FOG(fiber optic gyroscope :광섬유 자이로스코프)는 소형 경량화, 신속한 가동, 저 전력 소모 및 저렴한 가격으로 실현 가능하므로 자이로콤파스시스템에서의 선호도가 높아지고 있다. 본 논문에서는 FOG를 기반으로 하며, 자이로콤파스시스템에 적용할 수 있는 디지털 진북추종 방식을 제안한다. FOG의 earth signal의 해석모델을 분석하고, lock-in증폭기를 통과한 earth signal을 모델링 한다. 두 개의 lock-in증폭기 출력신호를 이용한 진북추종 알고리즘을 개발하고, 이 알고리즘에 의한 디지털 진북추종 방식을 제안한다. 제안한 방식의 성능을 증명하기 위해 컴퓨터시뮬레이션 결과를 포함한다.
FOG(fiber optic gyroscope :광섬유 자이로스코프)는 소형 경량화, 신속한 가동, 저 전력 소모 및 저렴한 가격으로 실현 가능하므로 자이로콤파스시스템에서의 선호도가 높아지고 있다. 본 논문에서는 FOG를 기반으로 하며, 자이로콤파스시스템에 적용할 수 있는 디지털 진북추종 방식을 제안한다. FOG의 earth signal의 해석모델을 분석하고, lock-in증폭기를 통과한 earth signal을 모델링 한다. 두 개의 lock-in증폭기 출력신호를 이용한 진북추종 알고리즘을 개발하고, 이 알고리즘에 의한 디지털 진북추종 방식을 제안한다. 제안한 방식의 성능을 증명하기 위해 컴퓨터시뮬레이션 결과를 포함한다.
In the gyrocompass system, the use of the fiber optic gyroscope(FOG) makes this traditional system considerably attractive because it has strong points in terms of weight, power, warming-up time, and cost. In this paper, a novel digital north-finding method based upon an FOG, which can be applied to...
In the gyrocompass system, the use of the fiber optic gyroscope(FOG) makes this traditional system considerably attractive because it has strong points in terms of weight, power, warming-up time, and cost. In this paper, a novel digital north-finding method based upon an FOG, which can be applied to the gyrocompass system, is proposed. The analytical model for the earth signal of the FOG is described, and the earth signals passed through lock-in amplifiers are modeled. Additionally, a north-finding algorithm using two lock-in amplifier outputs is developed, and the proposed method is organized by the developed algorithm. Simulation results are included to verify the performance of the proposed method.
In the gyrocompass system, the use of the fiber optic gyroscope(FOG) makes this traditional system considerably attractive because it has strong points in terms of weight, power, warming-up time, and cost. In this paper, a novel digital north-finding method based upon an FOG, which can be applied to the gyrocompass system, is proposed. The analytical model for the earth signal of the FOG is described, and the earth signals passed through lock-in amplifiers are modeled. Additionally, a north-finding algorithm using two lock-in amplifier outputs is developed, and the proposed method is organized by the developed algorithm. Simulation results are included to verify the performance of the proposed method.
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문제 정의
FOG를 사용함에 따른 여러 가지 장점 때문에 광섬유 자이로콤파스시스템은 전통적인 기계식 자이로콤 파스보다 선호도가 높아가고 있다. 본 논문에서는 광섬유 자이로콤파스시스템에 적용할 수 있는 디지털 진북추종 방식을 제안하였다. 이 방식은 본 논문에서 새로이 개발한 진북추종 알고리즘을 기반으로 구성된다.
본 절에서는 디지털 진북추종 방식을 제안한다. 제안한 방식은 앞 절에서 개발한 진북추종 알고리즘을 기반으로 구성된다.
제안 방법
본 논문에서는 earth signal 의 수학적 모델을 해석하고, earth signal에 포함될 수 있는 각종 잡음의 영향을 감소하기 위해 lock-in 증폭기를 적용한다. Lock-in 증폭기를 통과한 earth signal의 데이터를 활용한 진북추종 알고리즘을 개발하고 이를 이용한 디지털 진북추종 방식을 제안한다.
이렇게 하여 얻은 신호를 earth signal(FOG< 회전시킬 때 동, 서, 남, 북 각 방향에 따라 측정되는 지구자전각 속도의 크기)이라하며 이 신호의 정보를 이용하여 진북방향을 얻을 수 있다⑵. 본 논문에서는 earth signal 의 수학적 모델을 해석하고, earth signal에 포함될 수 있는 각종 잡음의 영향을 감소하기 위해 lock-in 증폭기를 적용한다. Lock-in 증폭기를 통과한 earth signal의 데이터를 활용한 진북추종 알고리즘을 개발하고 이를 이용한 디지털 진북추종 방식을 제안한다.
본 절에서는 디지털 진북추종 방식을 제안한다. 제안한 방식은 앞 절에서 개발한 진북추종 알고리즘을 기반으로 구성된다. 이 방식은 그림4에서와 같이 네 개의 주요성분인 대역통과필터(bandpass filter), lock-in 증폭기, 위상천이장치 (phase shifter), 신호처리장치 (signal processor)로 구성되며, 각 성분들의 역할은 다음과 같다.
제안한 진북추종 방식의 성능을 평가하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 행하였다. 시뮬레이션 목적으로 다음 식을 이용하여 FOG의 earth signal을 발생시켰다(식 ⑷ 및 (9) 참조).
성능/효과
FOG를 이용한 동적 진북추종 방식어]서, 아날로그 방식은 한 개의 lock-in증폭기에 LPF를 적용하여 아날 로그적으로 진북을 가리키는데 반하여, 본 논문에서 제안한 디지털 방식은 90° 위상차를 갖는 두 개의 lock-in증폭기를 통과한 FOG 출력신호에 본 논문에서 개발한 진북추종 알고리즘을 적용하여 A/D 컨버터와 컴퓨터에 의해 연산처리 하므로 기계적인 구조가 간단하고 다양성이 있으며 컴퓨터에 의한 조절이 쉬운 장점이 있다.
Worst case 시뮬레이션을 위해 그림5a 와 5b에서와 같이 아주 잡음이 큰 earth signal을 사용하였다, 二I림5 를 관찰할 때, 잡음이 매우 큰 earth signal을 사용하였을지라도 #1 및 #2 lock-in증폭기 출력들은 아주 깨끗한 정현파 및 여현파임을 알 수 있으며, 이것은 아주 정상적인 결과이다. 왜냐하면 제안한 방식에서는 earth signal의 SNR을 향상시키기 위해 lock-in증폭기를 사용했기 때문이다.
그림5에 보인 earth signal 및 lock-in증폭기 출력들을 사용할 때, 제안한 진북추종 방식의 시뮬레이션 결과가 그림6에 나타나있다. 이들 결과로부터 아주 잡음이 큰 earth signal을 사용했음에도 불구하고 TIPs에 의한 진북추종오차는 거의 0에 가깝고, TVPs에 의한 진북추 종오차도 아주 작음을 관찰할 수 있다. 이러므로 제안한 방식은 stationary 경우뿐만 아니라 nonstationary 경 우에도 잘 동작함을 알 수 있다.
이들 결과로부터 아주 잡음이 큰 earth signal을 사용했음에도 불구하고 TIPs에 의한 진북추종오차는 거의 0에 가깝고, TVPs에 의한 진북추 종오차도 아주 작음을 관찰할 수 있다. 이러므로 제안한 방식은 stationary 경우뿐만 아니라 nonstationary 경 우에도 잘 동작함을 알 수 있다.
이 방식은 본 논문에서 새로이 개발한 진북추종 알고리즘을 기반으로 구성된다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 제안한 진북추종 방식이 stationary earth signal 경우뿐만 아니라 nonstationary earth signal 경우에도 그 성능이 우수함을 입증하였다.
참고문헌 (11)
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