KR20220091763A - Geomagnetic sensor distortion correction method and apparatus based on WMM - Google Patents

Geomagnetic sensor distortion correction method and apparatus based on WMM Download PDF

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KR20220091763A
KR20220091763A KR1020200182792A KR20200182792A KR20220091763A KR 20220091763 A KR20220091763 A KR 20220091763A KR 1020200182792 A KR1020200182792 A KR 1020200182792A KR 20200182792 A KR20200182792 A KR 20200182792A KR 20220091763 A KR20220091763 A KR 20220091763A
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이상철
이성진
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Abstract

The present invention relates to correction of a geomagnetic sensor, and more particularly, to a distortion correction method and apparatus for a world magnetic model (WMM)-based geomagnetic sensor, in which distortion correction of a geomagnetic sensor is simplified while reducing an azimuth error of the geomagnetic sensor caused by disturbance of a surrounding magnetic field. The distortion correction method for a WMM-based geomagnetic sensor includes a step (a) of receiving geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data and a step (b) of calculating a correction coefficient of the geomagnetic sensor using the input geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data.

Description

WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법 및 장치{Geomagnetic sensor distortion correction method and apparatus based on WMM}WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method and apparatus

본 발명은 지자기 센서의 보정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주변 자기장의 외란에 의하여 발생하는 지자기 센서의 방위각 오차를 줄이면서 지자기 센서의 왜곡 보정을 간소화시킨 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to correction of a geomagnetic sensor, and more particularly, to a WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method and apparatus that simplify distortion correction of a geomagnetic sensor while reducing an azimuth error of the geomagnetic sensor caused by disturbance of a surrounding magnetic field will be.

최근 소형 드론부터 대형 드론과 관련한 시장 규모가 성장함에 따라 무인화에 필수적인 센서의 활용 및 신호 처리가 중요한 요소로 인식되고 있다. 그 중에서도 저렴한 센서를 활용하더라도 높은 성능을 도출할 수 있는 보정 기법에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.Recently, as the market size related to small drones to large drones grows, the use of sensors and signal processing essential for unmanned aerial vehicles are recognized as important factors. Among them, research on a calibration technique that can derive high performance even with a low-cost sensor is being actively researched.

지자기 센서의 경우 드론의 경로 생성 및 진행 방향을 결정하는데 활용되는 필수적인 센서이지만 지구 자기장이 매우 작아 주변 자기장 외란에 취약하여 큰 방위각 오차가 발생한다. 이 때문에 장착되는 대상의 환경에서 자기장 왜곡에 대한 보정이 필수적이다.The geomagnetic sensor is an essential sensor used to create a path and determine the direction of the drone, but the Earth's magnetic field is very small and vulnerable to disturbances in the surrounding magnetic field, resulting in a large azimuth error. For this reason, it is essential to correct the magnetic field distortion in the environment of the target to be mounted.

기존에는 최대, 최소 평균을 이용하는 기법과 최소 자승법을 이용한 타원체 적합법 등이 대표적이지만 드론 시스템에 적용하는데 한계점이 존재한다. 먼저 최대, 최소 평균 기법은 z축을 중심으로 한 바퀴 회전한 데이터를 활용하는 기법으로 보정이 쉽고, 수행 시간도 짧아 가장 많이 활용되고 있지만 z축 요소에 대한 보정이 되지 않고 축 틀어짐 오차가 고려되지 않아 보정 정확도가 낮다는 단점이 있다. 그리고 최소 자승법을 이용한 타원체 적합법은 3차원 상에서 회전한 데이터를 활용하여 z축에 대한 보정 및 축 틀어짐에 대한 오차 요소를 고려한 보정 기법이지만 민수 항공기 및 경비행기, 에어 택시(Air Taxi), 플라잉 카(Flying Car) 등의 대형 장치에서는 해당 보정기법을 사용할 수 없다는 단점이 있다.Existing techniques using the maximum and minimum averages and the ellipsoid fitting method using the least squares method are representative, but there are limitations to their application to drone systems. First, the maximum and minimum average method is a method that utilizes data rotated around the z-axis. It is easy to correct and the execution time is short, so it is used the most. The disadvantage is that the calibration accuracy is low. And the ellipsoid fitting method using the least-squares method is a correction technique that takes into account the error factors for the correction of the z-axis and axis deviation by using the data rotated in three dimensions, but it is a correction technique for civil and light aircraft, air taxis, and flying cars ( There is a disadvantage in that the compensation technique cannot be used in large devices such as flying cars).

KRKR 10-2017-003637610-2017-0036376 AA

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 주변 자기장의 외란에 의하여 발생하는 지자기 센서의 방위각 오차를 줄이기 위하여 대형 항공기에서도 지자기 센서의 왜곡 보정을 간소화시키는 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and in order to reduce the azimuth error of the geomagnetic sensor caused by disturbance of the surrounding magnetic field, WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method and apparatus for simplifying the distortion correction of the geomagnetic sensor even in a large aircraft is about

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)을 기반으로 하는 지자기 센서의 왜곡을 보정하는 방법으로서, (a) 임의의 위치에 따른 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 입력받는 단계; 및 (b) 상기 단계 (a)에서 입력된 상기 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 이용하여 상기 지자기 센서의 보정 계수를 산출하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, as a method of correcting distortion of a geomagnetic sensor based on a World Magnetic Model (WMM) according to the present invention, (a) geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data according to an arbitrary location receiving input; and (b) calculating a correction coefficient of the geomagnetic sensor using the geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data input in step (a).

상기 자기장 추정 데이터는 세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)에서 제공하는 데이터이다. The magnetic field estimation data is data provided by a World Magnetic Model (WMM).

상기 보정 계수의 산출은, (b1) 상기 지자기 센서에 대한 강성왜곡, 약성 왜곡 및 축정렬 오차에 대한 방정식을 수립하는 단계; 및 (b2) 상기 수립된 방정식에 대하여 상기 자기장 추정 데이터를 이용하여 최소 자승법을 적용하는 단계; 및 (b3) 상기 최소 자승법이 적용된 상기 방정식에서의 계수를 반복적으로 산출하는 단계를 포함하는 것이다. The calculation of the correction coefficient may include: (b1) establishing equations for stiffness distortion, weak distortion, and axis alignment error with respect to the geomagnetic sensor; and (b2) applying a least squares method to the established equation using the magnetic field estimation data; and (b3) iteratively calculating the coefficients in the equation to which the least squares method is applied.

상기 단계 (b)에서의 보정 계수는,

Figure pat00001
에 의해 산출되고, 여기서
Figure pat00002
는 오차가 없는 이상적인 데이터이고,
Figure pat00003
는 강성왜곡,
Figure pat00004
은 약성왜곡(si)과 축정렬 오차(ni,j)가 포함된 행렬이고,
Figure pat00005
은 이상적인 데이터(
Figure pat00006
)에서 오차 요소들에 의해 왜곡을 받아 지자기 센서에서 측정된 데이터인 것이다. The correction coefficient in step (b) is,
Figure pat00001
is calculated by , where
Figure pat00002
is the ideal data without error,
Figure pat00003
is the stiffness distortion,
Figure pat00004
is a matrix including the weak distortion (s i ) and the axis alignment error (n i,j ),
Figure pat00005
is the ideal data (
Figure pat00006
), it is the data measured by the geomagnetic sensor after being distorted by the error factors.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)을 기반으로 지자기 센서의 왜곡 보정을 위한 비일시적 저장매체에 저장된 프로그램으로서, 비일시적 저장매체에 저장되며, 프로세서에 의하여, (a) 임의의 위치에 따른 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 입력받는 단계; 및 (b) 상기 단계 (a)에서 입력된 상기 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 이용하여 보정 계수를 산출하는 단계가 실행되도록 하는 명령을 포함하는 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법을 수행하기 위한, 비일시적 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.Another feature of the present invention for achieving the above object is a program stored in a non-transitory storage medium for correcting distortion of a geomagnetic sensor based on a World Magnetic Model (WMM), and is stored in the non-transitory storage medium, By the processor, (a) receiving the geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data according to an arbitrary position; and (b) using the geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data input in step (a) to execute a command for calculating a correction coefficient to be executed. A computer program stored on a temporary storage medium.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은 세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)을 기반으로 지자기 센서의 왜곡을 보정하기 위한 장치로서, (a) 임의의 위치에 따른 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 입력받는 단계; 및 (b) 상기 단계 (a)에서 입력된 상기 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 이용하여 보정 계수를 산출하는 단계가 실행되도록 하는, WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 장치.Another feature of the present invention for achieving the above object is a device for correcting distortion of a geomagnetic sensor based on a World Magnetic Model (WMM), (a) geomagnetic sensor data according to an arbitrary location and receiving magnetic field estimation data; and (b) calculating a correction coefficient using the geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data input in step (a) to be executed.

본 발명에 의하면, 지자기 센서의 방위각 오차를 획기적으로 줄이는 효과가 있으며, 왜곡 보정을 간소화시키는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect of remarkably reducing the azimuth error of the geomagnetic sensor, and there is an effect of simplifying the distortion correction.

도 1은 본 발명에 따른 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 도 1에 따른 보정 계수 산출 과정을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 테스트 결과 비교를 나타낸 그래프.
도 4는 도 1에 따른 전자비행계기에서의 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 어플리케이션이 탑재된 컴퓨터 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 도 1에 따른 모바일 디바이스에서의 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 어플리케이션이 탑재된 컴퓨터 장치의 구성을 나타낸 도면.1 is a flowchart illustrating a WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a correction coefficient calculation process according to FIG. 1 ;
3 is a graph showing a comparison of test results according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the configuration of a computer device equipped with a WMM-based geomagnetic sensor distortion correction application in the electronic flight instrument according to Figure 1;
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a computer device equipped with a WMM-based geomagnetic sensor distortion correction application in the mobile device according to FIG. 1 .

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Accordingly, 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 at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1은 본 발명에 따른 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 도 1에 따른 보정 계수 산출 과정을 나타낸 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a correction coefficient calculation process according to FIG. 1 .

도 1을 참조하면 임의의 위치에서의 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 입력받는다(S100). 여기서 임의의 위치는 대상체에 대한 위도 및 경도를 의미하며 GPS를 통한 정보이다. GPS정보에 의하여 자기장 추정 데이터를 입력받는다. 이때 자기장 추정 데이터는 세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)에서 제공하는 데이터로 GPS 정보에 의하여 대상체의 위치가 정해지면 세계 자기 모델을 제공하는 자기장 추정 데이터를 얻을 수 있다. 그리고 지자기 센서 데이터는 대상체의 전자비행계기를 이루는 각종 센서 중 지자기 센서의 신호가 비행 상태 데이터로 변환된 데이터이다. 참고로 세계 자기 모델(WMM)은 지구 자기장을 공간적으로 표현한 것으로 미국 국립 지구 물리 데이터 센터와 영국 지질 조사국이 공동으로 개발했으며 데이터 및 업데이트는 미국 국립 지리 공간 정보국 및 영국 국방 지리 센터에서 제공한다.Referring to FIG. 1 , geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data at an arbitrary location are received ( S100 ). Here, the arbitrary location means the latitude and longitude of the object, and is information through GPS. It receives magnetic field estimation data based on GPS information. In this case, the magnetic field estimation data is data provided by the World Magnetic Model (WMM), and when the location of the object is determined by GPS information, magnetic field estimation data providing the world magnetic model can be obtained. The geomagnetic sensor data is data obtained by converting a signal of a geomagnetic sensor among various sensors constituting an electronic flight instrument of an object into flight state data. For reference, the World Magnetic Model (WMM) is a spatial representation of the Earth's magnetic field, developed jointly by the US National Geophysical Data Center and the UK Geological Survey.

이어서 단계 S100에서 입력된 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 이용하여 상기 지자기 센서의 보정 계수를 산출한다(S110). 여기서 보정 계수의 산출 과정은 도 2를 참조한다. Next, a correction coefficient of the geomagnetic sensor is calculated using the geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data input in step S100 (S110). Here, the calculation process of the correction coefficient is referred to in FIG. 2 .

도 2에 따른 보정 계수 산출 과정은 지자기 센서에 대한 강성왜곡, 약성 왜곡 및 축정렬 오차에 대한 방정식을 수립한다(S111). 여기서 지자기 센서는 3축으로 이루어진 센서 이다. The correction coefficient calculation process according to FIG. 2 establishes equations for stiffness distortion, weak distortion, and axis alignment error for the geomagnetic sensor (S111). Here, the geomagnetic sensor is a sensor consisting of three axes.

이어서 단계 S111에서 수립된 방정식에 대하여 자기장 추정 데이터로 최소 자승법을 적용한다(S112).Next, the least squares method is applied to the magnetic field estimation data for the equation established in step S111 (S112).

그리고 자승법을 적용할 방정식에 대한 계수를 반복적으로 산출한다(S113). 즉 지자기 센서가 강성왜곡(Hard Iron), 약성 왜곡(Soft Iron) 및 축정렬 오차가 존재 한다고 가정하고 방정식을 수립한 후, 수립된 방정식에 대한하여 세계 자기 모델로부터 수집된 벡터 데이터로부터 최소 자승법을 적용하여 방정식의 계수를 반복적으로 식별하고 이를 이용하여 지자기 센서의 보정 계수를 획득하는 것이다. And iteratively calculates the coefficients for the equation to which the square method is applied (S113). That is, after establishing an equation assuming that the geomagnetic sensor has hard iron, soft iron, and axis misalignment errors, the least squares method is obtained from the vector data collected from the world magnetic model for the established equation. It is to iteratively identify the coefficients of the equation by applying them, and use them to obtain the correction coefficients of the geomagnetic sensor.

이에 대하여 수학식을 이용하여 설명하면 다음과 같다. This will be described using the following equation.

지자기 센서가 강성왜곡, 약성왜곡 및 축정렬 오차가 존재 한다고 가정하였을 때 수립되는 방정식은 다음의 [수학식 1]과 같다.Assuming that the geomagnetic sensor has stiffness distortion, weak distortion, and axis alignment error, the equation established is as follows [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서

Figure pat00008
는 오차가 없는 이상적인 데이터이고,
Figure pat00009
는 강성왜곡,
Figure pat00010
은 약성왜곡(si)과 축정렬 오차(ni,j)가 포함된 행렬이고,
Figure pat00011
은 이상적인 데이터(
Figure pat00012
)에서 오차 요소들에 의해 왜곡을 받아 지자기 센서에서 측정된 데이터이다. here
Figure pat00008
is the ideal data without error,
Figure pat00009
is the stiffness distortion,
Figure pat00010
is a matrix including the weak distortion (s i ) and the axis alignment error (n i,j ),
Figure pat00011
is the ideal data (
Figure pat00012
) is the data measured by the geomagnetic sensor after being distorted by the error factors.

이후 [수학식 1]을 행렬의 곱 형태로 정리하면 다음의 [수학식 2]와 같다. After that, if [Equation 1] is arranged in the form of a matrix product, the following [Equation 2] is obtained.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서

Figure pat00014
을 알 수 있다면 최소 자승법을 이용하여 보정행렬
Figure pat00015
을 다음의 [수학식 3]에서와 같이 도출할 수 있다. here
Figure pat00014
If is known, the correction matrix using the least-squares method
Figure pat00015
can be derived as in the following [Equation 3].

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00016
Figure pat00016

그리고 [수학식 3]을 이용하여 다음의 [수학식 4]에서 지자기 센서 데이터에 대한 왜곡을 보정하기 위한 보정 계수를 산출할 수 있다. And by using [Equation 3], it is possible to calculate a correction coefficient for correcting the distortion of the geomagnetic sensor data in the following [Equation 4].

[수학식 4] [Equation 4]

Figure pat00017
Figure pat00017

이때

Figure pat00018
를 획득하기 위하여 세계 자기 모델을 활용한다. At this time
Figure pat00018
The world magnetic model is used to obtain

다음은 본 발명을 실시예를 통하여 검증한 과정을 설명하기로 한다. Hereinafter, the process of verifying the present invention through examples will be described.

다음의 [표 1]은 임의의 위치에서의 세계 자기 모델(WMM)에서 도출된 자기장 요소들이다. The following [Table 1] is the magnetic field components derived from the world magnetic model (WMM) at arbitrary positions.

[표 1][Table 1]

Figure pat00019
Figure pat00019

그리고 [수학식 5]는 [표 1]의 Horizontal Intensity와 Vertical Intensity를 이용하여 [수학식 4]에서와 같이

Figure pat00020
행렬을 도출하기 위한 수식이며,
Figure pat00021
는 방위각이다. And [Equation 5] is as in [Equation 4] using the Horizontal Intensity and Vertical Intensity of [Table 1].
Figure pat00020
This is a formula for deriving a matrix,
Figure pat00021
is the azimuth.

[식 5][Equation 5]

Figure pat00022
Figure pat00022

그리고 보정계수 도출을 위해 Compass Swing 장에서 자북방향 0도부터 30도 간격으로 330도까지 회전하며 지자기 센서의 데이터를 각각 획득하였다. 회득된 데이터를 이용한 보정 행렬은 다음의 [표 2]와 같다.In order to derive the correction factor, the data of the geomagnetic sensor was acquired by rotating from 0° to 330° at 30° intervals in the magnetic north direction in the Compass Swing field. The correction matrix using the obtained data is shown in Table 2 below.

Figure pat00023
Figure pat00023

여기서, 예상과 같이 주대각선성분 이외의 성분인 축정렬 오차 성분들이 크게 도출되었고, x축에 대한 y축 성분이 크게 나타난 것을 알 수 있다. Here, it can be seen that, as expected, the axis alignment error components, which are components other than the main diagonal component, were largely derived, and the y-axis component with respect to the x-axis was large.

도 3은 본 발명에 따른 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법의 실시예에 따른 테스트 결과 비교 그래프를 보여주는 도면이다. 3 is a view showing a comparison graph of test results according to an embodiment of the WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method according to the present invention.

도 3을 참조하면, 위의 그래프는 보정 전과 비교하여 최대, 최소 기법도 방위각 오차가 상당히 감소하였지만 여전히 축정렬 오차에 의한 영향이 남아있으며, 아래의 z축 지자기 센서 그래프에서도 같은 영향이 있지만, 본 발명에서 제안하는 방법은 방위각 오차 및 z축 지자기 센서 오차가 효과적으로 감소함을 보여주고 있다. Referring to FIG. 3 , in the graph above, the maximum and minimum azimuth errors were significantly reduced compared to before correction, but the effect of the axis alignment error still remains, and the same effect is also found in the z-axis geomagnetic sensor graph below, but this The method proposed in the present invention shows that the azimuth error and the z-axis geomagnetic sensor error are effectively reduced.

도 4는 본 발명에 따른 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정을 위한 어플리케이션이 탑재된 전자비행계기의 컴퓨터 장치 구성을 나타낸 도면이며, 도 5는 전자비행계기와 근거리 무선 통신이 수행되는 모바일 디바이스에서의 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정을 위한 어플리케이션이 탑재된 컴퓨터 장치이다. 4 is a diagram showing the configuration of a computer device of an electronic flight instrument equipped with an application for WMM-based geomagnetic sensor distortion correction according to the present invention, and FIG. It is a computer device equipped with an application for geomagnetic sensor distortion correction.

먼저 전자비행계기(EFI; Electric Flight instruments )는 민수 항공기 및 경비행기, 에어 택시(Air Taxi), 플라잉 카(Flying Car) 등을 포함하는 대상체인 전자비행장치에 장착되는 계기이다. First, an electric flight instrument (EFI) is an instrument mounted on an electronic flight device, which is an object, including civil and light aircraft, air taxis, flying cars, and the like.

비행계기(Flight instruments)는 항공기에 표준적으로 장착하는 계기로서, 자세, 속도, 고도와 같이 비행에 중요한 정보를 제공한다. 고도계는 주위의 기압을 측정하는 것으로 기준면(통상은 해면)으로부터의 항공기의 고도(통상은 피트나 미터 단위)를 표기한다. 정확한 고도를 얻기 위해서는 그 지역에서의 대기압을 올바르게 설정해야 한다. 그리고 자세계(Attitude indicator)는 항공기의 자세를 수평선과 비교해서 표시하며, 계기 비행에서는 가장 중요한 계기이며 시계가 부족한 상황에서도 도움이 된다. 만약 이 계기가 고장 나거나 전원이 끊어지거나 했을 경우에는 다른 계기를 병용하여 사용하도록 한다. 대기 속도계(Airspeed indicator)는 주위의 공기에 대한 항공기 속도(통상은 노트, 해리 단위)를 표시한다. 비 발가락관 그리고 램 에어압을 측정해 동작한다. 진정한 대기속도를 얻으려면, 표시되는 대기속도를 공기의 밀도인 고도나 기온이나 습도로 변화하여 보정해야 한다. 그리고 방위계(Heading indicator)는 방향성 자이로(directional gyro : DG)라고도 불리는데, 항공용도 이외가 보통이지만 자이로 콤파스(gyrocompass)로 불리기도 한다. 자북에 대한 항공기의 기수 방위를 표시하며, 회전하는 자이로스코프를 동작 원리로 하고 있으며, 표류 오차에 영향을 받아 정기적으로 자기 콤파스로 교정하여 수정해야 한다. 많은 항공기에서는 방위계 대신에 수평자세 지시계(HSI)를 장착하고 있는데 기수 방위를 나타낼 뿐만 아니라 항법하는데 사용하기도 한다. 선회경사계(Turn and bank indicator)는 선회 방향과 선회율을 표시한다. 내부에 장착된 경사계(Inclinometer)는 선회의 질을 표시하는데 선회가 정확하게 되었는지 기체가 안쪽으로 미끄러짐(slip)이거나 밖으로 미끄러짐(skid )을 하고 있는지를 확인한다. 그리고 승강계(Vertical speed indicator)는 바리오미터(variometer)라고도 불리며, 기압의 변화를 감지하고 상승률이나 하강율의 정보를 제공한다. 통상은 feet/min, meter/sec으로 표시된다. 이렇게 다양하게 존재하는 계기들은 대부분 4개의 비행 계기가 "베이직 T"라고 불리는 표준적인 배치로 설치되며, 자세계는 중앙상단에 대기 속도계는 왼쪽, 고도계는 오른쪽, 비행 방위계는 자세계 아래, 나머지 2개 선회 균형계와 승강계는 통상은 대기 속도계와 고도계 아래에 있다. 그리고 콤파스 계기는 계기판 위의 앞쪽 글래스의 중앙에 있는 것이 보통이다. Flight instruments are instruments that are standardly mounted on an aircraft, and provide important information for flight, such as attitude, speed, and altitude. An altimeter measures the atmospheric pressure around you and displays the altitude (usually in feet or meters) of an aircraft from a reference plane (usually at sea level). To obtain the correct altitude, the atmospheric pressure in the area must be set correctly. And the attitude indicator shows the attitude of the aircraft compared to the horizon, and it is the most important instrument in instrument flight and is helpful even in situations where visibility is insufficient. If this instrument is broken or the power is cut off, use another instrument in combination. The airspeed indicator displays the aircraft speed (usually in knots or nautical miles) relative to the surrounding air. It works by measuring the nasal canal and ram air pressure. To get the true airspeed, the displayed airspeed must be corrected by changing the air density (altitude, temperature, or humidity). In addition, the heading indicator is also called a directional gyro (DG). It displays the nose bearing of the aircraft with respect to magnetic north and uses a rotating gyroscope as the operating principle. It is affected by drift error and needs to be corrected by periodically calibrating it with a magnetic compass. Many aircraft are equipped with a horizontal attitude indicator (HSI) instead of an azimuth indicator, which is used not only to indicate the heading, but also to navigate. A turn and bank indicator indicates the turn direction and turn rate. The inclinometer mounted inside displays the quality of the turn, and it checks whether the turn is correct or whether the aircraft is sliding inward or skiding out. And the vertical speed indicator, also called a variometer, detects changes in atmospheric pressure and provides information on the rate of ascent or rate of descent. Normally, it is displayed in feet/min, meter/sec. In most of these various instruments, four flight instruments are installed in a standard arrangement called "Basic T". The two turn balancing and hoisting meters are normally located below the airspeed and altimeter. And the compass instrument is usually in the center of the front glass above the instrument cluster.

전자비행계기(100)는 앞서 설명한 비행계기를 이루는 각종 센서의 입력 신호를 비행 상태 데이터로 변환하여 표시하게 되는데, 이는 프로세서(110), 프로그램과 데이터를 저장하는 비휘발성 저장부(111), 실행 중인 프로그램들을 저장하는 휘발성 메모리(112), 다른 기기와 통신을 수행하기 위한 통신부(113), 디스플레이부(114), 이들 장치 사이의 내부 통신 통로인 버스 등으로 이루어져 있다. 실행 중인 프로그램으로는, 센서 인터페이스, 운영체계(Operating System), 및 다양한 어플리케이션이 있을 수 있으며, 본 발명의 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정을 위한 어플리케이션(230)이 구비되어 있다. 도시되지는 않았지만 전자장치는 배터리와 같은 전력제공부를 포함한다. The electronic flight instrument 100 converts and displays the input signals of various sensors constituting the above-described flight instrument into flight state data, which is a processor 110, a non-volatile storage unit 111 for storing programs and data, and execution It consists of a volatile memory 112 for storing programs in progress, a communication unit 113 for communicating with other devices, a display unit 114, and a bus as an internal communication path between these devices. As the running program, there may be a sensor interface, an operating system, and various applications, and an application 230 for correcting WMM-based geomagnetic sensor distortion of the present invention is provided. Although not shown, the electronic device includes a power supply unit such as a battery.

전자비행계기 시스템은 전자비행계기(100)에 각종 센서(10) 및 모바일 디바이스(300)가 더 포함된 구조를 의미하며, 도 5에는 모바일 디바이스(300)의 구조로 전자비행계기 화면 복제 및 커스터마이징 및 비행운항일지 자동 기록 어플리케이션 그리고 지자기 센서 왜곡 보정 어플리케이션이 탑재된 컴퓨터 장치의 구성을 나타내었다. 이는 프로세서(310), 프로그램과 데이터를 저장하는 비휘발성 저장부(311), 실행 중인 프로그램들을 저장하는 휘발성 메모리(312), 다른 기기와 통신을 수행하기 위한 통신부(313), 디스플레이부(314), 이들 장치 사이의 내부 통신 통로인 버스 등으로 이루어져 있다. 실행 중인 프로그램으로는, 인터페이스, 운영체계(Operating System), 및 다양한 어플리케이션(410, 420, 430)이 있을 수 있다. 도시되지는 않았지만 전자장치는 배터리와 같은 전력제공부를 포함한다. The electronic flight instrument system means a structure in which various sensors 10 and a mobile device 300 are further included in the electronic flight instrument 100, and in FIG. and flight log automatic recording application and geomagnetic sensor distortion correction application mounted on the computer device configuration. This includes a processor 310, a non-volatile storage unit 311 for storing programs and data, a volatile memory 312 for storing programs being executed, a communication unit 313 for communicating with other devices, and a display unit 314. , an internal communication path between these devices, such as a bus. The running program may include an interface, an operating system, and various applications 410 , 420 , and 430 . Although not shown, the electronic device includes a power supply unit such as a battery.

모바일 디바이스(300)는 사전에 전자비행계기 화면 복제 및 커스터마이징을 위한 앱 및 비행 운항 일지 자동 기록 앱이 설치되고, 근거리 무선 통신을 통하여 전자비행계기(100)와 연결되며, 전자비행계기(100) 화면이 모바일 디바이스(300)에 복제되어 표시되고 모바일 디바이스(300) 사용자에 의하여 전자비행계기 화면에 표시된 비행 상태 데이터를 변경할 수 있다. 이때 모바일 디바이스(300)는 다양한 크기의 태블릿 PC 일 수 있다. 모바일 디바이스(300)를 이용하여 사용자의 요구 조건에 따른 비행 상태 데이터의 변경은 개인별 맞춤을 위한 표시 화면의 정보나 그 배치의 수정을 의미하며, 이를 통하여 수정된 화면의 정보나 배치가 전자비행계기(100)의 디스플레이부(114)에 표시될 수 있도록 전자비행계기 화면 복제 및 커스터마이징 어플리케이션(220)이 동작된다. 물론 모바일 디바이스(300)가 근거리 무선 통신을 통하여 변경된 비행 상태 데이터가 전달될 수 있도록 전자비행계기(100)에는 데이터 인터페이스 장치(미도시)등을 포함하여 이를 받아 전자비행계기 화면 복제 및 커스터마이징 어플리케이션(220)으로 적절히 전달해 줄 수 있다. 즉 데이터 인터페이스 장치는 모바일 디바이스(300)에서 전자비행계기 화면 복제 및 커스터마이징 어플리케이션(220)으로 전달하는 과정에서 일종의 버퍼 역할을 수행할 수 있다. The mobile device 300 is pre-installed with an app for duplicating and customizing the electronic flight instrument screen and an automatic flight log recording app, and is connected to the electronic flight instrument 100 through short-range wireless communication, and the electronic flight instrument 100 The screen is duplicated and displayed on the mobile device 300 , and the flight status data displayed on the electronic flight instrument screen may be changed by the user of the mobile device 300 . In this case, the mobile device 300 may be a tablet PC of various sizes. The change of flight status data according to the user's requirements using the mobile device 300 means the modification of the information or the arrangement of the display screen for individual customization, and the information or arrangement of the modified screen through this means the electronic flight instrument. The electronic flight instrument screen duplication and customization application 220 is operated so that it can be displayed on the display unit 114 of 100 . Of course, the electronic flight instrument 100 includes a data interface device (not shown), etc., so that the mobile device 300 can transmit the changed flight status data through short-range wireless communication, and receives it, copying the electronic flight instrument screen and customizing the application ( 220) can be transmitted appropriately. That is, the data interface device may serve as a kind of buffer in the process of copying the screen of the electronic flight instrument from the mobile device 300 and transferring it to the customizing application 220 .

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

100: 전자비행계기
110: 프로세서
111: 저장부
112: 메모리
113: 통신부
114: 디스플레이부
210: 전자비행계기 어플리케이션
220: 전자비행계기 화면 복제 및 커스터마이징 어플리케이션
230: 지자기 센서 왜곡 보정 어플리케이션
300: 모바일 디바이스
100: electronic flight instrument
110: processor
111: storage
112: memory
113: communication department
114: display unit
210: Electronic flight instrument application
220: Electronic flight instrument screen duplication and customization application
230: geomagnetic sensor distortion correction application
300: mobile device

Claims (6)

세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)을 기반으로 하는 지자기 센서의 왜곡을 보정하는 방법으로서,
(a) 임의의 위치에 따른 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 입력받는 단계; 및
(b) 상기 단계 (a)에서 입력된 상기 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 이용하여 상기 지자기 센서의 보정 계수를 산출하는 단계
를 포함하는 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법.A method of correcting distortion of a geomagnetic sensor based on a World Magnetic Model (WMM), comprising:
(a) receiving geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data according to an arbitrary location; and
(b) calculating a correction coefficient of the geomagnetic sensor using the geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data input in step (a)
WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 자기장 추정 데이터는 세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)에서 제공하는 데이터인 것
을 특징으로 하는 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법.The method according to claim 1,
The magnetic field estimation data is data provided by a World Magnetic Model (WMM)
WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method, characterized in that. 청구항 1에 있어서,
상기 보정 계수의 산출은,
(b1) 상기 지자기 센서에 대한 강성왜곡, 약성 왜곡 및 축정렬 오차에 대한 방정식을 수립하는 단계; 및
(b2) 상기 수립된 방정식에 대하여 상기 자기장 추정 데이터를 이용하여 최소 자승법을 적용하는 단계; 및
(b3) 상기 최소 자승법이 적용된 상기 방정식에서의 계수를 반복적으로 산출하는 단계
을 포함하는 것을 특징으로 하는 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법.The method according to claim 1,
The calculation of the correction coefficient is,
(b1) establishing equations for stiffness distortion, weak distortion, and axis alignment error for the geomagnetic sensor; and
(b2) applying a least squares method to the established equation using the magnetic field estimation data; and
(b3) iteratively calculating the coefficients in the equation to which the least squares method is applied
WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 단계 (b)에서의 보정 계수는,
Figure pat00024

에 의해 산출되고, 여기서
Figure pat00025
는 오차가 없는 이상적인 데이터이고,
Figure pat00026
는 강성왜곡,
Figure pat00027
은 약성왜곡(si)과 축정렬 오차(ni,j)가 포함된 행렬이고,
Figure pat00028
은 이상적인 데이터(
Figure pat00029
)에서 오차 요소들에 의해 왜곡을 받아 지자기 센서에서 측정된 데이터인 것
을 특징으로 하는 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법.The method according to claim 1,
The correction coefficient in step (b) is,
Figure pat00024

is calculated by , where
Figure pat00025
is the ideal data without error,
Figure pat00026
is the stiffness distortion,
Figure pat00027
is a matrix including the weak distortion (s i ) and the axis alignment error (n i,j ),
Figure pat00028
is the ideal data (
Figure pat00029
), which is the data measured by the geomagnetic sensor after being distorted by the error factors
WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method, characterized in that. 세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)을 기반으로 지자기 센서의 왜곡 보정을 위한 비일시적 저장매체에 저장된 프로그램으로서,
비일시적 저장매체에 저장되며, 프로세서에 의하여,
(a) 임의의 위치에 따른 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 입력받는 단계; 및
(b) 상기 단계 (a)에서 입력된 상기 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 이용하여 보정 계수를 산출하는 단계;
가 실행되도록 하는 명령을 포함하는 WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 방법을 수행하기 위한, 비일시적 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A program stored in a non-transitory storage medium for correcting the distortion of the geomagnetic sensor based on the World Magnetic Model (WMM),
It is stored in a non-transitory storage medium, and by the processor,
(a) receiving geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data according to an arbitrary location; and
(b) calculating a correction coefficient using the geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data input in step (a);
A computer program stored in a non-transitory storage medium for performing a WMM-based geomagnetic sensor distortion correction method including a command to be executed. 세계 자기 모델(World Magnetic Model; WMM)을 기반으로 지자기 센서의 왜곡을 보정하기 위한 장치로서,
(a) 임의의 위치에 따른 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 입력받는 단계; 및
(b) 상기 단계 (a)에서 입력된 상기 지자기 센서 데이터와 자기장 추정 데이터를 이용하여 보정 계수를 산출하는 단계;
가 실행되도록 하는, WMM 기반 지자기 센서 왜곡 보정 장치.
A device for correcting the distortion of a geomagnetic sensor based on a World Magnetic Model (WMM),
(a) receiving geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data according to an arbitrary location; and
(b) calculating a correction coefficient using the geomagnetic sensor data and magnetic field estimation data input in step (a);
WMM-based geomagnetic sensor distortion correction device to run.
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KR20170036376A (en) 2015-09-24 2017-04-03 한국항공우주산업 주식회사 Display apparatus for training aviation giving electronic flight instrument and smart multi function images

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