慣性航法装置（INS）は、さまざまな用途で使用されています。このブログでは、旅客機から無人航空機（UAV）まで、航空機における慣性航法システムの役割について見ていきます。
航空機といえば、旅客機や貨物機を思い浮かべる人が多いだろう。これらのタイプの航空機では、慣性航法システムは、パイロットに飛行機の位置や方位、ピッチ、ロールを伝えるために使用される複数の技術のひとつである。
誰に話を聞くかによるが、INSには1つか2つの重要な構成要素が含まれている。INSには必ず 慣性計測ユニットこれはINSが速度、方位、方位、ピッチ、ロール、ヨーの変化を推定するために使用します。IMUは、INSの速度、方位、方位角、ピッチ、ロール、ヨーの変化を推定するために使用されます。 グローバル・ナビゲーション衛星システム(GNSS）受信機との組み合わせと定義する人もいる。受信機は、地球を周回する衛星からの位置データをINSに提供する。すべての航空機がGNSS衛星からのデータを使って自機の位置を計算しているので、この区別は少し無意味だ。 すべての航空機がGNSS衛星からのデータを利用してそのデータがIMUと統合されているかどうかが問題なのだ。
航空機の慣性航法システム
慣性航法システムが航空機に有用なのは、他のあらゆる場所で有用なのと同じ理由である。位置データは、IMUを内蔵しているため、妨害や干渉の影響を（短期間は）受けません。IMUとGNSSデータを組み合わせたINSでは、この2つが連携して互いの弱点を補います。GNSS信号が遮断された場所では、IMUが飛行機のコースを維持するのに役立ち、GNSSデータは、すべてのIMUが影響を受けやすい位置ドリフトを補正するのに役立ちます。
このように、慣性航法システムは旅客機やその他の民間航空機で使用されている。しかし、他のタイプの航空機ではどうだろうか？
UAVナビゲーションにおける慣性航法システム
無人航空機は、小型無人機であれ大型無人機であれ ISR（諜報・監視・偵察）機であれ無人航空機には、目的地までの往復を支援する定位システムが必要です。慣性航法システムは、これらのシステムに不可欠なコンポーネントです。有人航空機と同様に、INSは航空機の位置、方位、ピッチ、ロール、ヨーのデータを提供する。自律型UAVでは、そのデータがナビゲーション・コンピューターに供給され、いくつかの作業を支援する：
- ルートが正しいかどうかを確認する。
- ルートをたどり続けるために、あるいはUAVが逸脱した場合に正しいルートに戻るために、どのような行動が必要かを決定する。
- 知覚センサーや経路計画、衝突回避モジュールなど、他のセンサーや制御モジュールに位置や動きのデータを提供する。
人間によって遠隔操縦される小型ドローンの場合、INSはその位置に関する情報を提供し、機体の誘導や（後述する）ジオリファレンス目的に使用することができる。
INS技術は、特に次のような場合に役立つ。 特にUAV で特に有用です。 カルマンフィルターと呼ばれるカルマンフィルターと呼ばれるものが含まれているからです。カルマンフィルターとは カルマンフィルターは、INSが収集しているデータの精度を推定するアルゴリズムです。 誤ったUAVがコースを外れる可能性のある誤ったデータをフィルタリングするのに役立ちます。
民間航空機とUAVのようなものの最大の違いのひとつは、機体がGNSS信号のないエリアに長期間いる場合（例えば、誰かがGNSS信号を妨害している紛争地域など）、コースを外れる可能性が高くなることだ。民間の乗り物では、パイロットは計器に頼らずに飛行するための複数の技術を持っているが、UAVではそれが難しい。GNSS信号がなければ、すべてのIMUが被る位置ドリフトは、時間の経過とともにUAVが進路から外れ始めることを意味する。UAVをコントロールする人の視界にUAVがある場合、その影響は最小限になりますが、BVLOS（目視外）アプリケーションで動作するUAVの場合、その影響を克服することはより困難になります。
これに対抗するため、多くのUAVは他のセンサーも利用してIMUからの位置ドリフトを減らし、航路を維持するのに役立っています。当社のように、他のセンサーからのデータを統合して、INSがナビゲーション・コンピューターに送るデータの信頼性をさらに高めることができるINS装置もあります。
慣性航法システムおよび画像／地図作成ペイロード
多くのUAVは、眼下の地面を測量したり、対象物の周囲を飛行して測量したりする任務を負っている。そのような用途では、ペイロードはタスクに応じて、カメラ、LiDARスキャナー、ハイパースペクトル画像センサー、そしてもちろんGNSS/INSを含む様々なセンサーを含む必要がある。しかし、それらが何であれ、収集したデータを分析する人々にとって有用であるためには、地理参照する必要がある。
ジオリファレンスとは、知覚センサーが収集したデータに地球上の位置を与えることです。これにより、測量データを使って信頼性の高い地図を作成したり、測量で発見したものの位置を正確に記載したりすることができます。慣性航法システムは、そのデータをジオリファレンスする素晴らしい方法です。優れたGNSS/INSは、特に高精度の位置と方位データを提供します。これは、スキャナーの位置と調査対象である地上の物の位置を関連付けるために不可欠です。
実際、OxTS では、LiDAR と INS データをボタン数クリックで結合し、完全に地理参照された点群データを作成するための OxTS Georeferencerという専門アプリケーションがあり、ボタンを数回クリックするだけで、LiDARとINSのデータを組み合わせ、完全に地理参照された点群データを作成することができます。
上記の点群は OxTS xNAV650 GNSS/INSとVelodyne LiDARセンサーを組み合わせて収集された。LiDARデータは、OxTS' 地理参照およびボアサイト校正ソフトウェアOxTS Georeferencer を使用して地理参照され、センサーのペイロードはDronezone DZX8大型ドローンで運ばれた。
風雨からの保護
もちろん、航空環境で使用するINSは、航空機が直面する条件に対応できるものであることが重要だ。氷点下、気圧の変化、湿気はすべて想定内です。航空機の動作やINSの役割によっては、電気的干渉や衝撃もリスクになります。すべてのINSがそのような条件下で機能を維持できるわけではありません！
それが、私たちが RT3000 T DO-160 v4.これは、DO-160規格のほぼすべてのテストに合格した、当社のフラッグシップ慣性航法システムのバージョンです。つまり、高精度の位置および姿勢測定を提供しながら、航空アプリケーションを簡単に扱うことができます。
実際、より費用対効果の高いMEMSベースのOxTS RT3000 T DO-160 v4でFOGレベルの性能を得ることができる：
RT3000 T DO-160 v4
RT3000 T DO-160 v4 GNSS/INSは、最も要求の厳しい環境に対して、費用対効果が高く、信頼性の高いナビゲーション・ソリューションを提供するように設計されています。
OxTS' 最高性能のMEMS IMUテクノロジーとデュアルアンテナRTK GNSSを組み合わせ、IP67規格の筐体に収めたRT3000 T DO-160 v4は、最も過酷な環境条件下でも正確な位置と慣性計測を実現します。
データシートのダウンロードをダウンロードしてください。
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