KR102285366B1 - 자이로 1n 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

자이로 1n 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 로터의 회전시 반복적으로 발생되는 일정 패턴의 회전당 노이즈를 검출하고, 저장하여, 그 노이즈 패턴을 신규 입력값에 대해 예측 보상함으로써 회전당 노이즈를 제거하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

Description

자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법{Filtering device and method for predicting and removing one rotation noise of gyroscope}
본 발명은 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 로터의 회전시 반복적으로 발생되는 일정 패턴의 회전당 노이즈를 검출하고, 저장하여, 그 노이즈 패턴을 신규 입력값에 대해 예측 보상함으로써 회전당 노이즈를 제거하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, DTG는 관성 항법 장치 및 동작 제어 장치 등에서 회전 각속도를 검출하기 위하여 널리 사용되는 장치로서, 그 기구적 구조는 도 1과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이 DTG, 특히 2축 DTG는 회전자(로터 : Rotor)(100)가 유니버셜 결합으로 된 서스펜션에 매달려 있어 자이로스코프의 회전축에 따라 회전하게 된다.
따라서, 회전자(100)와 짐발(102)은 스핀 모터축(104)의 회전 속도와 그들의 관성에 의해 결정되는 각 운동량을 갖게 된다.
고정된 케이스의 기준 입력축에 입력 각속도가 있을 경우 회전자(100)는 그의 각 운동량 때문에 원래의 자세를 유지하려고 한다. 그러나, 상기 짐발(102)은 입력 각속도의 크기에 따라 결정되는 진폭 크기로 기울게 된다. 이와 같은 효과를 다이내믹 효과(Dynamic Effect)라 한다.
이 다이내믹 효과에 의한 비틀림자의 음의 스프링 계수와 양의 스프링 계수가 같아지게 되면 회전자(100)와 회전축 사이의 스프링 결합률이 영(Zero)이 되는데 이와 같은 상태를 동조 상태라 하고, 이때의 주파수를 동조주파수(Tuning Frequency)라 한다.
동조된 상태에서는 회전자(100)와 회전축이 서로 비 결합되어 있으므로, 자이로스코프 케이스와 회전자(100)는 서로 자유 상태가 된다. 그러므로, 자이로스코프 케이스와 회전자(100) 간의 편각은 입력 각도에 비례하게 되어 자유 자이로스코프로 동작하게 된다.
한편, 동조 자이로스코프(DTG)의 회전자(100)는 기본적으로 모터에 의해 회전하면서 그 기울림 정도를 픽오프 센서를 이용하여 검출하는 장치인 바, 그 회전자(100)는 장착 대상장치 예컨대, 전차, 탱크, 자주포, 미사일 등의 장치가 정지상태인 경우, 기계적으로 완벽한 평형상태를 유지해야만 한다.
하지만, 만약 상기 회전자(100)가 소정치 기울어진 상태라고 가정한다면, 회전자(100)의 각 회전시마다 픽오프 센서는 노이즈가 포함된 신호를 출력하게 된다.
이하, 본 발명에서는 이러한 노이즈를 1N(1회전당) 노이즈라고 명명한다.
한편, 상기 회전자(100) 전반에 걸친 물성치, 즉 회전자(100)의 임의의 포인트에서 검출한 물성치 예컨대, 투자율이나 자화율 같은 물성치가 각 검출 포인트마다 동일한 값을 가져야만 한다.
만약, 상기 회전자(100)의 물성치가 검출 포인트에 따라 오차가 생긴다면 마찬가지로, 회전자(100)의 각 회전시마다 픽오프 센서는 노이즈가 포함된 신호를 출력하게 된다.
또한, 상기 회전자(100)는 회전축과 수평된 각 포인트마다 정확하게 동일한 무게중심을 유지해야만 회전시 정확한 밸란싱이 이루어지게 되는 바, 만약 상기 회전자(100)의 무게중심이 균일하지 않다면 회전시 상당한 진동이 발생되고, 그로인해 마찬가지로, 회전자(100)의 각 회전시마다 픽오프 센서는 노이즈가 포함된 신호를 출력하게 된다.
따라서, DTG 제작업체 또는 연구소에서는 기계적 튜닝을 하였다.
여기서 기계적 튜닝이란, 상기 회전자(100)를 회전시키면서 회전자(100)의 진동이나 기울어짐을 측정하는 장치를 이용하여 질량차가 있는 위치를 검출하고, 해당 위치를 찾아서 핀으로 타정한다. 이러한 과정을 반복하여 기계적 튜닝을 수행한다.
하지만, 이러한 기계적 튜닝방법은 매우 복잡하고 정밀한 작업을 직접 숙련된 작업자가 오랜 시간을 걸쳐 수행해야 하므로 생산성이 심각하게 저하된다는 문제가 있었으며, 이러한 튜닝과정을 오래동안 진행하여도 결국 오차를 개선하지 못하는 경우도 존재하므로 생산수율도 매우 낮다는 문제가 있었다.
따라서, 이러한 타정을 통한 무게 조절의 방식은 생산성과 수율저하라는 심각한 문제가 있으므로 또 다른 기계적 튜닝방식을 개발하였다.
또 다른 튜닝방식은 회전자의 가장자리에 상하방향의 미세공을 천공하고, 그 미세공에 평형을 유지하도록 나사를 체결하는 구조를 통해, 무게중심이 불일치할 경우 나사를 이동시키거나, 또는 나사의 상하 체결 위치를 조절함으로서 기계적 튜닝을 수행하는 방식이다.
하지만, 이러한 기계적 튜닝방법도 역시, 정도의 차이가 있을 뿐, 매우 복잡하고 정밀한 작업을 직접 숙련된 작업자가 오랜 시간을 걸쳐 수행해야 하므로 생산성이 심각하게 저하된다는 문제가 있었으며, 수율도 매우 낮다는 동일한 문제가 있었다.
따라서, 기계적 튜닝방법과 병행하여 필터를 사용한 신호처리 방식도 사용하고 있다.
이때, 사용되는 필터는 로우패스필터(LPF)가 필수적으로 사용되는 바, 로우패스필터(LPF)는 일정 대역의 노이즈를 효과적으로 제거하는 효과가 있는 필터이다.
하지만, 이러한 로우패스필터(LPF)는 그 회로 자체로 위상지연이 발생되는 바, DTG가 장착되는 장치는 전차, 탱크, 자주포, 미사일 등의 고속 응답이 필요한 장치들이므로, 위상지연이 발생되는 로우패스필터(LPF)는 노이즈를 제거하여 신호가 안정화되는 장점 대비, 위상지연으로 인한 응답속도 저하라는 더 심각한 부작용이 발생되는 문제가 있었다.
따라서, 현재 양산되는 DTG는 기계적 튜닝을 최대한 수행하고, 필터를 통한 필터링도 함께 병행하여 다소의 위상지연을 감내하고, 다소의 노이즈를 포함한 검출신호로 자이로가 작동되고 있는 실정이다.
즉, 이러한 종래의 DTG는 포에 적용되는 경우, 탱크나 자주포가 이동하면서 검출한 자이로 출력신호는 빠른 응답속도로 검출되는 정확한 신호가 아니므로 이동체의 위치변동시 표적에 대한 빠르고 정확한 타겟팅이나 에이밍이 이루어지지 못한다는 심각한 문제가 존재하였다.
선행기술문헌: 특허등록 10-551699, 특허등록 10-541409호
본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 로터의 회전시 반복적으로 발생되는 일정 패턴의 회전당 노이즈를 검출하고, 저장하여, 그 노이즈 패턴을 신규 입력값에 대해 예측 보상함으로써 회전당 노이즈를 제거하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 a) 동조 자이로스코프로부터 수신된 회전당 노이즈값을 샘플링하는 과정과; b) 회전당 노이즈값을 각 구간별로 샘플링하여 저장하는 과정과; c) 상기 동조 자이로스코프에 포함된 픽오프-감지부로부터 감지신호
Figure 112021065982209-pat00001
를 입력받는 과정과; d) 입력신호 수신 이전 한 주기 지점의 저장된 노이즈값을 추출하는 과정과; e) 입력신호에서 그 노이즈값을 감산하여 출력값을 산출하는 과정으로 이루어지고, 그 노이즈 제거 출력값은 하기의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법이 제공된다.
Figure 112021065982209-pat00002
단,
Figure 112021065982209-pat00003
는 입력신호임.
바람직하게, 상기 a) 과정에서 1N 샘플링 주기는 320Hz 주기이며, 샘플링 개수는 총 25개인 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 a)과정은 실시간으로 처리되어서, b)과정을 통한 노이즈값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 b)과정은 동조 자이로스코프로의 1회전시 입력신호를 25개로 분할한 매 시점마다, 그 시점이전의 1주기 평균 노이즈값을 누적 갱신하는 과정인 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 e)과정에서 이전 주기구간의 노이즈값은 하기의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법이 제공된다.
Figure 112021065982209-pat00004
Figure 112021065982209-pat00005
는 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터를 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00006
는 d step 이전의 25개 데이터의 평균값을 나타냄.
바람직하게, 상기 c)과정의 입력신호 는 로우패스 필터의 출력값이고, 하기의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법이 제공된다.
Figure 112021065982209-pat00007
Figure 112021065982209-pat00008
는 n번째의 로우패스 필터 출력(n)을 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00009
는 n-1번째의 로우패스 필터 출력(n-1)을 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00010
는 로우패스 필터로 인가되는 입력(n)을 나타내고, a는 로우패스 필터 게인을 나타냄.
한편, 본 발명은 동조 자이로스코프(100)의 회전으로 인해 검출 각속도를 출력신호로 출력하는 픽-오프 감지부(110)와; 그 픽-오프 감지부(110)로부터 인가된 회전당 노이즈값을 일정주기로 샘플링하는 보상신호 연산부(8)와; 상기 보상신호 연산부(8)에서 샘플링된 회전당 노이즈값을 실시간으로 저장하는 보상신호 저장부(10)와; 동조 자이로스코프(100)로부터 신규 입력신호가 인가되면, 이전 주기의 1회전당 노이즈값을 추출하고, 그 입력신호에서 이전 주기의 1회전당 노이즈값을 감산하여 출력값을 산출하는 보상 처리부(12)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 보상신호 연산부(8)는 회전당 노이즈값 샘플링에 대해, 하기의 식으로 샘플링하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치가 제공된다.
Figure 112021065982209-pat00011
Figure 112021065982209-pat00012
는 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터를 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00013
는 d step 이전의 25개 데이터의 평균값을 나타냄.
바람직하게, 상기 보상 처리부(12)는 하기의 식을 통해 노이즈를 보상처리하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치가 제공된다.
Figure 112021065982209-pat00014
Figure 112021065982209-pat00015
: 출력(n)
Figure 112021065982209-pat00016
: 입력(n)
Figure 112021065982209-pat00017
: 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터
Figure 112021065982209-pat00018
: d step 이전의 25개 데이터의 평균을 나타냄.
본 발명에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법은 최소한의 기계적 튜닝을 거친 동조 자이로스코프에 대해 적용됨으로써, 매우 빠른 응답속도로 원 입력신호를 검출해낼 수 있으므로 생산성이 향상되고, 생산 수율이 효과적으로 개선됨은 물론이고, 군사 장비나 일반 장비의 이동체에 장착되어 에이밍과 같은 후속 동작을 정확하고 빠르게 수행할 수 있으므로 장비 전체의 신뢰도를 크게 개선할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 동조 자이로스코프의 구성을 도시한 구조도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치의 구성을 도시한 블록구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치를 포함한 회로도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치의 동작상태를 도시한 플로우챠트,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치를 통과한 정지상태의 파형과, 대비되는 노이즈 성분이 포함된 파형을 나타내는 파형도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치를 통과한 각 주파수별 파형과, 대비되는 노이즈 성분이 포함된 파형을 나타내는 파형도이다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치의 구성을 도시한 블록구성도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치를 포함한 회로도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)는 로터의 회전시 반복적으로 발생되는 일정 패턴의 회전당 노이즈를 검출하고, 저장하여, 그 노이즈 패턴을 신규 입력값에 대해 예측 보상함으로써 회전당 노이즈를 제거하는 필터이다.
보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)는 동조 자이로스코프(100)의 회전으로 인해 검출 각속도를 출력신호로 출력하는 픽-오프 감지부(110)와; 그 픽-오프 감지부(110)로부터 인가된 회전당 노이즈값을 일정주기로 샘플링하는 보상신호 연산부(8)와; 상기 보상신호 연산부(8)에서 샘플링된 회전당 노이즈값을 실시간으로 저장하는 보상신호 저장부(10)와; 동조 자이로스코프(100)로부터 신규 입력신호가 인가되면, 이전 주기의 1회전당 노이즈값을 추출하고, 그 입력신호에서 이전 주기의 1회전당 노이즈값을 감산하여 출력값을 산출하는 보상 처리부(12)로 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)를 통해 노이즈신호가 제거된 출력값은 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112021065982209-pat00019
Figure 112021065982209-pat00020
: 출력(n)
Figure 112021065982209-pat00021
: 입력(n)
Figure 112021065982209-pat00022
: 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터
Figure 112021065982209-pat00023
: d step 이전의 25개 데이터의 평균
따라서, 위의 수학식 2에서
Figure 112021065982209-pat00024
는 구간 n-24에서 d를 뺀 위치로부터, n에서 d를 뺀 위치까지의 산술평균값을 나타낸 것이며, 결과적으로
Figure 112021065982209-pat00025
는
Figure 112021065982209-pat00026
에 포함된 노이즈값을 의미한다.
보다 상세하게,
Figure 112021065982209-pat00027
는 1주기 이전 시점으로부터 그 이전의 12개 데이터와, 1주기 이전시점의 데이터 및, 1주기 이전 시점의 이후 12개 데이터를 합한 총 25개의 데이터를 산술 평균한 값인 바, 1주기 이전시점 이전과 이후 시구간에서의 평균값이고, 해당 값은 노이즈가 제거된 값의 평균을 나타낸다.
즉, 상기 보상신호 연산부(8)는 회전당 노이즈값 샘플링에 대해, 하기의 식으로 샘플링한다.
Figure 112021065982209-pat00028
Figure 112021065982209-pat00029
는 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터를 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00030
는 d step 이전의 25개 데이터의 평균값을 나타냄.
바람직하게, 도 2에 도시된 바와 같이, 1N 노이즈 보상필터장치(4)는 일반적으로 픽-오프 감지부(110)로부터 출력되는 센서 출력신호를 인가받아서, 전기적인 신호로 변환하는 감지신호 처리부(112)로부터 직접 입력신호를 인가받을 수도 있지만, 통상적인 로우패스 필터로 이루어진 신호 전처리부(2)를 통과하고, 그 신호 전처리부(2)로부터 출력되는 신호를 입력받을 수도 있다.
하지만, 상기 신호 전처리부(2)는 본 발명의 필수 구성은 아니고, 주지 관용의 구성이다.
또한, 상기 1N 노이즈 보상필터장치(4)는 상기 신호 전처리부(2) 즉, 로우패스 필터로부터 출력되는 출력신호를 입력받는 신호 입력부(6)가 구성되는 바, 입력신호 는 로우패스 필터의 출력값이고, 하기의 식으로 산출된다.
Figure 112021065982209-pat00031
Figure 112021065982209-pat00032
는 n번째의 로우패스 필터 출력(n)을 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00033
는 n-1번째의 로우패스 필터 출력(n-1)을 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00034
는 로우패스 필터로 인가되는 입력(n)을 나타내고, a는 로우패스 필터 게인을 나타냄.
이를 통해, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)는 상기 신호 전처리부(2)로부터
Figure 112021065982209-pat00035
이라는 입력신호를 인가받은 경우라면, 그 입력신호 에서 이전 주기 구간의 노이즈값인
Figure 112021065982209-pat00036
를 감산한
Figure 112021065982209-pat00037
가 실질적으로 노이즈가 제거된 출력
Figure 112021065982209-pat00038
이 된다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)에 포함된 상기 보상 처리부(12)는 하기의 식을 통해 노이즈를 보상처리한다.
Figure 112021065982209-pat00039
Figure 112021065982209-pat00040
: 출력(n)
Figure 112021065982209-pat00041
: 입력(n)
Figure 112021065982209-pat00042
: 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터
Figure 112021065982209-pat00043
: d step 이전의 25개 데이터의 평균을 나타냄.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)의 보상신호 연산부(8)는 320Hz 주기의 신호를 125㎲ 간격으로 25개씩 실시간으로 샘플링하여 평균값을 산출하고, 이를 통해 산출된 노이즈값을 실시간으로 상기 보상신호 저장부(10)에 저장함으로써 신규 입력값
Figure 112021065982209-pat00044
에 포함된 노이즈 성분을 즉시 추출해내고 상기 보상처리부(12)를 통해 그 노이즈 성분을 제거할 수 있으므로 정확도가 매우 높은 출력값
Figure 112021065982209-pat00045
을 매우 빠른 응답속도로 산출해낼 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)는 위상지연이 전혀 없이 정확한 출력값을 산출해낼 수 있으므로, 노이즈 제거를 위해 적용된 각종 필터 특히, LPF나 Sum filter류와는 비교할 수 없을 만큼 빠른 응답속도를 나타낸다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)가 노이즈값의 누적 갱신하여 저장하는 이유는 동조 자이로스코프의 회전자(100)를 포함한 부품들이 온도나 투자율, 자화율, 기타 물리적 조건 변화에 따라 1회전시 발생되는 노이즈값에 미세한 변화가 있을 수 있으므로 더욱 정확한 출력값을 산출하기 위해 측정 시점 이전 주기에서 추출된 노이즈값을 각 시점별로 누적 갱신한다.
상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치의 기능과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치의 동작상태를 도시한 플로우챠트, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치를 통과한 정지상태의 파형과, 대비되는 노이즈 성분이 포함된 파형을 나타내는 파형도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치를 통과한 각 주파수별 파형과, 대비되는 노이즈 성분이 포함된 파형을 나타내는 파형도이다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)는 동조 자이로스코프로부터 수신된 회전당 노이즈값을 샘플링하는 과정(S1)과; 회전당 노이즈값을 각 구간별로 샘플링하여 저장하는 과정(S2)과; 상기 동조 자이로스코프에 포함된 픽오프-감지부로부터 감지신호
Figure 112021065982209-pat00046
를 입력받는 과정(S3)과; 입력신호 수신 이전 한 주기 지점의 저장된 노이즈값을 추출하는 과정(S4)과; 입력신호에서 그 노이즈값을 보상하여 출력값을 산출하는 과정(S5)으로 이루어진다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)를 통해 출력되는 노이즈 제거 출력값은 하기의 식으로 산출한다.
Figure 112021065982209-pat00047
단,
Figure 112021065982209-pat00048
는 입력신호임.
이때, 상기 S1 스텝에서 1N 샘플링 주기는 320Hz 주기이며, 샘플링 개수는 총 25개인 바, 신호를 보상처리하기 위해서는 1주기 이전 시점으로부터 그 이전의 12개 데이터와, 1주기 이전시점의 데이터 및, 1주기 이전 시점의 이후 12개 데이터를 합한 총 25개의 데이터를 산술 평균한 값인 바, 1주기 이전시점 이전과 이후 시구간에서의 평균값이고, 해당 값은 노이즈가 제거된 값의 평균을 이용한다.
Figure 112021065982209-pat00049
이 현 시점의 입력값이므로, 이 값에서 노이즈가 제거된 값을 출력값으로 산출하는 것이다.
따라서, 위의 수학식 2에서
Figure 112021065982209-pat00050
는 구간 n-24에서 d를 뺀 위치로부터, n에서 d를 뺀 위치까지의 산술평균값을 나타낸 것이며, 결과적으로
Figure 112021065982209-pat00051
는
Figure 112021065982209-pat00052
에 포함된 노이즈값을 의미한다.
보다 상세하게,
Figure 112021065982209-pat00053
는 1주기 이전 시점으로부터 그 이전의 12개 데이터와, 1주기 이전시점의 데이터 및, 1주기 이전 시점의 이후 12개 데이터를 합한 총 25개의 데이터를 산술 평균한 값인 바, 1주기 이전시점 이전과 이후 시구간에서의 평균값이고, 해당 값은 노이즈가 제거된 값의 평균을 나타낸다.
즉, S1 스텝에서, 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)는 회전당 노이즈값 샘플링에 대해, 하기의 식으로 샘플링한다.
Figure 112021065982209-pat00054
Figure 112021065982209-pat00055
는 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터를 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00056
는 d step 이전의 25개 데이터의 평균값을 나타냄.
S4 스텝에서, 이전 주기구간의 노이즈값은 하기의 식으로 산출한다.
Figure 112021065982209-pat00057
Figure 112021065982209-pat00058
는 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터를 나타내고,
Figure 112021065982209-pat00059
는 d step 이전의 25개 데이터의 평균값을 나타냄.
이러한 본 발명에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)를 통한 노이즈 예측 필터링 구현은 도 5와 같이, 동조 자이로스코프(100)가 탑재된 이동체가 정지상태일 때, 1V의 320㎐ 노이즈 성분이 있고, 입력신호가 X(N)일 때, 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)를 통과한 신호는 실선으로 이루어진 평활 상태의 신호이고, 노이즈 성분이 완벽하게 제거되었음을 확인할 수 있다.
또한, 동조 자이로스코프(100)가 탑재된 이동체가 이동함으로써 상기 동조 자이로스코프(100)가 진동하면서 회전될 경우, 도 6a, 6b, 6c와 같이, 1V의 320㎐ 노이즈 성분이 있고, 입력신호가 X(N)일 때, 1N 노이즈 예측 필터링 장치(4)를 통과한 신호는 사인파로 표시되는 신호를 출력한다.
이때, 도 6a는 10㎐ 주파수 응답인 경우이고, 도 6b는 20㎐ 주파수 응답인 경우이며, 도 6c는 100㎐ 주파수 응답인 경우이지만, 세가지 구현 예 모두 픽-오프로부터 입력되는 신호에 1회전당 노이즈신호가 포함되어 있는 경우라도, 전혀 시간지연없이 완벽하게 1회전당 노이즈를 미리 예측하여 제거할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법은 최소한의 기계적 튜닝을 거친 동조 자이로스코프에 대해 적용됨으로써, 매우 빠른 응답속도로 원 입력신호를 검출해낼 수 있으므로 생산성이 향상되고, 생산 수율이 효과적으로 개선됨은 물론이고, 군사 장비나 일반 장비의 이동체에 장착되어 에이밍과 같은 후속 동작을 정확하고 빠르게 수행할 수 있으므로 장비 전체의 신뢰도를 크게 개선할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치 및 그 방법은 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.
2:신호 전처리부, 4:1N 노이즈 보상필터장치,
6:신호입력부, 8:보상신호 연산부,
10:보상신호 저장부, 12:보상신호 처리부,
14:신호출력부.

Claims (9)

  1. a) 동조 자이로스코프로부터 수신된 회전당 노이즈값을 샘플링하는 과정과;
    b) 회전당 노이즈값을 각 구간별로 샘플링하여 저장하는 과정과;
    c) 상기 동조 자이로스코프에 포함된 픽오프-감지부로부터 감지신호
    Figure 112021065982209-pat00060
    를 입력받는 과정과;
    d) 입력신호 수신 이전 한 주기 지점의 저장된 노이즈값을 추출하는 과정과;
    e) 입력신호에서 그 노이즈값을 감산하여 출력값을 산출하는 과정으로 이루어지고, 그 노이즈 제거 출력값은 하기의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법.
    Figure 112021065982209-pat00061

    단,
    Figure 112021065982209-pat00062
    는 입력신호임.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 a) 과정에서 1N 샘플링 주기는 320Hz 주기이며, 샘플링 개수는 총 25개인 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 a)과정은 실시간으로 처리되어서, b)과정을 통한 노이즈값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 b)과정은 동조 자이로스코프로의 1회전시 입력신호를 25개로 분할한 매 시점마다, 그 시점이전의 1주기 평균 노이즈값을 누적 갱신하는 과정인 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 e)과정에서 이전 주기구간의 노이즈값은 하기의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법.
    Figure 112021065982209-pat00063

    Figure 112021065982209-pat00064
    는 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터를 나타내고,
    Figure 112021065982209-pat00065
    는 d step 이전의 25개 데이터의 평균값을 나타냄.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 c)과정의 입력신호 는 로우패스 필터의 출력값이고, 하기의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 방법.
    Figure 112021065982209-pat00066

    Figure 112021065982209-pat00067
    는 n번째의 로우패스 필터 출력(n)을 나타내고,
    Figure 112021065982209-pat00068
    는 n-1번째의 로우패스 필터 출력(n-1)을 나타내고,
    Figure 112021065982209-pat00069
    는 로우패스 필터로 인가되는 입력(n)을 나타내고, a는 로우패스 필터 게인을 나타냄.
  7. 동조 자이로스코프(100)의 회전으로 인해 검출 각속도를 출력신호로 출력하는 픽-오프 감지부(110)와;
    그 픽-오프 감지부(110)로부터 인가된 회전당 노이즈값을 일정주기로 샘플링하는 보상신호 연산부(8)와;
    상기 보상신호 연산부(8)에서 샘플링된 회전당 노이즈값을 실시간으로 저장하는 보상신호 저장부(10)와;
    동조 자이로스코프(100)로부터 신규 입력신호가 인가되면, 이전 주기의 1회전당 노이즈값을 추출하고, 그 입력신호에서 이전 주기의 1회전당 노이즈값을 감산하여 출력값을 산출하는 보상 처리부(12)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 보상신호 연산부(8)는 회전당 노이즈값 샘플링에 대해, 하기의 식으로 샘플링하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치.
    Figure 112021065982209-pat00070

    Figure 112021065982209-pat00071
    는 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터를 나타내고,
    Figure 112021065982209-pat00072
    는 d step 이전의 25개 데이터의 평균값을 나타냄.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 보상 처리부(12)는 하기의 식을 통해 노이즈를 보상처리하는 것을 특징으로 하는 자이로 1N 노이즈 예측 필터링 장치.
    Figure 112021065982209-pat00073

    Figure 112021065982209-pat00074
    : 출력(n)
    Figure 112021065982209-pat00075
    : 입력(n)
    Figure 112021065982209-pat00076
    : 입력(n-25), 1/320sec 이전 데이터
    Figure 112021065982209-pat00077
    : d step 이전의 25개 데이터의 평균을 나타냄.
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