KR20200052705A - 외란을 상쇄하는 시선 안정화 시스템 - Google Patents

외란을 상쇄하는 시선 안정화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체에 가해지는 외란을 상쇄하여, 물체가 안정적으로 목표하는 시선을 추종하도록 제어하는 시선 안정화 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템은 제1축 및 제2축으로 구동하는 김벌(gimbal), 상기 물체의 시선 각속도를 측정하기 위한 각속도 센서, 및 상기 김벌을 제어하는 신호를 출력하는 서보제어기를 포함한다. 이때, 상기 각속도 외란은 상기 김벌의 구동축이 아닌 제3축으로 유입되는 외란을 포함한다.
본 발명에서는 상기 각속도 외란을 해석적으로 산출하고, 이를 상쇄하기 위한 서보제어기를 구성하므로, 상기 각속도 외란을 완전히 제거하는 것이 가능하며 카메라 모듈이 안정하게 영상을 촬영하는 것이 가능하다.

Description

외란을 상쇄하는 시선 안정화 시스템{Line of sight stabilization system with canceling disturbance}
본 발명은 물체에 가해지는 외란을 상쇄하여, 물체가 안정적으로 목표하는 시선을 추종하도록 제어하는 시스템에 관한 것이다.
장거리 관측을 위해 카메라 시스템은 항공기 등에 탑재되어 운용된다. 카메라 시스템은 영상센서와 광학계를 내장한 카메라 모듈, 카메라 모듈을 지지하고 원하는 방향으로 카메라 시선을 이동하기 위한, 김벌 및 서보제어기로 이루어진 안정화 구동기, 그리고 이들을 결합하는 시스템 제어기 등으로 구성된다. 안정화 구동기는 기계 프레임으로서의 김벌, 관성평면의 각속도를 센싱하기 위한 자이로, 구동신호를 발생하는 서보제어기, 그리고 서보증폭기 및 서보모터 등으로 이루어진다.
카메라 시스템은 장거리 관측을 위한 장거리 시야를 확보하도록 높은 고도로 비행하는 항공기 등에 탑재되며, 장거리의 미세한 표적을 확대하도록 카메라 모듈에 높은 배율의 광학계를 사용한다. 높은 배율의 광학계는 카메라의 흔들림에 민감하게 반응하여 외부로부터 유입되는 진동에 의하여 영상의 떨림이 발생하므로, 이를 방지하기 위하여 카메라 모듈은 김벌이 포함된 안정화 구동기에 의해 지지된다.
외부로부터의 진동은 항공기 진동뿐만 아니라 풍압, 폭음 등에 의한 진동을 포함한다. 외부로부터의 진동은 카메라 모듈에 각 변위를 유발하는 각 진동 외란(angular oscillation disturbance)으로 카메라 모듈에 전달될 수 있다. 이러한 외란으로 인해 영상의 품질이 저하될 수 있으므로, 외란을 완전히 제거시킬 수 있는 안정화 시스템이 요구된다.
[1] J.M. Hikert, "Inertially Stabilized Platform Technology", IEEE Control Systems Magazine, pp26-46, Feb. 2008 [2] 김성수 외, "항공기 pitch 요동의 영상안정화 영향성 분석," 2017 학술대회논문집, pp247-248, 한국군사과학기술학회, 2017.6 [3] Richard L. Pio, "Symbolic Representation of Coordinate Transformations", IEEE Tractions on Aerospace and Navigational Electronics, Vol. ANE-11, June, 1964, pp128-134 [4] BERTIL EKSTRAND, "Equations of Motion for a Two-Axes Gimbal System," IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS VOL. 37, NO. 3 JULY 2001 [5] Xia Yun-xia et al, 2-Port Internal Model Control for Gyro Stabilized Platform of Electro-Optical Tracking System," Acquisition, Tracking, Pointing, and Laser Systems Technologies XXVI, Proc. of SPIE Vol. 8395, 83950M, 2012
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 물체에 원하지 않는 각 변위를 유발하는 각속도 외란으로부터 물체의 시선을 안정화할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다. 상기 각속도 외란은 김벌의 구동축이 아닌 다른 축을 따라 유입되는 외란을 포함하며, 본 발명에서는 이러한 각속도 외란까지 완전히 제거가 가능한 시선 안정화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 각속도 외란을 해석적으로 산출하는 방법을 제공하는 것이다. 나아가, 본 발명에서는 상기 해석된 각속도 외란을 상쇄시키도록 제어기를 구성하여, 상기 각속도 외란을 완전히 제거하는 것이 가능한 시선 안정화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 일 실시예에 따른 물체의 시선 안정화 시스템은 제1축 및 제2축으로 구동하는 김벌(gimbal); 상기 물체의 시선 각속도를 측정하기 위한 각속도 센서; 및 상기 김벌을 제어하는 신호를 출력하는 서보제어기를 포함하고, 상기 서보제어기는, 명령 입력(command input) 및 상기 물체의 시선 각속도의 피드백 입력에 따라, 상기 물체가 목표하는 시선을 추종하도록 상기 김벌을 제어하는 추종 제어 신호를 출력하는 추종제어기; 및 상기 물체에 가해지는 각속도 외란을 상쇄하도록 상기 김벌을 제어하는 외란 제어 신호를 출력하는 외란제어기를 포함하고, 상기 각속도 외란은 상기 김벌의 구동축이 아닌 제3축으로 유입되는 외란이다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 외란제어기는, 상기 측정된 물체의 시선 각속도를 입력 받아 상기 각속도 외란을 상쇄하도록 상기 외란 제어 신호를 출력한다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 외란제어기는, 해석적으로 산출되는 상기 각속도 외란을 상쇄하도록 설계된다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 각속도 외란은 하기 수학식에 의해 산출되고,
(수학식)
wR1z = wLOSz*cos
Figure pat00001
- wLOSx*sin
Figure pat00002
상기 wR1z은 상기 각속도 외란을, 상기 wLOSz은 시선 좌표계의 상기 제3축에 대한 상기 물체의 시선 각속도를, 상기 wLOSx은 시선 좌표계의 상기 제1축에 대한 상기 물체의 시선 각속도를, 상기
Figure pat00003
는 상기 제2축에 대한 상기 김벌의 구동 각도를 나타낸다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 추종 제어 신호 및 상기 외란 제어 신호는 상기 김벌이 상기 제1축에 대해 회전하는 각속도를 제어하는 신호이다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 외란제어기에서 출력되는 상기 외란 제어 신호는 상기 추종제어기로 입력된다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 추종제어기와 상기 외란제어기는 독립하여 구성된다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 외란제어기에서 출력되는 상기 외란 제어 신호는 상기 추종제어기에서 출력되는 상기 추종 제어 신호와 합해진다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 물체의 시선 각속도는 상기 각속도 센서에 의해 직접 측정되거나, 측정된 다른 각속도를 좌표 변환하여 상기 물체의 시선 각속도를 산출하는 방식으로 간접 측정된다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 각속도 센서는, 1축에 대한 각속도 센싱이 가능한 1축 센서, 2축에 대한 각속도 센싱이 가능한 2축 센서, 또는 3축에 대한 각속도 센싱이 가능한 3축 센서로 구성된다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템은, 상기 김벌의 외부에 장착되고, 1축 이상의 자유도를 갖는 적어도 하나의 외부 김벌을 더 포함한다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 제1축 및 상기 제2축은 방위축(azimuth axis) 및 고도축(elevation axis)으로, 상기 제3축은 롤축(roll axis, horizon axis)으로 구성된다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 제1축, 상기 제2축, 및 상기 제3축은 롤축(roll axis), 피치축(pitch axis), 및 요축(yaw axis)로 구성된다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템은, 상기 물체와 함께 항공기에 장착된다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서, 상기 물체는 카메라 모듈이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 제1축 및 제2축으로 구동하는 김벌을 이용한 물체의 시선 안정화 방법에 있어서, 물체의 시선 각속도를 측정하는 단계; 명령 입력(command input) 및 상기 물체의 시선 각속도의 피드백 입력에 따라, 상기 물체가 목표하는 시선을 추종하도록 상기 김벌을 제어하는 추종 제어 신호를 출력하는 단계; 및 상기 물체에 가해지는 각속도 외란을 상쇄하도록 상기 김벌을 제어하는 외란 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 각속도 외란은 상기 김벌의 구동축이 아닌 제3축으로 유입되는 외란이다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 방법에 있어서, 상기 외란 제어 신호를 출력하는 단계는, 상기 측정된 물체의 시선 각속도로부터 상기 각속도 외란을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 각속도 외란을 상쇄시키도록 상기 외란 제어 신호를 구성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 시선 안정화 방법에 있어서, 상기 각속도 외란은 하기 수학식에 의해 산출되고,
(수학식)
wR1z = wLOSz*cos
Figure pat00004
- wLOSx*sin
Figure pat00005
상기 wR1z은 각속도 외란을, 상기 wLOSz은 시선 좌표계의 상기 제3축에 대한 상기 물체의 시선 각속도를, 상기 wLOSx은 시선 좌표계의 상기 제1축에 대한 상기 물체의 시선 각속도를, 상기
Figure pat00006
는 상기 제2축에 대한 상기 김벌의 구동 각도를 나타낸다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 상기 시선 안정화 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체에 기록된다.
본 발명에서는 김벌의 구동축이 아닌 다른 축으로 유입되는 각속도 외란을 해석적으로 산출하고, 이를 상쇄하기 위한 서보제어기를 구성한다. 즉, 본 발명에서는 각속도 외란을 해석적으로 산출하므로 이를 상쇄하기 위한 제어 신호를 출력함으로써 각속도 외란을 완전히 제거하는 것이 가능하다. 따라서 카메라 모듈이 안정하게 영상을 촬영하는 것이 가능하다.
또한 본 발명에서는 시선 추종을 위한 추종제어기와 외란 제거를 위한 외란제어기가 독립하여 구성된다. 따라서 외란제어기 추가로 인해 추종제어기의 설계가 복잡해지거나 추종제어기의 성능이 저하되지 않는다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템을 나타낸다.
도 2는 항공기의 기체 좌표계(body frame)를 나타낸다.
도 3은 기체 좌표계(body frame), 김벌의 내부 좌표계와 외부 좌표계, 및 카메라 모듈의 시선 좌표계(LOS frame)를 나타낸다.
도 4 내지 도 7은 각속도 외란이 카메라 모듈로 유입되는 과정을 나타낸다.
도 8은 롤축에 대한 목표 시선 추종을 위한 제어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템의 제어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서 김벌 좌표계를 나타낸다.
도 12는 다른 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서 각속도 외란이 카메라 모듈로 유입되는 과정을 나타낸다.
도 13은 방위축에 대한 목표 시선 추종을 위한 제어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 14 및 도 15는 다른 실시예에 따른 시선 안정화 시스템의 제어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 16 및 도 17은 시선 안정화 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템을 나타낸다. 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템(100)은 김벌(110), 각속도 센서(120), 서보제어기(130), 서보증폭기(미도시), 및 서보모터(미도시)를 포함한다.
일 실시예에서 시선 안정화 시스템(100)의 적용 대상이 되는 물체는 카메라 모듈이다. 일 실시예에서 카메라 모듈은 김벌(110)에 탑재되고 항공기 배면에 장착되어 항공기의 직하방 및 측방을 촬영한다.
카메라 모듈은 장거리의 미세한 표적을 확대 캡쳐 가능한 높은 배율의 광학계가 사용되는 전자광학/적외선(electro optical infra-red, EO/IR) 카메라 모듈일 수 있다. 항공기 배면에 장착된 카메라 모듈은 장거리 사각 사진 촬영(long range oblique photography, LOROP)에 사용될 수 있다.
또는 카메라 모듈은 CCD(charge-coupled device camera) 카메라 모듈, 줌 타입 카메라 모듈, 돔 타입 카메라 모듈, PTZ(pan-tilt-zoom) 카메라 모듈, 어안 카메라 모듈 등 다양한 종류의 카메라 모듈일 수 있으며 나열된 종류에 제한되지 않는다.
이와 같이 시선 안정화 시스템(100)의 적용 대상을 카메라 모듈로 특정하는 것은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 그 적용 대상을 한정하는 것은 아니다. 시선 안정화 시스템(100)은 위성 안테나, 우주 망원경 등과 같은 시선 안정화가 필요한 모든 물체에 적용 가능하다.
또한 카메라 모듈이 항공기에 장착된 것으로 특정하는 것도 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 카메라 모듈이 다른 동체 또는 고정체에 장착된 경우에도 시선 안정화 시스템(100)의 적용이 가능하다.
시선 안정화 시스템(100)은 각속도 외란으로부터 카메라 모듈의 시선(line of sight, LOS)을 안정화시키기 위한 시스템이다. 카메라 모듈에는 외부로부터 다양한 요인으로 인해 진동이 유입될 수 있다. 예를 들어, 김벌 자체의 공진모드에 의해, 김벌 내의 방진구에 의하여 발생하는 회전모드에 의해 진동이 발생할 수 있다. 이러한 진동 중에서 카메라 모듈에 각 변위를 유발하는 각속도 외란은 카메라 모듈의 시선에 영향을 미치게 된다. 선형 진동의 경우도 김벌로 전달되는 과정에서 각속도 외란으로 변환될 수 있다. 시선 안정화 시스템(100)은 이러한 각속도 외란을 상쇄하여, 카메라 모듈이 안정한 영상을 획득할 수 있도록 한다.
김벌(110)은 카메라 모듈이 장착되는 내부 김벌과 외부 환경으로부터 카메라 모듈을 보호하기 위한 외부 김벌로 구성된다. 외부 김벌은 외부 환경으로부터 카메라 모듈을 보호하기 위한 덮개(shroud)와 일체를 이루도록 구성될 수 있다.
내부 김벌은 2개의 구동축으로 구성되고, 외부 김벌은 1개의 구동축으로 구성된다. 내부 김벌은 롤축 및 피치축으로 구동 가능하나, 요축에 대해서는 구동 가능하지 않다. 또한 외부 김벌은 롤축으로 구동 가능하다.
이와 같이 김벌(110)의 구조를 특정하는 것 또한 설명의 편의를 위해서일 뿐, 김벌(110)의 구조를 한정하는 것은 아니다. 이후 본 명세서에서는 특정된 김벌(110)의 구조를 바탕으로 각속도 외란을 해석하고, 제어기를 설계하는 방법을 설명할 것이다. 이후 본 명세서에서 설명될 것이나, 본 발명은 다른 구조의 김벌에도 적용이 가능하며, 일 실시예에 따라 특정된 김벌(110)의 구조는 적용 가능한 구조들 중 하나일 뿐이다.
각속도 센서(120)는 카메라 모듈의 시선 각속도를 측정하기 위한 센서이다. 각속도 센서(120)는 카메라 모듈에 장착되어 시선 각속도를 직접 측정한다. 이와 달리, 각속도 센서(120)는 항공기의 동체에 장착되어 동체 각속도를 측정한 뒤 좌표 변환하여 시선 각속도를 산출하는 방식으로, 카메라 모듈의 시선 각속도를 간접 측정하도록 구성될 수 있다.
각속도 센서(120)는 관성 좌표계(inertia frame)에 대한 각속도를 측정하는 센서로, 자이로 센서 등과 같은 관성 센서로 구성될 수 있다.
또한 각속도 센서(120)는 3축에 대한 각속도 센싱이 가능한 3축 센서로 구성될 수 있다. 또는 각속도 센서(120)는 1축에 대한 각속도 센싱이 가능한 1축 센서 3개로 구성되거나, 2축에 대한 각속도 센싱이 가능한 2축 센서와 1축 센서로 구성될 수 있다.
서보제어기(130)는 카메라 모듈이 목표하는 시선을 추종하면서 동시에 안정한 영상 획득이 가능하도록 김벌(110)을 제어하는 신호를 출력한다.
서보제어기(130)는 사용자로부터 명령을 입력 받아 카메라 모듈이 목표하는 시선을 추종하도록 추종 제어 신호를 출력하는 추종제어기(131) 및 각속도 외란을 상쇄하기 위한 외란 제어 신호를 출력하는 외란제어기(132)를 포함한다.
서보제어기(130)에서 출력되는 추종 제어 신호 및 외란 제어 신호는 서보증폭기에서 증폭되어 서보모터에 입력된다.
이상 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템(100)의 구성에 대해 설명하였다. 이상에서 설명한 시선 안정화 시스템(100)의 구성을 바탕으로, 이하에서는 각속도 외란이 카메라 모듈로 유입되는 과정을 설명하고, 물체의 시선 각속도로부터 각속도 외란을 산출하는 방법을 설명한다. 그리고 산출된 각속도 외란을 이용하여 카메라 모듈의 시선을 안정화시키는 제어 방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 2 내지 도 7을 참조하여 각속도 외란이 카메라 모듈로 전달되는 양상을 살펴본다.
도 2는 항공기의 기체 좌표계(body frame)를 나타낸다. 도 3은 기체 좌표계(body frame), 김벌의 내부 좌표계와 외부 좌표계, 및 카메라 모듈의 시선 좌표계(LOS frame)를 나타낸다. 도 4 내지 도 7은 각속도 외란이 카메라 모듈로 유입되는 과정을 나타낸다.
도 2 내지 도 7에서 B0f는 항공기의 기체 좌표계(body frame)를 나타낸다. 기체 좌표계는 항공기에 고정된 좌표계로, B0x는 기체 좌표계(B0f)의 롤축(roll axis), B0y는 피치축(pitch axis), B0z는 요축(yaw axis)을 나타낸다. wB0x, wB0y, wB0z는 각각 롤축(B0x), 피치축(B0y), 요축(B0z)의 각속도를 나타낸다.
또한 R0f는 외부 김벌에 고정된 좌표계인 외부 좌표계로, R0x는 외부 좌표계(R0f)의 롤축, R0y는 피치축, R0z는 요축을 나타낸다. wR0x, wR0y, wR0z는 각각 롤축(R0x), 피치축(R0y), 요축(R0z)의 각속도를 나타낸다.
또한 R1f는 내부 김벌에 고정된 좌표계인 내부 좌표계로, R1x는 내부 좌표계(R1f)의 롤축, R1y는 피치축, R1z는 요축을 나타낸다. wR1x, wR1y, wR1z는 각각 롤축(R1x), 피치축(R1y), 요축(R1z)의 각속도를 나타낸다.
또한 LOSf는 카메라 모듈의 시선 좌표계(LOS frame)로, LOSx는 시선 좌표계(LOSf)의 롤축, LOSy는 피치축, LOSz는 요축을 나타낸다. wLOSx, wLOSy, wLOSz는 각각 롤축(LOSx), 피치축(LOSy), 요축(LOSz)의 각속도를 나타낸다.
도 1을 참조한 설명에서, 외부 김벌은 롤축(R0x)이 구동축으로, 내부 김벌은 롤축(R1x) 및 피치축(R1y)이 구동축으로 구성되었다. φ0는 외부 김벌의 롤각(roll angle)을, φ1는 내부 김벌의 롤각(roll angle)을,
Figure pat00007
1는 내부 김벌의 피치각(pitch angle)을 나타낸다.
일 실시예에서 김벌의 롤각과 피치각은 각각 -85°<φ0<+85°, -5°<φ1<+5°, -15°<
Figure pat00008
1<15°의 구동범위를 갖도록 구성될 수 있다.
김벌의 회전 중심은 카메라 모듈의 중심이지만, 도 3 내지 도 6에서는 설명의 편의를 위해 좌표계를 모터가 위치한 부분에 표시하였다.
도 4에서 B0x와 R0x는 동일 회전축 상에 있는데, 이를테면 모터의 회전자(rotor)와 고정자(stator)가 결합된 것과 동일하다. 만약 회전자유도 없이 기계적으로 고정되어 있다면 wB0x = wR0x가 된다.
김벌의 배치와 형상을 고려하여 각 좌표계간의 각속도 결합 벡터도를 도 4 내지 도 6과 같이 나타낼 수 있다. 도 4 내지 도 6으로부터 항공기 동체의 각속도가 외부 좌표계(R0f)와 내부 좌표계(R1f)를 거쳐 카메라 모듈의 시선으로 결합되는 양상을 다음의 수학식 1.a 내지 수학식 1.f와 같이 구할 수 있다.
수학식 1.a 및 수학식 1.b는 도 4에 도시된 것과 같이, 기체 좌표계(B0f)의 각속도가 외부 좌표계(R0f)로 결합되는 것을 나타낸다.
(수학식 1.a)
wR0z = wB0z*cos(φ0) - wB0y*sin(φ0)
(수학식 1.b)
wR0y = wB0y*cos(φ0) + wB0z*sin(φ0)
수학식 1.c 및 수학식 1.d는 도 5에 도시된 것과 같이, 외부 좌표계(R0f)의 각속도가 내부 좌표계(R1f)로 결합되는 것을 나타낸다.
(수학식 1.c)
wR1z = wR0z*cos(φ1) - wR0y*sin(φ1)
(수학식 1.d)
wR1y = wR0y*cos(φ1) + wR0z*sin(φ1)
수학식 1.e 및 수학식 1.f는 도 6에 도시된 것과 같이, 내부 좌표계(R1f)의 각속도가 시선 좌표계(LOSf)로 결합되는 것을 나타낸다.
(수학식 1.e)
wLOSx = wR1x*cos
Figure pat00009
- wR1z*sin
Figure pat00010
(수학식 1.f)
wLOSz = wR1z*cos
Figure pat00011
+ wR1x*sin
Figure pat00012
이상의 수학식 1.a 내지 수학식 1.f를 도면으로 표현하면 도 7이 된다. 도 7에서 각속도를 표현하기 위한 접두사인 w가 생략되었다. 도 7에서 Cφ0는 cos(φ0)를, Sφ0는 sin(φ0)를, Cφ1는 cos(φ1)를, Sφ1는 sin(φ1)를, C
Figure pat00013
는 cos
Figure pat00014
를, S
Figure pat00015
는 sin
Figure pat00016
를 나타낸다.
수학식 1.a 내지 수학식 1.f에서 서보모터의 회전자(rotor)와 고정자(stator) 간의 마찰결합은 무시되었는데, 실제로 무시 가능한 정도이다.
김벌의 3개의 구동축에 대한 서보모터의 출력은 해당 축의 각속도, 즉 wR0x, wR1x, 및 wLOSy로 표현된다. 또한 카메라 모듈에 부착된 각속도 센서에 의해 시선 좌표계의 각속도 wLOSx, wLOSy, 및 wLOSz가 센싱된다.
카메라 모듈의 시선 안정화를 위한 내부 김벌의 구동축은 롤축 및 피치축이다. 피치축의 경우, 서보모터가 wLOSy를 직접 제어할 수 있으므로 유입되는 각속도 외란이 서보모터의 회전자유도에 의해 차단된다.
반면, 수학식 1.e를 참조하면, 롤축은 서보모터의 출력 wR1x가 cos
Figure pat00017
를 거쳐서 wLOSx에 전달되며, wR1z도 -sin
Figure pat00018
만큼 유입된다. 서보모터는 wR1x를 직접 제어할 수 있지만, R1z이 김벌의 구동축이 아니므로 wR1z를 직접 제어할 수 없다. 따라서, wR1z는 카메라 모듈의 시선에 원하지 않는 각 변위를 유발하는 각속도 외란으로 작용한다.
도 8은 롤축에 대한 목표 시선 추종을 위한 제어 구조를 나타낸 블록도이다. 도 8에서 서보제어기는 외란제어기 없이 추종제어기(Gc(s))로만 구성되어 있다.
서보증폭기와 서보모터는 전류구동형으로 운용하는 경우이며, 이때의 전달함수는 토크상수 Kt로 간략화 할 수 있다. 또한 김벌 내의 질량 불균일 및 각 축간의 상호운동에 의한 결합성은 도 8에서 Tqr_dstb로 표현된 토크 외란으로 입력된다. 블록도의 출력인 wLOSx는 롤축의 각속도이며 카메라 모듈에 장착된 각속도 센서로부터 센싱된다.
시선 안정화를 위해서는 각속도 외란이 카메라에 유입되더라도 wLOSx가 0이 되도록 작동되어야 한다. 그런데 wR1x는 서보제어기의 명령 입력(wc)으로 제어가 가능한 반면, wR1z는 롤축과 다른 방향에서 입력되므로 제거하기가 쉽지 않다. 또 결합량이 -sin
Figure pat00019
이므로 피치각(
Figure pat00020
)이 증가할수록 영상의 안정화 성능도 함께 저하된다. 이를 회피하려면 피치각(
Figure pat00021
)을 0으로 고정하면 되나, 이는 구동각을 제한하여 촬영각의 제약을 가져오는 문제가 발생한다.
도 8에 도시된 블록도를 수식으로 표현하면 다음의 수학식 2와 같다.
(수학식 2)
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
명령 입력(wc)은 대역폭 내에서 wLOSx에 구현된다. 또 토크외란(Tqr_dstb, T_d(s))도 수학식 2처럼 개루프 전달함수 특성에 따라서 제어기에 의하여 비교적 용이하게 감쇠시킬 수 있다.
그러나 wR1z의 경우, 높은 주파수에서 Gopen(s)이 0으로 수렴하더라도 그 영향이 0이 되지 않고 -sin
Figure pat00025
만큼 wLOSx에 남아있게 된다. 그 결과 영상의 흔들림이 존재하여 영상의 품질이 저하된다.
내부 김벌의 구동축은 롤축 및 피치축이므로, 구동축이 아닌 요축에 의한 각속도 외란인 wR1z를 직접 제어할 수 없다. 따라서 카메라 모듈의 시선 안정화를 위해서는 wR1z를 제거하기 위한 방안이 요구된다.
이를 위해 본 발명에서는, 요축 각속도(wR1z)를 해석적으로 산출하는 방법을 제안한다.
시선 좌표계의 롤축 각속도 및 요축 각속도를 출력하는 수학식 1.e 및 수학식 1.f에 각각 sin
Figure pat00026
와 cos
Figure pat00027
를 곱하면 수학식 3.a 및 수학식 3.b가 된다.
(수학식 3.a)
wLOSz*cos
Figure pat00028
= wR1zcos2
Figure pat00029
+ wR1x*sin
Figure pat00030
*cos
Figure pat00031
(수학식 3.b)
wLOSx*sin
Figure pat00032
= wR1x*cos
Figure pat00033
*sin
Figure pat00034
- wR1z*sin2
Figure pat00035
상기 수학식 3.a에서 수학식 3.b를 빼면 다음의 수학식 4가 도출된다.
(수학식 4)
wLOSz*cos
Figure pat00036
- wLOSx*sin
Figure pat00037
= wR1z
수학식 4와 같이, 각속도 외란(wR1z)은 wLOSx와 wLOSz로부터 산출할 수 있다. 즉, 각속도 외란(wR1z)은 카메라 모듈의 각속도를 센싱하는 각속도 센서의 출력(wLOSx, wLOSz)으로부터 산출될 수 있다.
다음으로, 수학식 4 및 블록도 5를 이용하여 각속도 외란(wR1z)을 제거하기 위한 외란 제어 신호를 생성하는 방법을 살펴본다.
도 8의 블록도로부터 다음의 수학식 5를 얻는다.
(수학식 5)
wLOSx = -wR1z*sin
Figure pat00038
+ Gr(s)*cos
Figure pat00039
*(wc - wLOSx)
⇔ wLOSx*(1 + Gr(s)*cos
Figure pat00040
) = -wR1z*sin
Figure pat00041
+ Gr(s)*cos
Figure pat00042
*wc
여기서, Gr(s) = Gc(s)*Kt/(Js)이다.
상기 수학식 5에서 wR1z*sin
Figure pat00043
를 제거하도록 명령 입력(wc)에 외란 제어 신호(wR1z*sin
Figure pat00044
/(Gr(s)*cos
Figure pat00045
))를 추가하여 수학식 6을 얻는다.
(수학식 6)
wLOSx*(1 + Gr(s)*cos
Figure pat00046
)
= -wR1z*sin
Figure pat00047
+ Gr(s)*cos
Figure pat00048
*{wc + wR1z*sin
Figure pat00049
/(Gr(s)*cos
Figure pat00050
)}
= Gr(s)*cos
Figure pat00051
*wc
이와 같이, 각속도 센서의 출력(wLOSx, wLOSz)으로부터 각속도 외란(wR1z)을 계산하고, 이를 제거하기 위한 외란 제어 신호를 입력함으로써, 카메라 모듈의 시선 각속도(wLOSx)에서 각속도 외란(wR1z)을 완전히 제거할 수 있다.
수학식 6을 반영한 블록도는 도 9와 같다. 도 9에서 외란 제어 신호는 음영된 블록들에 의해 발생되며, 음영된 블록들이 각속도 외란(wR1z) 제거를 위한 외란제어기에 해당한다.
또는 수학식 6을 다음의 수학식 7과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
(수학식 7)
wLOSx (1 + Gr(s)*cos
Figure pat00052
)
= -wR1z*sin
Figure pat00053
+ Gr(s)*cos
Figure pat00054
*wc + Kt/Js*cos
Figure pat00055
*wR1z*sin
Figure pat00056
/(Kt/Js*cos
Figure pat00057
)
= Gr(s)*cos
Figure pat00058
*wc
수학식 6을 수학식 7과 같이 정리한 것은 도 9의 블록도에서 도 10과 같이 외란 제어 신호의 입력위치를 바꾸는 것과 같다. 도 10에서 음영된 블록들이 외란제어기에 해당한다.
도 10에 도시된 것과 같이 서보제어기를 구성하면, 표적 추종을 위한 추종제어기(Gc(s))의 형태에 관계없이 서보증폭기의 입력단에 외란 제어 신호를 인가할 수 있다. 즉 각속도 명령을 잘 추종하도록 구현하는 추종제어기(Gc(s))의 설계와 외란을 제거하기 위한 외란제어기(음영된 블록들)의 설계를 독립적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 9 및 도 10과 같이 외란제어기를 설계하면, 상태관측기(state observer)에 의한 외란의 추정이 필요 없이 각속도 외란(wR1z)을 각속도 센서의 출력(wLOSx, wLOSz)을 이용하여 측정 및 계산이 가능하다. 또한 표적 추종을 위한 추종제어기(Gc(s))의 변경 없이 도 9 및 도 10의 음영된 블록들을 소프트웨어적으로 추가하면 된다.
이상 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서 카메라 모듈에 유입되는 각속도 외란을 상쇄하기 위한 제어 방법에 대해 살펴보았다. 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서 김벌은 롤축으로 구동 가능한 외부 김벌 및 롤/피치축으로 구동 가능한 내부 김벌로 구성되었다. 이상에서 설명한 제어 방법은 김벌이 다른 구조를 갖더라도 적용 가능하며, 이에 대한 설명을 위해 방위축(azimuth axis) 및 고도축(elevation axis)을 구동축으로 하는 김벌이 장착된 시선 안정화 시스템에 대해 살펴본다.
도 11은 다른 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서 김벌 좌표계를 나타낸다. 도 12는 다른 실시예에 따른 시선 안정화 시스템에서 각속도 외란이 카메라 모듈로 유입되는 과정을 나타낸다. 다른 실시예에 따른 시선 안정화 시스템은 도 1에 도시된 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템과 김벌의 구조만 다르며, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 11 및 도 12에서 B0 frame(B0f)은 항공기의 기체 좌표계(body frame)를 나타낸다. 기체 좌표계는 항공기에 고정된 좌표계로, B0x는 기체 좌표계(B0f)의 롤축(roll axis), B0y는 피치축(pitch axis), B0z는 요축(yaw axis)을 나타낸다. wB0x, wB0y, wB0z는 각각 롤축(B0x), 피치축(B0y), 요축(B0z)의 각속도를 나타낸다.
또한 A0 frame(A0f)는 김벌에 고정된 좌표계인 김벌 좌표계로, A0x는 김벌 좌표계(A0f)의 롤축, A0y는 고도축(elevation axis), A0z는 방위축(azimuth axis)을 나타낸다. wA0x, wA0y, wA0z는 각각 롤축(A0x), 고도축(A0y), 방위축(A0z)의 각속도이다.
또한 E0 frame(E0f)는 카메라 모듈의 시선 좌표계(LOS frame)로, E0x는 시선 좌표계(E0f)의 롤축, E0y는 피치축, E0z는 요축을 나타낸다. wLOSx, wLOSy, wLOSz는 각각 롤축(E0x), 피치축(E0y), 요축(E0z)의 각속도를 나타낸다.
김벌은 고도축(A0y) 및 방위축(A0z)이 구동축으로 구성된다. η0는 김벌의 방위각(azimuth angle)을, ε0는 김벌의 고도각(elevation angle)을 나타낸다.
도 12로부터 항공기 동체의 각속도가 김벌 좌표계(A0f)를 거쳐 카메라 모듈의 시선으로 결합되는 양상은 다음의 수학식 8.a 내지 수학식 8.d와 같이 구할 수 있다. 도 12에서 Cη0는 cos(η0)를, Sη0는 sin(η0)를, Cε0는 cos(ε0)를, Sε0는 sin(ε0)를 나타낸다.
수학식 8.a 및 수학식 8.b는 기체 좌표계(B0f)의 각속도가 김벌 좌표계(A0f)로 결합되는 것을 나타낸다.
(수학식 8.a)
wA0x = wB0x*cos(η0) + wB0y*sin(η0)
(수학식 8.b)
wA0y = wB0y*cos(η0) - wB0x*sin(η0)
수학식 8.c 및 수학식 8.d는 김벌 좌표계(A0f)의 각속도가 시선 좌표계(E0f)로 결합되는 것을 나타낸다.
(수학식 8.c)
wLOSx = wA0x*cos(ε0) - wA0z*sin(ε0)
(수학식 8.d)
wLOSz = wA0z*cos(ε0) + wA0x*sin(ε0)
김벌의 2개의 구동축에 대한 서보모터의 출력은 해당 축의 각속도, 즉 wA0z 및 wLOSy로 표현된다. 또한 카메라 모듈에 부착된 각속도 센서에 의해 시선 좌표계의 각속도 wLOSx, wLOSy, 및 wLOSz가 센싱된다.
수학식 8.d를 참조하면, 구동축이 아닌 롤축에 의한 각속도 외란 wA0x가 sin(ε0)만큼 유입된다. 각속도 외란(wA0x)을 해석적으로 산출하기 위해, 수학식 8.c 및 수학식 8.d에 각각 cos(ε0)와 sin(ε0)를 곱하면 수학식 9.a 및 수학식 9.b가 된다.
(수학식 9.a)
wLOSx*cos(ε0) = wA0xcos2(ε0) - wA0z*sin(ε0)*cos(ε0)
(수학식 9.b)
wLOSz*sin(ε0) = wA0z*cos(ε0)*sin(ε0) + wA0x*sin2(ε0)
상기 수학식 9.a에 수학식 9.b를 더하면 다음의 수학식 10이 도출된다.
(수학식 10)
wLOSx*cos(ε0) + wLOSz*sin(ε0) = wA0x
수학식 10과 같이, 각속도 외란(wA0x)은 wLOSx와 wLOSz로부터 산출할 수 있다. 즉, 각속도 외란(wA0x)은 카메라 모듈의 각속도를 센싱하는 각속도 센서의 출력(wLOSx, wLOSz)으로부터 산출될 수 있다.
다른 실시예에 따른 시선 안정화 시스템은 도 1에 도시된 일 실시예에 따른 시선 안정화 시스템과 김벌의 구조만 상이하다. 따라서 다른 실시예에 따른 시선 안정화 시스템의 제어 구조는 도 8과 유사하게 도 13의 블록도와 같이 구성될 수 있으며, 이로부터 다음의 수학식 11을 얻을 수 있다.
(수학식 11)
wLOSz = wA0x*sin(ε0) + Gr(s)*cos(ε0)*(wc - wLOSz)
⇔ wLOSz*(1 + Gr(s)*cos(ε0)) = wA0x*sin(ε0) + Gr(s)*cos(ε0)*wc
여기서, Gr(s) = Gc(s)*Kt/(Js)이다.
상기 수학식 11에서 wA0x*sin(ε0)를 제거하도록 명령 입력(wc)에 외란 제어 신호(-wA0x*sin(ε0)/(Gr(s)*cos
Figure pat00059
))를 추가하여 수학식 12를 얻는다.
(수학식 12)
wLOSz*(1 + Gr(s)*cos(ε0))
= wA0x*sin(ε0) + Gr(s)*cos(ε0)*{wc -wA0x*sin(ε0)/(Gr(s)*cos
Figure pat00060
)}
= Gr(s)*cos(ε0)*wc
이와 같이, 각속도 센서의 출력(wLOSx, wLOSz)으로부터 각속도 외란(wA0x)을 계산하고, 이를 제거하기 위해 외란 제어 신호(-wA0x*sin(ε0)/(Gr(s)*cos
Figure pat00061
))를 추가함으로써, 카메라 모듈의 시선 각속도(wLOSz)에서 각속도 외란(wA0x)을 완전히 제거할 수 있다.
수학식 12을 반영한 블록도는 도 14와 같다. 도 14에서 외란 제어 신호는 음영된 블록들에 의해 발생되며, 음영된 블록들이 외란제어기에 해당한다.
또는 수학식 12를 다음의 수학식 13과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
(수학식 13)
wLOSz*(1 + Gr(s)*cos(ε0))
= wA0x*sin(ε0) + Gr(s)*cos(ε0)*wc
- Kt/Js*cos(ε0)*wA0x*sin(ε0)/(Kt/Js*cos(ε0))}
= Gr(s)*cos(ε0)*wc
수학식 12를 수학식 13과 같이 정리한 것은 도 14의 블록도에서 도 15와 같이 외란 제어 신호의 입력위치를 바꾸는 것과 같다. 도 15에서 음영된 블록들이 외란제어기에 해당한다.
이와 같이 김벌의 구동축인 방위축(A0z)으로 유입되는 각속도 외란(wA0x)을 각속도 센서의 출력(wLOSx, wLOSz)을 이용하여 계산할 수 있으며, 각속도 외란(wA0x)을 완전히 제거할 수 있다.
내부 2축 외부 2축으로 구성된 4축 김벌의 경우에는 2축 김벌의 각속도 결합구조가 2번 반복되는 형태로 각속도 결합도를 구성할 수 있다. 이 경우에도 최종적인 안정화가 작동되는 부분은 내부 김벌 2축이므로 동일한 논의를 적용할 수 있다.
지금까지 실시예들에 따른 시선 안정화 시스템의 구성 및 각속도 외란으로부터 카메라 모듈의 시선을 안정화시키는 제어 방법에 대해 살펴보았다. 이상의 논의에 따른 시선 안정화 방법을 정리하면 도 16 및 도 17과 같다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 각속도 센서가 물체의 시선 각속도를 측정하면(S11), 추종제어기는 측정된 물체의 시선 각속도를 피드백 받아 추종 제어 신호를 출력한다(S12). 외란제어기는 각속도 외란을 완전히 상쇄할 수 있는 외란 제어 신호를 출력하는데(S13), 각속도 외란은 측정된 물체의 시선 각속도로부터 해석적으로 산출되며(S131), 해석적으로 산출된 각속도 외란을 제거할 수 있도록 외란 제어 신호가 구성된다(S132). 서보증폭기 및 서보모터에 추종 제어 신호 및 외란 제어 신호가 인가되어 김벌이 구동됨에 따라(S14), 카메라 모듈은 시선의 흔들림 없이 안정한 영상을 촬영할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
100: 시선 안정화 시스템
110: 김벌
120: 각속도 센서
130: 서보제어기
131: 추종제어기
132: 외란제어기

Claims (19)

  1. 물체의 시선 안정화 시스템에 있어서,
    제1축 및 제2축으로 구동하는 김벌(gimbal);
    상기 물체의 시선 각속도를 측정하기 위한 각속도 센서; 및
    상기 김벌을 제어하는 신호를 출력하는 서보제어기를 포함하고,
    상기 서보제어기는,
    명령 입력(command input) 및 상기 물체의 시선 각속도의 피드백 입력에 따라, 상기 물체가 목표하는 시선을 추종하도록 상기 김벌을 제어하는 추종 제어 신호를 출력하는 추종제어기; 및
    상기 물체에 가해지는 각속도 외란을 상쇄하도록 상기 김벌을 제어하는 외란 제어 신호를 출력하는 외란제어기를 포함하고,
    상기 각속도 외란은 상기 김벌의 구동축이 아닌 제3축으로 유입되는 외란인, 시선 안정화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외란제어기는,
    상기 측정된 물체의 시선 각속도를 입력 받아 상기 각속도 외란을 상쇄하도록 상기 외란 제어 신호를 출력하는, 시선 안정화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외란제어기는,
    해석적으로 산출되는 상기 각속도 외란을 상쇄하도록 설계되는, 시선 안정화 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각속도 외란은 하기 수학식에 의해 산출되고,
    (수학식)
    wR1z = wLOSz*cos
    Figure pat00062
    - wLOSx*sin
    Figure pat00063

    상기 wR1z은 상기 각속도 외란을, 상기 wLOSz은 시선 좌표계의 상기 제3축에 대한 상기 물체의 시선 각속도를, 상기 wLOSx은 시선 좌표계의 상기 제1축에 대한 상기 물체의 시선 각속도를, 상기
    Figure pat00064
    는 상기 제2축에 대한 상기 김벌의 구동 각도를 나타내는, 시선 안정화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추종 제어 신호 및 상기 외란 제어 신호는 상기 김벌이 상기 제1축에 대해 회전하는 각속도를 제어하는 신호인, 시선 안정화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외란제어기에서 출력되는 상기 외란 제어 신호는 상기 추종제어기로 입력되는, 시선 안정화 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 추종제어기와 상기 외란제어기는 독립하여 구성되는, 시선 안정화 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외란제어기에서 출력되는 상기 외란 제어 신호는 상기 추종제어기에서 출력되는 상기 추종 제어 신호와 합해지는, 시선 안정화 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 물체의 시선 각속도는 상기 각속도 센서에 의해 직접 측정되거나, 측정된 다른 각속도를 좌표 변환하여 상기 물체의 시선 각속도를 산출하는 방식으로 간접 측정되는, 시선 안정화 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 각속도 센서는,
    1축에 대한 각속도 센싱이 가능한 1축 센서, 2축에 대한 각속도 센싱이 가능한 2축 센서, 또는 3축에 대한 각속도 센싱이 가능한 3축 센서로 구성되는, 시선 안정화 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 김벌의 외부에 장착되고, 1축 이상의 자유도를 갖는 적어도 하나의 외부 김벌을 더 포함하는, 시선 안정화 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1축 및 상기 제2축은 방위축(azimuth axis) 및 고도축(elevation axis)으로, 상기 제3축은 롤축(roll axis, horizon axis)으로 구성되는, 시선 안정화 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1축, 상기 제2축, 및 상기 제3축은 롤축(roll axis), 피치축(pitch axis), 및 요축(yaw axis)로 구성되는, 시선 안정화 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 물체와 함께 항공기에 장착되는, 시선 안정화 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 물체는 카메라 모듈인, 시선 안정화 시스템.
  16. 제1축 및 제2축으로 구동하는 김벌을 이용한 물체의 시선 안정화 방법에 있어서,
    물체의 시선 각속도를 측정하는 단계;
    명령 입력(command input) 및 상기 물체의 시선 각속도의 피드백 입력에 따라, 상기 물체가 목표하는 시선을 추종하도록 상기 김벌을 제어하는 추종 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 물체에 가해지는 각속도 외란을 상쇄하도록 상기 김벌을 제어하는 외란 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 각속도 외란은 상기 김벌의 구동축이 아닌 제3축으로 유입되는 외란인, 시선 안정화 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 외란 제어 신호를 출력하는 단계는,
    상기 측정된 물체의 시선 각속도로부터 상기 각속도 외란을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 각속도 외란을 상쇄시키도록 상기 외란 제어 신호를 구성하는 단계를 포함하는, 시선 안정화 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 각속도 외란은 하기 수학식에 의해 산출되고,
    (수학식)
    wR1z = wLOSz*cos
    Figure pat00065
    - wLOSx*sin
    Figure pat00066

    상기 wR1z은 각속도 외란을, 상기 wLOSz은 시선 좌표계의 상기 제3축에 대한 상기 물체의 시선 각속도를, 상기 wLOSx은 시선 좌표계의 상기 제1축에 대한 상기 물체의 시선 각속도를, 상기
    Figure pat00067
    는 상기 제2축에 대한 상기 김벌의 구동 각도를 나타내는, 시선 안정화 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.
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