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INS란 무엇입니까? / 관성 네비게이션 시스템은 무엇입니까?

산업 기사 2024년 5월 5일

관성 내비게이션 시스템이란 무엇인가요?

관성이란 무엇인가요? 관성 내비게이션 시스템이란 무엇인가요? INS는 무엇을 의미하나요? 이러한 질문은 일상 생활과 관련이 있으므로 물어보기에 좋은 질문입니다. 예를 들어, 자동차로 출근길에 내비게이션을 사용하려고 할 때 말이죠. 이 블로그에서는 이러한 질문에 답하는 데 도움을 드리지만, 현명하게도 처음부터...

INS란 무엇인가요?

관성 내비게이션 시스템은 다양한 형태와 크기로 제공됩니다. 하지만 한 가지 공통점은 여러 관성 센서를 사용하며, 이러한 센서에서 나오는 측정값을 추적하기 위해 일종의 중앙 처리 장치를 사용한다는 점입니다.

INS는 다양한 기술을 사용하지만 일반적으로 다음을 포함합니다:

 

+ 관성 측정 장치(IMU)

- 가속도계

- 자이로스코프

+ GNSS 수신기

+ 중앙 처리 장치(CPU)

RT3000 v4 제품 사진 1
RT3000 v4 GNSS/INS

INS가 실제로 어떻게 작동하는지 잠시 후에 살펴보겠지만, 지금 가장 중요한 것은 여러분에게 더 익숙한 GPS와 어떻게 다른지 알아두는 것입니다.

GPS 수신기를 켜고 모든 것이 올바르게 작동한다고 가정했을 때 짧은 시간 안에위치 측정값이 생성됩니다. GPS가 가진 부정확성을 무시했을 때 수신기가 생성하는 위치 측정값은 매우 구체적입니다. '당신은 이러한 위도와 이러한 경도에 위치하고 있다'고 말합니다. 즉, 알려진 좌표계를 사용하여 우리에게 절대적인 위치를 제공합니다. 하지만 관성 내비게이션 시스템은 이런 방식으로 작동하지 않습니다. 이 경우 생성되는 측정값은 마지막으로 알려진 위치를 기준으로 합니다. 그래서 관성 내비게이션 시스템이 몇 분 동안 켜져 있더라도 '당신은 이러한 위도와 이러한 경도에 위치하고 있다'고 말할 수는 없지만, '당신은 시작한 곳에서 움직이지 않았다'고 말할 수는 있습니다.

그렇다면 왜 사람들은 관성 내비게이션 시스템을 전혀 사용합니까? 그들이 당신이 어디에 있는지 말할 수 없다면, 그들은 어떻게 달에 사람을 탐색 할 수 있었다, 왜 잠수함은 항상 충돌하지 않는 방법과 비행기와 미사일은 자신의 길을 찾을 수 있습니까? 고맙게도 이 질문에 대한 대답은 간단합니다. 관성 내비게이션 시스템은 시작된 위치와 관련하여 작동하므로 INS가 시작된 위치를 알려주면 자체 측정을 기반으로 현재 위치를 쉽게 해결할 수 있습니다. 우주선, 잠수함, 항공기 및 미사일이 모두 INS를 사용하여 성공적으로 탐색하는 방법입니다.

이제 관성 탐색 시스템이 무엇인지 논의했습니다, 다음 논리적 질문은 'INS가 실제로 어떻게 작동합니까?'

관성 내비게이션 시스템을 완전히 이해하려면 다음 사항에 대해서도 알아두면 유용합니다. INS 참조 프레임에 대해 알아두면 X축, Y축, Z축에 등록된 값을 정확하게 해석할 수 있습니다. 또한 대부분의 관성 내비게이션 시스템에 사용되는 센서 유형에 대해 자세히 알고 싶을 것입니다. 가속도계자이로스코프. 관성 내비게이션 시스템이 3차원 공간에서 위치를 추적하는 방법을 이해하려면 다음 사항도 알아야 합니다. 추측 항법. 그리고 INS의 강점과 약점을 이해하려면 다음에 대해서도 알아야합니다. 드리프트.

 

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관성 항법 기술, 센서 등

앞서 언급했듯이 관성 내비게이션 시스템은 여러 가지 기술과 센서로 구성됩니다. 관성 측정 장치(IMU)에는 피치/롤, 가속도 등 다양한 관성 측정을 제공하는 다수의 가속도계와 자이로스코프가 포함되어 있습니다. 위치 업데이트를 제공하는 GNSS 수신기와 데이터를 관리하는 중앙 처리 장치도 포함되어 있습니다. 이 섹션에서는 INS를 구성하는 기술과 센서에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

 

GNSS 수신기

GNSS 지원 관성 항법 시스템은 온보드 관성 측정 장치에서 생성된 측정값을 보완하기 위해 GNSS 수신기의 위치 업데이트를 사용합니다. GNSS 수신기는 여러 위성 별자리에서 위성 신호를 추적합니다. 네 가지 주요 위성 별자리는 갈릴레오, GLONASS, GPS 및 BeiDou입니다.

위성 입력과 IMU의 데이터를 혼합하여 OxTS GNSS/INS는 빠른 업데이트 속도와 세 축 모두에서 방향 및 가속도를 통해 실시간 센티미터 수준의 위치 정확도를 제공할 수 있습니다.

여기에서 GNSS 수신기에 대해 자세히 알아보기

 

INS 참조 프레임워크

데이터 수집 프로젝트에 앞서 관성 항법 시스템이 3D 공간 또는 '기준 프레임'에서 어떻게 방향을 잡는지 이해하는 것이 중요합니다. 온보드 IMU는 INS의 움직임 및 방향과 관련된 정보를 제공하지만, 이를 정확하게 수행하려면 먼저 어느 방향이 상하좌우인지 파악해야 합니다.

OxTS 관성 내비게이션 시스템은 처음에 어떤 기준 프레임에 있는지 알고 있는 한 한 기준 프레임에서 다른 기준 프레임으로 이동을 변환할 수 있습니다. 이는 일반적으로 구성 단계에서 수행됩니다.

여기에서 INS 참조 프레임워크에 대해 자세히 알아보기

 

가속도계

가속도계는 모든 OxTS 관성 내비게이션 시스템에서 사용되는 센서 유형 중 하나입니다. 이름에서 알 수 있듯이 가속도만 측정합니다. 그러나 속도와 같은 다른 측정값은 가속도에 시간과 같은 다른 요소를 곱하여 계산할 수 있습니다.

가속도계는 차량의 속도, 이동 거리, 특히 자동차 테스트 환경에서는 충격까지의 시간에 대한 중요한 정보를 사용자에게 제공할 수 있기 때문에 관성 내비게이션 시스템에서 유용합니다.

가속도계에는 다양한 유형이 있지만 OxTS 관성 내비게이션 시스템에서는 MEMS(마이크로 전자 기계 시스템) 가속도계를 사용합니다.

가속도계에 대해 자세히 알아보기

 

자이로스코프

자이로스코프 또는 자이로는 장치의 회전을 측정하는 관성 내비게이션 시스템에 사용되는 센서입니다.

OxTS 관성 내비게이션 시스템은 초소형 전자기계 시스템(MEMS) 자이로스코프를 사용합니다. 다양한 유형의 MEMS 자이로스코프가 있지만 OxTS 관성 내비게이션 시스템에서는 각속도를 °/s 단위로 측정하는 자이로스코프를 사용합니다.

가속도계가 작동하는 방식과 유사하게 자이로스코프는 INS에 어느 방향인지 즉시 알려주지는 않지만, 이 정보만 있으면 그 다음부터 방향을 파악할 수 있습니다.

여기에서 자이로스코프에 대해 자세히 알아보기

 

데드 리코닝

OxTS 관성 내비게이션 시스템의 관성 측정 장치에는 3개의 가속도계와 3개의 자이로스코프가 포함되어 있습니다. 각각 세 개를 사용하면 추측 항법이라는 프로세스를 사용하여 3D 공간에서 자신의 위치를 파악하고 추적할 수 있습니다.

관성 내비게이션 시스템은 온보드 자이로스코프와 가속도계 중 어느 쪽에 힘이 가해지든 측정값을 가져와 마지막으로 알려진 위치에 더하여 3D 공간에서 위치를 계산합니다. 이를 통해 현재 위치를 파악합니다.

데드카운팅 작동 방식에 대해 자세히 알아보기

 

드리프트

대부분의 사물과 마찬가지로 관성 내비게이션 시스템에도 장단점이 있습니다. 관성 내비게이션 시스템은 GNSS 수신기의 위치 업데이트를 사용하여 IMU의 측정을 보조하는 방식으로 작동합니다. 추가 보조 소스를 사용할 수 없는 경우 INS는 '비보조' 상태이며 IMU 측정값만 사용합니다. 자이로스코프 및 가속도계 측정값에 작은 오차가 누적되어 '비보조' 위치 드리프트가 발생하는 경우.

GNSS가 없는 경우 다른 보조 소스를 내비게이션 엔진에 통합하여 위치 드리프트를 제한할 수 있습니다. OxTS 에서 추가 보조 소스를 활용하기 위해 수행하는 작업에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다. OxTS 일반 보조 데이터(GAD) 인터페이스

여기에서 드리프트에 대해 자세히 알아보기

 

관성 내비게이션 시스템은 어떻게 작동하나요?

INS가 무엇인지 알아봤는데, 어떻게 작동할까요? 관성 내비게이션 시스템은 복잡한 장치입니다. 사용자가 3D 공간에서 자신의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 여러 기술로 구성되어 있습니다. INS의 핵심은 IMU입니다. 가속도계와 자이로스코프의 집합으로, 기기의 움직임과 방향에 대한 정확한 측정값을 사용자에게 제공합니다.

GNSS 수신기와의 통합을 통해 시스템이 드리프트하지 않도록 보장할 수 있습니다. GNSS가 없는 경우 위치 드리프트를 더욱 제한하기 위해 다른 기술 및 센서를 사용할 수 있습니다.

가장 간단하게 설명하자면, INS는 물체에 작용하는 힘을 이해하는 방식으로 작동합니다. 그런 다음 속도와 이동 거리를 계산하여 알려진 시작점을 기준으로 새로운 상대 위치를 제공합니다.

그러면 INS는 자세, 위치, 속도에 대한 업데이트를 제공할 수 있습니다.

 

태도

자세 측정은 자동차 테스트 및 매핑을 비롯한 많은 애플리케이션에서 포지셔닝에 필수적인 요소입니다. 자세는 3D 환경에서의 물체 위치에 대한 정보, 즉 롤, 피치, 요를 제공합니다. 측정값은 수평면과 정북 기준 프레임을 기준으로 계산됩니다.

 

속도 및 위치

이 글의 앞부분에서 언급했듯이 가속도계는 가속도만 측정하기 때문에 INS는 속도를 직접 측정하지 않습니다. 그렇다고 해서 INS가 속도를 측정할 수 없다는 것은 아닙니다. INS는 물체에 얼마나 많은 가속도가 있는지, 그리고 얼마나 오래 지속되는지를 추적함으로써 가속도에 시간을 곱하여 속도를 쉽게 계산할 수 있습니다.

추측 항법이라는 프로세스를 통해 도움을 받지 않는 INS는 여전히 위치를 정확하게 계산할 수 있습니다. 마지막으로 알려진 위치를 파악하고 현재 위치와 도착하는 데 걸리는 시간을 알면 무인 수중 관측기는 새로운 예상 위치를 계산할 수 있습니다. 그러나 비보조 INS는 시간이 지남에 따라 표류한다는 점을 고려하는 것이 중요합니다.

OxTS 관성 네비게이션 시스템

OxTS 는 다양한 수준의 정확도와 폼 팩터를 갖춘 관성 내비게이션 시스템을 제조하여 다양한 애플리케이션에 이상적입니다.

각 디바이스에는 INS 데이터를 구성, 모니터링, 후처리 및 분석할 수 있는 무료 소프트웨어( NAVsuite )가 함께 제공됩니다. 이 장치는 특정 요구사항에 맞는 장치를 구축할 수 있는 다양한 옵션 소프트웨어 도구와 기능으로 보완할 수 있습니다.

 

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