관성항법시스템(INS)에 대하여 설명하시오.

1. 관성항법시스템(INS)

관성항법정치는 이동 각도, 가속도 등을 측정해 시간을 계산하고 얼마나 어디까지 이동했는 지 측정하는 장치다. 관성의 법칙(외부의 힘이 작용하지 않는 한 물체는 계속 운동한다)과 가속도의 법칙(운동 상태가 변환할 때는 외부의 힘에 비례한 가속도가 생기고 그 방향은 외부의 힘과 일치한다)이 적용됩니다. 먼저 자이로에서 측정된 항체의 회전 각속도를 적분하여 항체의 자세, 방향 등에 관계된 기준 좌표계를 설정하고, 이를 가속도계에서 얻은 이동 거리와 속도 등의 정보와 조합하여 중력 가속도를 보상하고 적분하는 과정을 통해 항체의 현재 상태를 알아내는 것이다. 

 

1) INS 구성

INS(관성항법장치)는 초기 상태 또는 마지막으로 알려진 상태를 기준으로 플랫폼의 자세(위치 및 방향)와 속도를 계산하는 데 사용됩니다. 관성항법장치에는 다음과 같은 두 핵심 구성요소가 포함됩니다.

① IMU (관성 측정 장치): 일반적으로 가속도계와 자이로스코프 같은 관성 센서를 포함
② 계산 장치: 원시 센서 데이터를 처리 및 융합할 수 있는 필터링 알고리즘 제공

 

2) INS 장단점

INS의 장점은 계산 속도가 빠르고 비행체의 운동에 따른 영향을 거의 받지 않기 때문에 상당히 안정적으로 시스템을 유지할 수 있다는 점이다. 대부분의 INS의 경우 100Hz 정도로 계산합니다. 0.01초마다 위치와 속도, 자세 등의 정보를 제공하는 것이다. INS는 초기에 정확도 정보가 입력되지만 운영시간이 길어질수록 오차가 누적된다. 미미한 오차라도 누적된 오차는 오차 범위가 점점 커지게 된다.

 

3) GPS/INS 통합

INS는 외부 도움 없이 자신의 위치를 결정할 수 있는 특성으로 인해 지형, 기상 등에 영향을 받지 않으며 GPS로 구현이 곤란한 자세정보까지 얻을 수 있어 위치 및 자세정보를 필요로 하는 무기치계에 필수적 장비다. 또 전파방해 없이 위치, 자세를 감지할 수 있어 GPS보다 유용하다는 장점이 있으나 최초 위치를 입력해야 하고 이동거리 증가에 따른 위치오차가 증가됨으로써 이를 주기적으로 보정해 주어야 하는 단점도 가지고 있다. 이러한 단점을 최소화하기 위해 최근에는 GPS와 연동시켜 위치를 보정하는 형태로 발전되고 있다. GPS 보조 관성항법장치(또는 GPS/INS)에는 GPS 수신기도 포함됩니다. 항공기와 잠수함부터 이동 로봇과 자율주행 차량에 이르기까지, 관성항법장치는 안전 필수 차량을 위한 추적 및 위치추정 기능을 제공합니다.

센서의 종류	장점	단점
GPS	안정적인 위치 정보 제공	낮은 데이터 전송률 외부교란에 민감
INS	높은 데이터 전송률 외부교란에 둔감	시간에 따른 오차 누적 성능에 따른 높은 가격