌표로 천구의 적도면에서 천체까지의 각을 말한다. 지구의 위도에 대응함), dec2는 GP2의 적위(Declination)를 나타낸다.
이어, 상기 제1지점(Ship1)과 제1지위(GP1)가 이루는 선분과 상기 거리(D12)가 이루는 각 B를 하기와 같은 <수학식 2> 를 이용하여 산출한다.
Figure 112019040061982-pat00012
다음으로, 상기 산출한 사이각 A 및 각 B를 아래와 같은 <수학식 3> 에 적용하여 관측자 제1지점(Ship1)의 위도(Lat1)를 산출한다.
Figure 112019040061982-pat00013
이어, 상기 산출한 위도(Lat1)를 이용하여 아래와 같은 <수학식 4> 를 이용하여 관측자 Ship1의 자오선과 천체 GP1의 자오선 사이각인 지방시각(Local Hour Angle)을 산출하며, 상기 산출한 지방시각과 본초시각((Greenwich Hour Angle)을 아래와 같은 <수학식 5> 에 적용하여 관측자의 경도(Lon1)를 산출한다. 여기서 지방시각과 본초시각은 서쪽으로 0°에서 360°까지의 범위를 가진다.
Figure 112019040061982-pat00014
Figure 112019040061982-pat00015
상기에서 D12는 관측된 두 천체의 지위(GP1, GP2)가 이루는 각거리이며, dec1은 GP1의 적위(Declination), dec2는 GP2의 적위(Declination), LHA1은 지방 시각(Local Hour Angle)으로 관측자의 자오선(Longitude)과 천체 GP1의 자오선(GHA1)의 사이각을 나타내며, LHA2는 관측자 Ship1의 자오선(Longitude)과 천체 GP2의 자오선(GHA2)의 사이각, GHA1은 GP1의 본초시각(Greenwich Hour Angle), Lon1은 관측자의 경도를 각각 나타낸다.
앞서 기술한 것과 같이 두 등고권이 겹칠 경우 반드시 2개의 위치가 나타나므로 상대적으로 위도상 아래(Ship2)의 위치(Lat2)를 구하기 위해서는 상기 [수학식 3] 에서 마지막 cosine 항의 인자 (A-B)를 (A+B)로 대체하고, 이하 나머지 수식(수학식 4와 수학식 5)을 동일하게 처리하면 된다.
이러한 과정으로 태양의 고도 측정과 천측력 데이터를 이용하여 위성항법장치가 없는 상태에서도 선박의 선위(위치로서 위도와 경도)를 간단하면서도 신속하게 산출하게 된다.
이어, 상기 산출한 선박의 위치 정보를 위치 표시기(50)를 통해 표출해준다(S50).
이와 같이 본 발명은 대양에서 선박 항해 중 위성항법장치(GPS)가 고장이나 전파교란(Jamming)으로 사용할 수 없는 상태에서도, 디지털 섹스탄트만을 이용하여 천체의 고도 각 측정을 통해 신속하게 선박의 위치를 정확하게 산출할 수 있게 되는 것이다.
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 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
10: 아날로그식 육분의
20: 엔코더
30: 천측기반 선위계산기
40: 천측력 데이터베이스
50: 위치 표시기
60: 시간 정보 제공기
70: 전원부

Claims (6)

  1. 선박에서 위성항법장치 없이 선박의 위치를 검출하기 위한 장치로서,
    사용자의 조작에 대응하여 천체의 고도를 측정하는 아날로그식 육분의;
    상기 아날로그식 육분의에 의해 측정된 고도 각을 디지털 신호로 변환하는 엔코더;
    천측력 데이터를 제공하는 천측력 데이터베이스;
    상기 엔코더에서 변환한 디지털 고도 각 신호와 상기 천측력 데이터를 이용하여 선위를 산출하는 천측기반 선위계산기; 및
    상기 천측기반 선위계산기에서 계산한 선박 위치 정보를 표시하는 위치 표시기를 포함하고,
    상기 천측기반 선위계산기는 태양의 제1지위(GP1) 및 제2지위(GP2)를 통해 두 위치권이 겹치는 두 지점(Ship1, Ship2)을 태양을 관측하는 지점으로 설정하고, 상기 제1지위에 대한 여적위와 상기 제2지위에 대한 여적위, 상기 제1지위와 제2지위 간의 거리(D12)를 하기와 같은 <수식 1> 에 적용하여 사이각 A를 산출하고, 상기 제1지점(Ship1)과 제1지위(GP1)가 이루는 선분과 상기 거리(D12)를 하기와 같은 <수식 2> 에 적용하여 각 B를 산출하는 것을 특징으로 하는 선박용 디지털 섹스탄트.
    <수식 1>

    Figure 112020021194632-pat00030

    <수식 2>

    Figure 112020021194632-pat00031


    여기서 D12는 관측된 두 천체의 지위(GP1, GP2)가 이루는 각거리이며, dec1은 GP1의 적위(Declination; 천체의 위치좌표로 천구의 적도면에서 천체까지의 각을 말한다. 지구의 위도에 대응함), dec2는 GP2의 적위(Declination)를 나타낸다.


  2. 청구항 1에서, 상기 아날로그식 육분의는 시간의 간격을 두고 태양을 2번 관측하거나 상기 태양을 제외한 다른 천체를 각각 시간간격 없이 관측하여 천체의 고도를 측정하는 것을 특징으로 하는 선박용 디지털 섹스탄트.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에서, 상기 천측기반 선위계산기는 상기 산출한 사이각 A 및 각 B를 아래와 같은 <수식 3> 에 적용하여 관측자 제1지점(Ship1)의 위도를 산출하고, 상기 산출한 위도를 이용하여 아래와 같은 <수식 4> 에 적용하여 지방시각을 산출하며, 상기 산출한 지방시각과 본초시각을 아래와 같은 <수식 5> 에 적용하여 관측자의 경도를 산출하는 것을 특징으로 하는 선박용 디지털 섹스탄트.
    <수식 3>

    Figure 112020021194632-pat00032


    <수식 4>

    Figure 112020021194632-pat00033


    <수식 5>

    Figure 112020021194632-pat00034


    여기서, LHA1은 지방 시각(Local Hour Angle)으로 관측자의 자오선(Longitude)과 천체 GP1의 자오선(GHA1)의 사이각을 나타내며, LHA2는 관측자의 자오선(Longitude)과 천체 GP2의 자오선(GHA2)의 사이각, GHA1은 GP1의 본초시각(Greenwich Hour Angle), Lon1은 관측자의 경도를 각각 나타낸다.
  5. 선박에서 위성항법장치 없이 선박의 위치를 검출하기 위한 디지털 섹스탄트를 이용하여 선박 위치를 검출하기 위한 방법으로서,
    (a) 아날로그 육분의를 이용하여 시간간격을 갖고 태양의 고도를 복수 회 측정하여 고도 각을 획득하는 단계;
    (b) 엔코더에서 상기 (a)단계에서 획득한 고도 각을 디지털 신호로 변환하는 단계;
    (c) 천측기반 선위계산기에서 디지털 고도 각 신호를 천측력 데이터베이스를 이용하여 계산하여 선박의 위치인 위도와 경도를 산출하는 단계; 및
    (d) 상기 산출한 선박의 위치 정보를 위치 표시기를 통해 표출해주는 단계를 포함하고,
    상기 (c)단계는 태양의 제1지위(GP1) 및 제2지위(GP2)를 통해 두 위치권이 겹치는 두 지점(Ship1, Ship2)을 태양을 관측하는 지점으로 설정하고, 상기 제1지위에 대한 여적위와 상기 제2지위에 대한 여적위, 상기 제1지위와 제2지위 간의 거리(D12)를 하기와 같은 <수식 1> 에 적용하여 사이각 A를 산출하고, 상기 제1지점(Ship1)과 제1지위(GP1)가 이루는 선분과 상기 거리(D12)를 하기와 같은 <수식 2>에 적용하여 각 B를 산출하며, 상기 산출한 사이각 A 및 각 B를 아래와 같은 <수식 3>에 적용하여 관측자 제1지점(Ship1)의 위도를 산출하고, 상기 산출한 위도를 이용하여 아래와 같은 <수식 4> 에 적용하여 지방시각(LHA1)을 산출하며, 상기 산출한 지방시각과 본초시각(GHA1)을 아래와 같은 <수식 5> 에 적용하여 관측자의 경도(Lon1)를 산출하는 것을 특징으로 하는 선박용 디지털 섹스탄트를 이용한 위치검출방법.
    <수식1>

    Figure 112020021194632-pat00035

    Figure 112020021194632-pat00036

    <수식 2>

    Figure 112020021194632-pat00037


    <수식 3>

    Figure 112020021194632-pat00038


    <수식 4>

    Figure 112020021194632-pat00039


    <수식 5>

    Figure 112020021194632-pat00040


    상기에서 D12는 관측된 두 천체의 지위(GP1, GP2)가 이루는 각거리이며, dec1은 GP1의 적위(Declination), dec2는 GP2의 적위(Declination), LHA1은 지방 시각(Local Hour Angle)으로 관측자의 자오선(Longitude)과 천체 GP1의 자오선(GHA1)의 사이각을 나타내며, LHA2는 관측자 Ship1의 자오선(Longitude)과 천체 GP2의 자오선(GHA2)의 사이각, GHA1은 GP1의 본초시각(Greenwich Hour Angle), Lon1은 관측자의 경도를 각각 나타낸다.

  6. 삭제
KR1020190045579A 2019-04-18 2019-04-18 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법 KR102171955B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190045579A KR102171955B1 (ko) 2019-04-18 2019-04-18 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190045579A KR102171955B1 (ko) 2019-04-18 2019-04-18 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200122632A KR20200122632A (ko) 2020-10-28
KR102171955B1 true KR102171955B1 (ko) 2020-10-30

Family

ID=73018248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190045579A KR102171955B1 (ko) 2019-04-18 2019-04-18 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102171955B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4763418A (en) 1984-03-16 1988-08-16 Kuau Technology, Ltd. Automatic sextant
KR100483291B1 (ko) * 2001-01-04 2005-04-15 박상규 태양열 관련설비의 태양위치 추적 제어방법.
US20180080772A1 (en) 2016-09-16 2018-03-22 Kenneth Michael Beck Systems and methods of navigation using a sextant and an electronic artificial horizon

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100764320B1 (ko) 2005-02-24 2007-10-05 최조천 Gps정보 및 지자기센서 병행식 최적 방위데이터의 취득 방법 및 그 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4763418A (en) 1984-03-16 1988-08-16 Kuau Technology, Ltd. Automatic sextant
KR100483291B1 (ko) * 2001-01-04 2005-04-15 박상규 태양열 관련설비의 태양위치 추적 제어방법.
US20180080772A1 (en) 2016-09-16 2018-03-22 Kenneth Michael Beck Systems and methods of navigation using a sextant and an electronic artificial horizon

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200122632A (ko) 2020-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103837126B (zh) 以天体位置作为标校基准的三维空间方向角测量装置及方法
JP5787896B2 (ja) 慣性測定ユニット（ｉｍｕ）のための空間的方向付け判断
CN101881619B (zh) 基于姿态测量的船用捷联惯导与天文定位方法
CN101893440B (zh) 基于星敏感器的天文自主导航方法
US20170219351A1 (en) Navigational and location determination system
US7428780B2 (en) Viewing and display apparatus position determination algorithms
US20180080772A1 (en) Systems and methods of navigation using a sextant and an electronic artificial horizon
KR101515299B1 (ko) 천문 컴퍼스
CN103837150A (zh) 一种ccd天顶望远镜地面快速天文定位的方法
US20140249750A1 (en) Navigational and location determination system
Abosekeen et al. Comparative analysis of magnetic-based RISS using different MEMS-based sensors
CN104501809A (zh) 一种基于姿态耦合的捷联惯导/星敏感器组合导航方法
KR102171955B1 (ko) 선박용 디지털 섹스탄트 및 이를 이용한 위치산출방법
RU2568937C2 (ru) Способ и система космической навигации
JP2001091257A (ja) 方位計及び真北計測方法
US8676490B1 (en) Geoposition determination from star and satellite observations
RU134633U1 (ru) Устройство для персональной навигации и ориентации
RU2334199C1 (ru) Инерциально-спутниковая навигационная система с комбинированным использованием спутниковых данных
KR101741895B1 (ko) 임베디드형 선수방위발신장치
RU2523670C1 (ru) Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации для морских объектов
Kaplan New technology for celestial navigation
Šugar et al. Comparison of the reference mark azimuth determination methods
JPH0666920A (ja) ３次元位置測定装置及び方法
US20190104492A1 (en) Cell Phone-Based Land Navigation Methods and Systems
KR102509575B1 (ko) 위치선 기반의 방위를 이용하여 진위를 결정하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant