KR19990014652A - Vessel bearing measuring device and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기의 세기에 따라 저항(또는 임피던스)이 변화하는 자기 저항소자(Magnetic resistance device : 또는 자기 임피던스 소자)를 이용하여 지자기(地磁氣)를 검출 및 증폭하고, 이 신호를 마이크로 컴퓨터에서 제어프로그램에 의해 연산 처리함으로써 선수(船首)의 방위를 추정할 수 있도록 하는 선박의 방위 측정장치에 관한 것이다.The present invention detects and amplifies geomagnetism using a magnetic resistance device (or magnetic impedance device) whose resistance (or impedance) changes according to the strength of the magnetic field, and controls the signal in a microcomputer. The present invention relates to an azimuth measuring device for a ship which enables the azimuth to be estimated by a program.
이를 위하여 본 발명은 선박의 방위 측정장치에 있어서, 선체의 x, y, z축 방향의 지자기를 검출하는 지자기 검출장치와, 선박의 롤링각도와 피칭각도를 감지하여 이에 비례한 신호를 출력하는 롤링 및 피칭 감지센서와, 선박의 건조과정 등에서 발생되는 자차를 보정하기 위해 다수의 가변저항으로 구성된 자차수정부와, 상기 지자기 검출장치의 출력단에 연결되어 선박의 지자기 신호를 차동증폭하여 출력하는 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로와, 상기 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로, 롤링 및 피칭 감지센서, 자차수정부의 각 출력 데이터를 각각 입력 받아 선박의 방위를 측정하고 시스템 전체를 제어하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서의 일측에 연결되어 지역에 따라 발생되는 편차의 자동수정 프로그램, 자차수정 프로그램 등을 포함한 방위연산 프로그램 및 시스템 제어 프로그램이 저장되어 있는 롬 및 램과, 상기 마이크로 프로세서의 타측단에 연결되어 외부 통신기기와 데이터를 송수신할 수 있는 통신부와, 상기 마이크로 프로세서의 입력단에 연결되어 자차 값 및 편차의 자동 수정여부를 선택 조작하는 운전모드 선택부와, 상기 마이크로 프로세서의 출력단에 연결되어 연산된 선박의 방위를 디스플레이시키는 액정표시부로 구성된 것에 특징이 있다.To this end, the present invention is a device for measuring the orientation of the ship, a geomagnetic detection device for detecting the geomagnetism in the x, y, z-axis direction of the hull, and rolling and sensing the rolling angle and pitching angle of the ship and outputs a signal proportional thereto And a pitching sensor, a self-ordering unit composed of a plurality of variable resistors for correcting the magnetic field generated in a ship's construction process, and a first amplified output of the ship's geomagnetic signal by being connected to an output terminal of the geomagnetic detecting device. A microprocessor for receiving the first to third geomagnetic detection circuits, the first to third geomagnetic detection circuits, the rolling and pitching detection sensors, and the respective output data of the self-ordering unit to measure the azimuth of the ship and to control the entire system; Connected to one side of the microprocessor includes an automatic correction program, deviation correction program, etc. of the deviation generated according to the region ROM and RAM storing azimuth operation program and system control program, a communication unit connected to the other end of the microprocessor to transmit / receive data with an external communication device, and an autonomous value and deviation connected to the input of the microprocessor. It is characterized in that it comprises a driving mode selection unit for selecting and operating the automatic correction of the liquid crystal display unit for displaying the orientation of the vessel is connected to the output terminal of the microprocessor.
Description
본 발명은 선박의 방위 측정장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 자기의 세기에 따라 저항(또는 임피던스)이 변화하는 자기 저항소자(Magnetic resistance element : 또는 자기 임피던스 소자)를 이용하여 지자기(地磁氣)를 검출 및 증폭하고, 이 신호를 마이크로 컴퓨터의 제어프로그램에 의해 비교 연산 처리함으로써 선수(船首)의 방위를 추정할 수 있도록 하는 선박의 방위 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring orientation of a ship, and more particularly, using a magnetic resistance element (or a magnetic impedance element) whose resistance (or impedance) changes with magnetic strength. The present invention relates to a ship azimuth measuring device capable of estimating the azimuth of a bow by detecting and amplifying a) and comparing and processing the signal by a control program of a microcomputer.
일반적으로 선박의 항로 및 위치 등을 파악하여 운항하는데 있어 방위각은 대단히 중요하며, 수 백년 전부터 자석의 지북성을 이용하여 방위각을 측정하여 왔으며, 그 대표적인 장치로는 자기 컴퍼스(Magnetic compass)와 자이로 컴퍼스(Gyro compass)를 들 수 있다.In general, the azimuth angle is very important in identifying and navigating the ship's route and position, and has been measuring azimuth angles by using the magnetism of the magnet for hundreds of years. The representative devices are magnetic compass and gyro compass. (Gyro compass).
즉, 자기 컴퍼스는 지자기의 성질을 이용한 방위각 측정장치로써 그 원리는 간단하나 지자기 분포의 왜곡 등으로 정밀도가 떨어지며, 특히 최근에 들어 소형 유람선과 소형 어선 등은 날을 거듭할수록 내.외장 및 기능이 근대화, 하이 테크화 되어 가고 있어 기능면에서 부족할 뿐만 아니라 자기 컴퍼스로부터의 선수각 정보를 타 전자장치에서 이용할 수 없는 문제점을 안고 있다.In other words, magnetic compass is azimuth measuring device using the characteristics of geomagnetism, but its principle is simple, but its precision is inferior due to the distortion of geomagnetism distribution. Modernization and high technology are not only insufficient in terms of function, but also have problems that the bow angle information from the magnetic compass cannot be used in other electronic devices.
또한, 다른 방위 측정장치로서 자이로 컴퍼스가 있으나, 이는 자기 컴퍼스에 비해 정밀도에 있어서 탁월하나 매우 고가일 뿐만 아니라 기동 준비 시간이 길어서 연근해 소형 어선 및 레져용 보트와 같이 항.포구를 빈번히 입출항 해야하는 선박에는 적합하지 않은 문제점을 안고 있는 것이다.In addition, there is a gyro compass as another orientation measuring device, but it is excellent in accuracy compared to the magnetic compass, but it is very expensive, and it is suitable for ships that need to enter and leave port and port frequently such as small fishing boats and leisure boats due to the long preparation time. The problem is not.
상기와 같은 문제점들을 충족시킬 수 있도록 개발된 것이 전자 자기 컴퍼스(Electro Magnetic Compass)이며, 이러한 전자 자기 컴퍼스는 구미에서 오래 전부터 개발되어 시판 사용되고 있고, 그 대표적인 예로서 미국의 KVH사 100/314 시리즈, 영국의 CETREK사의 555/550 시리즈, 서독 VDO사의 360 시리즈, 일본 TOKIMEC사의 EMC-2형 LAGOON시리즈 등이 있으며, 어느 제품이나 기본적으로 지자기의 방위를 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 센서부와 자차 및 편차수정을 수행하는 연산부의 중앙처리장치(CPU), 그리고 방위각을 표시하는 지시부로 구성되어 있다.It has been developed to meet the above problems is the Electro Magnetic Compass (Electro Magnetic Compass), which has been developed and used in the market for a long time in the United States, the representative KVH company 100/314 series of the United States, CETREK's 555/550 series in the UK, West Germany's VDO's 360 series, and Japan's TOKIMEC's EMC - 2 type LAGOON series, all of which basically detect the geomagnetic orientation and convert it into an electrical signal, It is composed of a central processing unit (CPU) of arithmetic unit which performs deviation correction, and an indication unit which displays azimuth angle.
즉, 지자기를 검출하는 방위센서는 플럭스 밸브(flux valve)를 사용하며, 이 플럭스 밸브는 플럭스 게이트(flux gate)라 불리우는 X-Y 직교 코일이 이용되고, 이 코일은 선체의 요동이 있어도 수평을 유지할 수 있는 짐발(Gimbal) 기구로써 보지되어 있으며, 상기 짐발 내부에는 기름을 넣어 댐핑(damping) 작용을 하도록 되어 있다.In other words, the orientation sensor for detecting the geomagnetism uses a flux valve, which uses an XY orthogonal coil called a flux gate, which can maintain a horizontal level even when the hull swings. It is held as a gimbal mechanism, and the inside of the gimbal is put in an oil damping function.
통상적으로 지자기의 강도(자속밀도)는 보통 0.6×10-4테슬러(Tesler ; 0.6 Gauss) 이하로 매우 약하므로 이를 증폭시켜 마이크로 컴퓨터가 쉽게 정보를 획득할 수 있도록 되어 있으며, 이와는 달리 증폭된 아날로그 신호를 그대로 지시하는 아날로그 방식도 있는데, TOKIMEC, CETREK 및 KHV사 제품은 디지털 방식이고, VDO사 제품은 아날로그 방식 및 디지털 방식의 겸용이다.In general, the geomagnetic intensity (magnetic flux density) is very weak, usually less than 0.6 × 10 -4 Tesler (0.6 Gauss), so it can be amplified so that the microcomputer can easily obtain the information. There is also an analog method that indicates the signal as it is. TOKIMEC, CETREK and KHV products are digital, and VDO products are analog and digital.
또한 연산부인 중앙처리장치(CPU)에서는 방위각의 연산뿐만 아니라 자차수정 및 편차수정도 행하며, 여기서 자차수정이라 함은 지자기 센서 코일부에 자성체가 있으면 자기장이 교란되어 오차가 발생하므로 이 경우 중앙처리장치(CPU)에서 방위각도를 수정하는 것을 말하고, 편차수정이라 함은 지자기 방위로부터 진방위를 구하기 위해서 각지역에 따라 발생되는 편차분을 의미하며, 이러한 자차수정분은 지자기센서의 종류 및 특성에 의해 데이터화 되고, 편차수정분 역시 지역에 따라 편차분을 데이터화 되어 중앙처리장치(CPU)에 저장되어 있다.In addition, the central processing unit (CPU), which is an arithmetic unit, performs not only the calculation of azimuth angle, but also the self-correction and the deviation number. Here, the self-correction means that the magnetic field is disturbed when a magnetic material is present in the geomagnetic sensor coil part. (CPU) means to correct the azimuth angle, and the deviation correction means the deviation which is generated according to each region in order to find the true direction from the geomagnetic direction, and this self-correction correction is based on the type and characteristics of the geomagnetic sensor. The deviation is corrected, and the deviation is also stored in the central processing unit (CPU).
그리고 방위 지시부는 방위 눈금판이 회전하는 아날로그 형식과 액정표시판(LCD) 등을 이용한 디지털 방식이 있으며, 선박 조종시 시각적으로 쉽게 판별 가능한 아날로그 형식이 선호되고 있다.In addition, the direction indicating unit has an analog format in which the orientation scale plate rotates and a digital method using a liquid crystal panel (LCD), and an analog format that can be easily visually discriminated when manipulating a ship is preferred.
이와 같은 종래 선박의 방위 측정장치의 일예를 일본 TOKIMEC사의 EMC-2형 전자 자기 컴퍼스의 구성 및 동작과정을 살펴보면 다음과 같다.An example of such a conventional vessel azimuth measuring device is as follows. The configuration and operation of the EMC - 2 type electromagnetic compass of TOKIMEC of Japan are as follows.
도 1은 종래 일본 TOKIMEC사의 EMC-2형 전자 자기 컴퍼스의 구성도로서, 크게는 센서연산부(1)와 지시기(4)로 구성되어 있으며, 상기 센서연산부(1)에서는 플럭시 게이트 센서(2)에 의하여 지침방위를 검출하여 방위각도에 따라 아날로그 신호로 변환하여 출력하고, 상기 아날로그 신호인 방위검출 신호를 중앙처리장치(3)에 전송함으로써 디지털 신호로 변환함과 동시에 이미 데이터화되어 저장되어 있는 값으로 편차수정과 자차수정을 행하여 방위각도에 따른 펄스신호 출력을 지시기(4)로 전송한다.FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional EMC - 2 type electromagnetic magnetic compass manufactured by TOKIMEC of Japan, and is mainly composed of a sensor operation unit 1 and an indicator 4, and in the sensor operation unit 1, a flux gate sensor 2 is shown. By detecting the direction direction by converting into an analog signal according to the azimuth angle and outputting, and by converting the azimuth detection signal which is the analog signal to the central processing unit (3) to convert into a digital signal and at the same time already stored data value Then, the deviation correction and the correction of the order are performed, and the pulse signal output according to the azimuth angle is transmitted to the indicator 4.
이때 상기 지시기(4)의 구동회로(5)는 센서연산부(1)로부터 출력되는 방위각도에 따른 방위 펄스신호를 계수하고 각도에 따라 펄스 모터를 구동시킴에 따라 방위 눈금판(6)이 회전하여 방위각을 읽을 수 있게 되어있으며, 센서연산부(1)에서는 리피터 지시기 출력과 외부신호 출력도 얻을수 있게 되어 있고, 전원은 DC 12V가 기본이며 소비전력은 지시가 1개일 때 5W정도이다.At this time, the driving circuit 5 of the indicator 4 counts the azimuth pulse signal according to the azimuth angle output from the sensor operation unit 1 and drives the pulse motor according to the angle. In the sensor operation unit 1, the repeater indicator output and the external signal output can be obtained. The power supply is DC 12V, and the power consumption is about 5W when one instruction is used.
이와 같은 종래 선박의 방위 측정장치에 있어 지자기 검출소자는 거의 대부분이 X-Y 직교 코일로 구성되며, 이 코일을 선체의 요동에도 수평이 유지되도록 하는 짐발 기구로써 보지되고, 이 짐발 내부에는 기름을 넣어 댐핑 작용을 하도록 구성되는 플럭스 게이트 센서를 사용함에 따라 정밀도가 높아 장거리를 운항하는 대형선박이나 고급형의 선박에 적합하나, 가격이 고가인 관계로 연근해를 운항하며 저가로 제작되는 소형 어선 및 레져용 보트와 같이 항.포구를 빈번히 입출항 해야하는 선박에는 적합하지 않은 문제점이 있는 것이다.In such a conventional ship azimuth measuring device, almost the geomagnetic detection element is composed of an XY orthogonal coil, and this coil is held as a gimbal mechanism to keep the hull horizontal even with the swing of the hull. It is suitable for large vessels or high-end vessels that operate at long distances due to its high precision due to the use of flux gate sensors that are configured to function.However, such as small fishing boats and leisure boats that operate at low cost due to its high price There is a problem with ships that need to enter and leave ports and ports frequently.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 자기의 세기에 따라 저항(또는 임피던스)이 변화하는 3개의 자기 저항소자(MR소자)를 이용하여 선수방향 (x축)과 선체의 횡방향(y축) 및 선체의 수직방향(z축)의 지자기를 검출하고, 상기 3개의 자기 저항소자에서 검출된 지자기 신호를 지자기 검출회로에 의해 증폭하여 아날로그 신호를 얻은 다음 마이크로 프로세서에서 선박의 롤링각도와 피칭각도, 그리고 지자기 검출회로를 경유한 x, y, z축의 지자기 값과 롬(ROM)에 저장된 편차수정 데이터 및 가변저항으로 조정되는 자차수정 데이터를 비교 연산하여 액정표시부에 현재 선박이 위치해 있는 방위를 디스플레이시키도록 함과 동시에 자동항해장치와 같은 외부장치와의 통신이 가능토록 하고, 기동시 응답 속도가 매우 신속함으로써 극히 높은 정밀도를 요구하지 않고 연근해 소형 어선 및 레져용 보트와 같이 항.포구를 빈번히 입출항 해야하는 선박에 적합하며 저가로 보급할 수 있는 선박의 방위 측정장치 및 그 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.The present invention uses three magnetoresistive elements (MR elements) in which the resistance (or impedance) is changed according to the magnetic strength to solve the above problems, the bow direction (x axis) and the transverse direction (y axis) of the hull. ) And the geomagnetism in the vertical direction (z-axis) of the hull, amplified geomagnetism signals detected by the three magnetoresistive elements by a geomagnetism detection circuit to obtain an analog signal, and then rolling angle and pitching angle of the vessel in the microprocessor And compares the geomagnetic values of x, y and z axes through the geomagnetic detection circuit with the deviation correction data stored in the ROM and the self correction data adjusted by the variable resistor to display the bearing on which the current vessel is located on the liquid crystal display. At the same time, it enables communication with external devices such as automatic navigation system, and the response speed is very high at the start. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for measuring a ship's azimuth, which can be supplied at low cost and suitable for a vessel that requires frequent entry / exit of ports and ports such as small fishing boats and leisure boats.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선박의 방위 측정장치에 있어서, 선체의 x, y, z축 방향의 지자기를 검출하는 지자기 검출장치와, 선박의 롤링각도와 피칭각도를 감지하여 이에 비례한 신호를 출력하는 롤링 및 피칭 감지센서와, 선박의 건조과정 등에서 발생되는 자차를 보정하기 위해 다수의 가변저항으로 구성된 자차수정부와, 상기 지자기 검출장치의 출력단에 연결되어 선박의 지자기 신호를 차동증폭하여 출력하는 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로와, 상기 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로, 롤링 및 피칭 감지센서, 자차수정부의 각 출력 데이터를 각각 입력 받아 선박의 방위를 측정하고 시스템 전체를 제어하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서의 일측에 연결되어 지역에 따라 발생되는 편차의 자동수정 프로그램, 자차수정 프로그램 등을 포함한 방위연산 프로그램 및 시스템 제어 프로그램이 저장되어 있는 롬 및 램과, 상기 마이크로 프로세서의 타측단에 연결되어 외부 통신기기와 데이터를 송수신할 수 있는 통신부와, 상기 마이크로 프로세서의 입력단에 연결되어 자차 값 및 편차의 자동 수정여부를 선택 조작하는 운전모드 선택부와, 상기 마이크로 프로세서의 출력단에 연결되어 연산된 선박의 방위를 디스플레이시키는 액정표시부로 구성된 것에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for measuring a ship's orientation, comprising: a geomagnetism detection device for detecting geomagnetism in the x, y, and z-axis directions of a ship and a rolling angle and a pitching angle of the ship and proportional thereto; Rolling and pitching detection sensor for outputting a signal, and a self-ordering unit composed of a plurality of variable resistors to compensate for the self-drift generated during the ship's construction process, and the output of the geomagnetic detection device to differential the geomagnetic signal of the ship The first to third geomagnetism detection circuit for amplifying and outputting, the first to third geomagnetism detection circuit, the rolling and pitching sensor, and the output data of the self-ordering unit are respectively input to measure the azimuth of the ship and the whole system. Microprocessor for controlling, automatic correction program of deviations generated according to the region connected to one side of the microprocessor, self-correction ROM and RAM that stores azimuth operation program and system control program including a program, and the like, a communication unit connected to the other end of the microprocessor and capable of transmitting and receiving data with an external communication device, and connected to an input of the microprocessor. It is characterized in that it comprises a driving mode selection unit for selecting and operating the automatic correction of the host vehicle value and the deviation, and a liquid crystal display for displaying the orientation of the vessel connected to the output of the microprocessor.
본 발명의 다른 특징은 제 1 내지 제 3 자기 저항소자와, 선박의 롤링과 피칭각도를 마이크로 프로세서에서 읽어 들여 연산하고, 자차 및 편자를 보정하여 선박의 방위를 측정하는 선박의 방위 측정방법에 있어서, 시스템이 가동되면 운전모드의 상태를 읽어 들여 운전모드가 자차 갱신모드 인지를 판단하는 운전모드 분석과정과, 상기 과정에서 자차 갱신모드로 판단될 경우 수정되어야 할 자차 계수값을 조정하는 과정과, 상기 운전모드 분석과정에서 자차 갱신모드가 아닌 것으로 인식될 경우 자차수정부의 출력값과, 선박의 롤링 및 피칭각도, 제 1 내지 제 3 자기 저항소자의 x, y, z축의 지자기 성분을 읽어 들이는 테이터 판독과정과, 상기 과정 후 읽어 들인 데이터로부터 롤링 및 피칭에 따른 지자기의 수평성분을 보정하여 선수각을 계산한 후 자차를 보정하는 과정과, 상기 과정 후 편차의 자동수정이 요구될 경우 GPS로부터 현재 위치를 수신하여 편차 값을 계산하여 편차에 의한 오차를 보정하는 한편, 상기 편차 보정과정에서 편차의 자동수정이 요구되지 않을 경우 저장된 편차 데이터를 읽어 들여 편차에 의한 오차보정을 실행하는 편차 보정과정과,상기 과정 후 연산되는 선체의 방위를 디스플레이하고 외부 기기에 방위 정보를 송신하는 출력과정으로 이루어진 것에 있다.Another feature of the present invention is a method for measuring a ship's orientation in which the first and third magnetoresistive elements and the rolling and pitching angles of the ship are read by a microprocessor and calculated, and the azimuth and horseshoe are corrected to measure the ship's orientation. The operation mode analysis process of reading the state of the operation mode when the system is activated and determining whether the operation mode is the host vehicle update mode; and adjusting the host vehicle coefficient value to be corrected when it is determined in the process as the host vehicle update mode; In the operation mode analysis process, when it is recognized that the vehicle is not in the vehicle update mode, the output value of the vehicle correction unit, the rolling and pitching angles of the ship, and the geomagnetic components of the x, y, and z axes of the first to third magnetoresistive elements are read. After calculating the bow angle by correcting the horizontal component of the geomagnetism according to rolling and pitching from the data reading process and the data read after the above process, If the correction process and automatic correction of the deviation are required after the process, the current position is received from the GPS to calculate the deviation value to correct the error due to the deviation, and the automatic correction of the deviation is not required in the deviation correction process. In this case, a deviation correction process for reading out the stored deviation data and performing error correction due to the deviation, and an output process for displaying the bearing of the hull calculated after the above process and transmitting the bearing information to an external device.
도 1은 종래 전자 자기 컴퍼스의 구성도.1 is a block diagram of a conventional electromagnetic magnetic compass.
도 2는 본 발명에 따른 지자기 검출장치의 구조도.2 is a structural diagram of a geomagnetic detection apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 방위 측정장치의 블록도.3 is a block diagram of a device for measuring the orientation of the ship according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 선박의 방위 측정장치의 지자기 검출회로도.Figure 4 is a geomagnetic detection circuit diagram of the orientation measurement device of the ship according to the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 선박의 방위 측정과정의 동작흐름도.5a and 5b is a flow chart of the operation of the bearing measurement process of the ship according to the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
7 : 지자기 검출장치 8 : 공통 자기 집속소자7: geomagnetic detection device 8: common magnetic focusing element
9 : 유입홈9: inflow groove
11, 12, 13 : 제 1 내지 제 3 지지구11, 12, and 13: first to third supports
14, 15, 16 : 제 1 내지 제 3 자기 저항소자14, 15, and 16: first to third magnetoresistive elements
14a, 15b, 16c : 제 1 내지 제 3 자기 집속소자14a, 15b, and 16c: first to third magnetic focusing elements
17, 18, 19 : 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로17, 18, 19: first to third geomagnetic detection circuit
17a : 제 1 차동증폭회로 17b : 제 1 증폭회로17a: first differential amplifier circuit 17b: first amplifier circuit
17c : 제 2 차동증폭회로 17d : 제 2 증폭회로17c: second differential amplifier circuit 17d: second amplifier circuit
20 : 롤링 및 피칭 감지센서 21 : 자차수정부20: rolling and pitching sensor 21: self-correction
22 : 마이크로 프로세서 23 : 롬(ROM)22: microprocessor 23: ROM
24 : 램(RAM) 25 : 운전모드 선택부24: RAM 25: Operation mode selector
26 : 액정표시부 27 : 통신부26 liquid crystal display 27 communication unit
도 2는 본 발명에 따른 지자기 검출장치(7)의 구조도로서, 지자기를 집속하는 퍼멀로이인 정육면체의 공통 자기 집속소자(8)가 구비되고, 이 공통 자기 집속소자(8)의 각 면에는 일측에 유입홈(9)이 형성되어 있는 x, y, z축 방향으로 배치된 제 1 내지 제 3 지지구(11)(12)(13)가 설치되며, 상기 제 1 내지 제 3 지지구(11)(12)(13)의 내부에는 지자기를 집속하기 위한 퍼멀로이의 제 1 내지 제 3 자기 집속소자(14a)(15a)(16a)가 고정 설치되어 있다.FIG. 2 is a structural diagram of a geomagnetism detecting device 7 according to the present invention, which is provided with a common magnetic focusing element 8 of a cube that is a permalloy that focuses geomagnetism, and on each side of the common magnetic focusing element 8. First to third support members 11, 12 and 13 disposed in the x, y, and z-axis directions in which the inflow grooves 9 are formed are installed, and the first to third support members 11 are provided. Inside the (12) and (13), first to third magnetic focusing elements 14a, 15a and 16a of permalloy for focusing the geomagnetism are fixedly installed.
또한 상기 제 1 내지 제 3 지지구(11)(12)(13)의 일측에 형성된 유입홈(9)에는 자기의 세기에 따라 저항이 변화하는 제 1 내지 제 3 자기 저항소자(14)(15) (16)가 삽입되어 있으며, 상기 제 1 자기 저항소자(14)는 선박의 선수방향(x축)의 지자기를 검출하고, 제 2 자기 저항소자(15)는 선체의 횡방향(y축)의 지자기를 검출하고, 제 3 자기 저항소자(16)는 선체의 수직방향(z축)의 지자기를 검출하도록 되어 있다.In addition, the inlet grooves 9 formed on one side of the first to third support members 11 and 12 and 13 have first to third magnetoresistive elements 14 and 15 whose resistance varies according to the magnetic strength. 16, the first magnetoresistive element 14 detects the geomagnetism in the bow direction (x-axis) of the ship, and the second magnetoresistive element 15 is the transverse direction (y-axis) of the hull. The geomagnetism is detected, and the third magnetoresistive element 16 is configured to detect the geomagnetism in the vertical direction (z axis) of the hull.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 방위 측정장치의 블록도로서, 선박의 롤링각도와 피칭각도를 감지하여 이에 비례한 신호를 출력하는 롤링 및 피칭 감지센서(20)와, 가변저항(VR1~VR5)으로 이루어지고 선박의 건조과정 등에서 발생되는 자차를 보정하기 위한 자차수정부(21)가 구비되며, 지자기 검출장치(7)인 제 1 내지 제 3 자기 저항소자(14)(15)(16)의 각 출력단에는 선박의 선수방향(x축)과 선체 횡방향(y축) 그리고 선체 수직방향(z축)의 지자기 신호를 소정레벨로 증폭하여 출력하는 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로(17)(18)(19)가 각각 연결된다.3 is a block diagram of an apparatus for measuring a bearing of a ship according to the present invention, which detects a rolling angle and a pitching angle of a ship and outputs a signal proportional thereto, and a variable resistor (VR1 to VR5). And a self-correcting unit 21 for correcting the own vehicle generated in a ship construction process, etc., and the first to third magnetoresistive elements 14, 15, and 16, which are the geomagnetic detection device 7. Each of the first to third geomagnetic detection circuits 17 for amplifying and outputting the geomagnetic signals in the bow direction (x axis), the ship's transverse direction (y axis) and the ship's vertical direction (z axis) to a predetermined level. (18) (19) are respectively connected.
그리고 상기 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로(17)(18)(19)와 롤링 및 피칭감지센서(20) 및 자차수정부(21)의 각 출력단에는 선박의 롤링 및 피칭 값과 x, y, z축의 지자기 값과, 자차수정 값, 그리고 편차수정 값 등 여러 가지의 데이터를 읽어 들여 비교 연산하여 선박의 방위를 측정하는 마이크로 프로세서(22)가 연결되어 있다.Rolling and pitching values of the ship, and x, y, at each output end of the first to third geomagnetic detection circuits 17, 18, 19, the rolling and pitching sensor 20, and the self-ordering unit 21, respectively. The microprocessor 22 which measures the azimuth of a ship by reading and comparing various data, such as a geomagnetic value of a z-axis, an order correction value, and a deviation correction value, is connected.
또한 상기 마이크로 프로세서(22)의 일측에는 지자기 방위로부터 진방위를 구하기 위해 각지역에 따라 발생되는 편차수정 데이터와 시스템 제어에 필요한 여러 가지의 프로그램 및 데이터가 저장되어 있는 롬(23)과 램(24)이 접속되며, 상기 마이크로 프로세서(22)의 타측단에는 자동항행장치와 같은 외부 통신기기와 데이터를 송수신할 수 있는 통신부(27)가 연결된다.In addition, one side of the microprocessor 22 is a ROM (23) and RAM (24) that stores the deviation correction data generated according to each region in order to obtain the true direction from the geomagnetic orientation and various programs and data necessary for system control Is connected, and the other end of the microprocessor 22 is connected with a communication unit 27 capable of transmitting and receiving data with an external communication device such as an automatic navigation device.
그리고 상기 마이크로 프로세서(22)의 입력단에는 자차값의 갱신여부, 자동편차 수정여부를 선택조작하는 운전모드 선택부(25)가 접속되며, 마이크로 프로세서(22)의 출력단에는 현재 선박의 방위를 디스플레이시키는 액정표시부(26)가 각각 연결되어 구성된다.An operation mode selector 25 for selecting whether to update the host vehicle value or correcting the automatic deviation is connected to an input of the microprocessor 22, and an output of the microprocessor 22 displays an orientation of the current vessel. The liquid crystal display 26 is connected to each other.
도 4는 본 발명에 따른 선박의 방위 측정장치의 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로(17)(18)(19)도로서, 제 1 지자기 검출회로(17)는 선박의 선수방향(x축)의 지자기 검출하는 제 1 자기 저항소자(14)의 양단전압을 비교하여 그 차이 값에 해당하는 전압을 출력하는 제 1 차동증폭회로(17a)와, 상기 제 1 차동증폭회로(17a)의 출력 전압을 소정 레벨로 1차 증폭하는 제 1 증폭회로(17b)와, 상기 제 1 증폭회로(17b)의 출력전압을 인가되는 기준전압(Vref)과 비교하여 차에 해당하는 전압을 출력하는 제 2 차동증폭회로(17c)와, 상기 제 2 차동증폭회로(17c)의 출력단에 연결되어 2차 증폭하여 아날로그 신호를 출력하는 제 2 증폭회로(17d)로 구성되어 있으며, 제 2, 제 3 지자기 검출회로(18)(19)의 구성은 제 1 지자기 검출회로(17)와 동일하게 이루어진다.4 is a diagram of the first to third geomagnetic detection circuits 17, 18, and 19 of the ship's orientation measuring device according to the present invention, wherein the first geomagnetic detection circuit 17 is the bow direction of the ship (x-axis). The output voltages of the first differential amplifier circuit 17a and the first differential amplifier circuit 17a which compare the voltages of both ends of the first magnetoresistive element 14 for detecting the geomagnetism and output the voltage corresponding to the difference value. First amplification circuit 17b for first-order amplification to a predetermined level, and a second differential for outputting a voltage corresponding to the difference by comparing the output voltage of the first amplification circuit 17b with an applied reference voltage Vref. An amplifying circuit 17c and a second amplifying circuit 17d connected to an output terminal of the second differential amplifying circuit 17c and outputting an analog signal by performing secondary amplification. The configuration of (18) and (19) is the same as that of the first geomagnetic detection circuit 17.
도 5는 본 발명에 따른 선박의 방위 측정과정의 동작 흐름도이다.5 is an operation flowchart of a bearing measurement process of a ship according to the present invention.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 선박의 방위 측정장치의 동작과정과 방위 검출과정을 도 2 내지 도 5에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 2 to 5 the operation process and the orientation detection process of the vessel orientation measuring device according to the present invention made as described above in detail as follows.
먼저 도 2에서와 같이 지자기 검출장치(7)내의 제 1 내지 제 3 자기 집속소자(14a)(15a)(16a) 및 공통 자기 집속소자(8)는 퍼멀로이 재질로 이루어지며, 제 1 자기 집속소자(14a)는 x축 방향의 지자기를, 제 2 자기 집속소자(15a)는 y축 방향의 지자기를, 제 3 자기 집속소자(16a)는 z축 방향의 지자기를 각각 집속하고, 공통 자기 집속소자(8)는 세축의 공통 자로를 형성함과 동시에 지자기를 집속한다.First, as shown in FIG. 2, the first to third magnetic focusing elements 14a, 15a, 16a and the common magnetic focusing element 8 in the geomagnetic detecting apparatus 7 are made of permalloy material, and the first magnetic focusing element 14a denotes a geomagnetism in the x-axis direction, the second magnetic focusing element 15a focuses on the y-axis in the y-axis direction, and the third magnetic focusing element 16a focuses on the z-axis in the z-axis direction. (8) focuses on the geomagnetic field while simultaneously forming three common axes.
이때 제 1 자기 저항소자(14)는 선박의 선수방향(x축)의 지자기를, 제 2 자기 저항소자(15)는 선체의 횡방향(y축)의 지자기, 그리고 제 3 자기 저항소자(16)는 선체의 수직방향(z축)의 지자기를 검출하여 각각 출력한다.At this time, the first magnetoresistive element 14 is a geomagnetism in the bow direction (x-axis) of the ship, the second magnetoresistive element 15 is a geomagnetism in the lateral direction (y-axis) of the hull, and the third magnetoresistive element 16 ) Detects and outputs the geomagnetism in the vertical direction (z-axis) of the hull.
한편, 상기 제 1 내지 제 3 자기 저항소자(14)(15)(16)로 부터 출력되는 선체의 x, y, z축 지자기의 강도(자속밀도)는 보통 0.6×10-4테슬러(0.6 가우스) 이하로 매우 약하므로 제 1 내지 제 3 지자기 검출회로(17)(18)(19)에 의해 소정레벨로 증폭하여 출력하게 된다.On the other hand, the strength (magnetic flux density) of the x, y, z-axis geomagnetism of the hull output from the first to third magnetoresistive elements 14, 15 and 16 is usually 0.6x10 -4 Tesla (0.6). Gaussian) is very weak, and is then amplified to a predetermined level by the first to third geomagnetism detection circuits 17, 18 and 19.
즉, 제 1 자기 저항소자(14)의 양단자로부터 출력되는 선체의 x축 지자기는 도 4에 도시된 제 1 지자기 검출회로(17)인 제 1 차동증폭회로(17a)에 인가됨에 따라 두 입력단의 차이 값에 해당하는 전압을 차동증폭하여 출력하게 되며, 이 전압은 제 1 증폭회로(17b)에 인가되어 소정 레벨로 1차 증폭시키게 된다.That is, the x-axis geomagnetism of the hull output from both terminals of the first magnetoresistive element 14 is applied to the first differential amplifier circuit 17a which is the first geomagnetism detection circuit 17 shown in FIG. The voltage corresponding to the difference value of is differentially amplified and output, and this voltage is applied to the first amplifier circuit 17b to firstly amplify to a predetermined level.
따라서 상기 제 1 증폭회로(17b)에 의해 증폭되어진 신호는 기준전압(Vref)이 인가되는 제 2 차동증폭회로(17c)에 인가되어 상기 기준전압(Vref)과 제 1 증폭회로(17b)의 출력 전압과의 차에 해당하는 전압을 출력하게 되고, 이 전압은 제 2 증폭회로(17d)에서 일정레벨로 2차 증폭되어 마이크로 프로세서(22)에 인가된다.Accordingly, the signal amplified by the first amplifier circuit 17b is applied to the second differential amplifier circuit 17c to which the reference voltage Vref is applied to output the reference voltage Vref and the first amplifier circuit 17b. A voltage corresponding to the difference with the voltage is output, and the voltage is second amplified to a predetermined level in the second amplifying circuit 17d and applied to the microprocessor 22.
여기서 제 2 및 제 3 자기 저항소자(15)(16)로 부터 출력되는 선체의 y, z축 지자기가 제 2, 제 3 지자기 검출회로(18)(19)를 경유하여 출력시키는 과정은 상기 제 1 지자기 검출회로(17)와 동일하므로 생략한다.Here, the process of outputting the y and z-axis geomagnetism of the hull output from the second and third magnetoresistive elements 15 and 16 via the second and third geomagnetism detection circuits 18 and 19 is performed as described above. 1 Since it is the same as the geomagnetic detection circuit 17, it is omitted.
그리고 롤링 및 피칭 검출센서(20)는 파도와 바람 등에 의한 선체의 롤링과 피칭 각도에 비례하는 전기적 신호를 마이크로 프로세서(22)로 인가하게 되며, 또한 자차수정부(21)의 가변저항(VR1~VR5)으로써 자차 보정 계수값을 설정하여 마이크로 프로세서(22)에 인가한다.The rolling and pitching detection sensor 20 applies an electrical signal proportional to the rolling and pitching angles of the hull due to waves and winds to the microprocessor 22, and the variable resistance VR1 to the self-correcting unit 21. VR5), the host difference correction coefficient value is set and applied to the microprocessor 22.
한편, 상기 마이크로 프로세서(22)는 상기 제 1 내지 제 3 자기 저항소자(14)(15)(16)로 부터 출력되는 선체의 x, y, z축 지자기 값과, 롤링 및 피칭 검출센서(20)로부터 출력되는 선체의 롤링과 피칭 각도 값과, 자차수정부(21)의 가변저항(VR1~VR5)에 의해 설정된 자차 보정 값을 내장되어 있는 A/D변환기에서 디지털 신호로 모두 변환시킨 후 이 데이터를 비교 연산하여 도 5에 도시된 흐름도에서와 같이 선박의 방위를 검출하게 된다.On the other hand, the microprocessor 22 is the x, y, z-axis geomagnetic value of the hull output from the first to third magnetoresistive elements 14, 15, 16, and rolling and pitching detection sensor 20 After converting the hull rolling and pitching angle values and the self-correction values set by the variable resistors VR1 to VR5 of the self-correcting unit 21 into the digital signals in the built-in A / D converter, By comparing the data, the orientation of the ship is detected as shown in the flowchart of FIG. 5.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 선박의 방위 측정과정의 흐름도이다.5a and 5b is a flow chart of the bearing measurement process of the ship according to the present invention.
즉, 시스템이 가동되면 운전모드 선택부(25)에서 조작된 운전모드의 상태를 읽어(단계 101) 들이며, 상기 운전모드가 자차 갱신모드 인지를 판단(단계 102)하는 운전모드 분석과정(L1)을 실행하는 한편, 상기 과정에서 자차 갱신모드로 판단될 경우 8방위 차차수정법에 의하여 자차 계수값을 계산한 후(단계 115) 가변저항(VR1~VR5)을 조절하여 자차 계수값을 수정(단계 116)하는 자차 계수 수정과정(L2)을 수행하게 된다.That is, when the system is operated, the operation mode analysis process L1 reads the state of the operation mode operated by the operation mode selection unit 25 (step 101), and determines whether the operation mode is the host vehicle update mode (step 102). On the other hand, if it is determined that the vehicle is in the process of updating the vehicle in the above process, the coefficient of error is calculated by the 8-direction difference correction method (step 115), and then the variable resistances VR1 to VR5 are adjusted to correct the coefficient of error (step 116). ) To perform the self-correction coefficient correction process (L2).
그러나 상기 운전모드 분석과정(L1)에서 자차 갱신모드가 아닌 것으로 판단될 경우에는 자차수정부(21)의 가변저항(VR1~VR5)의 출력값을 읽어 들임(단계 103)과 동시에 롤링 및 피칭 감지센서(20)로부터 출력되는 선박의 롤링각도와 피칭각도를 읽어(단계 104) 들이는 테이터 판독과정(L3)을 수행한 다음 이 읽어들인 데이터로서 연산하여 지자기의 x축, y축 성분의 계산(단계 105)과, 선수각을 계산(단계 106) 함과 동시에 읽어 들인 자차 계수값에 의한 오차를 보정(단계 107)하는 연산 및 자차 보정과정(L4)을 실행한다.However, when it is determined in the operation mode analysis process L1 that the vehicle is not in the vehicle update mode, the output value of the variable resistors VR1 to VR5 of the vehicle correction unit 21 is read (step 103) and the rolling and pitching detection sensor is performed at the same time. Calculate the x-axis and y-axis components of the geomagnetism by performing the data reading process (L3), which reads the rolling and pitching angles of the vessel output from (20) (step 104), and then calculates them as the read data. 105), calculation of bow angle (step 106), and correction and error correction process L4 (step 107) for correcting the error due to the reading of the coefficient of error (step 107) are executed.
따라서 상기 자차 보정과정(L4)을 실행한 후 편차의 자동수정이 요구될 경우임이 판단(단계 108)되면 GPS로부터 현재 위치를 수신(단계 113)하여 편차 값을 계산(단계 114)한 다음 편차에 의한 오차보정을 실행(단계 110)하는 한편, 편차의 자동수정이 요구되지 않을 경우에는 롬(23)에 저장된 편차 데이터를 읽어 들여(단계 109) 편차에 의한 오차보정을 실행(단계 110)하는 편차 보정과정(L5)을 수행하게 된다.Therefore, if it is determined that the automatic correction of the deviation is required after executing the deviation correction process L4 (step 108), the current position is received from the GPS (step 113), the deviation value is calculated (step 114), and then the deviation is determined. Error correction (step 110), and when the automatic correction of the deviation is not required, the deviation data stored in the ROM 23 is read (step 109) to perform the error correction by the deviation (step 110). The correction process L5 is performed.
그러므로 상기 편차 보정과정(L5) 등 여러 과정을 거치면서 자차의 수정과 편차의 수정을 완료하게되면 선체의 방위가 환산되며, 이 환산된 선체의 방위를 액정표시부(26)에 디스플레이(단계 111)함과 동시에 통신부(27)를 통해 자동항행장치와 같은 외부 기기에 방위 정보를 송신(단계 112)하는 출력과정(L6)을 수행함으로써 선박의 방위를 검출과정을 완료하게 되는 것이다.Therefore, when the correction of the deviation and the correction of the deviation are completed through various processes such as the deviation correction process (L5), the bearing of the hull is converted, and the converted bearing of the hull is displayed on the liquid crystal display 26 (step 111). At the same time, by performing the output process (L6) for transmitting the bearing information (step 112) to an external device such as an automatic navigation device through the communication unit 27 to complete the detection process of the vessel.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 자기의 세기에 따라 저항이 변화하는 3개의 자기 저항소자를 이용하여 x, y, z축의 지자기를 검출하고, 상기 3개의 자기 저항소자에서 검출된 지자기 신호를 지자기 검출회로에 의해 증폭하여 아날로그 신호를 얻은 다음 마이크로 프로세서에서 선박의 롤링각도와 피칭각도, 그리고 지자기 검출회로를 경유한 지자기 값과 롬에 저장된 편차수정 데이터 및 가변저항으로 조정되는 자차수정 데이터를 비교 연산하여 액정표시부에 현재 선박이 위치해 있는 방위를 디스플레이시키도록 함과 동시에 자동항해장치와 같은 외부장치와의 통신이 가능토록 하였다.As described above, the present invention detects the geomagnetism of the x, y, and z axes by using three magnetoresistive elements whose resistance changes according to the magnetic strength, and detects the geomagnetic signals detected by the three magnetoresistive elements. Amplify by geomagnetism detection circuit to obtain analog signal, then compare the rolling angle and pitching angle of ship with geomagnetism value through micromagnetism detection circuit, deviation correction data stored in ROM and self-correction data adjusted by variable resistance In addition to the calculations, the LCD displays the current bearing on the LCD and enables communication with external devices such as automatic navigation systems.
또한 본 발명은 기동시 응답 속도가 매우 신속함으로써 극히 높은 정밀도를 요구하지 않고 연근해 소형 어선 및 레져용 보트와 같이 항.포구를 빈번히 입출항 해야하는 선박에 적합하며 저가로 보급할 수 있는 것이다.In addition, the present invention is very fast response time at the start, it is suitable for ships that need to enter and leave the port and port frequently, such as small fishing boats and leisure boats do not require extremely high precision and can be supplied at low cost.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100812726B1 (en) * | 2006-09-21 | 2008-03-12 | 삼성중공업 주식회사 | Method and device for calculating attaching location and thickness of supplement pad using indoor gps |
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1998
- 1998-11-27 KR KR1019980051652A patent/KR19990014652A/en active IP Right Grant
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| WO2008035941A1 (en) * | 2006-09-21 | 2008-03-27 | Samsung Heavy Ind. Co., Ltd. | Method and apparatus for calculating attachment location and thickness of supplement pad using indoor gps |
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