선박 운동 측정
선박 모션 측정은 정밀한 항법과 측량 안정성이 요구되는 해양 작업에 필수적입니다. SBG Systems는 고급 관성 센서를 사용하여 실시간 선박 모션 데이터를 제공합니다. 이 센서들은 가속도계 신호를 이중 적분하여 50Hz로 선박 모션을 계산합니다. 이중 적분은 방향 오차나 센서 바이어스로 인해 드리프트를 발생시킵니다. 고역 통과 필터는 일정한 모션 성분을 제거하여 출력을 안정화합니다. 자동 튜닝을 통해 필터가 다양한 해상 상태 조건에 적응하도록 보장합니다. 이 기능은 실시간 히브(Heave) 추정 시 최대 20초의 너울 주기를 지원합니다. 결과적으로 작업 중 선박 모션 측정의 정확하고 안정적인 상태가 유지됩니다.
고역 통과 필터 설계는 정지 상태에서 히브, 서지(Surge), 스웨이(Sway)가 0으로 돌아오도록 보장합니다. 기준점은 항상 선박의 회전 중심입니다. 해양 인증을 받은 유닛만 히브 출력을 제공합니다. 서지와 스웨이는 Ellipse 시리즈 유닛에서는 사용할 수 없습니다. 서지와 스웨이는 부표와 같은 준정적 응용 분야에서만 유효합니다. 이 값들은 방향 오차에 민감하게 유지됩니다. 출력은 엄격하게 IMU 측정점에서 보고됩니다.
선박 운동 기준계
선박의 움직임 출력은 특정 기준 프레임 정의를 따릅니다. 프레임 원점은 출력 지점 위치에 있습니다. Heave(상하 동요)는 수직 변위이며, 아래쪽이 양수입니다. Surge(전후 동요)는 종방향 변위이며, 선박의 선수(bow) 방향이 양수입니다. Sway(좌우 동요)는 횡방향 변위이며, 선박의 우현(starboard) 방향이 양수입니다. 이 일관된 프레임은 여러 선박 유형에 걸쳐 신뢰할 수 있는 해석을 보장합니다.
Heave 출력은 갑작스러운 움직임 변화 시 계단 응답(step response)을 보입니다. 계단 응답이 발생하면 Heave는 상승한 후 부드럽게 0으로 돌아옵니다. 회복에는 해상 상태 이력에 따라 수 분이 소요될 수 있습니다. 출력 형태는 환경적 차이에도 불구하고 일관되게 유지됩니다. Heave 측정값에는 조석(tide) 기여가 포함되지 않습니다. 정확한 고도 결정을 위해서는 조석 보정(tide compensation)을 별도로 적용해야 합니다.
회전 중심과 편향된 상하동작의 작동 원리
히브(상하 흔들림)는 선박의 회전에 의해서도 영향을 받습니다. 회전 중심에서는 회전 히브가 완전히 상쇄됩니다. 이 지점에서 멀어질수록 롤과 피치가 동적 히브 성분을 유발합니다. 바람, 평형수(밸러스트) 또는 하중 불균형으로 인한 준정적 효과가 결과에 추가적인 영향을 미칩니다. 위치에 따라 다양한 모양과 진폭을 가진 히브 신호가 생성됩니다.
센서 배치 강하게 히브 성능에 영향을 미칩니다. 회전 중심 근처에 장착하면 최대의 정확도가 보장됩니다. 사용자는 소나 시스템 같은 장비를 위해 모니터링 포인트를 구성할 수 있습니다. 히브 측정값만 이 모니터링 포인트로 이전할 수 있습니다. 서지(전후 흔들림)와 스웨이(좌우 흔들림)는 반드시 IMU 위치를 기준으로 유지되어야 합니다. 추정 오차를 방지하려면 레버 암을 정밀하게 측정해야 합니다. 작은 치수나 각도 오차만으로도 히브, 서지 또는 스웨이 결과에 오차가 전파됩니다. 기계적으로나 소프트웨어 구성을 통해 IMU와 선박 프레임 간의 정렬 불량을 수정하는 것이 중요합니다.
일부 이전 버전에서는 히브 계산 시 레버 암을 무시했습니다. 이로 인해 바람이나 조류로 인한 선박 움직임 중 정확도가 제한되었습니다. 현재 펌웨어 버전은 레버 암을 고려하여 동적 조건에서의 히브 추정 성능을 향상시킵니다.
향상된 히브(Heave) 고도
사용자들은 종종 히브(heave) 출력값을 칼만 필터링된 고도와 비교합니다. RTK 고도는 유리한 GNSS 조건에서 정밀한 절대 측정값을 제공합니다. RTK 고도를 사용할 때는 조석 보정이 필요 없습니다. 그러나 RTK 고도는 GNSS 취약 환경에서 성능이 저하될 수 있습니다.
히브 알고리즘은 GNSS 의존성 없이 정밀한 상대 측정값을 제공합니다. 조석 보정이 필요하지만 GNSS 중단 상황에서도 안정성을 유지합니다. 향상된 고도 모드는 히브를 RTK 고도와 병합합니다. 이 접근 방식은 열악한 GNSS 환경에서도 절대 정확도를 보장합니다. 향상된 고도는 해양 모션 프로파일과 정밀한 RTK 또는 PPP 측위가 필요합니다. 이 기능은 필요하지 않은 경우 비활성화할 수 있습니다.
지연된 수직동요(Delayed Heave)
딜레이드 히브(Delayed Heave)는 수로 측량의 정확도를 향상시킵니다. 이 알고리즘은 과거 데이터를 사용하여 위상 오차를 보정합니다. 장주기 너울 조건에서 더 나은 성능을 제공합니다. 딜레이드 히브는 150초의 고정된 출력 지연을 유발합니다. 출력 메시지에는 일관된 데이터 날짜 기록을 위한 타임스탬프가 포함됩니다. 실시간 작동이 필요하지 않으므로 해저 매핑에 이 모드를 권장합니다. 실시간 히브는 예비 추정을 위해 계속 사용할 수 있습니다. 완전한 작동을 위해 장치는 측량 전후 150초 동안 활성 상태를 유지해야 합니다.
후처리 히브(Heave) 추정
후처리는 가장 정확한 히브 추정값을 생성합니다. Qinertia와 같은 소프트웨어는 전진 및 후진 분석을 사용하여 히브를 재계산합니다. 병합 처리는 실시간 또는 지연 방식보다 정밀도를 더욱 향상시킵니다. 이 접근 방식은 수로 측량 작업에 최고 수준의 정확도를 제공합니다.
SBG Systems는 실시간 출력, 향상된 필터링, 지연 알고리즘, 후처리 개선을 결합한 고급 선박 모션 측정 솔루션을 제공합니다. 이러한 기능은 항법, 수로학, 해양 작업에서 신뢰할 수 있는 성능을 보장합니다.
