관성 위치

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관성 위치는 관성 측정값만을 바탕으로 계산된, 이동 물체의 추정 3차원 위치입니다. 관성 항법 시스템(INS)은 관성 측정 장치(IMU)에서 얻은 가속도 측정값을 지속적으로 통합하고, 차량의 자세와 지구의 자전을 보정함으로써 이 위치를 결정합니다. 이 계산은 전적으로 탑재된 센서에 의존하기 때문에, 관성 위치는 글로벌 항법 위성 시스템(GNSS)을 사용할 수 없거나 신뢰할 수 없는 환경에서도 계속 이용할 수 있습니다.

추정 과정은 신체 좌표계에서 3축 가속도계에 의해 수집된 구체적인 힘 측정값을 바탕으로 시작됩니다. INS 자세 행렬을 사용하여 이러한 측정값을 항법 좌표계로 INS . $\mathbf{C}_b^n$​, 자이로스코프나 자세 및 방위 참조 시스템(AHRS)에서 도출된 값입니다. 그런 다음 중력을 적용하여 실제 선형 가속도를 구합니다:

$$\mathbf{a}_n = \mathbf{C}_b^n \mathbf{f}_b + \mathbf{g}_n$$

where $\mathbf{f}_b$ 는 측정된 비력이며, $\mathbf{g}_n$​는 국소 중력 벡터이다.

속도는 수치 적분을 통해 구할 수 있습니다:

$$\mathbf{v}(t)=\mathbf{v}_0+\int_{t_0}^{t}\mathbf{a}_n(\tau)\,d\tau$$

이 위치는 두 번째 적분을 통해 구할 수 있습니다:

$$\mathbf{p}(t)=\mathbf{p}_0+\int_{t_0}^{t}\mathbf{v}(\tau)\,d\tau$$

이러한 기계화 업데이트는 고주파 차량 동역학을 포착하고 수치 적분 오차를 최소화하기 위해, 일반적으로 100 Hz에서 4000 Hz 이상에 이르는 샘플링 주파수에서 실시간으로 실행됩니다.

가속도계의 바이어스는 시간에 따라 선형적으로 증가하는 속도 오차와 제곱 비례로 증가하는 위치 오차를 유발합니다.

자이로스코프의 바이어스는 중력을 잘못 투영하는 자세 오차를 유발하여, 추가적인 가속도 오차를 발생시키고 위치 드리프트를 가속화합니다. 그 결과, 독립 실행 모드에서는 관성 위치가 실제 궤적에서 점차 벗어나게 됩니다.

위치 편차

장시간 운용 중 위치 편차를 제한하기 위해, 최신 항법 시스템은 확장 칼만 필터(EKF), 언센티드 칼만 필터(UKF) 또는 포즈 그래프 평활화 알고리즘을 활용합니다. 이 필터는 고속 INS 다음과 같은 보조 센서에서 얻은 저속 절대 관측값을 융합하여 전체 상태 오차 벡터(위치, 속도, 자세, 센서 바이어스 및 스케일 계수)를 추정합니다:

• 글로벌 항법 위성 시스템(GNSS): 두 가지 고정밀 보정 기법을 사용하여, RTK 와 PPP를 활용함으로써 오차를 센티미터 단위, 심지어 밀리미터 단위까지 줄일 수 있습니다.
• 음향/속도 센서: 도플러 속도 측정기(DVL), 휠 주행거리계
• 지각 센서: 라이다 오도메트리(LOAM), 시각-관성 오도메트리(VIO)

GNSS 동안, 통합 필터는 추측 항법 모드에서 INS 통해 상태 추정치를 전파합니다. 이 필터는 외부 기준 신호가 복구될 때까지 잔차 센서 모델을 사용하여 오차 증가를 억제합니다.

고성능 광섬유 자이로스코프(FOG), 링 레이저 자이로스코프(RLG) 및 전술급 MEMS INS 장기간에 걸쳐 정확한 관성 위치를INS . 관성 위치는 운동 역학을 통합하여 지속적인 항법 솔루션을 제공합니다. 그 장기 정확도는 관성 센서의 성능과 외부 보조 측정에 따라 달라집니다.