수중운항체는 Global Positioning System (GPS) 신호를 수신하지 못하므로 운항체에 장착된 센서 기반으로 항법을 수행해야 한다. 가속도계와 자이로는 가장 대표적인 항법 센서이며, 각각 3축의 가속도와 자이로로 구성된 Inertial Measurement Unit (IMU) 기반 Inertial Navigation System (INS)는 운항체의 동적 움직임을 측정하여 자세, 속도 및 위치를 계산하며 짧은 시간 안에서는 정확한 항법해를 제공할 수 있다. 그러나 시간이 지남에 따라 INS의 항법 오차는 점점 커지게 되므로 순수 INS 기반 항법정보를 통해 수중운항체를 제어하는 것은 심각한 문제를 발생하게 되며 장시간 정확도 유지를 위해 보조 센서를 함께 사용하는 복합항법시스템이 주로 사용된다. 수중운항체를 위한 보조 센서로는 Doppler Velocity Log (DVL), Electromagnetic-Log (EM-Log), 프로펠러 속력계 등과 같은 속력계가 주로 사용된다. 이 중에서 DVL은 수심이 깊거나 운항체의 속도가 빠른 경우 사용할 수 없다. 이에 반해 EM-Log는 수심과 운항체의 속도에 상관없이 속력정보를 제공한다. 따라서 본 논문에서는 INS와 EM-Log를 결합하는 방법을 다룬다. EM-Log는 주로 운항의 전진방향으로 장착하게 되므로 운항체의 전진방향 대수속도 정보를 제공하게 된다. 이때 조류 (Current)가 없는 경우에는 운항체의 전진방향 속력정보를 측정치로 하는 필터를 통해 가관측한 INS의 오차를 추정하여 보상할 수 있게 된다. 그러나 조류가 있는 경우에는 예측 불가능한 측정치 오차로 인하여 오히려 필터링을 통해 오차가 증가하는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 이런 문제를 해결하기 위하여 조류의 속도를 필터에 증강하여 함께 추정함으로써 복합항법의 성능을 향상시키는 방법을 사용한다. 이때 INS와 EM-Log를 융합하는 필터로는 조류의 모델링 불확실성을 고려하여 Interacting Multiple Model (IMM) 필터를 사용한다. 제안된 기법의 성능은 시뮬레이션을 통해 분석한다.

Keywords: INS/EM-Log integrated navigation, current compensation, IMM filter

Speaker Seong Yun Cho*