IMU가 뭔지 아시나요? 무슨 뜻인지 아시나요? 그리고 실제로 어떻게 작동하는지 알고 계신가요? 만약 당신이 자동차 테스트, 자율 주행, 매핑또는 항공우주 및 방위 분야에서도 업무상 이 용어를 접해 보셨을 가능성이 높습니다. 이 블로그에서는 이러한 용어가 무엇인지, 왜 중요한지, 어떻게 작동하는지 설명합니다.
IMU는 관성 측정 장치의 약자입니다.
여기까지입니다. 관성 측정 장치는 내비게이션 엔진의 독립형 구성 요소로 존재하거나 관성 내비게이션 시스템 또는 INS에 통합될 수 있습니다. 유블럭스( OxTS )의 INS 장치는 IMU와 GNSS 수신기가 융합되어 있으며, 두 장치가 함께 작동하여 정확한 위치 및 방향 데이터를 제공합니다.

IMU는 어떤 용도로 사용하나요?
관성 측정 장치는 물체의 동역학 또는 움직임을 측정하는 데 도움이 됩니다. 그 물체는 자동차, 드론, 보트 등 거의 모든 것이 될 수 있습니다.
차량 테스트에 필수적인 IMU
자동차 제조업체는 차량과 차량에 탑재된 시스템을 다음과 같은 엄격한 기준. INS의 일부인 IMU는 테스트의 모든 단계에서 차량에 대한 정확한 정보를 제조업체에 제공합니다. 예를 들어, 자율 긴급 제동 테스트 중에 IMU는 시스템이 작동할 때 차량의 속도, 정확한 방향, 감속 속도 등을 알려줄 수 있습니다.
이러한 환경에서는 차량의 위치를 항상 정확하게 기록할 수 있는 IMU를 통해 도로 주행 테스트의 중요성이 점점 더 커지고 있습니다.
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자율 주행이 가능한 IMU
로보택시, 자동 과일 수확기, 무인 항공기 등 자율 주행에 있어 IMU는 필수적인 요소입니다. 이러한 모든 차량은 위치 정보를 얻기 위해 GNSS 신호를 사용하지만, 이 신호를 항상 사용할 수 있는 것은 아닙니다.
차량이 터널을 통과하거나 숲속으로 들어가거나 심지어 방위 애플리케이션의 경우 GNSS 전파 방해가 있는 지역으로 들어가는 경우도 있습니다. 이러한 환경에서 IMU는 추측 항법을 통해 차량의 궤도를 유지하는 데 도움을 줍니다. INS는 GNSS 데이터에서 마지막으로 알려진 위치와 IMU에서 이동 속도 및 방향에 대한 데이터를 가져와 현재 위치를 추정하는 데 사용합니다.
이 이미지는 내부에서 제작한 자율 개발 로봇을 보여줍니다. 이 로봇은 AV200 INS (실내 및 실외 환경 모두에서 로봇이 정확하게 탐색할 수 있도록 하는 IMU 및 GNSS)를 사용합니다. 로봇은 실외 환경에서 GNSS 신호를 사용하여 위치를 계산하고, GNSS 신호를 사용할 수 없는 경우 IMU와 카메라 및 LiDAR와 같은 다른 온보드 센서의 데이터를 사용하여 로봇이 계속 탐색할 수 있습니다. OxTS GAD 인터페이스.
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지오레퍼런스 활동을 위한 정확한 위치 데이터를 유지하는 IMU
육상 또는 드론으로 넓은 지역을 측량하는 경우 정확한 위치 데이터는 매우 중요합니다. INS는 많은 측량 페이로드의 중심이며, 사용자가 측량 중 모든 지점에서 위치를 계산하여 임무 후 데이터를 지리적으로 참조할 수 있게 해줍니다. 내비게이션과 마찬가지로 IMU는 페이로드의 위치와 방향, 방향을 계산하는 데 도움이 되는 고주파 데이터 스트림을 제공하여 INS 데이터를 정확하게 유지하는 데 도움을 줍니다.
IMU가 어떻게 기여하는지 보려면 다음 두 이미지를 살펴보세요. 노란색 KML 흔적은 순전히 GNSS 데이터에 기반한 런던 주변을 주행하는 자동차의 위치입니다:
불규칙하고 고르지 않은 선과 건물 사이를 지나는 흔적, 즉 부정확한 데이터를 많이 볼 수 있습니다. 다음은 동일한 경로에 OxTS IMU의 데이터를 추가한 것입니다:
보시다시피, IMU의 데이터는 INS가 생성하는 위치 데이터의 정확도를 크게 향상시킵니다.
런던은 도시의 협곡과 터널이 많아 정확한 위치를 파악하기 가장 어려운 환경 중 하나이지만, 아래에서 소개하는 것처럼 OxTS 을 사용하면 더 나은 결과를 얻을 수 있다는 것이 좋은 소식입니다.
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이제 IMU의 의미와 IMU가 무엇을 할 수 있는지 알게 되었습니다. 하지만 실제로 어떻게 작동할까요?
관성 측정 단위란 무엇인가요?
간단한 대답은 IMU는 선형 가속도와 각속도의 변화를 측정한다는 것입니다. 이 데이터가 INS에 통합되면 이 데이터는 IMU(및 IMU에 부착된 모든 것)의 속도, 방향, 방향을 추정하는 데 사용됩니다.
자동차가 가속할 때 좌석으로 밀려나거나 코너를 돌 때 한쪽으로 밀려나는 느낌을 아시나요? IMU도 이와 유사한 밀리는 힘을 경험하고 그 데이터를 사용하여 차량이 어떻게 움직이는지 계산할 수 있습니다.
IMU는 가속도계와 자이로스코프 모음을 사용하여 이러한 것들을 측정합니다. 하지만 모든 IMU가 지금부터 설명할 것과 똑같이 만들어지는 것은 아닙니다.
다양한 IMU 기술
가장 널리 사용되는 IMU 기술은 초소형 전자 기계 시스템의 약자인 MEMS입니다. 즉, 전체 IMU가 회로 기판에 들어갈 수 있을 정도로 작기 때문에 스마트폰이나 무인 항공기처럼 크기가 중요한 애플리케이션에 MEMS 기술이 이상적입니다. 쿼츠로 만들 수도 있지만 대부분 실리콘으로 만들어집니다.
각각 광섬유 자이로스코프와 링 레이저 자이로스코프를 의미하는 FOG 및 RLG IMU도 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 이러한 IMU는 각속도를 측정하기 위해 다른 유형의 자이로스코프를 사용하며, 가속도계는 MEMS IMU에서 볼 수 있는 것과 동일한 설계일 수 있습니다.
RLG 및 FOG IMU는 MEMS IMU보다 더 크고 비싸며, 정확도와 안정성(정확도 저하가 오래 걸린다는 의미)이 MEMS IMU에 비해 떨어진다는 평판을 오랫동안 받아왔습니다. 하지만 MEMS 기술은 계속 발전하고 있으며, OxTS 에서는 수년간 정밀한 보정 기술과 고급 데이터 처리 알고리즘을 개발하여 MEMS IMU 기술에서 최고의 성능을 끌어내기 위해 노력해 왔습니다. 또한 정확도를 더욱 향상시키기 위해 다양한 추가 센서를 사용하는 데 주력하여 사용자에게 MEMS 기술을 사용한 FOG 수준의 성능을 제공하는 데 주력해 왔습니다(MEMS 가격으로!).
무슨 말인지 설명하자면, 런던을 여행할 때의 위치 데이터 이미지를 기억하시나요? IMU를 사용하면 GNSS 데이터보다 훨씬 더 정확한 데이터를 얻을 수 있지만, 여전히 오류가 존재합니다. 예를 들어 건물 사이로 선이 지나가는 것을 볼 수 있습니다.
OxTS 에서 연구하고 있는 혁신 중 하나는 다음과 같습니다. LiDAR 관성 주행 거리 측정또는 줄여서 OxTS LIO라고 합니다. 이 기술은 LiDAR 스캐너의 속도 데이터를 사용하여 방향과 속도 데이터를 계산하고, 이를 INS 내부에서 일어나는 계산에 반영할 수 있습니다. 이 데이터를 IMU에 추가하면 다음과 같은 위치 데이터가 생성됩니다:
훨씬 더 정확하며 값비싼 FOG나 RLG IMU 없이도 가능합니다.
이제 시작에 불과합니다.
이 블로그는 관성항법 분야를 처음 접하는 분들을 위한 블로그이므로 당연히 더 많은 내용을 다루고 있습니다. 지구의 자전이 IMU에 어떤 영향을 미치나요? IMU와 GNSS가 서로 다른 거리를 측정하는 경우 어떻게 해야 할까요? 이 모든 것이 PNT와 어떻게 연결되나요? 관성 항법의 복잡성에 대한 여정은 이제 막 시작되었습니다...
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