연근해 어선에서 사용되는 저가이면서 고정도의 GPS 컴퍼스는 위성 신호의 차단 및 선박이 고속 선회시 선수방위의 산출이 불안정해지는 문제점을 지니고 있어 전자자기 컴퍼스를 이용하여 안정된 선수방위 검출이 가능하도록 고안한 하이브리드 GPS-전자자기 컴퍼스를 시작(試作)하여, 그 성능을 평가하고 고찰한 결과는 다음과 같다. 스텝모터를 이용한 선회각속도별 실험에서 GPS 컴퍼스는 선회각속도 25˚/sec 이하에서는 1회/sec 씩 0.1˚ 단위로 안정된 선수방위를 검출하였으나, 그 이상의 선회각속도에서는 선수방위를 검출하지 못하였다. 한편, 전자자기 컴퍼스는 선회각속도에 상관없이 항상 선수방위를 나타내었으나, 컴퍼스 오차를 내포하고 있어 GPS 컴퍼스에 비해 정밀도는 낮음을 알 수 있었다. 고정점과 차량으로 이동 중에 하이브리드 GPS-전자자기 컴퍼스의 선수방위 정보를 출력한 결과, GPS 컴퍼스가 정상적으로 작동한 경우에는 GPS 컴퍼스의 선수방위 정보가 출력되고, 그렇지 못할 경우에는 선수방위 정보가 출력되고, 그렇지 못할 경우에는 전자자기 컴퍼스의 선수방위에 컴퍼스 오차를 가감하여 출력됨으로써 선수방위가 안정적으로 제공되었다. 또한, GPS 컴퍼스와 전자자기 컴퍼스에 의한 선수방위의 유사성을 검증하기 위하여, 두 데이터의 이동거리에 대한 선수방위를 이용하여 공분산분석을 행한 결과, 두 컴퍼스의 선수방위는 95%의 신뢰수준으로 유사성이 검증되었다.

최근 개발되고 있는 전자자기 컴퍼스를 이용한 소형어선의 항행자동화시스템을 구축하기 위한 기초 연구로서, 부두에 계류된 선박에서 각종 장비의 가동 시켰을 때 나타나는 컴퍼스 오차 변화를 측정하여 비교 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 목선에서 85kW의 집어등을 점등하였을 때, 조타용 자기컴퍼스는 7˚편서되었고, 전자자기 컴퍼스는 13˚~16˚ 까지 편서되는 것으로 나타났다. 2. FRP 어선에서 13OkW의 집어등을 점등하였을때, 전자자기 컴퍼스는 19˚~23˚ 까지 편동되는 것으로 나타났다. 3. 강선에서 225kW의 전력으로 각종 장비를 가동 시킬 때, 가동전과 비교하여 컴퍼스 오차의 차분은 조타용 자기 컴퍼스에서는 13˚ 편서되고, 전자자기 컴퍼스는 상갑판에서는 68˚ 편서되었고, 선수루 갑판과 조타실 및 컴퍼스갑판에서는 각각 16˚, 32˚, 20˚ 편동되어 나타났다. 4. 소형어선의 항행자동화시스템에 전자자기 컴퍼스를 활용하기 위해서는 선박내에서 사용하는 각종 장비에 의해 발생하는 컴퍼스 오차를 측정하여 적절하게 수정하여 사용해야 할 것으로 판단된다.

In order to secure accuracy and effectiveness of the electromagnetic compass as information sensor for ship's head up bearing with gyro compass, magnetic compass and electromagnetic compass on the sea and on the dock in land.The results obtained were as follows;1. Between the Northeast and the southsouthwest the deviation on ship's head up bearing on electromagnetic compass got easterly deviation with max. 53℃on the East and between the Southwest and the Northnortheast westerly deviation with max. 34℃ on the Northwest, of which values were not able to be corrected due to the angle excess of deviation adjustment.2. The varies of deviation seemed to have a tendency to increase easterly deviation on the Northeast and the East, easterly deviation after westerly deviation between the South and the Northwest, small one on the North and the Southeast.3. The varies of deviation of ship were larger than the one of around the dock, were extreme on the bow of forecastle deck and were stable on the ship's center line of compass deck at the dock in land.

In recent years, navigational and fisheries instruments are rapidly advancing. Especially data processing. data transferring and data interchange throughout the digital signals has been in high progress. Even though the ship's heading is also provided by a gyro-compass, an electro-magnetic compass studying by us currently is easy to issue adequate data to instruments requiring the information for the ship's heading. especially in small fishing boats. As the main element of the electro-magnetic compass is a three-axis magnetic sensors, the developing of the high performance sensor is in highly necessity in the beginning. This paper describes on the development of electro-magnetic compass of three-axis fixed type by using three-axis detection new type magnetic sensor without gimbals. even though usual electro-magnetic compass have to need necessarily a gimbal system in order to keep horizontal condition of the compass.

한국의 연안어선에 장비된 소형자기컴퍼스의 장비현황과 성능을 연구하기 위하여 소형어선 219척의 선박제원과 자기컴퍼스 이용에 대한 현장 설문조사를 행하고, 그 중에서 총톤수 4-6톤급의 실험대상 어선 4척을 선정하여 그 선박의 자기컴퍼스의 설치위치별 자차측정과 성능실험을 행하고, 이를 검사, 조사하였다. 주요한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 조사 대상으로 한 총톤수 1-10 톤급 연안어선 219척 중 4톤 미만의 어선은 약 50%를 차지하였고, 자기컴퍼스의 제작연도가 20-30년 경과된 어선이 14척이나 되었으며, 자차수정용구를 비치한 어선은 2척 뿐이었다. 2. 컴퍼스의 설치위치별로 측정된 자차를 분석한 결과, 기관실위의 브리지갑판상과 브리지내의 컴퍼스받침대위 및 브리지위의 컴퍼스 갑판상에 자차수정을 한 자기컴퍼스를 설치하여 사용하면, 브리지내의 컴퍼스대의 위와 브리지위의 컴퍼스 갑판상에서는 잔재자차가 ±1~2 ˚ 정도였으나, 기관실 위의 브리지갑판상에서는 그 잔재자차가 ±5 ˚로 이곳은 컴퍼스 설치 장소로서 부적당함을 알 수 있었다. 3. 연안어선에서 사용 중인 자기컴퍼스의 제반특성은 표준규격인 반주기의 평균치가 12초 이상이어야 하고, 3회 이상 진동해야하는 기준에 미달하였으며, 측정치인 자기능률 1400 CGS는 소형컴퍼스의 표준치 400±30 CGS와는 큰 차이가 있었다. 4. 실험 대상 어선에 장비하고 있는 자기컴퍼스의 수반각은 6~16 ˚로서 한국표준규격인 1~1.5 ˚에 비해 너무 크게 나타나 그 표준규격에 부적합한 것으로 판단되었다.

한국산 자기컴퍼스 카아드의 안정성을 조사하기 위하여 인공자장발생장치에 의한 수평자장의 세기와 카아드의 크기 및 컴퍼스액의 점성계수별 제진특성을 측정한 결과는 다음과 같다. 1. 실험에 사용한 컴퍼스 종류별 수평자장의 세기에 따른 제진특성은 A, B, C, D컴퍼스 모두 수평자장의 세기가 강할수록 주기와 감도는 짧고, 과행각은 크게 나타났으며, 극지와 같이 수평자장이 약한 0.03gauss에서는 진요회수와 마찰각등이 ISO의 허용범위 보다 미달되거나 크게 나타나, 컴퍼스 카아드의 지북단이 자북으로 복귀하지 않았다. 2. 한국근해의 표준자장인 0.30gauss에서 측정한 컴퍼스 종류별 성능제요소를 IMO NAV/ANNEX II 의 성능표준과 비교해 본 결과, 주기를 제외한 전 요소가 IMO NAV/ANNEX II의 성능표준의 허용범위 이내로 한국근해의 사용이 적합하나 지자기의 수평자장이 0.18gauss보다 약한 위도 60˚이상의 고위도 해역에서의 사용은 부적합하다고 생각된다. 3. 한국산 자기컴퍼스 카아드의 크기별 clearance에 대한 제진특성은 clearance가 클수록 감도는 예민하고 주기는 짧아져 방위지시부의 지북단이 자북으로 복귀하는 시간이 짧아진 반면 마찰각은 각각 1.5˚, 0˚, 0.5˚, 2.0˚가 되어 카아드의 크기가 170mm와 175mm로써 clearance가 10.0mm와 12.5mm일때가 마찰오차는 IMO NAV/ANNEX II의 성능표준의 허용범위 이내로 가장 적게 나타났다. 4. 카아드의 크기가 175mm, 자침의 자기능률이 1,925 C. G. S. E. M. U인 자침을 사용할 경우 한국근해의 수평자장 0.30gauss에서는 컴퍼스 액의 점성계수가 0.021poise로서 에칠알콜과 증류수의 혼합비율이 4 : 6일 때가 가장 적합하다고 생각된다.

한국산 자기컴퍼스의 성능을 조사하기 위하여 인공자장발생장치와 컴퍼스 회전태를 이용하여, 수평자장의 세기와 컴퍼스 보울의 선회각속도 및 컴퍼스액의 점성계수에 따른 수반각을 측정한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 수평자장의 세기를 한국근해의 표준자장인 0.30 gauss로 하고, 보울의 선회각속도를 (π/2×rda.)/min. 으로 하여 2회전(0~720˚ 시켰을 때의 컴퍼스 종류별 수반각의 과도특성은, 회전각도가 증가함에 따라 A, B 컴퍼스의 180˚를 주기로 편각의 최대, 최소치가 크게 나타났으며, C, D 컴퍼스는 90˚를 주기로 편각이 1~2˚ 범위내에서 일정하게 유지되었다. 2. 컴퍼스 종류별 수반각의 크기는 A, C, D 컴퍼스는 각각 0.7˚, 0.7˚, 0.5˚로써 IMO/ANEX-II의 성능표준이나 ISO의 허용범위 1.0˚보다 적어 한국근해에서의 사용이 적합하나, B 컴퍼스는 1.5˚로써 다소 크게 나타났다. 3. 수평자장의 세기에 따른 수반각은, 전자장내에서 C컴퍼스가 가장 적게 나타났으며, 다음 D, A, B컴퍼스 순으로, 수평자장이 약해짐에 따라 크게 증가하였으며, 지자기의 수평자장이 0.18 gauss 보다 약한 위도 50˚ 이상의 고위도해역에서의 사용은 부적합

This paper investigates on the performance of liquid magnetic compass measuring the concomitant angle of the directional system by the kind of compass and the coefficiant of viscosity of the liquid of ones in accordance with the turning angular velocity of the compass bowl in artificial horizontal magnetic fields. The obtained results are as follows; 1. The concomitant angle is to be in proportion to the coefficiant of viscosity of the liquid of compass and the turning angular velocity of the compass bowl, but ones is to be in contrary proportion to the magnetic moment of the magnetic needle and the horizontal geomagnetic. 2. The overdevelopment of the concomitant angle keeps on regularly at any optional degree in the turning angular velocity overπ radian per minute, but varies periodically at 180 degree below 3 π radian per minute.

액체식 자기컴퍼스 방위지시부의 제진특성을 인공자장발생장치내에서 수평자장의 세기에 따라, 컴퍼스종류 및 컴퍼스액의 점성계수별로 측정한 결과는 다음과 같다. 1. 컴퍼스종류별 제진특성은, 실험용 컴퍼스(A, B, C, D, E) 모두 수평자장의 세기가 강할수록 주기는 짧으며, 과행각은 커지는 경향을 나타내었다. 2. 실험용 컴퍼스 모두 지자기의 수평자장이 0.39 gauss인 적도부근에 가까울수록 자기컴퍼스 카아드는 비교적 빨리 안정되고, 평균자장이 아주 약한 극지인 0.03 gauss에서는 주기는 45초 이상으로 길어져 불안정하였다. 3. 컴퍼스종류별 제요소를 ISO의 성능기준과 비교한 결과, A컴퍼스가 그 성능이 가장 양호하여, 자침의 자기능률과 카아드의 직경이 자기컴퍼스 방위 지시부의 제진특성에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 4. 컴퍼스액의 점성계수별 제진특성은 점성계수가 크고 수평자장이 강할수록 진폭은 커지며, 주기는 짧아지는 경향을 나타내었다. 5. 컴퍼스종류별 제진곡선의 주요점까지의 경과시간(t 하(i))은 수평자장(H)의 -0.71승에, 과행각(P 하(i))은 0.22승에 비례하였으며, 컴퍼스액의 점성계수에 따른 제진곡선의 주요점까지의 경과시간(t 하(i))은 수평자장(H)의 -0.80승에, 과행각(P 하(i))은 0.13~1.08승에 비례하였다.

이 연구의 최종목적은 기존의 선박용 자기 컴퍼스를 대체할 수 있는 디지털 컴퍼스 개발에 있다. 우선, 3축의 고정밀 프럭스-게이트센서와 소형 스텝 모터를 이용하여 새로운 디지털 컴퍼스 장치를 개발하였다. 그리고 기존 자차측정 방법과 달리 선박의 선회 없이 자동으로 자차의 분석과 수정이 가능하도록 기존 자차이론에 칼만필터 개념을 접목시킨 새로운 자차수정 이론을 제안하였다. 개발한 디지털 컴퍼스와 제안한 자차수정 방법의 유효성을 실습선 '새누리호'를 이용한 성능평가 실험을 통하여 유효성을 검증하였다.