KR101250257B1 - 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법 - Google Patents

관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 자이로의 랜덤 오차 및 불감응 영역 등에 의해 발생되는 관성 측정기 교정 오차를 제거하는 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명에 따른 관성 측정기의 교정 방법은, 운반체의 가속도와 각속도를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 가속도와 각속도를 근거로 다위치 시험 A와 다위치 시험 B를 순차적으로 반복 수행하는 단계를 포함한다.

Description

관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CORRECTION OF IMU AND METHOD THEREOF}
본 명세서는 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 자이로 모의 출력을 이용하여 관정 측정기를 교정하는 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 관성 항법 장치는, 관성 측정기(Inertial Measurement Unit : IMU)를 통해 측정한 각속도와 가속도를 적분하여 자세, 속도 및, 위치를 계산하고 실시간으로 항법 정보를 제공하는 장치이다. 이러한, 관성 항법 장치에서 상기 관성 측정기의 오차는, 항법 오차를 유발하기 때문에, 상기 관성 측정기의 정밀한 교정 기법이 요구된다. 또한, 상기 관성 측정 장치의 교정 기법은, 가속도계 및 자이로에 포함된 오차를 추정하는 기법이다.
이러한 관성 측정기의 교정 기법에는 칼만 필터 등을 이용하는 신호 처리 방법이 있다.
본 발명의 목적은, 자이로의 랜덤 오차 및 불감응 영역 등에 의해 발생되는 관성 측정기 교정 오차를 제거하는 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 가속도계 측정값을 이용하여 자이로 출력을 모의(simulate)하고, 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 교정 계수를 산출하고, 상기 산출한 교정 계수를 적용하는 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 관성 측정기의 교정 방법은, 운반체의 가속도와 각속도를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 가속도와 각속도를 근거로 다위치 시험 A와 다위치 시험 B를 순차적으로 반복 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 반복 수행하는 단계는, 상기 다위치 시험 A를 수행할 때, 상기 운반체가 정지 상태인지 확인하는 단계; 상기 확인 결과, 상기 운반체가 정지 상태이면, 상기 가속도를 근거로 항법 좌표계와 관성 측정기의 동체 좌표계 사이의 DCM을 추정하는 단계; 상기 추정한 DCM을 근거로 자이로 출력을 모의하는 단계; 및 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 교정 계수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 DCM을 추정하는 단계는, 레이트 테이블 비정렬과 상기 관성 측정기 장착 비정렬을 독립 변수로 갖는 행렬식으로 DCM을 모델링하는 단계; 및 상기 가속도를 측정값으로 사용하여 최소 제곱 추정 기법을 통해 상기 DCM을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 자이로 출력을 모의하는 단계는, 상기 추정한 DCM을 근거로 항법 좌표계 상의 지구 자전 각속도를 상기 관성 측정기의 동체 좌표계로 좌표 변환할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정 계수를 산출하는 단계는, 미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 속도를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 속도 및 최소 제곱 추정 기법을 근거로 교정 계수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정 계수는, 가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및, 자이로 비정렬 오차를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 확인 결과, 상기 운반체가 정지 상태가 아니면, 상기 관성 측정기로부터 출력되는 자이로 출력을 근거로 미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 속도를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 반복 수행하는 단계는, 상기 다위치 시험 B를 수행할 때, 미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 상기 가속도와 각속도를 속도 및 자세로 변환하는 단계; 및 상기 변환한 속도와 자세 및, 최소 제곱 추정 기법을 근거로 자이로 바이어스를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 관성 측정기의 교정 방법은, 운반체의 가속도와 각속도를 계산하는 단계; 상기 가속도를 근거로 항법 좌표계와 관성 측정기의 동체 좌표계 사이의 DCM을 추정하는 단계; 상기 추정한 DCM을 근거로 자이로 출력을 모의하는 단계; 및 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 교정 계수를 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 관성 측정기의 교정 장치는, 운반체의 가속도와 각속도를 계산하는 관성 측정기; 및 상기 관성 측정기로부터 계산한 가속도와 각속도를 근거로 다위치 시험 A와 다위치 시험 B를 순차적으로 반복 수행하는 교정부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 관성 측정기는, 상기 운반체의 선형 가속도를 검출하고, 상기 검출한 선형 가속도를 근거로 상기 가속도를 출력하는 가속도계; 및 상기 운반체의 회전량을 검출하고, 상기 검출한 운반체의 회전량을 근거로 상기 각속도를 출력하는 자이로를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정부는, 상기 다위치 시험 A를 수행할 때, 상기 운반체가 정지 상태이면, 상기 가속도를 근거로 항법 좌표계와 관성 측정기의 동체 좌표계 사이의 DCM을 추정하고, 상기 추정한 DCM을 근거로 자이로 출력을 모의하고, 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 교정 계수를 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정부는, 레이트 테이블 비정렬과 상기 관성 측정기 장착 비정렬을 독립 변수로 갖는 행렬식으로 DCM을 모델링하고, 상기 가속도를 측정값으로 사용하여 최소 제곱 추정 기법을 통해 상기 DCM을 추정할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정부는, 상기 추정한 DCM을 근거로 항법 좌표계 상의 지구 자전 각속도를 상기 관성 측정기의 동체 좌표계로 좌표 변환할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정부는, 미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 속도를 계산하고, 상기 계산한 속도 및 최소 제곱 추정 기법을 근거로 교정 계수를 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정 계수는, 가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및, 자이로 비정렬 오차를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정부는, 상기 다위치 시험 A를 수행할 때, 상기 운반체가 정지 상태가 아니면, 상기 관성 측정기로부터 출력되는 자이로 출력을 근거로 미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 속도를 계산할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 교정부는, 상기 다위치 시험 B를 수행할 때, 미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 상기 가속도와 각속도를 속도 및 자세로 변환하고, 상기 변환한 속도와 자세 및, 최소 제곱 추정 기법을 근거로 자이로 바이어스를 추정할 수 있다.
또한, 상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 관성 측정기의 교정 장치는, 운반체의 가속도와 각속도를 계산하는 관성 측정기; 및 상기 가속도를 근거로 항법 좌표계와 관성 측정기의 동체 좌표계 사이의 DCM을 추정하고, 상기 추정한 DCM을 근거로 자이로 출력을 모의하고, 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 교정 계수를 산출하는 교정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법은, 자이로의 랜덤 오차 및 불감응 영역 등에 의해 발생되는 관성 측정기 교정 오차를 제거함으로써, 관성 측정기의 교정 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법은, 가속도계 측정값을 이용하여 자이로 출력을 모의하고, 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 교정 계수를 산출하고, 상기 산출한 교정 계수를 적용함으로써, 관성 측정기의 교정 오차를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 측정기의 교정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도계 바이어스, 가속도계의 환산계수 오차, 가속도계의 비정렬 오차, 자이로의 환산계수 오차 및, 자이로의 비정렬 오차를 보상하기 위한 다위치 시험 순서의 예를 나타낸 도이다.
도 3은 자이로 바이어스를 보상하기 위한 다위치 시험 순서의 예를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 측정기의 교정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 종래 기술과 본 발명가의 속도 오차 관계를 나타낸 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 측정기의 교정 장치의 구성을 나타낸 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 관성 측정기의 교정 장치(10)는, 관성 측정기(100) 및, 교정부(200)로 구성한다. 도 1에 도시한 관성 측정기의 교정 장치(10)의 구성 요소가 모두 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시한 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 관성 측정기의 교정 장치(10)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 관성 측정기의 교정 장치(10)가 구현될 수도 있다.
또한, 본 발명의 관성 측정기의 교정 장치에 포함된 교정부(200)는, 하나의 모듈 형태로 구성되어, 상기 관성 측정기(100) 내에 포함되도록 구성할 수도 있다.
상기 관성 측정기(100)는, 가속도계와 자이로(또는, 자이로스코프)를 포함한다. 이때, 상기 가속도계와 자이로스코프는, 각 축(일 예로, X축, Y축, Z축)당 하나씩 설치된다.
또한, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 가속도계는, 운반체(vehicle)의 선형 가속도를 검출하고, 상기 검출한 선형 가속도를 근거로 가속도를 출력한다. 또한, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 자이로스코프는, 상기 운반체의 회전량을 검출하고, 상기 검출한 운반체의 회전량을 근거로 각속도를 출력한다.
상기 교정부(또는, 보정부)(200)는, 추정된 값을 근거로 상기 관성 측정기(100)의 오차값을 보상(또는, 교정)한다.
즉, 상기 교정부(200)는, 가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및 자이로 비정렬 오차를 보상하기 위한 다위치 시험 A와 자이로 바이어스를 추정하기 위한 다위치 시험 B를 순차적으로 반복 수행하여, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 센서(일 예로, 가속도계와 자이로) 오차의 수렴값을 구한다. 도 2와 도 3은 각각 다위치 시험 A와 B에서 상기 관성 측정기(100)의 자세를 정의한 도이다. 즉, 상기 도 2는 상기 오차 요소 중에서 가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및 자이로 비정렬 오차를 보상하기 위한 다위치 시험 A의 예이고, 상기 도 3은 자이로 바이어스를 보상하기 위한 다위치 시험 B의 예이다.
또한, 상기 교정부(200)는, 상기 다위치 시험 A에 대해서, 상기 운반체가 정지 상태(또는, 레이트 테이블(rate table)이 정지 상태)인지 여부를 확인하여, 상기 운반체가 정지 상태인 경우, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 가속도계로부터 출력된 가속도를 측정값으로 사용(또는, 설정)하여, 항법 좌표계와 상기 관성 측정기(100) 동체 좌표계 사이의 DCM(directional cosine matrix : 방향 코사인 행렬)을 추정한다. 즉, 상기 교정부(200)는, 상기 DCM을 상기 레이트 테이블 비정렬과 상기 관성 측정기(100) 장착 비정렬을 독립 변수로 갖는 행렬식으로 모델링하고, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 가속도계의 출력(또는, 상기 가속도)을 측정값으로 사용하여 최소 제곱 추정 기법(least square estimation method)으로 상기 DCM을 추정한다.
그리고 상기 교정부(200)는, 상기 추정한 DCM을 이용하여 항법 좌표계 상의 지구 자전 각속도를 상기 관성 측정기(100)의 동체 좌표계로 좌표 변환하여 자이로 출력을 모의(simulate)한다.
그리고 상기 교정부(200)는, 상기 모의한 자이로 출력을 이용하여 교정 계수를 산출한다. 즉, 상기 교정부(200)는, 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 미리 저장한 항법 알고리즘을 이용하여 속도를 계산한다. 또한, 상기 교정부(200)는, 상기 계산한 속도 및 최소 제곱 추정 기법을 이용하여 가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및 자이로 비정렬 오차를 포함하는 상기 교정 계수를 산출한다.
이와 같이, 상기 DCM 추정 시 사용하는 상기 가속도계의 출력은 교정을 통해 바이어스, 환산 계수 오차들 및, 비정렬 오차들이 보상된 값이기 때문에, 상기 가속도계의 출력을 이용한 자이로 출력 모의는 매우 정확한 값이다. 따라서, 불규칙한 잡음과 교정 오차가 포함된 실제 자이로 출력 대신 모의 자이로 출력을 적용하여, 교정 정확도를 개선할 수 있다.
또한, 상기 교정부(200)는, 상기 다위치 시험 A에 대해서, 상기 운반체가 정지 상태인지 여부를 확인하여, 상기 운반체가 정지 상태가 아닌 경우, 상기 관성 측정기(100)로부터 출력되는 자이로 출력을 근거로 미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 속도를 계산한다.
또한, 상기 교정부(200)는, 상기 다위치 시험 B에 대해서, 상기 다위치 시험 A로부터 추정된 오차들을 보상한 뒤, 최소 제곱 추정 기법(least square estimation method)을 이용하여 자이로 바이어스를 추정한다. 즉, 상기 교정부(200)는, 상기 관성 측정기(100)로부터 출력된 가속도와 각속도를 미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 속도 및 자세로 변환하고, 상기 변환한 속도 및 자세로부터 센서 오차 추정을 위한 가관측성을 확보하기 위해 레이트 테이블을 이용하여 다위치 시험 B를 수행하여 자이로 바이어스(gyro bias)를 추정한다. 이처럼, 상기 교정부(200)는, 상기 다위치 시험 B에 대해서, 상기 변환한 속도와 자세 및, 최소 제곱 추정 기법을 근거로 자이로 바이어스를 추정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 측정기의 교정 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 관성 측정기(100)는, 가속도계와 자이로스코프를 각각 이용하여 운반체의 가속도와 각속도를 계산하여 출력한다. 즉, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 가속도계는, 상기 운반체의 선형 가속도를 검출하고, 상기 검출한 선형 가속도를 근거로 가속도를 출력(예를 들어,
Figure 112011014758999-pat00001
)한다. 또한, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 자이로스코프는, 상기 운반체의 회전량을 검출하고, 상기 검출한 운반체의 회전량을 근거로 각속도를 출력(예를 들어,
Figure 112011014758999-pat00002
)한다(S110).
이후, 교정부(200)는, 가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및 자이로 비정렬 오차를 보상하기 위한 다위치 시험 A와, 자이로 바이어스를 추정하기 위한 다위치 시험 B를 순차적으로 반복 수행하여, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 센서(일 예로, 가속도계와 자이로스코프) 오차의 수렴값을 구한다.
즉, 상기 교정부(200)는, 상기 다위치 시험 A에 대해서, 상기 운반체가 정지 상태(또는, 레이트 테이블이 정지 상태)인지 여부를 확인한다(S120).
상기 확인 결과, 상기 운반체가 정지 상태인 경우, 상기 교정부(200)는, 상기 관성 측정기(100)로부터 출력된 가속도를 측정값으로 사용(또는, 설정)하여, 항법 좌표계와 상기 관성 측정기(100)의 동체 좌표계 사이의 DCM을 추정한다. 즉, 상기 교정부(200)는, 상기 DCM을 상기 레이트 테이블 비정렬과 상기 관성 측정기(100) 장착 비정렬을 독립 변수로 갖는 행렬식으로 모델링하고, 상기 관성 측정기(100)에 포함된 가속도계의 출력(상기 가속도)을 측정값으로 사용하여 최소 제곱 추정 기법으로 상기 DCM을 추정한다.
예를 들어, 상기 교정부(200)는, 아래 기재되는 수학식들을 통해, 상기 DCM을 추정한다. 일반적으로, 정지 상태에서 자이로 참 출력 값은 상기 관성 측정기(100)의 자세에 따라 분배되는 지구 자전 각속도 값이다. 따라서, 항법 좌표계와 동체 좌표계에 분배되는 지구 자전 각속도의 관계식은 아래 수학식 1과 같다.
Figure 112011014758999-pat00003
여기서,
Figure 112011014758999-pat00004
는, 동체 좌표계의 지구 자전 각속도이고,
Figure 112011014758999-pat00005
은 항법 좌표계와 관성 측정기(100) 동체 좌표계(B)의 DCM이고,
Figure 112011014758999-pat00006
은 항법 좌표계의 지구 자전 각속도이다. 또한,
Figure 112011014758999-pat00007
는 레이트 테이블(T)과 동체 좌표계(B)의 DCM이고,
Figure 112011014758999-pat00008
은 2축 레이트 테이블의 각운동 자세를 나타내는 DCM이고,
Figure 112011014758999-pat00009
은 항법 좌표계와 레이트 테이블 초기 자세 사이의 DCM이다. 이때, 상기
Figure 112011014758999-pat00010
,
Figure 112011014758999-pat00011
및
Figure 112011014758999-pat00012
은 각각 아래 수학식 2 내지 수학식 4와 같다.
Figure 112011014758999-pat00013
Figure 112011014758999-pat00014
Figure 112011014758999-pat00015
상기 수학식 1에서 결정되지 않은 값은, MX, MY, MZ, TX, TY, TZ이며, TZ를 제외한 비정렬각은 가속도계를 이용하여 다음과 같이 측정할 수 있다. 상기 다위치 시험 A에서 가속도계 출력은 아래 수학식 5와 같이 모델링할 수 있다.
Figure 112011014758999-pat00016
상기 수학식 2 내지 수학식 4를 상기 수학식 5에 대입하고, 각 정지 상태에서 레이트 테이블의 각위치를 대입한 뒤, 최소 제곱 추정 기법을 이용하여 정리하면 아래 수학식 6 및 수학식 7을 얻는다.
Figure 112011014758999-pat00017
Figure 112011014758999-pat00018
Figure 112011014758999-pat00019
Figure 112011014758999-pat00020
Figure 112011014758999-pat00021
Figure 112011014758999-pat00022
Figure 112011014758999-pat00023
Figure 112011014758999-pat00024
Figure 112011014758999-pat00025
여기서,
Figure 112011014758999-pat00026
는, 세트(j)(j=I~IV)와 각위치(k)(k=1~3)의 i축 가속도계 출력의 평균값이다. 상기 수학식 6을 통해 비정렬각 MX, MY, MZ, TX, TY을 매우 높은 정밀도로 구할 수 있다. 이는, 가속도계의 바이어스, 환산계수, 비정렬 값이 보상된 가속도계 출력을 통해 측정된 비정렬 값이기 때문이다. 레이트 테이블의 헤딩축(Z축) 비정렬인 TZ는 자이로 바이어스 추정 시퀀스 식으로부터 유도할 수 있다. 즉, 자이로 바이어스 추정식을 다시 쓰면 다음 수학식과 같다.
Figure 112011014758999-pat00027
Figure 112011014758999-pat00028
따라서, 상기 수학식 8과 수학식 9로부터 항법 좌표계와 동체 좌표계 사이의 비정렬 각을 아래 수학식 10과 같이 얻을 수 있다.
Figure 112011014758999-pat00029
상기 TZ 값은 자이로 출력을 이용하여 구하는 값이므로, 랜덤 워크(random walk)가 큰 중급 자이로의 경우 추정 정밀도가 저하된다. 따라서, 상기 TZ 값은 레이트 테이블 설치 후 고정되는 값이므로, 고급 자이로를 이용하여 추정하는 것이 바람직하다(S130).
이후, 상기 교정부(200)는, 상기 추정된 DCM을 근거로 항법 좌표계 상의 지구 자전 각속도를 관성 측정기(100)의 동체 좌표계로 좌표 변환하여 자이로 출력을 모의한다.
예를 들어, 상기 교정부(200)는, 상기 수학식 2 내지 수학식 4와, 수학식 6, 수학식 7 및, 수학식 10을 상기 수학식 1에 대입하여 정리하면, 아래 수학식 11과 같은, 동체 좌표계로 투영된 지구 자전 각속도 추정값(
Figure 112011014758999-pat00030
)을 얻는다.
Figure 112011014758999-pat00031
여기서, WX, WY, WZ는 정지 상태 자이로의 예상 출력 값이다(S140).
이후, 상기 교정부(200)는, 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 미리 저장된 항법 알고리즘을 이용하여 속도를 계산한다(S150).
이후, 상기 교정부(200)는, 상기 계산한 속도 및 최소 제곱 추정 기법을 근거로 교정 계수를 산출한다.
즉, 상기 교정부(200)는, 상기 계산한 속도 및 최소 제곱 추정 기법을 이용하여 가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및, 자이로 비정렬 오차를 포함하는 상기 교정 계수를 산출(또는, 추정)한다(S160).
또한, 상기 교정부(200)는, 상기 확인 결과(상기 S120 단계에서의 확인 결과), 상기 운반체가 정지 상태가 아닌 경우, 즉 상기 운반체가 회전 상태인 경우, 상기 관성 측정기(100)로부터 출력되는 자이로 출력을 근거로 상기 미리 저장된 항법 알고리즘을 이용하여 속도를 계산한다.
즉, 상기 교정부(200)는, 상기 확인 결과(상기 S120 단계에서의 확인 결과), 상기 운반체가 회전 상태인 경우(또는, 상기 운반체가 정지 상태가 아닌 경우), 상기 관성 측정기(100)로부터 출력되는 자이로 출력을 근거로 상기 미리 저장된 항법 알고리즘을 이용하여 속도를 계산한다(S170).
이후, 상기 교정부(200)는, 상기 다위치 시험 B에 대해서, 미리 저장된 항법 알고리즘을 이용하여 상기 관성 측정기(100)로부터 출력된 가속도와 각속도를 속도 및 자세로 변환한다(S180).
이후, 상기 교정부(200)는, 상기 변환한 속도와 자세 및 최소 제곱 추정 기법을 근거로 자이로 바이어스를 추정한다(S190).
이와 같이, 상기 교정부(200)는, 상기 S120 단계 내지 상기 S190 단계를 반복적으로 수행하여, 상기 관성 측정기(100)의 오차 수렴값을 구한다.
도 5는 본 발명에서 제안한 모의 자이로 출력을 적용한 결과를 나타낸 도로서, 해석을 통해 종래 방식(다위치 시험 A에서 정지 및 회전 시, 관성 측정기로부터 출력되는 자이로 출력을 이용하는 방식)과 비교한 결과이다. 종래 방식(검은색)은 불규칙 잡음으로 인해 속도 오차가 크게 발생하며 반면에, 본 발명에서 제안한 모의 자이로 출력을 적용한 경우(빨간색)에는 속도 오차의 크기가 상당히 줄어든 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안한 모의 자이로 출력을 적용하여 관성 측정기의 교정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 관성 측정기의 교정 장치 100: 관성 측정기
200: 교정부

Claims (19)

  1. 운반체의 가속도와 각속도를 계산하는 단계;
    상기 가속도를 근거로 항법 좌표계와 관성 측정기의 동체 좌표계 사이의 DCM을 추정하는 단계;
    상기 추정한 DCM을 근거로 자이로 출력을 모의하는 단계; 및
    상기 모의한 자이로 출력을 근거로 교정 계수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성 측정기의 교정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DCM을 추정하는 단계는,
    레이트 테이블 비정렬과 상기 관성 측정기 장착 비정렬을 독립 변수로 갖는 행렬식으로 DCM을 모델링하는 단계; 및
    상기 가속도를 측정값으로 사용하여 최소 제곱 추정 기법을 통해 상기 DCM을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성 측정기의 교정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자이로 출력을 모의하는 단계는,
    상기 추정한 DCM을 근거로 항법 좌표계 상의 지구 자전 각속도를 상기 관성 측정기의 동체 좌표계로 좌표 변환하는 것을 특징으로 하는 관성 측정기의 교정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 교정 계수를 산출하는 단계는,
    미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 속도를 계산하는 단계; 및
    상기 계산한 속도 및 최소 제곱 추정 기법을 근거로 교정 계수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성 측정기의 교정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 교정 계수는,
    가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및, 자이로 비정렬 오차를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성 측정기의 교정 방법.
  6. 운반체의 가속도와 각속도를 계산하는 관성 측정기; 및
    상기 가속도를 근거로 항법 좌표계와 관성 측정기의 동체 좌표계 사이의 DCM을 추정하고, 상기 추정한 DCM을 근거로 자이로 출력을 모의하고, 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 교정 계수를 산출하는 교정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성 측정기의 교정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 DCM의 추정은,
    레이트 테이블 비정렬과 상기 관성 측정기 장착 비정렬을 독립 변수로 갖는 행렬식으로 DCM을 모델링하고,
    상기 가속도를 측정값으로 사용하여 최소 제곱 추정 기법을 통해 상기 DCM을 추정함에 의해 이루어지는 것인 관성 측정기의 교정 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 자이로 출력의 모의는,
    상기 추정한 DCM을 근거로 항법 좌표계 상의 지구 자전 각속도를 상기 관성 측정기의 동체 좌표계로 좌표 변환함에 의해 이루어지는 것인 관성 측정기의 교정 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 교정 계수의 산출은,
    미리 저장된 항법 알고리즘을 통해 상기 모의한 자이로 출력을 근거로 속도를 계산하고,
    상기 계산한 속도 및 최소 제곱 추정 기법을 근거로 교정 계수를 산출함에 의해 이루어지는 것인 관성 측정기의 교정 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 교정 계수는,
    가속도계 바이어스, 가속도계 환산계수 오차, 가속도계 비정렬 오차, 자이로 환산계수 오차 및, 자이로 비정렬 오차를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성 측정기의 교정 장치.
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