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[국내논문] 이중 Moving Window 버퍼 기반 전달정렬 측정치 시간지연 보상기법
Compensation Technique of Measurement Time Delay in Transfer Alignment Using the Double Moving Window Buffer 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.14 no.4, 2011년, pp.684 - 693  

김천중 (국방과학연구소) ,  유준 (충남대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Measurement time delay in the transfer alignment is very important. It has been well known that the time delay degrades the alignment performance and makes some navigation errors on the transfer alignment of slave INS(SINS). Therefore there are many schemes to eliminate that time delay but the compe...

주제어

#이중버퍼   #측정치 시간지연   #전달정렬  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 2와 같은 기존의 전달정렬 방법에서는 시간지연되어 MINS에서 전송된 항법 데이터의 수신시점에 맞추어 측정치 생성 및 전달정렬 필터가 수행되었다. 그러나 MINS 및 SINS 항법정보를 일정 크기의 Moving Window 버퍼에 저장하고 버퍼에서 샘플링된 데이터를 이용하여 전달정렬 필터의 측정치를 생성하도록 하는 방법을 본 논문에서 제시하였다. 이를 그림으로 나타내면 Fig.
  • 본 장에서는 전달정렬에서의 시간지연 오차를 정밀하게 보상하는 새로운 방법에 대하여 기술한다. 먼저 Fig.
  • 또한 필터 구성상 시간지연 오차를 물리적으로 보상하기 어렵기 때문에 시간지연 오차가 큰 경우 시간지연 오차 모델이 부정확하게 되어 시간지연 오차 추정성능이 저하되게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에 서는 빠른 주기의 항법정보가 가용한 SINS의 항법정보를 일정한 크기의 Moving Window 버퍼에 저장하고 전달정렬 필터에서 추정된 시간지연 오차만큼 Moving Window 버퍼에 저장된 SINS 항법정보의 샘플링 시점을 변화시켜 물리적으로 시간지연 오차를 보상하는 방법을 제시하였다. 또한 이중 버퍼를 이용하여 MINS 항법정보가 SINS에 전달되는 동안 발생 가능한 비정상적 통신 상황에서도 시간지연 오차를 일정하게 유지하는 방법도 제시하였다.
  • 그러므로 시간지연이 크거나 외부 동적운동이 큰 상황에서는 근사화된 모델이 부정확하게 되어 시간지연 오차에 의하여 전달정렬 성능이 저하되게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 시간지연 오차를 궤환방식으로 보상하여 항법오차와 같이 시간지연 오차를 항상 작게 유지되도록 하는 방법을 제시하였다. 이를 위하여 전달정렬 필터에서 추정된 시간지연 오차를 이용하여 SINS의 Moving Window 버퍼의 샘플링 시점 변경값을 식 (13)과 같이 계산하고 이 값을 다음 단계의 측정치 생성시 샘플링 시점을 변경하여 시간오차를 보상한다.

가설 설정

  •  시간지연 오차가 통신 지연에 의하여 펄스형태로 변하는 Case1 경우와 톱니파 형태로 변하는 Case2 경우를 가정하였으며 시간지연 오차가 고정된 Case3 경우를 가정하였으며 Case1/Case2 상황에서 본 논문에서 제시한 이중 Moving Window를 적용하여 시간지연 오차를 물리적으로 보상하는 Case4 경우에 대하여 시뮬레이션을 수행하였다.
  • 4와 같다. 시뮬레이션에 사용된 전달정렬 필터는 식 (2)의 상태 방정식을 기반으로 하는 칼만필터로 구성하였으며 시간지연 오차는 랜덤상수로 가정하여 상태변수에 포함시켰다. 전달정렬 측정치는 속도 및 자세를 사용하며 전달정렬 필터 수행주기는 10Hz로 시뮬레이션을 수행하였다.
  • 시뮬레이션은 4가지 경우를 가정하여 수행하였다. 시간지연 오차가 통신 지연에 의하여 펄스형태로 변하는 Case1 경우와 톱니파 형태로 변하는 Case2 경우를 가정하였으며 시간지연 오차가 고정된 Case3 경우를 가정하였으며 Case1/Case2 상황에서 본 논문에서 제시한 이중 Moving Window를 적용하여 시간지연 오차를 물리적으로 보상하는 Case4 경우에 대하여 시뮬레이션을 수행하였다.
  • 본 장에서는 시간지연 오차 보상방법의 성능을 검증하기 위하여 시뮬레이션 및 시험을 수행한 결과를 제시한다. 시뮬레이션은 함상 전달정렬을 가정하여 북쪽 방향으로 모함이 10knots의 속도로 정속 진행하는 상태에서 Pitch 및 Yaw 운동을 한다고 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 궤적을 표로 정리하면 Table 2와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정렬이란? 관성항법장치는 관성센서인 자이로스코프와 가속도계에서 측정된 각속도 및 가속도 정보를 입력으로 하는 항법 방정식을 적분하여 항법정보를 계산하기 때문에 외부의 도움 없이도 자신의 항법정보 계산이 가능하다. 항법 정보를 계산하기 위한 관성항법장치의 항법 방정식은 위치, 속도, 자세의 3종류 1차 미분방정식으로 구성되기 때문에 이 방정식을 연속적으로 계산하기 위해서는 초기 위치, 속도, 자세정보가 요구되며 이를 구하는 것을 정렬(alignment)이라 한다[1]. 정렬은 일반적으로 정지상태에서 관성센서 출력과 정지상 태에서의 기준 항법정보를 이용하여 정렬을 수행하는 자가정렬(self-alignment)과 비행중 외부에서 제공되는 항법정보를 이용하여 정렬을 수행하는 비행중 정렬 (in-flight alignment)로 구분할 수 있다.
관성항법장치의 특징은? 관성항법장치는 관성센서인 자이로스코프와 가속도계에서 측정된 각속도 및 가속도 정보를 입력으로 하는 항법 방정식을 적분하여 항법정보를 계산하기 때문에 외부의 도움 없이도 자신의 항법정보 계산이 가능하다. 항법 정보를 계산하기 위한 관성항법장치의 항법 방정식은 위치, 속도, 자세의 3종류 1차 미분방정식으로 구성되기 때문에 이 방정식을 연속적으로 계산하기 위해서는 초기 위치, 속도, 자세정보가 요구되며 이를 구하는 것을 정렬(alignment)이라 한다[1].
in-flight alignment 중에서 기준 항법 정보를 관성항법장치에서 전달받아 정렬을 수행하는 것은? 정렬은 일반적으로 정지상태에서 관성센서 출력과 정지상 태에서의 기준 항법정보를 이용하여 정렬을 수행하는 자가정렬(self-alignment)과 비행중 외부에서 제공되는 항법정보를 이용하여 정렬을 수행하는 비행중 정렬 (in-flight alignment)로 구분할 수 있다. 비행중 정렬에서 기준 항법정보를 관성항법장치에서 전달(transfer) 받아 정렬을 수행하는 것을 전달정렬(transfer alignment) 이라한다[1]. 일반적으로 기준항법정보를 제공하는 관성항법장치는 비관성 보조센서 등을 이용하여 정밀도를 일정하게 유지하며 비교적 정확한 항법정보를 정렬 대상 관성항법장치에 제공한다.
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참고문헌 (6)

  1. D. H. Titterton and J. L. Weston, Strapdown Inertial Navigation Technology, Peter Peregrinus Ltd., 1997. 

  2. I. Y. Bar-Itzhack and Y. Vitek, "The Enigma of False Bias Detection in a Strapdown System During Transfer Alignment", J. of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 8. No. 2, 1985. 

  3. N. M. Vepa, "A Dynamic Alignment System for Applications on Flexible Platforms such as Ships", Symposium Gyro Technology, 1989. 

  4. H. K. Lee, J. G. Lee, and G. Jee, "Calibration of Measurement Delay in Global Positioning System/ Strapdown Inertial Navigation System", J. of Guidance, Control and Navigation, Vol. 25, No. 2, 2002. 

  5. Y. Lim and J. Lyou, "An Error Compensation Method for Transfer Alignment", IEEE Conference, 2001. 

  6. K. R. Britting, Inertial Navigation Systems Analysis, John Wiley & Sons, Inc., 1971. 

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