회전형 관성항법장치(Rotational Inertial Navigation System, RINS)는 관성 센서 뭉치를 회전시켜 센서 오차를 상쇄함으로써 항법 정확도를 향상시키는 장치이다. 이 장치는 외부 보정이 어려운 환경에서도 보 다 정확하고 신뢰할 수 있는 항법을 제공할 수 있다. 그러나 RINS의 장기 운용 시, 자이로 바이어스의 변화가 시스템의 오차를 발생시키는 주요 요인으로 작용할 수 있다. 이러한 변화는 온도 변화, 기계적 디 더 구동 방식, 내부 센서의 동적 특성 등 다양한 환경적 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. 자이로 바이어스의 변화가 제대로 식별되지 않을 경우, 시스템 성능이 저하되어 항법 데이터의 정확도와 신뢰성이 저해될 수 있다. 본 연구에서는 정현파 디더 구동 방식을 사용하는 국내 개발 링 레이저 자이로(RLG) 기반 관성항법장치에서 자세별 자이로 바이어스를 평가하는 것에 중점을 두었다. 정현파 디더 구동 방식 은 기존의 PWM 디더 구동 방식에 비해 축간 간섭 영향을 최소화하고, 입력 에너지를 줄이는 등의 장점을 가지고 있다. 이러한 정현파 디더 구동 방식의 RLG는 높은 정밀도와 안정성을 가지고 있어 RINS에 적 합한 후보로 간주된다. 그러나 다양한 자세와 운용 조건에 따라 자이로 바이어스가 동적으로 변할 수 있어, 이러한 변화가 시스템 성능에 미치는 영향을 철저히 분석할 필요가 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 자세별 자이로 바이어스를 교정하는 방법을 구현하였다. 이 방법은 6가지 다른 자세에서 속도 오차의 변화율과 방위각의 시간 변화율을 측정하여, 각 자세와 관련된 특정 바이어스를 식별하고 이를 효과적으로 보정하는 교정 기법을 살펴보았다. 연구 결과는 회전 운동으로 자세 변화를 반복하는 RINS에서 자이로 바이어스의 자세별 보정이 필수적임을 강조한다.

Test and Evaluation of Orientation-Specific Bias in a Ring Laser Gyro-Based Inertial Navigation System

Haesung Yu*, Cheon-Joong Kim, Jun-Eon An, Kyu-Min Shim

A Rotational Inertial Navigation System (RINS) improves navigation accuracy by rotating the inertial sensor cluster to cancel out sensor errors. This system enables accurate and reliable navigation even in environments where external correction is challenging. However, during long-term operation of RINS, changes in gyro bias can become a significant source of error. These changes can be influenced by various environmental factors such as temperature variations, mechanical dither driving methods, and the dynamic characteristics of internal sensors. If these changes in gyro bias are not properly identified, the system's performance may degrade, compromising the accuracy and reliability of the navigation data. This study focuses on evaluating the orientation-specific gyro bias in a domestically developed Ring Laser Gyro (RLG)-based inertial navigation system that employs a sinusoidal dither drive method. The sinusoidal dither drive method offers advantages over the traditional PWM dither drive method, such as minimizing axis interference and reducing input energy. This RLG, known for its high precision and stability, is considered a suitable candidate for RINS. However, due to the dynamic nature of gyro bias across different orientations and operating conditions, it is essential to thoroughly analyze how these changes affect system performance. To address this issue, we implemented a method to calibrate orientation-specific gyro bias. This method involves measuring the rate of change in velocity errors and the rate of change in azimuth over time across six different orientations. Through these measurements, we identified specific biases related to each orientation and examined calibration techniques to effectively compensate for them. The findings of this study emphasize the critical importance of orientation-specific gyro bias correction in RINS, especially during repeated rotational movements, to maintain optimal accuracy and reliability.

Keywords: rotational inertial navigation system, orientation-specific gyro bias, sinusoidal dither drive method

Speaker 유해성* 국방과학연구소