무인잠수정의 DVL 보정항법을 위한 축소 모델 분석

Abstract

수중에서 운항하는 무인잠수정은 GPS(Global Positioning System: 이하GPS)같은 정확한 위치를 얻을 수 없으므로 정확한 항법을 하기 위해서 INS(Inertial Navigation System

이하 INS)를 기본으로 사용하며 동체에 부착되어 DVL(Doppler Velocity Log

이하 DVL), 심도계, 음파탐지시스템을 보조 센서로 사용하고 보다 정확한 위치 정보를 얻기 위해서 LBL(Long Base Line)시스템, SBL(Short Base Line)시스템과 같은 사용한다. 본 논문에서는 LBL과 SBL시스템을 고려하지 않고 DVL과 심도계를 이용한 복합항법 알고리즘을 소개하였다. GPS/INS 결합 항법에서 사용되는 INS 오차 모델을 시스템 모델로 사용 하고 심도계와 DVL을 측정치로 하는 측정치 모델을 확잗 칼만 필터에 사용하였다. 상태변수는 심도, 속도, 자세, IMU 바이어스 오차를 갖는 13차 오차 모델을 사용하여 성능을 분석하였다. 분석 결과 동체 좌표계에서의 속도를 측정치로 받기 때문에 헤딩 요소는 측정치에 의해서 직접 추정되지 않고 transport rate과 지구 회전각속도 등 매우 작은 값에 의해 추정이 되므로 추정성능이 매우 좋지 않다. 따라서 가관측 정도(Degree of Observability) 분석과 정상상태 오차 분석을 통하여 헤딩 성분의 추정 성능에 대해 분석하였다. 이를 통하여 가관측성이 낮은 헤딩 요소의 오차를 상태변수에서 배재하는 11차 오차 모델을 제시하였다. 헤딩 요소의 상태변수는 추정이 잘 되지 않기 때문에 이로 인한 오차가 다른 상태변수에 오차를 전파시키므로 이를 배재하여 성능을 향상 시킬 수 있었다. 또한 이 상태변수를 배재함으로써 발생하는 시스템 불확실성을 고려하기 위해 추정하지 않는 상태변수를 시스템 모델과 측정치 모델의 오차 공분산에 고려하여 강건성을 향상시켜 항법 성능을 향상시킬 수 있는 11차 모델을 제시하였고, 시스템의 불확실성을 고려했을 때 항법성능의 성능 향상을 확인하였다.