KR101690135B1 - 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법 - Google Patents

수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101690135B1
KR101690135B1 KR1020150148956A KR20150148956A KR101690135B1 KR 101690135 B1 KR101690135 B1 KR 101690135B1 KR 1020150148956 A KR1020150148956 A KR 1020150148956A KR 20150148956 A KR20150148956 A KR 20150148956A KR 101690135 B1 KR101690135 B1 KR 101690135B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
underwater vehicle
point
navigation device
inertial navigation
acceleration
Prior art date
Application number
KR1020150148956A
Other languages
English (en)
Inventor
황준호
조현진
정홍희
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020150148956A priority Critical patent/KR101690135B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101690135B1 publication Critical patent/KR101690135B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

본 발명은 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 육상 환경에서 수중운동체 관성항법장치의 자세 정확도와 위치 정확도 그리고 전달 정렬의 성능을 검증할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 기준항법장치와 수중운동체 관성항법장치를 하나의 FMS 레이트 테이블에 동시 장착하고, 동일한 모함의 운동을 제공하여 전달 정렬의 성능과 자세 정확도를 검증할 수 있으며, 상태 전환 장치를 통해, 항법 단계에서 실시간 컴퓨터를 이용한 모의 가속도 정보를 제공함으로써 주행 중 실시간으로 변화하는 위치 정확도를 산출할 수 있는 검증 장치 및 디스플레이를 포함한다.
본 발명에 따르면, 육상 환경에서 수중운동체가 실제 운용되는 환경을 모사하여 수중운동체 관성항법장치의 성능을 종합적으로 검증할 수 있을 것으로 기대된다.

Description

수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법{SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMANCE TEST OF INERTIAL MEASUREMENT UNIT OF UNDERWATER BODY}
본 발명은 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법에 관한 것이다.
관성항법장치는 가속도 센서와 각속도 센서 그리고 항법 컴퓨터를 이용하여 독자적으로 위치, 속도, 자세를 산출하는 장치이다. 현재 관성항법장치는 차량, 무인 비행체, 수중운동체 등의 다양한 운동체에 활용되고 있다.
일반적으로 관성항법장치의 운용 단계는 초기 정렬 단계와 항법 단계로 구분할 수 있다. 초기 정렬 단계는 관성항법장치의 초기 자세와 위치, 비정렬 각, 시간 지연 등을 추정하기 위해 사용되며, 자가 정렬 또는 전달 정렬 등의 초기 정렬 기법이 적용되고 있다. 이중 전달 정렬은 저급의 관성항법장치의 초기 정렬 성능을 향상시키기 위해, 보다 정밀한 기준항법장치의 정보를 받아 초기 정렬을 수행하는 방식으로, 초기 오차를 최소화하여 항법 오차를 최소화하기 위해 사용된다. 항법 단계의 경우 순수 항법과 보정 항법으로 구분되는데, 항법 오차는 시간에 따라 그 오차가 누적되기 때문에 속도, 심도, GPS 등의 외부 장치를 이용한 보정 항법이 주로 사용된다.
본 발명에서는 수중 환경에서 사용되는 운동체의 관성항법장치 성능 검증 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 육상 환경에서 전달 정렬 기반의 초기 정렬 성능 및 위치 정확도 성능을 확인할 수 있는 방법에 관한 것이다.
수중운동체 관성항법장치는 자세 정확도와 위치 정확도 측면에서 그 성능을 확인할 수 있는데, 통상적으로 두 성능에 대해 각각 다른 검증방법을 사용한다. 첫째, 자세 정확도 검증 방법은 수중운동체 관성항법장치를 비행 모션 시뮬레이터(Flight Motion Simulator, FMS)의 레이트 테이블에 설치하고, FMS의 자세 제어 정보와 수중운동체 관성항법장치의 각속도 센서를 이용하여 항법컴퓨터가 산출한 자세 정보를 비교하는 것이다. 둘째, 위치 정확도 검증 방법은 GPS를 장착한 차량을 주행하고, 수중운동체 관성항법장치의 가속도 정보를 이용하여 항법컴퓨터가 산출한 위치 값과 GPS가 측정한 위치값을 비교하는 것이다.
상기의 서술한 바와 같이 종래의 기술은 자세 정확도와 위치 정확도를 분리하여 성능 검증하는 방법이 사용되었다. 이는 FMS가 수중운동체의 자세 정확도 검증을 위한 회전 운동의 재현은 가능하지만, 전후동요(Surge), 수평동요(Sway), 상하동요(Heave)의 병진 운동 특성을 재현할 수 없기 때문이다. 따라서 가속도를 측정하여 위치를 계산하는 관성항법장치의 특성상 위치 정확도 성능 검증이 불가능한 것으로 알려져 있다.
이러한 종래의 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 방법은 실제 수중운동체의 사용 환경인 수중에서가 아니라 지상 환경에서 수행됨으로써 성능 검증의 한계점을 안고 있다. 즉, 수중에서는 GPS를 사용할 수 없으며, 육상 차량 시험은 고속의 수중운동체의 운동을 모의하는데 한계가 있다.
본 발명은 전술한 필요성을 충족하기 위해 제안되는 것으로, 육상에서 수중운동체의 관성항법장치의 성능을 검증하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 실제 모함(mother ship)의 움직임을 육상 환경에서 재현함으로서 수중운동체의 실제 운행 환경과 유사한 환경에서 관성항법장치의 성능을 검증하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 출발점부터 도착점까지 이동하는 운동체의 속도변화를 감지하여 가속도정보를 생성하는 가속도 센서, 상기 운동체의 각속도를 센싱하는 자이로 센서, 상기 가속도정보 및 각속도에 근거하여 상기 운동체의 위치변화 및 상기 도착점의 위치를 산출하는 위치 산출부를 포함하는 수중운동체 관성항법장치, 상기 운동체의 가속도, 각속도 및 자세각을 센싱하는 기준항법장치, 상기 수중운동체 관성항법장치 및 기준항법장치와 결합하여 기설정된 움직임을 전달하는 비행 모션 시뮬레이터(Flight Motion Simulator, FMS)를 더 포함하고, 상기 수중운동체 관성항법장치 및 기준항법장치와 데이터를 송수신하도록 이루어지는 통신부, 수중운동체의 이동경로를 설정하고, 상기 FMS의 움직임을 설정하는 시나리오 생성부 및 상기 기준항법장치 및 상기 시나리오 생성부의 설정값을 기준으로, 상기 수중운동체 관성항법장치에서 산출된 상기 도착점의 위치, 상기 수중운동체의 각속도 및 자세각의 정확도를 산출하는 제어부를 포함하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 시나리오 생성부는 제1지점의 위치, 제2지점의 위치 및 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동하는 수중운동체의 이동경로를 설정하고, 상기 수중운동체가 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동하면서 가질 수 있는 모의 가속도정보를 상기 가속도 센서에서 생성되는 가속도정보와 동일한 형식으로 생성하는 것을 특징으로 하고, 상기 제어부는 상기 제2지점의 위치를 기준으로 상기 수중운동체 관성항법장치에서 산출된 도착점의 위치의 정확도를 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 기준항법장치 및 상기 수중운동체 관성항법장치에 모함의 운동이 전달되도록, 상기 시나리오 생성부에서 설정된 상기 FMS의 움직임에 따라, 상기 FMS의 움직임을 제어하고, 상기 제어부는 상기 기준항법장치로부터 산출된 각속도 및 자세각에 근거하여, 상기 수중운동체 관성항법장치에서 산출된 각속도 및 자세각의 정확도를 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 수중운동체 관성항법장치로부터 상기 수중운동체의 위치변화를 수신하는 경우, 상기 위치변화를 상기 시나리오 생성부에서 설정된 이동경로와 함께 표시되도록 상기 디스플레이부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 위치변화 및 이동경로가 3축 직교좌표계 상에 함께 표시되도록 상기 디스플레이부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 모의 가속도정보는 상기 수중운동체의 선 가속도, 중력 가속도 및 상기 관성항법장치에 포함된 가속도 센서에 대한 바이어스 오차 값을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 출발점부터 도착점까지 이동하는 운동체의 속도변화를 감지하여 가속도정보를 생성하는 가속도 센서, 상기 가속도정보에 근거하여 상기 운동체의 위치변화 및 상기 도착점의 위치를 산출하는 위치 산출부를 포함하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 방법에 있어서, 제1지점의 위치, 제2지점의 위치 및 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동하는 수중운동체의 이동경로를 설정하는 단계, 상기 수중운동체가 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동하면서 가질 수 있는 모의 가속도정보를 상기 가속도 센서에서 생성되는 가속도정보와 동일한 형식으로 생성하는 단계, 상기 제1지점의 위치 및 상기 모의 가속도정보를 상기 관성항법장치로 전송하는 단계 및 상기 관성항법장치로부터 산출된 도착점의 위치를 수신하는 경우, 상기 제2지점의 위치를 기준으로 상기 수신된 도착점의 위치의 정확도를 산출하는 단계를 포함하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 육상 환경에서 수중운동체 운항 중의 관성항법장치의 자세 및 위치 정확도를 확인할 수 있게 된다. 이를 위해 본 발명의 주요 기술의 효과를 정리하면 다음과 같다.
첫째, 두 종류(기준, 수중운동체)의 관성항법장치에 동일한 움직임을 제공하기 위한 장착 치구와 모함의 운동 모사 그리고 정렬 상태와 성능을 분석할 수 있는 분석 및 연동 장비를 포함하는 성능 검증 시스템은 수중운동체의 운항 전 단계에서 관성항법장치의 전달 정렬 성능을 명확하게 확인할 수 있는 시스템 및 기술이다.
둘째, 실시간 컴퓨터에서 계산된 6자유도 운동방정식 계산 결과로부터 가속도 센서가 측정하는 비힘(Specific Force)인 모의 가속도 정보를 모사하여 항법컴퓨터의 입력으로 제공하여 위치를 계산하는 방법 및 장치 구성은 상대적으로 긴 시간 동안 운용되는 수중운동체의 위치 정확도와 누적 오차 분석을 육상에서 수행할 수 있도록 하는 기술이다.
이와 같은 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 그 운용 방법을 토대로 육상에서의 철저한 검증 시스템을 구축함으로써 실제 수중운동체가 운용되는 환경에서의 관성항법장치 신뢰성 확보와 함께 개발 성공 확률을 획기적으로 높일 수 있을 것이라 기대된다.
도 1은 본 발명에 따른 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템을 나타내는 개념도이다
도 2는 본 발명에 따른 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이부에 표시된 화면을 나타내는 개념도이다.
도 4a 및 4b는 도 1에서 설명한 수중운동체 관성항법장치 및 기준항법장치가 FMS에 장착된 모습을 나타내는 개념도이다.
도 5는 관성항법장치로부터 수신한 데이터를 종합적으로 표시할 수 있는 화면을 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템을 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명에 따른 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템에 대하여 설명하기에 앞서 수중운동체 관성항법장치(200)에 대하여 구체적으로 설명한다.
수중운동체 관성항법장치(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 가속도 센서(210), 자이로 센서(220), 위치정보 산출부(230), 각속도 산출부(240), 자세각 산출부(250)를 포함한다.
본 발명에 따른 수중운동체 관성항법장치(200)는 수중운동체에 부착되어 상기 운동체와 함께 움직이면서 가속도 센서(210) 및 자이로 센서(220)를 이용하여 상기 운동체의 가속도, 각속도를 측정하고, 이들 센서값을 토대로 각속도 산출부(240) 및 자세각 산출부(250)가 상기 운동체의 자세 및 위치 정보를 산출하는 장치이다. 이때 가속도 센서(210)는 3축 직교좌표계에서 X, Y, Z 축 각각에 대한 가속도 정보를 측정한다. 자이로 센서(220)의 경우 회전하는 운동체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 축 각각에 대한 각속도를 측정한다.
가속도 센서(210) 및 자이로 센서(220)는 운동체가 출발점부터 도착점까지 이동하는 동안 상기 운동체의 가속도, 각속도를 산출한다.
위치정보 산출부(230)는 상기 운동체의 초기 위치(출발점) 및 상기 가속도정보에 근거하여 상기 운동체의 위치변화 및 상기 도착점의 위치를 산출한다. 위치정보 산출부(230)는 GPS신호 수신이 제한되는 수중운동체의 위치변화를 산출하는 경우 효과적으로 활용될 수 있다.
각속도 산출부(240) 및 자세각 산출부(250)는 자이로 센서(220)에서 생성된 데이터에 근거하여 상기 운동체의 각속도 및 자세각을 산출한다.
한편, 본 발명에서는 기준항법장치(또는 기준 관성항법장치)(400)가 이용된다. 본 발명에 따른 기준항법장치(400)는 상기 수중운동체 관성항법장치(200)와 동일한 기능을 수행하나, 수중운동체 관성항법장치보다 더 정밀한 자세 및 위치를 산출할 수 있는 장치로써 수중운동체의 모함에 설치되는 장치이다.
이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 기준항법장치와 수중운동체 관성항법장치는 동시 장착 치구를 이용하여 비행 모션 시뮬레이터(Flight Motion Simulator, FMS)(300)의 레이트 테이블(300)에 설치된다.
이후 모함의 운동을 모의 재현하기 위해 시나리오 생성부(110)는 제어부(130)에 모함 운동 관련 변수들을 전송하고, 제어부(130)는 FMS(300)를 제어하여 회전 운동을 하도록 한다.
이러한 FMS(300)의 회전 운동에 따라 기준항법장치(400)는 자신의 측정 결과를 제어부(130)로 전송하고, 제어부(130)는 이를 다시 수중운동체 관성항법장치(200)로 전달한다. 기준항법장치(400) 정보를 수신받은 수중운동체 관성항법장치(200)는 초기 정렬을 수행한다.
제어부(130)에 전시된 초기 정렬 결과를 토대로 정렬이 완료되었음을 확인한 후, 제어부(130)의 명령에 따라 수중운동체 관성항법장치(200)는 정렬 단계에서 항법 단계로 전환된다. 이때 제어부(130)는 상기의 상태 전환 명령을 수중운동체 관성항법장치(200)와 시나리오 전송부(110)로 전송한다.
상기의 단계 전환 명령을 수신받은 수중운동체 관성항법장치(200)는 정렬 단계에서 항법 단계로 전환하여 기준항법장치(400)로부터 전달되는 정보를 이용하지 않고, 자신의 가속도 센서와 각속도 센서의 정보를 이용하여 자세 및 위치를 산출한다. 이때 수중운동체 관성항법장치(200)의 위치 정보를 계산하기 위해 가속도 측정값이 필요한데, 실제 FMS(300)에서는 병진 운동을 제공할 수 없기 때문에 시나리오 생성부(110)에서 설정한 이동 경로에 맞춰 6자유도 운동방정식에서 계산한 모의 가속도 정보를 이용한다.
상기의 모의 가속도 정보는 시나리오 생성부(110)에서 제어부(130)를 거쳐 수중운동체 관성항법장치(200)의 위치정보 산출부(230)로 전송되고, 위치정보 산출부(230)는 이를 가속도 센서의 측정치로 인식하여 자신의 위치를 계산한다.
이러한 과정에서 발생되는 수중운동체 관성항법장치(200)의 자세 및 위치 계산 결과를 주기적으로 제어부(130)에게 전송하고, 그 결과를 실시간으로 표시한다. 이후 주행이 완료되면, 사전에 입력한 제2지점의 위치와 수중운동체 관성항법장치(200)가 산출한 최종 위치를 함께 표시하여, 수중운동체 관성항법장치(200)의 위치 정확도 성능을 산출한다.
이하에서는, 상술한 구성요소들에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
시나리오 생성부(110)는 제1지점의 위치, 제2지점의 위치 및 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동경로를 설정하고, 상기 설정된 이동경로를 이동하는 수중운동체의 움직임을 시뮬레이션한다. 상기 시뮬레이션 결과는 상기 수중운동체가 이동하는 환경에 따라 달라질 수 있다. 즉, 수중운동체 관성항법장치에 대한 성능검증을 하는 경우, 시나리오 생성부(110)는 수중환경에서의 수중운동체의 움직임을 시뮬레이션한다.
한편, 시나리오 생성부(110)는 관성항법장치(200)의 위치정보 산출부(230)가 상기 수중운동체의 위치 변화 및 도착점(상기 제2지점)의 위치를 산출할 수 있도록, 관성항법장치(200)의 가속도 센서(210)에서 생성되는 가속도정보와 동일한 형식의 모의 가속도정보를 생성한다.
통신부(120)는 관성항법장치(200)와 데이터를 송수신 하도록 이루어진다. 통신부(120)는 상기 제1지점의 위치 및 상기 모의 가속도정보를 관성항법장치(200)로 전송(S230)하거나, 관성항법장치(200)로부터 산출된 데이터를 수신한다.
관성항법장치(200)가 통신부(120)로부터 상기 제1지점의 위치 및 상기 모의 가속도정보를 수신하는 경우, 관성항법장치(200)의 위치정보 산출부(230)는 상기 수중운동체의 위치 변화 및 도착점의 위치를 산출한다. 구체적으로, 위치정보 산출부(230)는 상기 제1지점의 위치를 상기 수중운동체의 출발점으로 설정하고, 가속도 센서(210)로부터 생성된 가속도 정보 대신 상기 모의 가속도정보에 근거하여 상기 수중운동체의 위치 변화 및 도착점(상기 제2지점)의 위치를 산출한다.
제어부(130)는 상기 제1지점의 위치 및 상기 모의 가속도정보를 상기 관성항법장치(200)로 전송하도록 통신부(120)를 제어한다. 관성항법장치(200)로부터 산출된 도착점의 위치를 수신하는 경우, 상기 제2지점의 위치를 기준으로 상기 수신된 도착점의 위치의 정확도를 산출한다.
이상적으로는, 위치정보 산출부(230)에서 산출된 도착점의 위치는 시나리오 생성부(110)에서 설정된 제2지점의 위치와 동일해야 한다. 하지만, 위치정보 산출부(230)는 실제 환경과 가깝게 시뮬레이션된 모의 가속도정보에 근거하여 도착점의 위치를 산출하였기 때문에, 오차가 발생하게 된다.
제어부(130)는 상기 발생된 오차에 근거하여 상기 도착점의 위치의 정확도를 산출함으로써, 실제 운용환경과 유사한 환경에서 운용된 관성항법장치(200)의 성능을 검증할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 관성항법장치의 성능 검증장치(100)는 상기 수중운동체가 이동함에 따라 관성항법장치(200)에서 산출되는 위치변화의 정확도를 실시간으로 출력한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 성능 검증장치(100)는 디스플레이부(140)를 더 포함한다.
디스플레이부(140)는 상기 관성항법장치(200)로부터 상기 수중운동체의 위치변화를 수신하는 경우, 상기 위치변화를 상기 시나리오 생성부(110)에서 설정된 이동경로와 함께 표시한다.
도 3은 본 발명에 따른 성능검증장치의 디스플레이부에 표시된 화면을 나타내는 개념도이다.
관성항법장치(200)로부터 산출된 수중운동체의 위치변화 및 도착점의 위치는 3축 직교좌표계상에 표시될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(140)에는 관성항법장치(200)와의 통신 연결 상태를 표시하는 영역(141), 수중운동체의 X축 및 Y축 위치를 표시하는 영역(142), 수중운동체의 Z축 위치를 표시하는 영역(143)을 포함한다. 이때, 수중운동체의 출발점(상기 제1지점, 144)이 디스플레이부(140) 상에 표시되며, 수중운동체의 위치 변화에 따라 그 궤적이 표시된다. 한편, 시나리오 생성부(110)에서 설정된 제2지점의 위치(145) 및 이동경로가 디스플레이부(140)상에 함께 표시될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 성능 검증장치(100)는 실제 운용환경과 유사한 환경에서 수중운동체의 움직임을 시뮬레이션하고 이를 바탕으로 관성항법장치(200)의 정확도를 측정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 성능 검증장치(100)는 관성항법장치(200)로부터 산출된 운동체의 각속도 및 자세각의 정확도를 측정할 수 있다.
도 4a 및 4b는 도 1에서 설명한 수중운동체 관성항법장치 및 기준항법장치가 FMS에 장착된 모습을 나타내는 개념도이다.
본 발명에 따른 성능검증장치는 비행 모션 시뮬레이터(Flight Motion Simulator, FMS, 200) 및 기준항법장치(400)를 활용하여 관성항법장치의 성능을 검증할 수 있다.
비행 모션 시뮬레이터(Flight Motion Simulator, FMS, 200)는 운동체의 자세 변화 및 회전운동을 시뮬레이션하는 장치이다. FMS(300)에 관성항법장치(200)를 부착한 후 FMS(300)를 기설정된 움직임으로 움직이도록 함으로써 관성항법장치(200)의 성능을 검증할 수 있다.
기준항법장치(400)는 관성항법장치(200)보다 적어도 10배 이상의 정확도로 운동체의 각속도 및 자세각을 측정한다. 기준항법장치(400) 및 관성항법장치(200)를 동일한 FMS(300)에 부착하고, 기준관성항법장치(400)로부터 측정된 초기 자세각을 관성항법장치(200)의 초기 자세각으로 적용한다. 이는, 수중 환경에서 모함(Mother Ship)에 장착된 기준관성항법장치(400)와 모함에 탑재된 수중운동체의 관성항법장치(200)를 재현하기 위함이다.
구체적으로, 본 발명이 수중운동체 관성항법장치(200)의 성능 검증에 활용되는 경우, 도 1에서 설명한 방식은 관성항법장치(200)의 두 가지 다른 성능을 검증할 수 있다.
첫 번째로, 수중 환경에서 모함(Mother Ship)에 수중운동체가 탑재된 상태에서 수중운동체 관성항법장치의 정렬 성능을 검증할 수 있다.
구체적으로, 모함에 수중운동체가 탑재된 상태에서 수중운동체 관성항법장치는 모함에 구비된 기준관성항법장치(400)로부터 측정된 자세각, 각속도, 위치 등을 수신하여 초기 정렬을 수행한다.
모함에 수중운동체가 탑재된 상태를 모의하기 위하여, 기준항법장치(400) 및 관성항법장치(200)는 FMS(300)로부터 동일한 움직임을 전달받을 수 있도록 설치된다. 예를 들어, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, FMS(300)의 레이트 테이블(310)에 기준항법장치(400) 및 관성항법장치(200)가 부착되며, 무게중심을 맞추기 위하여 별도의 치구(320)가 추가적으로 부착될 수 있다. 이를 통해, 기준항법장치(400)와 관성항법장치(200)는 동일한 움직임으로 움직일 수 있게 된다.
FMS(300)가 기설정된 움직임으로 움직이는 경우, 기준항법장치(400)는 자세각 및 각속도를 측정하고 통신부(120)로 전송한다. 통신부(120)는 기준항법장치(400)로부터 측정된 자세각 및 각속도를 관성항법장치(200)로 전달한다. 관성항법장치(200)는 전달받은 자세각 및 각속도를 이용하여 초기 정렬을 수행한다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 성능 검증장치는 수중 환경에서 모함에 수중운동체가 탑재된 환경을 모의할 수 있다.
두 번째로, 수중운동체가 모함으로부터 발사된 후 수중운동체 관성항법장치의 성능을 검증할 수 있다.
수중운동체가 모함으로부터 발사되면 관성항법장치(200)는 기준항법장치(400)에 의존하지 않고 수중운동체의 위치, 자세각, 각속도 등을 측정한다. 통신부(120)는 실시간으로 관성항법장치(200)로부터 측정된 자세각 및 각속도를 수신한다. 제어부(130)는 시나리오 생성부에서 생성된 모의데이터를 기준으로 상기 측정된 자세각 및 각속도의 정확도를 산출할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 성능 검증장치는 수중운동체가 모함에서 발사된 후 상황을 모의할 수 있다.
한편, 상술한 두 가지 다른 성능은 시나리오 생성부(110)로부터 생성되는 모의데이터를 활용하여 검증될 수 있다.
구체적으로, 시나리오 생성부(110)는 가상의 운동체의 각속도 및 자세각을 정의하는 모의데이터를 생성한다. 제어부(130)는 상기 모의데이터를 이용하여 FMS(300)의 움직임을 제어한다. FMS(300)가 움직임에 따라, 기준항법장치(400) 및 관성항법장치(200)는 자세각 및 각속도를 측정한다.
제어부(130)는 관성항법장치(200)로부터 측정된 자세각 및 각속도가 상기 모의데이터와 함께 표시되도록 디스플레이부(140)를 제어할 수 있다. 이를 통해, 사용자는 관성항법장치(200)의 정확도를 실시간으로 확인할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 성능 검증장치(100)의 디스플레이부(140)에는 관성항법장치(200)로부터 수신한 데이터를 종합적으로 표시할 수 있는 화면이 포함될 수 있다.
도 5는 관성항법장치로부터 수신한 데이터를 종합적으로 표시할 수 있는 화면을 나타내는 개념도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(140)에는 통신 상태 표시 영역(510), 자세각, 각속도 및 속도를 게이지로 표시하는 영역(520), 위치, 자세각, 각속도 및 속도를 숫자로 표시하는 영역(530), 관성항법장치의 초기 정렬 상태를 표시하는 영역(540), 기준항법장치(400)의 자세각과 관성항법장치의 자세각의 차이를 표시하는 영역(550), 기준관성항법장치(400)의 위치를 설정하는 영역(560)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자는 관성항법장치의 정확도를 실시간으로 확인할 수 있게 된다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 성능 검증장치 140: 디스플레이부
110: 시나리오 생성부 200: 수중운동체 관성항법장치
120: 통신부 300: FMS
130: 제어부 400: 기준항법장치

Claims (7)

  1. 출발점부터 도착점까지 이동하는 수중운동체의 속도변화를 감지하여 가속도정보를 생성하는 가속도 센서; 상기 수중운동체의 각속도 및 자세각을 센싱하는 자이로 센서; 및 상기 가속도정보에 근거하여 상기 수중운동체의 위치변화 및 상기 도착점의 위치를 산출하는 위치 산출부를 포함하는 수중운동체 관성항법장치;
    상기 수중운동체의 가속도, 각속도 및 자세각을 센싱하는 기준항법장치;
    상기 수중운동체 관성항법장치 및 상기 기준항법장치와 결합하여 기설정된 움직임을 전달하는 비행 모션 시뮬레이터(Flight Motion Simulator, FMS)를 더 포함하고,
    상기 수중운동체 관성항법장치 및 기준항법장치와 데이터를 송수신하도록 이루어지는 통신부;
    수중운동체의 이동경로를 설정하고, 상기 FMS의 움직임을 설정하는 시나리오 생성부; 및
    상기 기준항법장치 및 상기 시나리오 생성부의 설정값을 기준으로, 상기 수중운동체 관성항법장치에서 산출된 상기 도착점의 위치, 상기 수중운동체의 각속도 및 자세각의 정확도를 산출하는 제어부를 포함하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시나리오 생성부는 제1지점의 위치, 제2지점의 위치 및 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동하는 수중운동체의 이동경로를 설정하고, 상기 수중운동체가 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동하면서 가질 수 있는 모의 가속도정보를 상기 가속도 센서에서 생성되는 가속도정보와 동일한 형식으로 생성하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제어부는 상기 제2지점의 위치를 기준으로 상기 수중운동체 관성항법장치에서 산출된 도착점의 위치의 정확도를 산출하는 것을 특징으로 하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기준항법장치 및 상기 수중운동체 관성항법장치에 모함의 운동이 전달되도록, 상기 시나리오 생성부에서 설정된 상기 FMS의 움직임에 따라, 상기 FMS의 움직임을 제어하고,
    상기 제어부는 상기 기준항법장치로부터 산출된 각속도 및 자세각에 근거하여, 상기 수중운동체 관성항법장치에서 산출된 각속도 및 자세각의 정확도를 산출하는 것을 특징으로 하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    디스플레이부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수중운동체 관성항법장치로부터 상기 수중운동체의 위치변화를 수신하는 경우, 상기 위치변화를 상기 시나리오 생성부에서 설정된 이동경로와 함께 표시되도록 상기 디스플레이부를 제어하는 것을 특징으로 하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 위치변화 및 이동경로가 3축 직교좌표계 상에 함께 표시되도록 상기 디스플레이부를 제어하는 것을 특징으로 하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템.
  6. 제2항에 있어서
    상기 모의 가속도정보는 상기 수중운동체의 선 가속도, 중력 가속도 및 상기 관성항법장치에 포함된 가속도 센서에 대한 바이어스 오차 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템.
  7. 출발점부터 도착점까지 이동하는 수중운동체의 속도변화를 감지하여 가속도정보를 생성하는 가속도 센서; 상기 가속도정보에 근거하여 상기 수중운동체의 위치변화 및 상기 도착점의 위치를 산출하는 위치 산출부를 포함하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 방법에 있어서,
    제1지점의 위치, 제2지점의 위치 및 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동하는 수중운동체의 이동경로를 설정하는 단계;
    상기 수중운동체가 상기 제1지점부터 상기 제2지점까지 이동하면서 가질 수 있는 모의 가속도정보를 상기 가속도 센서에서 생성되는 가속도정보와 동일한 형식으로 생성하는 단계;
    상기 제1지점의 위치 및 상기 모의 가속도정보를 상기 관성항법장치로 전송하는 단계; 및
    상기 관성항법장치로부터 산출된 도착점의 위치를 수신하는 경우, 상기 제2지점의 위치를 기준으로 상기 수신된 도착점의 위치의 정확도를 산출하는 단계를 포함하는 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증방법.
KR1020150148956A 2015-10-26 2015-10-26 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법 KR101690135B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150148956A KR101690135B1 (ko) 2015-10-26 2015-10-26 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150148956A KR101690135B1 (ko) 2015-10-26 2015-10-26 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101690135B1 true KR101690135B1 (ko) 2016-12-27

Family

ID=57736969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150148956A KR101690135B1 (ko) 2015-10-26 2015-10-26 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101690135B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107727117A (zh) * 2017-11-06 2018-02-23 哈尔滨工业大学 一种速度加纵摇角速度匹配的传递对准方法
KR20180137253A (ko) * 2017-06-16 2018-12-27 국방과학연구소 관성항법장치를 포함한 비행체 유도조종 hwil 시뮬레이션 시스템 및 그 구성 방법
KR20190031059A (ko) * 2017-09-15 2019-03-25 국방과학연구소 고속 수중유도무기를 위한 관성항법시스템의 항법 성능 검증 장치 및 방법
KR20200047172A (ko) * 2018-10-26 2020-05-07 국방과학연구소 수중운동체 성능 검증 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11281300A (ja) * 1998-03-31 1999-10-15 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency 慣性航法装置
KR20080086711A (ko) * 2007-03-23 2008-09-26 국방과학연구소 관성항법시스템의 초기정렬 방법
KR20120078659A (ko) * 2010-12-30 2012-07-10 엘아이지넥스원 주식회사 지자기맵 정보를 이용하여 수중 운동체의 위치를 결정하기 위한 장치 및 그 방법
KR20120103294A (ko) * 2011-03-10 2012-09-19 주식회사 한화 수상 이동 기준점을 이용한 수중관성항법 오차보정 시스템 및 오차보정 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11281300A (ja) * 1998-03-31 1999-10-15 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency 慣性航法装置
KR20080086711A (ko) * 2007-03-23 2008-09-26 국방과학연구소 관성항법시스템의 초기정렬 방법
KR20120078659A (ko) * 2010-12-30 2012-07-10 엘아이지넥스원 주식회사 지자기맵 정보를 이용하여 수중 운동체의 위치를 결정하기 위한 장치 및 그 방법
KR20120103294A (ko) * 2011-03-10 2012-09-19 주식회사 한화 수상 이동 기준점을 이용한 수중관성항법 오차보정 시스템 및 오차보정 방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180137253A (ko) * 2017-06-16 2018-12-27 국방과학연구소 관성항법장치를 포함한 비행체 유도조종 hwil 시뮬레이션 시스템 및 그 구성 방법
KR101994441B1 (ko) * 2017-06-16 2019-09-30 국방과학연구소 관성항법장치를 포함한 비행체 유도조종 hwil 시뮬레이션 시스템 및 그 구성 방법
KR20190031059A (ko) * 2017-09-15 2019-03-25 국방과학연구소 고속 수중유도무기를 위한 관성항법시스템의 항법 성능 검증 장치 및 방법
KR102019876B1 (ko) * 2017-09-15 2019-09-09 국방과학연구소 고속 수중유도무기를 위한 관성항법시스템의 항법 성능 검증 장치 및 방법
CN107727117A (zh) * 2017-11-06 2018-02-23 哈尔滨工业大学 一种速度加纵摇角速度匹配的传递对准方法
KR20200047172A (ko) * 2018-10-26 2020-05-07 국방과학연구소 수중운동체 성능 검증 장치 및 방법
KR102136258B1 (ko) * 2018-10-26 2020-07-21 국방과학연구소 수중운동체 성능 검증 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101690135B1 (ko) 수중운동체 관성항법장치의 성능 검증 시스템 및 성능 검증방법
KR100842105B1 (ko) 무인항공기의 신뢰성 확보를 위한 가상 비행시험 방법
JP6506302B2 (ja) モバイルプラットフォームを操作するための方法及び装置
CN105259787B (zh) 一种组合导航半物理仿真测试同步控制方法
CN106681170B (zh) 一种半实物制导仿真方法及仿真***
CN103308073A (zh) 捷联惯性/卫星组合导航检测***及其仿真测试方法
US10816358B2 (en) Method and test system for sensor fusion positioning testing
ES2908613T3 (es) Sistema y procedimiento para el control del estado de una aeronave no tripulada
CN107102566B (zh) 一种组合导航***的仿真试验***
CN116068915B (zh) 航天器gnc***高仿真度分布式仿真装置与方法
CN105737848B (zh) 一种***级星敏感器观星***及观星方法
CN110895149B (zh) 局部基准传递对准精度内场测试***及测试方法
KR20180071712A (ko) 비행자세 모의기 제어 장치 및 방법
CN108827345A (zh) 一种基于杆臂挠曲变形补偿的机载武器传递对准方法
CN111141286A (zh) 一种无人机飞控多传感器姿态置信解算方法
KR101270582B1 (ko) Gps/ins 통합 항법 시스템의 성능 검증 장치
KR101868096B1 (ko) 항법 성능 검증 장치 및 방법
KR20120098321A (ko) 관성 측정기의 교정 장치 및 그 방법
US11029369B1 (en) Self-leveling magnetic source
KR102019876B1 (ko) 고속 수중유도무기를 위한 관성항법시스템의 항법 성능 검증 장치 및 방법
KR102064254B1 (ko) 이동체용 스트랩다운 장치의 정렬 오차 보정장치, 보정시스템 및 보정방법
CN110793549B (zh) 一种惯性测量单元的数据快速离线分析***
US20210201011A1 (en) Data processing method for multi-sensor fusion, positioning apparatus and virtual reality device
Van der Spek et al. Ar. drone autonomous control and position determination
CN109709821B (zh) 弹上通讯时延测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant