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문제 정의
- 본 논문에서는 헬리콥터등과 같이 외부진동이 심한 시스템에서 관성항법장치의 정렬 후 항법진입 오차 최소화 기법에 대해 논하였다.
- 이에 본 논문에서는 동특성 환경에서 항법진입시 발생하는 초기 자세 오차를 최소화 할 수 있는 기법을 고안하였다. 각진동 환경에서 초기 자세오차의 발생은 주로 정렬모드에서 사용하던 전처리 필터를 갑자기 없애면서 발생하므로 전처리 필터의 차단주파수를 서서히 무한대로 증가시키면서, 정렬에서 추정한 자세를 유지하면 초기 자세오차를 최소화 할 수 있다.
- 이 경우 초기 수평축 자세오차를 발생시키게 된다. 이에 본 연구에서는 항법모드 진입시점에서 발생하는 초기 수평축 자세오차를 줄이는 방안에 대해 논하고자 한다.
가설 설정
- 각진동 인가에 따른 초기 자세오차를 유도하기 위해 다음 식 (10)과 같이 y축 방향으로 각진동이 인가된다고 가정한다.
- 다음은 선형진동에 대한 초기 속도오차를 고려하기 위해 식 (28)과 같이 가속도계를 이용하는 수평축 정렬중의 간략화된 속도 방정식을 가정한다.
- 먼저 전처리 필터를 식 (20)과 같이 1차 LPF(Low-Pass-Filter) 라고 가정한다.
- 본 논문의 대상 시스템이 헬리콥터이므로 센서뭉치에 복합진동이 인가되고, 빠른 정렬을 위해 자이로 및 가속도계 데이터에 전처리 필터를 수행 한 후 정렬을 수행하는 것으로 가정하였다. 이런 경우 정렬에서 구한 초기 자세는 전처리 필터에 의한 낮은 주파수 성분만 반영 되므로, 갑자기 항법모우드에 진입하면서 전처리 필터를 없애게 되면 자이로나 가속도계 데이터의 항법 진입시점의 위상에 따라 초기 수평축 자세오차나, 초기 속도오차가 발생하게 된다.
- 선형진동 인가시 정렬에서 항법모드 전환시의 문제점을 검출하기 위해 다음 식 (1)과 같이 수평축 가속도계 x 축에 진동이 인가되는 상황을 가정한다.
- 여기서 α는 차단주파수로 일반적으로 정렬에서는 약 0.1Hz - 10Hz 내로 설정하고, 본 논문에서는 1Hz로 가정하였다.
- 여기에서 t=t1에서 항법모드로 진입한다고 가정하고, 차단주파수 α를 다음과 같이 증가시키는 경우를 가정한다.
- 이런 경우 정렬 모드에서는 사용하는 전처리 필터를 고주파차단 필터라 가정하고 전달함수를 T(s)라고 가정한다.
- 전처리 필터를 통한 가속도계, 자이로 데이터를 이용한 자세 추정치를 단순화 하여 Pitch 자세만 나타내면 식 (25)와 같고, 원본 가속도계, 자이로 데이터를 이용한 자세 추정치를 식 (26)라 가정한다.
- 제안된 기법에 대한 검증을 위해 다음과 같이 18Hz(0.05°) 각진동, 3Hz(0.05°) 및 18Hz(0.05g) 선형진동이 인가되는 경우를 가정하여 시뮬레이션을 수행했다.
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