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링레이저 자이로 기반 2축 회전형 관성항법장치 오차해석에 대한 연구
A Study on Error Analysis of Dual-Axis Rotational Inertial Navigation System Based on Ring Laser Gyroscope 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.46 no.11, 2018년, pp.921 - 933  

김천중 (Agency for Defence Development) ,  유해성 (Agency for Defence Development) ,  이인섭 (Agency for Defence Development) ,  오주현 (Agency for Defence Development) ,  이상정 (Chungnam National University)

초록
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관성항법장치 순수항법 성능을 개선하는 방법으로 관성센서 오차가 상호 상쇄되도록 관성센서뭉치를 회전시켜 항법 성능을 개선하는 방법이 있으며 이러한 원리로 동작하는 항법장치를 회전형 관성항법장치라 한다. 관성센서 오차에 의한 회전형 관성항법장치의 정확한 항법 성능 분석을 위해서는 이에 대한 이론적 오차해석이 요구되나 기존의 많은 연구에서는 지구회전 각속도 및 중력 가속도에 의한 영향을 무시하고 오차해석을 수행하여 회전형 관성항법장치의 정확한 항법 성능 분석이 수행되지 않았다. 본 논문에서는 링레이저 자이로 기반 회전형 관성항법장치의 정확한 항법 성능 분석을 위하여 지구회전 각속도 및 중력 가속도 항을 포함한 이론적인 오차해석을 수행하고 이를 기반으로 회전형 관성항법장치의 항법 성능 분석 결과를 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

There is a method to enhance the pure navigation performance of INS(Inertial Navigation System) through the rotation of inertial measurement unit to compensate error sources of inertial sensors each other and that INS using this principle of operation is called rotational INS. In this paper, the exa...

주제어

#회전형 관성항법장치   #오차 해석   #성능 분석   #링레이저 자이로  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 관성센서 오차에 의한 링레이저자이로 기반 회전형 관성항법장치의 정확한 항법 성능 분석을 위하여 지구회전 각속도 및 중력 가속도 항을 고려한 이론적인 오차해석을 수행하였다. 회전형 관성항법장치 오차해석 결과 회전형 관성항법장치의 항법오차는 회전 절차 과정에서 정현파 함수의 비선형성에 의해 상호 상쇄되지 않은 성분이 회전형 관성항법장치 항법오차로 나타남을 증명하였으며 이러한 오차를 줄이기 위해서는 회전절차의 정지/회전 시간을 줄여 정현파 함수의 상호 상쇄 비율을 높이거나 정현파 함수의 합으로 구성되는 계수의 값이 최소가 되도록 회전주기를 설정하여 성능을 개선하는 방법이 있음을 이론적으로 증명하였다.
  • 또한 요구되는 목표 성능을 만족하는 회전형 관성항법장치 시스템을 설계하기 위해서는 관성 센서 오차, 회전으로 상쇄되는 오차, 회전 중 발생하여 상쇄되기 전까지 남아 있는 오차 등의 영향을 이론적으로 분석할 필요가 있다. 이에 본 논문에서는 링레이저 자이로 기반의 회전형 관성항법장치에 대한 이론적인 항법 오차해석을 통하여 회전형 관성항법장치의 회전 절차가 항법 오차에 미치는 영향, 관성센서 오차요소가 회전형 관성항법장치 항법 성능에 미치는 영향,회전형 관성항법장치 성능규격을 만족하기 위한 관성센서 오차규격 설정방법 등에 대한 연구결과를 제시한다. 본 논문의 구성은 2장에서 회전형 관성항법장치의 동작원리 및 관성센서 오차모델을 3장에서는 회전형 관성항법장치 오차해석 결과를 4장에서는 3장의 오차해석 결과의 타당성을 검증하기 위한 시뮬레이션 결과를 기술하고 5장에서 본 논문의 결론을 기술하도록 한다.

가설 설정

  • 3장에서 구한 이론적인 오차해석 결과가 정확한지를 확인하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션에 사용된 관성센서 오차규격은 자이로 바이어스 오차가 0.01 deg/hr, 자이로 비정렬 오차가 5arcsec라 가정하였으며 3장에서 기술한 회전형 관성항법장치의 정지/회전 절차를 그대로 사용하였고 자이로 바이어스 및 비정렬오차 외 다른 오차요소는 없다고 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
회전형 관성항법장치란? 회전형 관성항법장치는 관성센서 오차요소가 상호 상쇄되도록 일정한 순서로 관성센서뭉치를 회전하여 항법 성능을 개선하는 관성항법장치이다. 이를 수식으로 증명하기 위하여 관성항법장치 속도 및 자세 오차 방정식 을 유도하면식 (1), (2)와 같다[1-4].
관성항법장치의 항법 성능은 무엇에 의해 결정되는가? 관성항법장치의 항법 성능은 자이로와 가속도계 같은 관성센서 성능에 의해 결정된다[1,2,3,4].그러므로 관성항법장치의 항법 성능을 개선하기 위해서는 정밀한 관성센서를 적용하여야 한다그러나 정밀한 관성센서 개발이 쉽지 않고 개발하는 과정에 많은 시간과 비용이 들기 때문에 관성센서 오차요소가 상쇄되도록 관성센서뭉치를 회전하여 항법 성능을 개선하는 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다[7-14,18-26].
항법성능을 개선한 관성항법장치인 SISUR (Strapdown Inertial Sensor Unit Rotation)는 어떤 방법을 이용한 것인가? 관성항법장치의 항법 성능은 자이로와 가속도계 같은 관성센서 성능에 의해 결정된다[1,2,3,4].그러므로 관성항법장치의 항법 성능을 개선하기 위해서는 정밀한 관성센서를 적용하여야 한다그러나 정밀한 관성센서 개발이 쉽지 않고 개발하는 과정에 많은 시간과 비용이 들기 때문에 관성센서 오차요소가 상쇄되도록 관성센서뭉치를 회전하여 항법 성능을 개선하는 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다[7-14,18-26]. 이와 같은 원리를 이용하여 항법 성능을 개선하는 관성항법장치를 미국에서는 SISUR (Strapdown Inertial Sensor Unit Rotation)이라 하며 1970년대에SISUR에 대한 이론적인 원리가 정립되었다[7-14].
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참고문헌 (26)

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