모션 보정 및 위치는 일반적으로 센서 또는 장치를 포함하는 시스템이 정확한 위치 정보를 유지하기 위해 움직임 또는 모션을 조정하거나 보정하는 기능을 의미합니다. 이러한 보정을 통해 외부 움직임이나 교란에도 불구하고 신뢰할 수 있고 일관된 위치 및 방향 데이터를 유지합니다.
모션 보정 및 위치: 올바른 관성 센서 선택
해양학은 기후 변화, 오염, 생태계와 같은 오늘날의 환경 문제 속에서 중요한 역할을 합니다. 해양학자들은 이러한 문제들을 이해하고 해결하는 데 필수적인, 더 높은 성능을 위한 빠르게 발전하는 기술에 의존합니다.
15년 이상 동안, 저희는 해양 산업을 위한 관성 항법 시스템을 제조해 왔습니다. 저희는 관성 항법 시스템이 무엇이며 어떻게 활용되는지 설명할 것입니다. 또한, 해양 관측 장비의 모션 보상 및 정밀 위치 추적을 위한 MRU 또는 INS/GNSS 선택에 중요한 핵심 매개변수를 강조할 것입니다.
정확한 모션 및 내비게이션 측정을 위한 동반자
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 방법은 무엇입니까?
관성 센서는 수개월 동안 해상에 머무를 수 있는 플랫폼에 내장되므로 센서의 견고성이 매우 중요합니다. 이것이 바로 모든 SBG Systems의 MRU 및 INS가 다축 회전 테이블과 온도 챔버를 사용하는 개별적인 고급 교정 절차를 거치는 이유입니다.
각 센서는 -40ºC에서 85°C까지 광범위한 교정을 거치며 상세한 교정 보고서와 함께 제공됩니다. 이는 시스템이 최적의 일정한 동작을 유지하고 가장 혹독한 환경을 포함한 모든 환경 조건에서 정확한 데이터를 지속적으로 제공하도록 보장하는 생산의 중요한 단계입니다.
SBG에서는 특정 자체 검증 프로세스를 통해 수명 기간 동안 상당한 드리프트 없이 동일한 수준의 성능을 보장합니다. 교정 시, 관성 센서는 엄격한 선별 과정을 거쳐 사양을 충족하지 않는 모든 센서를 제거하므로 전문가들은 임무 수행 중 일관된 측정값을 신뢰할 수 있습니다.
2 – Heave 측정: 해상 상태에 따라 센서 선택
SBG Systems의 소형 관성 센서인 Ellipse가 파도 주기에 자동으로 조정되는 5cm 정확도의 실시간 heave를 제공하는 경우, 이는 제한된 파도 주기에 해당합니다. 파도 주파수가 더 크거나 더 복잡한 임무를 수행할 수 있도록 고급 SBG Systems 제품에는 약간의 지연으로 실시간으로 계산된 2cm 정확도의 heave를 제공하는 지연된 heave 기능이 함께 제공됩니다.
3 – 다중 위성 GNSS 수신기 및 보정
새로운 보급형 GNSS 수신기는 이제 GPS, Glonass, Beidou 및 Galileo를 사용하여 저커버리지 지역에서 위성 가용성을 향상시킵니다. 연구에 미터급 위치가 충분하지 않은 경우, 고급 시스템은 PPP 보정 덕분에 5cm 실시간 위치에 도달합니다.
이 기술은 더 저렴하고 간단한 솔루션을 제공하기 위해 끊임없이 발전하고 있습니다. 센티미터 위치를 제공하는 RTK는 해안에 가까울 때 여전히 가장 정확한 위치 확인 솔루션입니다. 실시간으로 데이터가 필요하지 않은 경우, 후처리 소프트웨어를 사용하면 훨씬 더 높은 정밀도를 얻을 수 있습니다.
4 – 낮은 다이내믹스 또는 극지방 근처에서 수행되는 미션에서 어떤 Heading 솔루션을 사용해야 할까요?
저희의 경험에 따르면, 대부분의 해양학 애플리케이션은 이중 안테나 INS(즉, 동일한 GPS/GNSS 수신기에 두 개의 안테나를 사용하는 INS)의 중요성을 강조합니다.
실제로 이러한 종류의 관성 센서는 두 개의 GPS/GNSS 안테나를 사용하여 단일 안테나 GPS와 달리 정지 상태이거나 매우 낮은 동적 상태에서도 유효한 위치, 속도 및 참 방위각을 제공합니다. 또한 자력계와 자이로 컴퍼스가 영향을 받는 자기 교란이나 지구 자전의 영향을 받지 않고 어떤 상황에서도 참 방위를 제공합니다. 이는 특히 극지방의 현재 연구 및 임무에 중요한 기능입니다.
SBG에서는 최근 해양학에 이상적인 솔루션이 되는 고급 기능을 갖춘 17그램의 이중 주파수 및 이중 안테나 GNSS/INS인 Ellipse-D 3세대를 출시했습니다.
5 – 간편한 통합 및 기술 지원
관성 센서는 모든 해양 프로젝트에 쉽게 통합할 수 있습니다. 이는 수많은 산업 소프트웨어 및 프로토콜(SBG에서 90가지 이상의 다양한 메시지)과의 호환성 덕분입니다. 자율 플랫폼에 쉽게 통합할 수 있도록 ROS 드라이버도 제공됩니다.
센서를 선택할 때는 데이터시트뿐만 아니라 통합 전후의 회사 지원에도 중점을 두어야 합니다.
지원팀의 신속성과 적절성은 프로젝트 성공의 핵심입니다. 관성 감지 및 내비게이션은 많은 매개변수를 고려하는 분야입니다. 교육을 통해 몇 가지 기본 사항을 학습하는 것도 프로젝트 개발 속도를 높이는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.
Ellipse와 같은 새로운 소형 센서가 대부분의 해양 응용 분야에 어떻게 적합한지 확인했습니다. 고성능 INS/GNSS는 다양한 등급의 장비를 통합하는 완전 장비 선박의 다양한 장비를 보정합니다.
SBG Systems Navsight 솔루션
SBG Systems는 0.02° ~ 0.007°의 롤/피치 성능 등급을 갖춘 관성 측정 장치를 특징으로 하는 Navsight Marine Solution을 제공합니다.
견고한 처리 장치인 Navsight는 융합 인텔리전스, 측량 등급 GNSS 수신기, 데이터 로거 및 다양한 연결 옵션을 통합합니다.
이 고급 솔루션은 해양학 전용 선박 전체에 적합합니다. 예를 들어 멀티빔 음향 측심기와 같은 장비를 보정해야 했습니다.
모든 유형의 응용 분야에서 관성 센서를 선택하는 것은 프로젝트 개발을 위한 파트너를 선택하는 것과 같습니다. 이 조언이 향후 통합을 성공으로 이끄는 데 도움이 되기를 바랍니다.
전체 기사는 Marine Technology Reporter 2월호에 게재되었습니다. “관성 센서 선택 시 확인해야 할 모션 보상 및 위치: 역할 및 중요한 기능”
