동작 보정 및 위치
모션 보정 및 위치는 정확한 위치 정보를 유지하기 위해 일반적으로 센서나 장치가 포함된 시스템이 움직임이나 모션을 조정하거나 보정하는 능력을 말합니다. 이러한 보정은 외부 모션이나 방해 요소에도 불구하고 안정적이고 일관된 위치 및 방향 데이터를 유지합니다.
모션 보정 및 위치: 올바른 관성 센서 선택하기
해양학은 기후 변화, 오염, 생태 등 오늘날의 환경적 과제 속에서 중추적인 역할을 합니다. 해양학자들은 과제를 이해하고 해결하는 데 필수적인 더 높은 성능을 위해 빠르게 진화하는 기술에 의존하고 있습니다.
15년 이상 해양 산업을 위한 관성 항법 시스템을 제조해 왔습니다. 관성 항법 시스템이 무엇이며 어떻게 활용되는지 설명해 드리겠습니다. 또한 해양학 장비의 모션 보정 및 정밀 위치 추적을 위해 MRU 또는 INS/GNSS를 선택하는 데 필수적인 주요 매개변수를 강조하여 설명해 드리겠습니다.
정밀한 동작 및 내비게이션 측정을 위한 든든한 파트너
관성 항법 장치(INS)는 롤, 피치, 헤딩, 위치, 속도 및 파고를 제공하는 항법 장치입니다. 이는 INS의 핵심인 IMU(관성 측정 장치), 마이크로프로세서 및 GPS/GNSS 수신기와 같은 다양한 요소로 구성됩니다.
IMU는 3개의 가속도계, 3개의 자이로스코프, 그리고 헤딩 요구 사항에 따라 3개의 자력계를 내장합니다. IMU는 회전을 통해 3축의 오일러 각도를 측정하여 피치, 롤, 요를 결정합니다. 마이크로프로세서는 위치, 속도 또는 GNSS 기반 헤딩이 필요한 경우 관성 데이터를 GNSS와 실시간으로 융합하기 위해 향상된 온보드 확장 칼만 필터(EKF)를 실행합니다. 또한, 일부 INS는 모든 해양학 관련 작업 및 임무를 위해 파고 및 파도 측정 데이터를 제공합니다.
해양학자들은 환경 매개변수(예: 염도), 퇴적학 또는 해류와 같은 다양한 요소를 측정하기 위해 여러 가지 장비를 사용합니다. 여기에는 장비 또는 플랫폼의 움직임을 보정하는 관성 항법 장치(INS)가 포함됩니다.
INS는 부표, 선박, 수상 또는 수중 시스템(USV, ROV 또는 AUV)과 같은 다양한 유형의 플랫폼에 설치될 수 있으며, 솔루션 선택 시 크기, 전력 소비 및 인클로저가 결정적인 요소가 되지만, 이것이 전부는 아닙니다. 관성 센서를 선택할 때 확인해야 할 5가지 유용한 팁이 아래에 있습니다.
1 – 견고성 및 데이터 반복성을 확인하는 방법
관성 센서가 몇 달 동안 해상에 머물 수 있는 플랫폼에 탑재되기 때문에 센서의 견고성은 매우 중요합니다. 이것이 바로 모든 SBG Systems의 MRU 및 INS가 다축 회전 테이블과 항온 챔버를 사용하는 개별 하이엔드 캘리브레이션 절차의 이점을 누리는 이유입니다.
각 센서는 -40°C에서 85°C까지 광범위한 캘리브레이션을 거치며 상세한 캘리브레이션 보고서가 제공됩니다. 이는 시스템이 가장 가혹한 환경을 포함한 모든 환경 조건에서 최적의 일정한 거동을 유지하고 정확한 데이터를 지속적으로 제공하도록 보장하므로 생산에서 매우 중요한 단계입니다.
SBG의 사내 특정 자격 인증 프로세스는 유의미한 드리프트 없이 수명 주기 동안 동일한 수준의 성능을 보장합니다. 캘리브레이션을 거친 후, 관성 센서들은 엄격한 선별 과정을 거치며 사양을 충족하지 못하는 모든 센서는 제외되므로 전문가들은 임무 수행 중 일관된 측정을 신뢰할 수 있습니다.
2 – 수온 및 파도 측정(Heave Measurement): 해상 상태에 따른 센서 선택
Ellipse라는 SBG의 소형 관성 센서는 파도 주기에 자동으로 조절되는 5cm 정확도의 실시간 히브를 제공하지만, 이는 제한된 파도 주기 내에서만 작동합니다. 파도 주기가 더 길거나 복잡한 임무를 수행하기 위해, 고등급의 SBG 제품은 약간의 지연 시간과 함께 실시간으로 계산되어 2cm의 정확도를 제공하는 지연 히브(delayed heave) 기능을 탑재하고 있습니다.
3 – 다중 성좌 GNSS 수신기 및 보정
새로운 보급형 GNSS 수신기는 이제 GPS, 글로나스(Glonass), 베이두(Beidou), 갈릴레오(Galileo)를 모두 지원하여 신호 수신율이 낮은 지역에서도 위성 가용성을 향상시킵니다. 연구에 미터급 위치 정보로 부족한 경우, 하이엔드 시스템은 PPP 보정을 통해 5cm 수준의 실시간 위치 정확도를 달성합니다.
이 기술은 더욱 합리적이고 간편한 솔루션을 제공하기 위해 끊임없이 발전하고 있습니다. 센티미터급 위치를 제공하는 RTK는 여전히 연안 근처에서 가장 정확한 측위 솔루션입니다. 실시간 데이터가 필요하지 않은 경우, 후처리(post-processing) 소프트웨어를 사용하면 훨씬 더 높은 정밀도를 얻을 수 있습니다.
4 – 동적 범위가 낮거나 극지 근처에서 임무를 수행할 때는 어떤 항법 솔루션을 사용해야 하는가?
경험상 대부분의 해양학 애플리케이션에서는 듀얼 안테나 INS(즉, 단일 GPS/GNSS 수신기에 두 개의 안테나를 사용하는 방식)를 사용하는 것이 중요합니다.
실제로 이와 같은 관성 센서는 두 개의 GPS/GNSS 안테나를 사용하여 위치, 속도, 그리고 단일 안테나 GPS와 달리 정지 상태이거나 초저동적(low dynamics) 상황에서도 유효한 진북 방위각을 제공합니다. 또한 자력계와 자이로콤파스의 경우처럼 자기장 교란이나 지구 자전의 영향을 받지 않고 어떤 상황에서도 진북을 제공합니다. 이는 특히 해류 연구와 극지방 임무에서 매우 중요한 기능입니다.
SBG는 이번에 해양학에 이상적인 솔루션인 17g 무게의 듀얼 주파수 및 듀얼 안테나 GNSS/INS인 3세대 Ellipse-D를 새롭게 출시했습니다.
5 – 간편한 통합 및 기술 지원
관성 센서는 다양한 해양 프로젝트에 손쉽게 통합할 수 있습니다. 이는 수많은 업계 소프트웨어 및 프로토콜(SBG의 경우 90가지 이상의 다양한 메시지)과의 호환성 덕분에 가능합니다. 자율주행 플랫폼에 쉽게 통합할 수 있도록 ROS 드라이버도 제공됩니다.
센서를 선택할 때는 데이터시트뿐만 아니라 통합 과정 및 이후 단계에서의 회사 지원도 함께 고려해야 합니다.
지원의 신속성과 적절성은 프로젝트 성공의 핵심입니다. 관성 센싱과 항법은 고려해야 할 변수가 많은 분야입니다. 교육을 통해 몇 가지 기본 원리를 익히는 것도 프로젝트 개발 속도를 높이는 데 결정적인 역할을 할 수 있습니다.
Ellipse와 같은 새로운 소형 센서가 대부분의 해양학 애플리케이션에 어떻게 적합한지 살펴보았습니다. 고성능 INS/GNSS는 다양한 등급의 장비를 통합한 완전 장비 선박에서 다양한 장비를 보정합니다.
SBG Systems Navsight 솔루션
SBG Systems는 0.02°에서 0.007°에 이르는 롤/피치 성능 등급의 관성 측정 장치(IMU)를 갖춘 Navsight 해양 솔루션을 제공합니다.
견고한 처리 장치인 Navsight는 퓨전 인텔리전스, 측량급 GNSS 수신기, 데이터 로거, 그리고 다양한 연결 옵션을 통합합니다.
이 고급 솔루션은 해양학 전용 선박 함대 전체에 매우 적합합니다. 예를 들어, 이들은 다중빔 음파탐지기(echosounder) 같은 장비의 오차를 보정해야 했습니다.
어떤 유형의 애플리케이션이든 관성 센서를 선택하는 것은 프로젝트 개발을 위한 파트너를 선택하는 것과 같습니다. 이러한 조언이 향후 통합을 성공적으로 이끄는 데 도움이 되기를 바랍니다.
이 전체 기사는 'Marine Technology Reporter' 2월호에 실렸습니다. “운동 보정 및 위치: 관성 센서 선택 시 확인해야 할 역할과 주요 기능”
