관성 센서와 태양 센서를 이용한 달 탐사 로버의 초기 정렬 기법 연구

Abstract

달 탐사 로버는 기동성을 기반으로 능동적이고, 사람을 대체함으로써 안전하며 비용도 절감할 수 있는 달 탐사 도구이다. 달 탐사 로버의 성공적인 운용을 위해서는 높은 정밀도의 항법 성능이 요구되고, 이를 위해서는 관성 항법 시스템의 정밀한 초기 정렬이 필수적이다. 일반적으로 초기 정렬은 개략 정렬과 정밀 정렬로 구성되며, 천체의 중력과 자전 각속도를 이용하여 수행된다. 하지만 달의 중력과 자전 각속도 크기가 지구의 중력과 자전 각속도 크기보다 작기 때문에 달 탐사 로버의 초기 정렬 성능이 저하되며, 이는 정밀 정렬의 성능을 높일 수 있는 기법인 다중위치 정렬을 수행하여도 극복할 수 없다. 한편 태양 센서는 절대 항법 장치로서 관성 센서와 결합하였을 때 효율이 좋고 저렴하여 사용 부담이 적다. 본 논문에서는 관성 센서와 태양 센서를 이용한 초기 정렬 기법을 제안한다. 먼저 가속도계와 태양 센서를 이용한 개략 정렬 기법을 제안하고 이에 대한 정렬 오차를 유도한다. 다음으로 관성 센서와 태양 센서를 이용한 정밀 정렬을 수행하기 위한 태양 벡터의 측정치 모델을 구성하고, 이에 대한 가관측성 분석을 수행한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 알고리즘의 성능을 기존 알고리즘의 성능과 비교하며 분석하였고, 그 결과 제안된 정렬 기법에 의해 초기 자세 추정 성능이 크게 향상되었음을 확인하였다.