모션 보정 및 위치: 관성 센서 선택 시 확인해야 할 역할 및 중요 기능

2021년 11월 15일

동작 보정 및 위치는 일반적으로 센서 또는 장치와 관련된 시스템이 정확한 위치 정보를 유지하기 위해 움직임이나 동작을 조정하거나 보정하는 기능을 말합니다.

이 보정은 외부의 움직임이나 교란에도 불구하고 안정적이고 일관된 위치 및 방향 데이터를 유지합니다.

해양학은 기후 변화, 오염, 생태와 같은 오늘날의 환경 문제 속에서 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

해양학자들은 빠르게 진화하는 기술에 의존하여 더 높은 성능을 발휘하고 있으며, 이는 문제를 이해하고 해결하는 데 매우 중요합니다.

15년 이상 해양 산업을 위한 관성 항법 시스템을 제조해 왔습니다. 관성 항법 시스템이 무엇이며 어떻게 활용되는지 설명합니다. 또한 해양 계측기의 동작 보정 및 정밀 위치 추적을 위해 MRU 또는 INS/GNSS를 선택하는 데 중요한 주요 파라미터를 강조합니다.

 

정확한 동작 및 내비게이션 측정을 위한 조력자

INS라고도 하는 관성 항법 시스템은 롤, 피치, 방향, 위치, 속도, 중력을 제공하는 내비게이션 장치입니다. 다양한 요소로 구성됩니다: INS의 핵심인 관성 측정 장치 (IMU), 마이크로프로세서, GPS/GNSS 수신기 등이 있습니다.

IMU에는 가속도계 3개, 자이로스코프 3개, 그리고 방향 요구 사항에 따라 자력계 3개가 내장되어 있습니다.

IMU는 피치, 롤, 요를 결정하기 위해 회전하여 3개 축에 걸쳐 오일러 각도를 측정합니다.

마이크로프로세서는 향상된 온보드 확장 칼만 필터(EKF)를 실행하여 위치, 속도 또는 GNSS 기반 방향이 필요한 경우 실시간 관성 데이터를 GNSS와 융합합니다. 또한 일부 INS는 모든 해양학 작업과 임무를 위한 흘수 및 파도 측정 데이터도 제공합니다.

모션 보정 및 위치
모션 보정 및 위치 : 플랫폼의 움직임

 

 

해양학자들은 다양한 기기를 사용하여 환경 매개변수(예: 염도), 퇴적물 또는 해류와 같은 다양한 요소를 측정합니다. 여기에는 계측기나 플랫폼의 움직임을 보정하는 관성 항법 시스템이 포함됩니다.

부표, 선박, 육상 또는 해저 시스템과 같은 다양한 유형의 플랫폼에 설치할 수 있습니다(USV, ROV또는 AUV) 등 다양한 플랫폼에 설치할 수 있으며, 솔루션 선택 시 크기, 전력 소비량, 인클로저가 결정적인 요소로 작용합니다. 다음은 관성 센서를 선택할 때 확인해야 할 몇 가지 유용한 팁입니다.

 

1 - 견고성 및 데이터 반복성을 확인하는 방법은?

관성 센서는 수개월 동안 바다에 머물 수 있는 플랫폼에 내장되어 있기 때문에 센서의 견고성이 매우 중요합니다. 그렇기 때문에 모든 SBG Systems' MRU 및 INS는 다축 회전 테이블과 온도 챔버를 사용하는 개별 고급 교정 절차의 이점을 누릴 수 있습니다.

이 센서는 -40~85°C의 온도 범위에서 광범위하게 보정되며, 각 센서는 보정 보고서와 함께 제공됩니다. 이는 시스템이 최적의 일정한 동작을 유지하고 가장 혹독한 환경 조건에서도 정확한 데이터를 지속적으로 제공할 수 있도록 보장하기 때문에 생산에 있어 중요한 단계입니다.

SBG의 특별한 사내 검증 프로세스는 수명 기간 동안 큰 편차 없이 동일한 수준의 성능을 보장합니다. 관성 센서는 보정 시 엄격한 심사 과정을 거쳐 사양에 맞지 않는 센서는 모두 제거되므로 전문가들은 임무 수행 중에 일관된 측정값을 신뢰할 수 있습니다.

 

2 - 무게 측정 - 해상 상태에 따른 센서 선택

SBG의 소형 관성 센서 ( Ellipse )는 파동에 따라 자동으로 조정되는 5cm의 정확한 실시간 기울기를 제공하지만, 이는 제한된 파동 주기에서 작동합니다. 파동 주파수가 더 크거나 더 복잡한 임무를 수행할 수 있도록 고급 SBG 제품에는 약간의 지연이 있지만 실시간으로 2cm까지 정확하게 계산되는 딜레이드 히브 기능이 제공됩니다.

계측 부표 청사진
모션, 안정화 및 위치 모니터링을 위한 계측 부표의 INS/GNSS

 

 

3 - 다중 별자리 GNSS 수신기 및 보정

차세대 보급형 GNSS 수신기는 이제 GPS, 글로나스, 베이더우, 갈릴레오를 활용할 수 있으므로 위성 커버리지가 제한된 어려운 지역에서도 위성 가용성을 높일 수 있습니다. 미터법 위치가 연구에 충분하지 않은 경우, 고급 시스템은 PPP 보정을 통해 5cm 실시간 위치에 도달할 수 있습니다.

이 기술은 더 저렴하고 간단한 솔루션을 제공하기 위해 지속적으로 발전하고 있습니다. 센티미터 단위의 위치를 제공하는 RTK는 여전히 해안가에 가까울 때 가장 정확한 위치 확인 솔루션입니다. 실시간 데이터가 필요하지 않은 경우 후처리 소프트웨어를 사용하면 더 높은 정밀도를 얻을 수 있습니다.

 

4 - 저역학 또는 극 가까이에서 임무를 수행할 때 어떤 헤딩 솔루션을 사용해야 하나요?

경험상 대부분의 해양학 애플리케이션은 듀얼 안테나 INS(즉, 동일한 GPS/GNSS 수신기에 두 개의 안테나를 사용하는 방식)의 중요성을 강조합니다.

실제로 이러한 관성 센서는 두 개의 GPS/GNSS 안테나를 사용하여 단일 안테나 GPS와 달리 정지 상태 또는 매우 낮은 동적 상태에서도 유효한 위치, 속도 및 실제 방위각을 제공합니다.

또한 자력계와 자이로컴퍼스처럼 자기장 교란이나 지구 자전의 영향을 받지 않고 어떤 상황에서도 정확한 방향을 알려줍니다. 이는 특히 현재 극지방에서의 연구와 임무에 매우 중요한 기능입니다.

SBG에서는 해양학에 이상적인 솔루션인 고급 기능을 갖춘 17그램 듀얼 주파수 및 듀얼 안테나 GNSS/INS 3세대(Ellipse-D )를 최근 출시했습니다.

Ellipse-D_Box_OEM_Hand
Ellipse-D 듀얼 안테나 및 듀얼 주파수 INS/GNSS

 

 

5 - 간편한 통합 및 기술 지원

관성 센서는 모든 해양 프로젝트에 쉽게 통합할 수 있습니다. 이는 수많은 산업 소프트웨어 및 프로토콜(SBG에서 90개 이상의 다양한 메시지)과의 호환성 덕분에 가능합니다. 자율 플랫폼에 쉽게 통합할 수 있도록 ROS 드라이버도 제공됩니다.

센서를 선택할 때는 데이터시트뿐만 아니라 통합 중 및 통합 후 회사의 지원도 꼼꼼히 살펴보세요.

지원 응답성과 정확성은 프로젝트 성공의 핵심입니다. 관성 감지 및 탐색은 많은 매개 변수를 고려해야 하는 분야입니다. 교육을 통해 몇 가지 기본 사항을 익히는 것도 프로젝트 개발 속도를 높이는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

Ellipse 과 같은 새로운 소형 센서가 대부분의 해양학 분야에 어떻게 적합한지 확인했습니다. 하이엔드 INS/GNSS는 다양한 등급의 계측기를 통합한 완비된 선박의 다양한 계측기를 보완합니다.

SBG Systems 는 0.02°~0.007°의 롤/피치 성능 등급을 갖춘 관성 측정 장치로 구성된 Navsight 해양 솔루션을 제공합니다.

Navsight강력한 처리 장치인 퓨전 인텔리전스, 매핑-등급 GNSS 수신기, 데이터 로거 및 다양한 연결 옵션이 통합되어 있습니다.

이 고급 솔루션은 해양학 전용 선박의 전체 선단에 매우 적합합니다. 예를 들어 멀티빔 에코사운더와 같은 기기를 보정해야 하는 경우입니다.

모든 유형의 애플리케이션에서 관성 센서를 선택하는 것은 프로젝트 개발을 위한 파트너를 선택하는 것과 같습니다. 이러한 조언이 향후 성공적인 통합에 도움이 되기를 바랍니다.

Navsight Ekinox 2 INS
Navsight 해저 Ekinox 등급 IMU 사용

 

 

기사 전문은 해양 기술 리포터 2월호에 게재되었습니다.

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