20111046 주민철 20111047 진예린 20111048 최종문 20111049 한동협 20111050 홍성화
관성항법장치
(INS)
목 차
1. INS 의 개요 2. INS 의 원리
3. 전자광학식 자이로 4. INS 의 구성
5. INS 의 종류
관성항법장치
(Inertial Navigation System, INS)
방위와 속력을 측정하고 이를 이용하여 위치 를 측정하는 시스템
주로 항공기 , 잠수함 , 인공위성 등에 적용되
었으나 저렴하고 효율성이 좋은 INS 개발 이
후 일반 선박에도 보급 가능
관성항법장치의 원리
가속도계를 이용한 거리측정
- 가속도로부터 속도를 구하는 이유 ?
관성
외력
가속도계 (Accelerometer)
- 외부에서 가해진 힘에 대응해서 뒤로 당 ‘
겨지는 관성 을 측정하는 것 ’
가속도계의 구성
가속도계의 종류
프리
프리 자이로스코프
(Free Gyroscope, FG)
FG 의 3 가지 중요한 특성
전자 광학식 자이로 (optical gyroscopes)
1. 광자이로의 원리 2. 광자이로의 분류 - 광레이져 자이로 - 광섬유 자이로
3. 광자이로의 장점
‘Gyroscope’=Gyro( 회전 )+Skopein( 본다 )
• 빠르게 회전하는 바퀴는 장 치의 기울어짐과는 상관없 이 일정하게 유지된다 .
일상생활에서 관찰할 수 있 는 예 ( 팽이의 회전 )
자이로 스코프
(Gyroscope) 란 ?
1. 광자이로의 원리
양방향의 빛이 동시에 검출됨
-
시계 방향의 빛:
경로가 길어짐-
반시계 방향의빛 : 경로가 짧아 짐
광자이로의 분류
< 기계식 자이로 > < 광자이로 >
1) 광레이져 자이로 (Ring Laser Gyro)
1. 정밀도가 높다 .
2. 회로 제작이 어렵다 . 3. 고가이다 .
4. 잠김현상 (Lock-in) 이 발생한다 .
※ 광레이져의 원리
2) 광섬유 자이로 (Fiber Optic Gyro)
1. 저가의 광섬유 사용
2. 구성이 간단하고 가벼움
3. RLG 보다 정밀도가 낮다 <
광섬유 ><
광섬유 자이로스코프의 기본 구 성 ><
실제 광섬유 자이로>
4. 광자이로의 장점
(1) 가동부분이 없어 가속도에 강함 (2) 기동시간이 짧음
(3) 측정범위가 넓음 (4) 작고 가볍움
(5) 구조가 간단 (6) 고감도
(7) 높은 직선성
(8) 저소비 전력
관성항법 장치의 구성
짐벌을 갖는 관성 플랫폼
- 하나의 플랫폼 ( 널빤지 )→ 가속도계 3 개 , 자이로 3 개 - 자이로 내부 짐벌 : V- 축을 기준으로 플랫폼을 360 도 회
전
- 자이로 외부 짐벌 : N- 축을 기준으로 자이로 외부 짐벌 을 360 도 회전
-E- 축을 기준으로 360 도 회전
짐벌 ?
- 물 위에 떠 있는 구조물의 동요에 관계없이 기기나 장
비가 수평 및 연직으로 놓일 수 있도록 전후 좌우 방향 축에 대하여 회전을 허용하는 회전 허용 지지틀
< 나침반의 수평 유지틀 >
짐벌을 갖는 관성 플랫폼의 작동
- 3
개의 가속도계가 북- 남 , 동 - 서 ,
수직방향의 가속도를 각 각 측정(
이때3
개의 가속도계가 서로 직교상태를 유지하기 위해서 짐벌장치 이용)
- Integrating gyro:
세차운동 때문에 이동체 운동에 따라 발생 하는 입력 각도에 비례하여 회전성분을 출력(
이 때 자이로는 짐벌을 원래 위치로 되돌려 놓는 작용을 한다)
-
제일 안쪽의 짐벌:
방위 또는 선수 측정, 중간 :pitch
측정 제일 바깥쪽: roll 측정
관성항법장치의 종류
1. GINS 2. SDINS
3. 최근의 INS
※ IMU : Inertial Measurement Unit
GINS (Gimbaled INS)
짐벌에 의해 지지되고 있는 테 이블 위에 자이로스코프가 부
착되어 있는 기계적인 시스템
GINS 의 특징 ( 장단점 )
- 고정된 장치를 이용 → 정밀하고 신뢰성 있는 정보를 얻을 수 있음 .
- 기계적 장치를 이용 → 무겁고 , 전력이 많
이 소모되며 유지 보수가 어려움 .
SDINS (Strap down INS)
- GINS 의 단점으로 인해 개발
→ 기계적인 짐벌장치를 대신해 수학적 인 컴퓨터를 이용
- 여러개의 자이로와 가속도계를 한개로
묶어서 장착
SDINS 의 특징
- 기계적 장치 X → 구조적 장치가 간단하고 유지보 수가 쉬우며 저가 , 장수명
- 컴퓨터를 이용 → 즉각적인 항해데이터 출력 가능 - 기존의 INS 의 동일한 계산값을 얻기 위해서 많은
계산 요구 →고성능 마이크로 프로세서
최근의 INS
1. GINS → 정밀한 측정을 필요로 하는 군사용으로많이 사용
2. SDINS → GPS 의 개발 이후 GPS 와 혼합하여 사용
참고 문헌 및 자료
http://www.enotes.com/topic/Inertial_navigation_system
http://blog.naver.com/icwj2010?Redirect=Log&logNo=40006102103
http://blog.naver.com/voix01?Redirect=Log&logNo=20068057108
http://www.eol.ucar.edu/raf/Bulletins/Figs/b23_f3-5.png
http://blog.daum.net/dapapr/7672361
항해계기학 교재 p.316-322
p.335-345
