해상 환경에서의 초기 정렬은 파도 등 외부 환경 요인으로 인해 정렬 정확도가 쉽게 저하되며, Sea State 조건에 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 Sea State 1~5 조건에서 선박 운동을 모사하고, 개략 정렬 을 활용한 원샷 혼합 정렬과 함자이로의 3축 자세를 모두 사용하는 원샷정렬 등 다양한 초기 자세 결정 기법에 대한 정확도를 비교·분석하였다. 선박 운동은 주파수 영역에서 정의된 Response Amplitude Operator (RAO) 전달함수를 기반으로 모델링하였으며, Fossen이 제안한 6자유도 선박 운동 시뮬레이션 모델을 통해 동적 운동 데이터를 생성하였다. 이 데이터를 입력으로 함자이로 및 SINS 데이터를 각각 생성하여 정렬 기법별 자세 정확도를 산출하였다. 분석 결과, 함의 병진 운동으로 인해 개략 정렬 기반 원샷 혼합 정렬의 정확도는 sea state가 증가할수록 크게 저하되는 것으로 나타났다. 반면, 함자이 로의 3축 자세 정보를 모두 활용하는 원샷 정렬은 Sea State의 영향에 대해 상대적으로 강건함을 보였다. 다만, 원샷 정렬을 사용할 경우 함자이로와 SINS 사이의 비정렬각을 사전에 정밀하게 측정 또는 추정 해야 하며, 이를 위해서는 함상전달정렬 알고리즘을 보완적으로 적용할 필요가 있음을 확인하였다.

Accuracy Analysis of Alignment Technique According to Maritime Environment

Yong Lee*, Seung-Bok Kwon, Tae Dong Ahn, Hyun-Wook Hong, Seong-Hyeon Kang, Da-ae Kim

Initial alignment in maritime environments is highly vulnerable to degradation from external disturbances such as wave-induced ship motion, with performance strongly dependent on prevailing Sea State conditions. In this study, ship motions under Sea States 1 through 5 were simulated to evaluate and compare the accuracy of different initial attitude determination techniques, including a coarse-alignment- based one-shot hybrid alignment and a one-shot alignment that utilizes complete three-axis ship gyro attitude data. Ship motion was modeled using response amplitude operator (RAO) transfer functions in the frequency domain, and dynamic motion data were generated through Fossen’s six-degree-of-freedom (6-DOF) ship motion simulation model. These data were then used to produce ship gyro and SINS outputs for calculating the attitude accuracy of each alignment method. The results indicate that the accuracy of the one-shot hybrid alignment based on coarse alignment deteriorates significantly with increasing Sea State due to translational ship motion. In contrast, the one-shot alignment using full three-axis ship gyro attitude information demonstrates stronger robustness against Sea State-induced disturbances. However, this method requires precise prior measurement or estimation of the misalignment angles between the ship gyro and the SINS, underscoring the need to supplement it with a shipborne transfer alignment algorithm for reliable performance.

Keywords: initial alignment, sea state effects, ship motion simulation

Speaker 이용* LIG넥스원