본 연구에서는 관성항법장치 내 전압-주파수 변환 신호처리 보드의 상호간섭 오차가 관성항법장치에 어떤 영향을 주는지 분석한다. 관성항법장치는 실시간 항법을 위해 3개의 자이로와 3개의 가속도계로부 터 얻어진 정보를 바탕으로 항법 계산을 수행한다. 항법 계산을 위해 자이로와 가속도계 센서로부터 각속도와 가속도정보를 디지털 형태로 변환이 필요하다. 통상 항법급 가속도계의 출력은 아나로그로 중간 에 변환장치가 필요하다. 펜듈럼 서어보 가속도계의 경우 전류로 출력되므로 출력저항을 통해 변환된 전압을 디지털로 변환하는 장치가 필요하고 이것이 전압-주파수 변환기이다. 전압-주파수 변환기는 3축 의 가속도계 정보를 실시간으로 동시에 처리한다. 이 처리 과정에서 서로 상호간섭 오차가 발생하게 된다. 상호간섭 오차는 예를 들어 X축이 +1g 또는 -1g를 측정하고 있을 때 Y축의 측정값이 달라지는 현상 이다. 이 가속도계 신호처리 상호간섭 오차 성분은 항법장치 교정시에 가속도계 바이어스, 자이로 스케일펙터, 축 비정렬 등 다양한 교정 오차를 발생시킬 수 있다. 각각의 교정 오차는 2축 레이트 테이블에서 항법장치 교정 시 가관측성을 위해 회전하는 자세와 관련이 있다. 가속도계 신호처리 상호간섭에 의한 항법장치 교정오차는 수직축 가속도계의 부호가 변하지 않는 지상항법장치의 경우 항법 오차를 크게 발 생시키지 않는다. 그러나 항법 오차 상쇄를 목적으로 회전을 인가하는 회전형 항법장치에는 상당한 영향을 줄 수 있음을 분석한다.

A Study on Navigation Error Causing Cross-Coupling Errors of Accelerometer’s Signal Processing

Youn-Seon Lee*, Yong-Youl Kwon

We present that cross-coupling errors of voltage-to-frequency converter effect on navigation performance. For real time navigation solution, navigation computer of Inertial Navigation System (INS) executes navigation algorithm using digital information of 3-axis gyros and 3-axis accelerometers. It is needed to convert from analog signal to digital information about navigation sensors. Output of navigation grade accelerometer is analog information, it is needed analog-to-digital converter. Output of our pendulum type servo accelerometer is current, it is changed voltage using readout register. This voltage to frequency (VF)-converter concurrently processes outputs of 3-axis accelerometers, this signal processing causes cross-coupling errors. For example, when X-axis accelerometer input is +1g and Y-axis accelerometer input is 0g, converted output of Y-axis has a small positive bias error, but when X-axis accelerometer input is -1g, converted output of Y-axis has a small negative bias error. These cross-coupling errors of voltage-to-frequency converter can additionally make accelerometer bias errors, gyro scale factor errors and axis misalignment errors in calibration of INS. Those calibration errors are related to attitude of 2-axis rate table for observability of calibration of INS. For land navigation, because the sign of output of vertical accelerometer is not changed, those calibration errors make a small navigation error. But rotational INS is rotated for a cancelling of calibration errors, the sign of output of vertical accelerometer can be changed. Consequently, navigation error of rotational INS is considerably increased by cross-coupling errors of voltage-to-frequency converter.

Keywords: INS, accelerometer, cross-coupling

Speaker 이윤선* 국방과학연구소