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Celestial Global Positioning System

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Celestial Global Positioning System - PowerPoint PPT Presentation


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Sunflower 완료 세미나. Celestial Global Positioning System. 2008 . 07 . 03. 전 지구 측위기 개요. 1. 동기. 비젼부 구현 사항. 2. 5. 알고리즘부 구현 사항 . 3. 하드웨어부 구현 사항 . 항목별 개선 완료 내역. Demo 및 Q&A. 4. 6. 7. Contents. 전 지구 측위기 개요. 개 요. 목표 태양의 위치를 확인하여 현재 관찰자의 위치를 알려주는 GPS 와 같은 측위시스템 개발

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Presentation Transcript
contents

전 지구 측위기 개요

1

동기

비젼부 구현 사항

2

5

알고리즘부 구현 사항

3

하드웨어부 구현 사항

항목별 개선 완료 내역

Demo 및 Q&A

4

6

7

Contents
slide4
개 요
  • 목표태양의 위치를 확인하여 현재 관찰자의 위치를 알려주는 GPS와 같은 측위시스템 개발
  • 이점전시와 위성마비 상황에서도 작동가능대규모 기반시설 불필요
slide7
동 기

그런데 GPS가.. 사용 할 수 없게 된다.

흑점폭발

공격위성

slide8
[기구부 향상] 부품

지자기 센서의 Noise제거

자기장 차단제로 완전 케이스를 제작하여 자기장을 차폐한다.

자기장 차단제

slide9
[기구부 향상] 부품

지자기 센서의 Noise제거

자기장 차단제로 완전 케이스를 제작하여 자기장을 차폐한다.

slide10
[기구부 향상] 부품

지자기 센서의 Noise제거

slide11
[기구부 향상] 기구부 참고

PCB 결합 위치

기어와의 정확한 결합을 위해 정확한 위치로 설계 및 제작

slide12
[기구부 향상] 기구부 참고

작동:

현재 테스트보드의 구성상 문제로 기어가 맞물리지 않아

수평축 이동에 문제 발생

slide14
[기구부 향상] 기구부 참고

작동:

현재 테스트보드의 구성상 문제로 기어가 맞물리지 않아

수평축 이동에 문제 발생

astro
Astro
  • 적경, 적위를 고도, 방위각으로 변환하는 공식의 방정식을 풀어 위도와 경도를 계산
  • Sin(고도) = sin(위도)sin(적위) + cos(적위)cos(위도) cos(LHA)
  • Tan(방위각) = -cos(적위)cos(위도)sin(LHA) / sin(적위) – sin(위도)sin(고도)
  • 고도, 방위각 : 측정
  • 적위: L(Mean Longitude of the Sun) , E ( obliquity of the ecliptic ) 계산
  • L , E : T ( number of Julian centuries since Jan 1, 2000, 12 UT ) 계산
  • LHA (Local Hour Angle) : GAST, 적경, 경도 계산.
  • 적경: L, E 계산
  • GAST (Greenwich Apparent Sidereal Time) : T 를 이용하여 계산
slide18
경도 연산 알고리즘

<적경/적위를 고도/방위각으로 변환하는 공식>

sin(고도) = sin(적위) sin(위도) + cos(적위) cos(위도) cos(지방항성시-적경)

tan(방위각) = [-cos(적위) cos(위도) sin(지방항성시-적경)] / [sin(적위) - sin(위도) sin(고도)]

LST = GST – | ( 그리니치 경도 – 관측자 경도 ) | / 15

따라서

관측자경도 = ( LST – GST ) * 15

시간각: 360도를 24시로 표시하는 각

항성시: 특정 별이 같은 위치로 오는 시간을 정확히 24시간으로 하는 시간

GST(그리니치 지방 항성시): 그리니치 자오선에서 측정된 항성시

LST(지방항성시): 타지방일 경우 그리니치를 기준으로 연산한 항성시

astro1
[Astro] 오차요인 분석
  • 천문상수들의 특성에 의한 오차

ex) UT to GST :

12시 기준시간을 정하기위해서UT값의 0.5이하 소수를 버림

  • LHA 근사치 정확도 연산
      • 10e-6 단위로 증가시키면서 근사치 해를 구한다.
slide21
시스템 구성도

시스템초기화

DSP

TMS320F2812

Magnetic

Compass

Gyro Sensor

Tilt Sensor

Motor 1

Motor 2

Encoder 1

Encoder 2

Bluetooth

태양 추적

slide22
개발환경
  • WindowsXP SP2
  • TMS320F2812
  • CCS 3.3 C2000
  • TDS510USB Plus Emulator
slide23
초기화 부품

방위각: 지자기 센서 이용

고도:

기울기센서

slide24
시스템 동작 순서

STEP 1

시스템초기화

STEP 2

Scanning

STEP 3

PC에서 제어

센서를 통해

방위각과

고도 0인

지점으로

이동

태양을

찾을 때 까지

방위각과

고도 변경

태양의 중심을

찾을 때 까지

방위각과

고도 변경

sensor fusion
[제어향상] Sensor Fusion

기울기 센서의 횡가속도의 영향을 줄임

+

Gyro

Tilt

+

Angle

LPF

Tilt

적분

Gyro

HPF

sensor fusion1
[제어향상]Sensor Fusion

Phase Delay 거의 없음.

횡 가속도의 영향을 줄임

encoder
고도 & 방위각 제어 - Encoder

초기화할 때는 Sensor 를 기준으로 위치제어

초기화가 끝난 뒤에는 Encoder를 기준으로 위치 제어

slide30
고도 측정 및 통신
  • RS-232통신을 이용하여 PC와 통신

화면의 중심과 태양의 중심과 상대 좌표

DSP

PC

고도와 방위각

slide31
지자기 센서의 오작동
  • 수평 – 수평계를 통한 수평 확인
  • Motor – 퍼멀로이를 통한 자기장 차단
  • 베어링, 아크릴 – 센서의 위치조정
  • 강자계에 의한 오작동
slide33
비젼부

Library : OpenCV

Filter : ND8 * 4개

태양의 중심부는 주변부에 비해 가장 밝으며 밝기는 거리제곱에 반비례하는 성질을 이용.

image processing
Image Processing (해 찾기)

단계 = 8

  • 이미지를 명도 단계로 구분
  • 명도 256 단계 -> 명도 8, 16, 32, 64 단계
  • 유사한 단계에 있는 명도 구간이 하나의 영역으로 나타남
  • < 명도 8단계 (좌), 16 단계(우) 로 구분한 이미지>

이미지를 명도 단계로 구분

성공

실패

No

Yes

닫힘 연산

단계 x 2

최소오차 <

허용범위

가장 큰 명도 값으로 이진화

라벨링하여

원 선택

단계 <= 64 ?

Yes

No

경계 추출

최소 오차 갱신,

외접원 생성

오차 산정

image processing1
Image Processing (해 찾기)

단계 = 8

  • 2.닫힘 연산
  • 명도 단계에 따라 구분한 이미지에서 구분된 영역 내의 노이즈를 제거
  • 팽창 -> 침식
  • 3.가장 큰 명도로 이진화
  • 웹캠의 자동 노출
  • 태양의 중심부근의 명도가 가장 높음
  • 4. 라벨링 하여 원 선택
  • 가장 큰 면적의 원 선택 : 노이즈 또는 태양의 일부 배제

이미지를 명도 단계로 구분

성공

실패

No

Yes

닫힘 연산

단계 x 2

최소오차 <

허용범위

가장 큰 명도 값으로 이진화

라벨링하여

원 선택

단계 <= 64 ?

Yes

No

경계 추출

최소 오차 갱신,

외접원 생성

오차 산정

image processing2
Image Processing (해 찾기)

단계 = 8

  • 5. 경계 추출 및 외접원 생성
  • 빛은 구의 형태로 사방으로 퍼짐
  • 빛의 밝기는 거리의 제곱에 반비례
  • 동일한 밝기를 갖는 구간은 태양의 중심으로부터 같은 거리에 있다고 추정.
  • 해당 경계가 모두 포함되는 외접원 생성
  • 6.오차 산정
  • 선택된 영역의 면적 / 외접원의 면적
  • 노이즈가 기타 장애 요소가 포함될 경우 낮은 수치.

이미지를 명도 단계로 구분

성공

실패

No

Yes

닫힘 연산

단계 x 2

최소오차 <

허용범위

가장 큰 명도 값으로 이진화

라벨링하여

원 선택

단계 <= 64 ?

Yes

No

경계 추출

최소 오차 갱신,

외접원 생성

오차 산정

image processing3
Image Processing (해 찾기)

단계 = 8

7. 16, 32, 64 단계에 동일하게 적용

- 경우에 따라 좀 더 세분화하여 수행 가능

8. 최소 오차 값이 허용 범위 내에 있을 경우 해당 외접원의 중심을 태양의 중심으로 선정

이미지를 명도 단계로 구분

성공

실패

No

Yes

닫힘 연산

단계 x 2

최소오차 <

허용범위

가장 큰 명도 값으로 이진화

라벨링하여

원 선택

단계 <= 64 ?

Yes

No

경계 추출

최소 오차 갱신,

외접원 생성

오차 산정

software
Software 구조.

Global Positioning

Dlg

<webcam모듈>

VideoWnd

<Serial 통신 모듈>

<천문 알고리즘 모듈>

Astro

CommThread

<영상처리 모듈>

Image

Process

time

util

Queue

slide40

소프트웨어 구동 (Manual Search)

Manual Search

Thread Start

No

카메라로부터 이미지 획득

이미지로부터 태양 추출

No

오차범위 < 허용범위

Yse

중심과의 거리 측정

No

거리 < 허용거리

HW 이동

Yse

HW로부터 고도, 방위각 측정

위도, 경도 계산

auto search
소프트웨어 구동( Auto Search )

Auto Search

Thread Start

Auto Search 중??

No

Yse

카메라로부터 이미지 획득

이미지로부터 태양 추출

No

오차범위 < 허용범위

Yse

Auto Search 종료 명령

Manual Mode 실행

Auto Search 실패

slide42
DEMO

DEMO

slide43
구현 항목

[설계]

기구부설계

마찰력 제거

기어설계로 프레임 제어 – 밀림현상 방지

자기장 간섭차단

1. 위치 2. 접지3. 차단제 4. 재료변경

정확한 축간 결합

  • [제어]
  • 회로설계
  • 모터제어
  • 수평제어
  • 기울기 센서 제어
  • 자이로 센서 제어
  • 자북인식
  • 방위각 측정
  • 고도측정
slide44
구현 항목

[알고리즘]

-적경

-적위

-LST

-GST

-황경

-줄리어스역

-위도 산출 알고리즘

-경도 산출 알고리즘

[비젼]

-태양의 인식 알고리즘

-태양 중심 추출 알고리즘

중심과 이각 측정 구현

노이즈개선 적용

디바이스간 통신

UI 구현