2025-11-17
관성 항법 시스템(INS)은 항공우주, 무인 항공기(UAV), 해양 선박, 로봇 공학, 고급 산업 응용 분야에서 널리 사용되는 완전 자율 항법 솔루션입니다. 위성 기반 시스템과 달리 INS는 외부 신호에 의존하지 않습니다. 대신, 내부 센서와 알고리즘을 통해 위치, 속도 및 자세를 계산합니다.
이 기사에서는 INS의 전체 시스템 구성과 하위 시스템이 어떻게 함께 작동하여 정확하고 신뢰할 수 있는 항법을 제공하는지 설명합니다.
INS는 가속도와 각속도를 지속적으로 측정하여 플랫폼의 움직임을 결정합니다. 이러한 측정값은 항법 알고리즘을 통해 처리되어 다음을 계산합니다.
위치
속도
자세(롤, 피치, 요)
이를 위해 INS는 정밀 하드웨어, 기계 구조, 전자 장치 및 보정 방법을 결합합니다.
관성 항법 시스템의 핵심 구성 요소는 다음과 같습니다.
IMU는 INS의 감지 핵심입니다. 다음을 통합합니다.
자이로스코프
세 축을 중심으로 회전하는 각속도를 측정합니다.
가속도계
세 축을 따라 선형 가속도를 측정합니다.
이러한 6자유도는 항법 계산에 필요한 원시 움직임 데이터를 제공합니다.
항법 컴퓨터는 IMU의 원시 신호를 사용 가능한 항법 정보로 변환하는 역할을 합니다.
다음 작업을 수행합니다.
데이터 수집 및 처리
센서 출력을 필터링, 샘플링 및 변환합니다.
항법 솔루션
스트랩다운 계산, 자세 통합, 속도 업데이트 및 위치 계산과 같은 알고리즘을 구현합니다.
오류 보정
보정 데이터, 바이어스 제거, 스케일 팩터 보정 및 온도 보정을 적용합니다.
일관된 정확성을 보장하기 위해 댐핑 시스템은 플랫폼 움직임을 안정시키고 진동, 충격 및 기계적 방해의 영향을 줄입니다.
기능은 다음과 같습니다.
진동으로 인한 센서 노이즈 최소화
기계적 진동에 대한 댐핑 제공
정밀 정렬 지원
댐핑 설계는 항공 및 이동 응용 분야에서 특히 중요합니다.
전자 시스템은 전원 관리, 신호 조절 및 통신 인터페이스를 제공합니다.
주요 요소:
전원 규제 및 분배
디지털 신호 처리 회로
통신 프로토콜(CAN, RS422, 이더넷 등)
시스템 모니터링 및 보호
기계 구조는 INS의 물리적 기반을 제공합니다.
잘 설계된 기계 구조는 다음을 개선합니다.
진동 저항
열적 안정성
장기적인 구조적 무결성
환경적 견고성
이 부분은 까다로운 조건에서도 시스템이 일관되게 작동하도록 보장합니다.
최적의 정확성을 달성하기 위해 INS는 여러 계층의 보정 및 초기화가 필요합니다.
여기에는 센서 바이어스, 설치 각도, 스케일 팩터 및 환경 계수가 포함됩니다.
시스템은 항법 계산을 시작하기 위해 정확한 시작 좌표가 필요합니다.
IMU 센서는 온도에 매우 민감합니다.
온도 보정은 다음을 보상합니다.
바이어스 드리프트
스케일 팩터 변경
비선형 온도 효과
이는 고정밀 성능에 필수적입니다.
초기 정렬은 자세 기준(롤/피치/헤딩)을 설정합니다.
두 가지 일반적인 정렬 유형:
정적 정렬– 시스템이 정지된 상태에서 수행
동적 정렬– 알고리즘의 도움을 받아 이동 중에 수행
적절한 정렬은 작동 전반에 걸쳐 정확한 헤딩 및 자세 출력을 보장합니다.
모든 센서 데이터를 처리하고 보정을 적용한 후 INS는 다음을 출력합니다.
자세 (롤, 피치, 요)
속도 (북/동/하 또는 XYZ)
위치 (GPS 좌표 또는 로컬 좌표계)
오류 매개변수 (진단, 상태, 품질 지표)
이러한 출력의 정확성은 센서 품질, 보정 완료, 알고리즘 성능에 따라 달라집니다.
관성 항법 시스템은 정밀 센서, 정교한 알고리즘 및 고급 보정 프로세스를 기반으로 구축된 복잡하지만 강력한 기술입니다. GNSS가 거부된 환경에서 중단 없는 항법을 제공하는 능력은 현대 항공우주, 국방, 로봇 공학 및 산업 응용 분야에서 대체 불가능하게 만듭니다.
IMU, 항법 컴퓨터, 댐핑, 전자 하위 시스템, 기계 구조 및 보정 워크플로를 포함하는 전체 INS 시스템 구성을 이해하면 사용자가 깊이와 기술적 중요성을 이해하는 데 도움이 됩니다.
