KR102458352B1 - Wave gauge - Google Patents

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KR102458352B1
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Abstract

본 발명은 파랑의 Z축 고도를 측정하여 기준신호를 제공하는 GPS 수신모듈(110)과, 가속도센서와 자이로센서로 구성되어 파랑의 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 측정하여 제공하는 IMU 센서모듈(120)과, 일정주기로 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 평균하여 수집하고, X,Y축 회전각도를 통해 측정 자세를 추정하여 Z축 가속도를 보정하는 상보 필터부와, 지면기준 보정된 Z축 가속도 값을 1차 적분하여 Z축 속도를 연산하고, Z축 속도에 HPF를 적용한 후 Z축 속도를 2차 적분하여 Z축 이동거리를 연산하고, Z축 이동거리를 GPS 데이터를 이용한 기준신호로 보정하여 지면기준 파고를 연산하고, 파고의 최저값과 최고값을 제외하여 최종 파고 정보를 도출하는 연산부로 구성되는, 마이크로프로세서(130)를 포함하여, 파고의 정확도를 향상시킬 수 있는 파고계를 개시한다.The present invention is composed of a GPS receiving module 110 that measures the blue Z-axis altitude and provides a reference signal, an acceleration sensor and a gyro sensor, and measures the blue X, Y, Z-axis acceleration and X, Y-axis rotation angular velocity. The IMU sensor module 120 provided by The complementary filter unit that corrects and calculates the Z-axis speed by first integrating the corrected Z-axis acceleration value based on the ground. After applying HPF to the Z-axis speed, the Z-axis speed is secondarily integrated to calculate the Z-axis movement distance. , Compensating the Z-axis movement distance with a reference signal using GPS data to calculate the ground reference wave height, and excluding the lowest and highest values of the wave height, including a microprocessor 130, consisting of a calculator for deriving final wave height information Disclosed is a crest meter capable of improving the accuracy of wave height.

Description

파고계{WAVE GAUGE}WAVE GAUGE {WAVE GAUGE}

본 발명은 파고계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파고 계산 결과의 정확도를 향상시킬 수 있는, 파고계에 관한 것이다.The present invention relates to a wave height meter, and more particularly, to a wave height meter capable of improving the accuracy of a wave height calculation result.

통상, 해양 및 해양공학에서 사용되는 파고의 조사에 사용되는 일반적인 파고계측법으로, 해면의 변화에 따르는 물리량의 변화를 계측하고 이를 사용하여 간접적인 해면의 승강을 구하는 간접계측법과 해면의 승강을 직접 측정하는 직접계측법이 있다.It is a general wave height measurement method used in the investigation of wave heights usually used in ocean and marine engineering, and the indirect measurement method that measures changes in physical quantities according to changes in sea level and uses this to obtain indirect elevation of the sea level and direct measurement of sea level elevation There is a direct measurement method.

한편, 간접계측법으로는 기압변화를 이용하는 방법과, 부표식 파고계와 같은 가속도변화를 이용하는 방법과, 부력식 파고계와 같은 부력변화를 이용하는 방법, 수압식 파고계와 같은 수압변화를 이용하는 방법 등이 있고, 직접계측법으로는 광학적 방법(표주법, 실체사진법, 실체시식 파고계, 스타디아식 파고계), 음향학적 방법(수중발사형 초음파식 파고계, 공중발사형 초음파식 파고계), 기계적 방법(부자식 파고계), 전기식 방법(평행선식 파고계, 저항선식 파고계, 스텝식 파고계, 용량식 파고계) 등이 있다.On the other hand, indirect measurement methods include a method using changes in atmospheric pressure, a method using acceleration changes such as a buoy-type wave height meter, a method using buoyancy changes such as a buoyancy-type wave height meter, and a method using water pressure changes such as a hydraulic wave height meter. Direct measurement methods include optical methods (going method, stereophotographic method, stereoscopic wave height meter, stadia wave height meter), acoustic method (underwater launch type ultrasonic wave height meter, air launch type ultrasonic wave type wave height meter), mechanical method (build-type wave height meter), electric type There are methods (parallel line type crest meter, resistance line type crest meter, step type crest meter, capacitive type crest meter) and the like.

특히, 종래의 가속도 변화를 이용하는 파고계는 가속도센서의 데이터만을 사용하여 병진운동시 가속도 출력값에 횡방향운동에 대한 가속도 성분값이 추가되어 가속도센서의 자세 각도 추정의 정확도가 저하되고, 가속도센서의 자체 노이즈가 파고 계산 결과값에 포함되어 파고 정확도 감소하는 문제점이 있다.In particular, the conventional crestometer using the acceleration change uses only the data of the acceleration sensor to add the acceleration component value for the lateral motion to the acceleration output value during translational motion, so that the accuracy of estimating the posture angle of the acceleration sensor is lowered, and the acceleration sensor itself There is a problem in that the crest accuracy is reduced because noise is included in the crest calculation result.

이에, 센서의 오차를 감소시키기 위한 온도 보상과 2차 적분에 의한 발산을 방지하기 위한 영속도 보정, 상보필터를 적용한 자세 추정 방식 및 HPF를 적용하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 기술이 요구된다.Accordingly, there is a need for a technology capable of improving measurement precision by applying temperature compensation to reduce sensor error, zero velocity correction to prevent divergence due to secondary integration, a posture estimation method to which a complementary filter is applied, and HPF.

한국 공개특허공보 제10-2017-0139467호 (간이형 파고 측정 장치)Korean Patent Publication No. 10-2017-0139467 (Simple type wave height measurement device) 한국 등록특허공보 제10-0950806호 (부유식 파고계 및 그 파고계를 이용한 이상 파고 및 주기경고방법)Korean Patent Publication No. 10-0950806 (Floating wave height gauge and abnormal wave height and periodic warning method using the wave height gauge)

본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 센서의 오차를 감소시키기 위한 온도 보상과 2차 적분에 의한 발산을 방지하기 위한 영속도 보정, 상보필터를 적용한 자세 추정 방식에 의해 측정 정밀도를 향상시키고, HPF를 적용하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는, 파고계를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the spirit of the present invention is to improve the measurement precision by temperature compensation to reduce the error of the sensor, zero velocity correction to prevent divergence due to secondary integration, and posture estimation method to which a complementary filter is applied, An object of the present invention is to provide a crest meter that can improve measurement precision by applying HPF.

전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 파랑의 Z축 고도를 측정하여 기준신호를 제공하는 GPS 수신모듈; 가속도센서와 자이로센서로 구성되어 파랑의 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 측정하여 제공하는 IMU 센서모듈; 및 일정주기로 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 평균하여 수집하고, 수집한 상기 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 바탕으로 X,Y축 회전각도 계산을 통해 측정 자세를 추정하여 Z축 가속도를 보정하는 상보 필터부와, 지면기준 상기 보정된 Z축 가속도 값을 1차 적분하여 Z축 속도를 연산하고, Z축 속도에 HPF를 적용한 후 Z축 속도를 2차 적분하여 Z축 이동거리를 연산하고, Z축 이동거리를 GPS 데이터를 이용한 상기 기준신호로 보정하여 지면기준 파고를 연산하고, 파고의 최저값과 최고값을 제외하여 최종 파고 정보를 도출하는 연산부로 구성되는, 마이크로프로세서;를 포함하는, 파고계를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, a GPS receiving module for providing a reference signal by measuring the Z-axis altitude of the blue; an IMU sensor module that is composed of an acceleration sensor and a gyro sensor and measures and provides blue X, Y, Z-axis acceleration and X, Y-axis rotation angular velocity; and averaging the X, Y, and Z-axis accelerations and X, Y-axis rotational angular velocities at regular intervals, and calculating the X,Y-axis rotational angles based on the collected X,Y,Z-axis accelerations and X,Y-axis rotational angular velocities Complementary filter unit that corrects the Z-axis acceleration by estimating the measurement posture through to calculate the Z-axis movement distance by second integration, calculate the ground-reference wave height by correcting the Z-axis movement distance with the reference signal using GPS data, and derive final wave height information by excluding the lowest and highest values of the wave height It provides a crest meter, including; a microprocessor, consisting of an operation unit.

여기서, 상기 마이크로프로세서는, 파고의 피크 포인트 직후 누적된 Z축 속도를 리셋하여 잔류편차를 제거하는 영속도 보정부를 더 포함할 수 있다.Here, the microprocessor may further include a zero-velocity correction unit for resetting the accumulated Z-axis velocity immediately after the peak point of the wave height to remove the residual deviation.

또한, 상기 가속도센서 및 상기 자이로 센서는, 정지시의 노이즈 평균값을 측정하여 오프셋값으로 설정하는 초기 교정을 진행하고, 구동시 상기 오프셋값을 기준으로 상기 X,Y,Z축 가속도 및 상기 X,Y축 회전각속도를 측정할 수 있다.In addition, the acceleration sensor and the gyro sensor perform initial calibration by measuring the average noise value at a stop and setting it as an offset value, and during operation, the X, Y, Z axis acceleration and the X, The Y-axis rotational angular velocity can be measured.

또한, 상기 가속도센서 및 상기 자이로 센서, 상기 가속도센서 및 상기 자이로센서의 특성에 따른 온도보상 테이블을 통해 상기 X,Y,Z축 가속도와 상기 X,Y축 회전각속도를 제공할 수 있다.In addition, the acceleration sensor and the gyro sensor, the acceleration sensor and the temperature compensation table according to the characteristics of the gyro sensor may provide the X, Y, Z axis acceleration and the X, Y axis rotation angular velocity.

또한, 상기 가속도센서 또는 상기 자이로센서는 몰딩되거나 열차폐재로 커버되어 온도 항상성을 유지할 수 있다.In addition, the acceleration sensor or the gyro sensor may be molded or covered with a heat shield to maintain temperature constancy.

또한, 상기 마이크로프로세서는 10ms주기로 상기 X,Y,Z축 가속도 및 상기 X,Y축 회전각속도를 평균하여 수집할 수 있다.In addition, the microprocessor may collect the average of the X, Y, and Z-axis acceleration and the X, Y-axis rotation angular velocity at a period of 10 ms.

또한, 상기 연산부는 상기 지면기준 파고의 최고와 최저의 차이로 상기 최종 파고 정보를 도출할 수 있다.In addition, the calculating unit may derive the final wave height information as a difference between the highest and lowest of the ground reference wave height.

또한, 상기 연산부는 상기 영속도 보정부에 의해 리셋된 Z축 속도를 2차 적분하여 Z축 이동거리를 연산하고, Z축 이동거리를 상기 기준신호로 보정하여 지면기준 파고를 연산하고, 상기 지면기준 파고의 절대값을 이동평균하여 상기 최종 파고 정보를 도출할 수 있다.In addition, the calculation unit calculates the Z-axis movement distance by secondly integrating the Z-axis speed reset by the zero-speed correction unit, and calculates the ground reference wave height by correcting the Z-axis movement distance with the reference signal, and the ground The final wave height information may be derived by moving average of the absolute value of the reference wave height.

본 발명에 의하면, 저비용 및 소형화를 구현하여 파고의 해상정보를 실시간으로 측정할 수 있고, 센서의 오차를 감소시키기 위해 온도 보상과 2차 적분에 의한 발산 방지를 위해 영속도 보정을 하고, 상보필터를 적용한 자세 추정 방식에 의해 측정 정밀도를 향상시키고, HPF를 적용하여 측정 정밀도를 향상시켜서, 파고 계산 결과의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to measure the resolution information of the wave height in real time by realizing low cost and miniaturization, and to compensate the temperature and to prevent divergence by the second integral to reduce the error of the sensor, zero velocity correction is performed, and a complementary filter is performed. There is an effect that can improve the accuracy of the wave height calculation result by improving the measurement precision by applying the posture estimation method, and improving the measurement precision by applying the HPF.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 파고계의 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 파고계에 의한 파고측정 알고리즘을 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 파고측정 알고리즘에 의한 연산 순서를 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 파고측정 알고리즘에 의한 테스트 결과를 예시한 것이다.
도 5는 도 2의 파고계의 영속도 보정부의 적용을 예시한 것이다.
도 6은 도 2의 파고계의 연산부에 의한 다른 예의 최종 파고 정보 도출을 예시한 것이다.1 is a block diagram of a wave height meter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a wave height measurement algorithm by the wave height meter of FIG. 1 .
FIG. 3 shows an operation sequence by the wave height measurement algorithm of FIG. 2 .
FIG. 4 illustrates a test result by the crest measurement algorithm of FIG. 2 .
FIG. 5 illustrates the application of the zero-velocity correction unit of the crest meter of FIG. 2 .
FIG. 6 illustrates the final wave height information derivation of another example by the calculator of the wave height meter of FIG. 2 .

이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention having the above-described characteristics with reference to the accompanying drawings will be described in more detail.

본 발명의 실시예에 의한 파고계는, 파랑의 Z축 고도를 측정하여 기준신호를 제공하는 GPS 수신모듈(110)과, 가속도센서와 자이로센서로 구성되어 파랑의 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각도를 측정하여 제공하는 IMU 센서모듈(120)과, 일정주기로 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각도를 이동평균하여 수집하고, X,Y축 회전각도를 통해 측정 자세를 추정하여 Z축 가속도를 보정하는 상보 필터부와, 지면기준 보정된 Z축 가속도 값을 1차 적분하여 Z축 속도를 연산하고, Z축 속도에 HPF를 적용한 후 Z축 속도를 2차 적분하여 Z축 이동거리를 연산하고, Z축 이동거리를 GPS 데이터를 이용한 기준신호로 보정하여 지면기준 파고를 연산하고, 파고의 최저값과 최고값을 제외하여 최종 파고 정보를 도출하는 연산부로 구성되는, 마이크로프로세서(130)를 포함하여, 파고의 정확도를 향상시키는 것을 요지로 한다.The wave height meter according to an embodiment of the present invention is composed of a GPS receiving module 110 that measures the altitude of the blue Z-axis and provides a reference signal, an acceleration sensor and a gyro sensor, and the X, Y, Z-axis acceleration and X , The IMU sensor module 120 that measures and provides the rotation angle of the Y axis, and the X, Y, Z axis acceleration and the X, Y axis rotation angle are collected by moving average at a certain period and measured through the X, Y axis rotation angle Complementary filter unit that corrects the Z-axis acceleration by estimating the posture to calculate the Z-axis movement distance, calculate the ground-reference wave height by correcting the Z-axis movement distance with a reference signal using GPS data, and exclude the lowest and highest values of the wave height. By including the microprocessor 130, it is a gist to improve the accuracy of the wave height.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 전술한 구성의 파고계를 구체적으로 상술하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 6 , the crest meter of the above-described configuration will be described in detail as follows.

우선, GPS 수신모듈(110)은, 도 1 및 도 2를 참고하면, 파랑의 Z축 고도를 측정하여 기준신호가 되는 GPS 고도 데이터를 제공한다.First, the GPS receiving module 110, with reference to FIGS. 1 and 2, measures the blue Z-axis altitude and provides GPS altitude data serving as a reference signal.

다음, IMU(Inertial measurement unit) 센서모듈(120)은, 도 1 및 도 2를 참고하면, 가속도센서와 자이로센서로 구성되어 각각 파랑의 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y각속도를 측정하여 파랑의 움직임 데이터에 해당하는 실시간 파고 신호를 마이크로프로세서(130)로 제공한다.Next, the IMU (Inertial measurement unit) sensor module 120, with reference to FIGS. 1 and 2, is composed of an acceleration sensor and a gyro sensor, and measures the X, Y, Z axis acceleration and X, Y angular velocity of blue, respectively. A real-time wave height signal corresponding to blue motion data is provided to the microprocessor 130 .

여기서, 가속도센서 및 자이로센서는, 정지시의 노이즈 평균값을 측정하여 오프셋(offset)값으로 설정하는 초기 교정(calibration)을 진행하고, 구동시 오프셋값을 기준으로 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 측정할 수 있다.Here, the acceleration sensor and the gyro sensor measure the average noise value at the time of stopping and perform initial calibration to set it as an offset value, and X, Y, Z axis acceleration and X based on the offset value during driving , Y-axis rotation angular velocity can be measured.

예컨대, 가속도센서 및 자이로센서의 초기 전원 인가 및 자세 유지 동안 X,Y,Z축 자체 노이즈 및 현재 자세 측정 후 평균하여 오프셋값으로 설정하고, 구동시 오프셋값을 차감한 후 가속도 및 회전각속도를 측정하여서, 종래에 비해 현저히 낮은 수준을 유지하도록 하여 파고 계산 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.For example, during initial power application and posture maintenance of the accelerometer and gyro sensor, the X, Y, and Z axis self-noise and current posture are measured and then averaged and set as the offset value, and the acceleration and rotation angular velocity are measured after subtracting the offset value during operation Thus, it is possible to improve the accuracy of the wave height calculation result by maintaining a significantly lower level compared to the prior art.

또한, 가속도센서 및 자이로센서는 가속도센서의 특성에 따른 온도보상 테이블을 통해 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 제공하고, 가속도센서 또는 자이로센서는 몰딩되거나 열차폐재로 커버되어 센서 자체의 온도 항상성을 유지할 수도 있다.In addition, the acceleration sensor and the gyro sensor provide X, Y, and Z axis acceleration and X, Y axis rotation angular velocity through a temperature compensation table according to the characteristics of the acceleration sensor, and the acceleration sensor or gyro sensor is molded or covered with a heat shield. It is also possible to maintain the temperature constancy of the sensor itself.

다음, 마이크로프로세서(130)는 상보 필터부와 연산부로 구성된다.Next, the microprocessor 130 is composed of a complementary filter unit and a calculation unit.

상보 필터부는 먼저 일정주기로 X,Y,Z축 가속도 및 각속도 데이터인 X,Y축 자이로를 일정개수로 시계열적으로 그룹핑하여 평균하여서 수집하고, 평균된 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 각속도의 병합을 통해 X,Y축 회전각도(roll, pitch)를 측정 자세로 추정하여 Z축 가속도를 보정한다.The complementary filter unit first collects the averaged X, Y, and Z-axis acceleration and X, Y axes by grouping and averaging a certain number of X, Y-axis gyros, which are X, Y, and Z-axis acceleration and angular velocity data at a certain period. Through the merging of angular velocities, the X and Y axis rotation angles (roll, pitch) are estimated as the measurement posture to correct the Z axis acceleration.

여기서, 상보 필터부는 10ms주기로 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 평균하여 수집할 수 있다. 예컨대, 상보 필터부는 1ms의 타이머 인터럽트를 통해 10ms 동안 10개의 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각도 데이터를 평균하여 수집하여 시간 정확성을 확보하고, 데이터 평균 주기 단축을 통해 적분 오차를 감소시켜서, 파고 계산 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.Here, the complementary filter unit may collect the average of the X, Y, and Z-axis acceleration and the X, Y-axis rotational angular velocity at a period of 10 ms. For example, the complementary filter unit secures time accuracy by averaging and collecting 10 X, Y, Z-axis acceleration and X, Y-axis rotation angle data for 10 ms through a 1 ms timer interrupt, and reduces the integration error by shortening the data averaging period. By reducing it, it is possible to improve the accuracy of the crest calculation result.

또한, 상보 필터부는 파고 측정 시 포함되는 병진운동성분을 필터링하여 정확한 가속도센서의 측정 자세를 추정 및 Z축 가속도를 계산하여 파고 계산 결과의 정확성을 향상시킬 수 있다.In addition, the complementary filter unit filters the translational motion component included in the wave height measurement to accurately estimate the measurement posture of the acceleration sensor and calculate the Z-axis acceleration to improve the accuracy of the wave height calculation result.

연산부는 지면기준 보정된 Z축 가속도 값을 1차 적분하여 Z축 속도를 연산하고, Z축 속도에 HPF(High Pass Filter)를 적용한 후 Z축 속도를 2차 적분하여 Z축 이동거리를 연산하고, Z축 이동거리를 기준신호로 보정하여 지면기준 파고를 연산하고, 파고의 최저값과 최고값을 제외하여 파고 계산 결과 데이터인 최종 파고 정보를 도출한다.The calculator calculates the Z-axis speed by first integrating the ground-based corrected Z-axis acceleration value, and after applying HPF (High Pass Filter) to the Z-axis speed, the Z-axis speed is secondarily integrated to calculate the Z-axis movement distance. , calculate the ground reference wave height by correcting the Z-axis movement distance as a reference signal, and derive the final wave height information, which is the result data of the wave height calculation, by excluding the lowest and highest values of the wave height.

예컨대, 연산부는 Z축 가속도 신호를 1차 적분 후 HPF를 적용하여 파고 계산 값이 발산하는 것을 방지하고 센서 출력의 자체 노이즈가 파고 계산 결과에 포함되는 것을 방지하여 파고 계산 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.For example, the calculation unit applies HPF after the first integration of the Z-axis acceleration signal to prevent the wave height calculation value from divergence and to prevent the self-noise of the sensor output from being included in the wave height calculation result to improve the accuracy of the crest calculation result. have.

여기서, 도 4에 예시된 바와 같이, 연산부는 파고 그래프로 표시된 지면기준 파고(피크)의 최고와 최저의 차이로 파고 결과인 최종 파고 정보를 파고 데이터를 도출할 수 있다.Here, as illustrated in FIG. 4 , the calculator may derive the final wave height information, which is the final wave height information, as a difference between the highest and lowest ground reference wave heights (peaks) displayed in the wave height graph.

여기서, 마이크로프로세서(130)는, 파고의 피크 포인트 직후 누적된 Z축 속도를 리셋하여 중력 가속도의 잔류편차를 제거하는 영속도 보정부(Zero Velocity Update)를 더 포함하여서, 도 5에 도시된 바와 같이, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 센서로 제작된 IMU 센서모듈(120)의 물리적 성능한계에 의한 속도 오차(Velocity error) 및 위치 오차(Positon error)를 최소화하여 파고 계산 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.Here, the microprocessor 130 further includes a zero velocity correction unit (Zero Velocity Update) that resets the accumulated Z-axis velocity immediately after the peak point of the wave height to remove the residual deviation of the gravitational acceleration, as shown in FIG. Similarly, the accuracy of the wave height calculation result can be improved by minimizing the velocity error and the position error due to the physical performance limit of the IMU sensor module 120 manufactured with the MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems) sensor. can

한편, 도 6은 도 2의 파고계의 연산부에 의한 다른 예의 최종 파고 정보 도출을 예시한 것으로서, 이를 참고하면, 연산부는 영속도 보정부에 의해 리셋 후 계산된 Z축 속도를 2차 적분하여 Z축 이동거리를 연산하고, Z축 이동거리를 기준신호로 보정하여 지면기준 파고(피크)를 연산하고, 지면기준 파고의 절대값을 시계열적으로 3,5,10개의 그룹을 이동평균하여 최종 파고 정보를 도출할 수 있다.Meanwhile, FIG. 6 illustrates the final wave height information derivation of another example by the calculator of the crest meter of FIG. 2 . Referring to this, the calculator performs a second integration of the Z-axis speed calculated after reset by the zero-velocity correction unit to the Z-axis Calculate the movement distance, calculate the ground reference wave height (peak) by correcting the Z-axis movement distance with a reference signal, and time-series the absolute value of the ground reference wave height as a moving average of 3, 5, 10 groups to obtain final wave height information can be derived.

따라서, 전술한 바와 같은 파고계의 구성에 의해서, 저비용 및 소형화를 구현하여 파고의 해상정보를 실시간으로 측정할 수 있고, 센서의 오차를 감소시키고, 온도 보상과 2차 적분에 의한 발산을 방지하고, 상보필터를 적용한 자세 추정 방식에 의해 측정 정밀도를 향상시키고, HPF를 적용하여 측정 정밀도를 향상시키켜서, 파고 계산 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.Therefore, by the configuration of the wave height meter as described above, it is possible to measure the resolution information of the wave height in real time by realizing low cost and miniaturization, reduce the error of the sensor, prevent divergence due to temperature compensation and secondary integration, The accuracy of the wave height calculation result can be improved by improving the measurement precision by applying the complementary filter and improving the measurement precision by applying the HPF.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

110 : GPS 수신모듈
120 : IMU 센서모듈
130 : 마이크로프로세서110: GPS receiving module
120: IMU sensor module
130: microprocessor

Claims (8)

파랑의 Z축 고도를 측정하여 기준신호를 제공하는 GPS 수신모듈;
가속도센서와 자이로센서로 구성되어 파랑의 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 측정하여 제공하는 IMU 센서모듈; 및
일정주기로 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각속도를 평균하여 수집하고, 수집한 상기 X,Y,Z축 가속도 및 상기 X,Y축 회전각속도를 바탕으로 X,Y축 회전각도 계산을 통해 측정 자세를 추정하여 Z축 가속도를 보정하는 상보 필터부와, 지면기준 상기 보정된 Z축 가속도 값을 1차 적분하여 Z축 속도를 연산하고, Z축 속도에 HPF를 적용한 후 Z축 속도를 2차 적분하여 Z축 이동거리를 연산하고, Z축 이동거리를 GPS 데이터를 이용한 상기 기준신호로 보정하여 지면기준 파고를 연산하고, 파고의 최저값과 최고값을 제외하여 최종 파고 정보를 도출하는 연산부로 구성되는, 마이크로프로세서;를 포함하며,
상기 마이크로프로세서는, 파고의 피크 포인트 직후 누적된 Z축 속도를 리셋하여 잔류편차를 제거하는 영속도 보정부를 더 포함하고,
상기 가속도센서 및 상기 자이로센서는, 정지시의 노이즈 평균값을 측정하여 오프셋값으로 설정하는 초기 교정을 진행하고, 구동시 상기 오프셋값을 기준으로 상기 X,Y,Z축 가속도 및 상기 X,Y축 회전각속도를 측정하되,
상기 가속도센서 및 상기 자이로센서의 초기 전원 인가 및 자세 유지 동안 X,Y,Z축 자체 노이즈 및 현재 자세 측정 후 평균하여 오프셋값으로 설정하고, 구동시 오프셋값을 차감한 후 가속도 및 회전각속도를 측정하고,
상기 마이크로프로세서는 10ms주기로 상기 X,Y,Z축 가속도 및 상기 X,Y축 회전각속도를 평균하여 수집하되,
상보 필터부는 1ms의 타이머 인터럽트를 통해 10ms 동안 10개의 X,Y,Z축 가속도 및 X,Y축 회전각도 데이터를 평균하여 수집하고,
상보 필터부는 파고 측정 시 포함되는 병진운동성분을 필터링하여 가속도센서의 측정 자세를 추정 및 Z축 가속도를 계산하는,
파고계.
a GPS receiving module that measures the blue Z-axis altitude and provides a reference signal;
an IMU sensor module that is composed of an acceleration sensor and a gyro sensor and measures and provides blue X, Y, Z-axis acceleration and X, Y-axis rotation angular velocity; and
The X, Y, Z axis acceleration and X, Y axis rotation angular velocity are averaged and collected at a certain period, and the X, Y axis rotation angle is calculated based on the collected X, Y, Z axis acceleration and the X, Y axis rotation angular velocity. Complementary filter unit that corrects the Z-axis acceleration by estimating the measurement posture through to calculate the Z-axis movement distance by second integration, calculate the ground-reference wave height by correcting the Z-axis movement distance with the reference signal using GPS data, and derive final wave height information by excluding the lowest and highest values of the wave height It includes; a microprocessor, consisting of an operation unit;
The microprocessor further includes a zero-speed correction unit that resets the accumulated Z-axis velocity immediately after the peak point of the wave height to remove the residual deviation,
The acceleration sensor and the gyro sensor perform initial calibration by measuring an average noise value at a stop and setting it as an offset value, and during operation, the X, Y, Z axis acceleration and the X, Y axis based on the offset value Measure the rotational angular velocity,
During initial power application and posture maintenance of the acceleration sensor and the gyro sensor, the X, Y, and Z axis self-noise and current posture are measured, averaged, and set as the offset value, and the acceleration and rotation angular velocity are measured after subtracting the offset value during operation do,
The microprocessor collects the average of the X, Y, Z-axis acceleration and the X, Y-axis rotational angular velocity at a period of 10 ms,
The complementary filter unit collects and averages 10 X, Y, Z-axis acceleration and X, Y-axis rotation angle data for 10 ms through a 1 ms timer interrupt.
The complementary filter unit filters the translational motion component included in the wave height measurement to estimate the measurement posture of the acceleration sensor and calculate the Z-axis acceleration.
wave gauge.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 가속도센서 및 상기 자이로센서는, 상기 가속도센서 및 상기 자이로센서의 특성에 따른 온도보상 테이블을 통해 상기 X,Y,Z축 가속도 및 상기 X,Y축 회전각속도를 제공하는 것을 특징으로 하는, 파고계.
According to claim 1,
The acceleration sensor and the gyro sensor provide the X, Y, Z-axis acceleration and the X, Y-axis rotation angular velocity through a temperature compensation table according to the characteristics of the acceleration sensor and the gyro sensor. .
 제1항에 있어서,
상기 가속도센서 또는 상기 자이로센서는 몰딩되거나 열차폐재로 커버되어 온도 항상성을 유지하는 것을 특징으로 하는, 파고계.
According to claim 1,
The accelerometer or the gyro sensor is molded or covered with a heat shielding material to maintain temperature constancy.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연산부는 상기 지면기준 파고의 최고와 최저의 차이로 상기 최종 파고 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는, 파고계.
According to claim 1,
The calculation unit, a wave height meter, characterized in that for deriving the final wave height information as the difference between the highest and lowest of the ground-based wave height.
 제1항에 있어서,
상기 연산부는 상기 영속도 보정부에 의해 리셋된 Z축 속도를 2차 적분하여 Z축 이동거리를 연산하고, Z축 이동거리를 상기 기준신호로 보정하여 지면기준 파고를 연산하고, 상기 지면기준 파고의 절대값을 이동평균하여 상기 최종 파고 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는, 파고계.According to claim 1,
The calculation unit calculates the Z-axis movement distance by secondly integrating the Z-axis speed reset by the zero speed correction unit, corrects the Z-axis movement distance with the reference signal to calculate the ground reference wave height, and the ground reference wave height A wave height meter, characterized in that the final wave height information is derived by moving average of the absolute values of .
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