KR101990404B1 - Method for calculating tilt angle of ins using roll rotation of launch tube and apparatus thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 관성항법장치의 초기자세 정확도 만족과 빠른 초기정렬을 위한 사전 정렬로서, 특히 수평자세에서 발사관의 롤 회전을 이용하여 세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각을 산출하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 비정렬각을 산출하는 방법은, 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치의 가속도계의 가속도값을 검출하는 단계와; 상기 발사관의 롤 회전을 이용하여 상기 관성항법장치의 x축, y축, z축의 비정렬각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention is a pre-alignment for satisfying the initial posture accuracy and fast initial alignment of the inertial navigation system, in particular, calculating the misalignment angle of three axes (x-axis, y-axis, z-axis) using the roll rotation of the launch tube in the horizontal position. A method of calculating a misalignment angle according to an embodiment of the present invention includes detecting an acceleration value of an accelerometer of an inertial navigation apparatus installed in an antibody in a launch tube; Computing the misalignment angle of the x-axis, y-axis, z-axis of the inertial navigation apparatus using the roll rotation of the launch tube.

Figure R1020170081982
Figure R1020170081982

Description

발사관의 롤 회전을 이용한 관성항법장치 비정렬각 산출 방법 및 그 장치{METHOD FOR CALCULATING TILT ANGLE OF INS USING ROLL ROTATION OF LAUNCH TUBE AND APPARATUS THEREOF}Calculation method of inertial angle using roll rotation of launch tube and its device {METHOD FOR CALCULATING TILT ANGLE OF INS USING ROLL ROTATION OF LAUNCH TUBE AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 관성항법장치(inertial navigation system, INS)의 초기정렬을 위한 사전 정렬에 관한 것으로서, 수평자세에서 발사관의 롤 회전을 이용하여 발사관 기준면과 발사관내 관성항법장치의 세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각을 산출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pre-alignment for the initial alignment of the inertial navigation system (INS), the three axes (x-axis, y) of the launch tube reference plane and the in-tube inertial navigation system using the roll rotation of the launch tube in the horizontal position Axis, z-axis).

관성측정기에는(IMU: Inertial Measurement Unit)는 서로 직교하는 3개의 축에 각속도를 감지하는 자이로스코프(Gyroscope)와 선형가속도를 감지하는 가속도계(Accelerometer)가 각각 장착되어 있다. 관성항법장치(INS: Inertial Navigation System)는 외부의 도움 없이 관성측정기에서 출력되는 자이로스코프와 가속도계 정보를 이용하여 단독으로 항법을 수행하는 장치이며, 고속으로 위치, 속도, 자세 정보를 제공할 수 있다. The Inertial Measurement Unit (IMU) is equipped with a gyroscope that detects angular velocity and an accelerometer that detects linear acceleration on three axes that are perpendicular to each other. The Inertial Navigation System (INS) is a device that performs navigation by using the gyroscope and accelerometer information output from the inertial measurement instrument without external assistance and can provide position, speed, and attitude information at high speed. .

관성항법장치의 초기정렬은 항법 수행을 위한 항법장치의 초기 자세를 찾는 과정으로, 관성측정기 또는 관성센서를 기준으로 항체의 동체좌표계와 항법좌표계 사이의 좌표변환 행렬을 결정하는 것이다. 초기정렬에는 정지 상태에서 외부 도움 없이 가속도계와 자이로스코프의 출력을 중력 가속도와 지구회전 각속도와 비교하여 자세를 찾는 자체정렬(self alignment)과, 외부로부터 위치, 속도, 자세 정보를 입력 받아 자세를 구하는 전달정렬(transfer alignment), 원샷(One-Shot) 정렬 등이 있다. The initial alignment of the inertial navigation system is to find the initial position of the navigation system for navigation. The coordinate transformation matrix between the body coordinate system and the navigation coordinate system of the antibody is determined based on the inertial measuring device or the inertial sensor. In the initial alignment, the self-alignment which finds the posture by comparing the outputs of the accelerometer and gyroscope with the gravitational acceleration and the earth rotational angular velocity at standstill, and the position, velocity, and posture information from outside are obtained. Transfer alignment, one-shot alignment, and the like.

자체정렬은 관성항법장치에 적용된 관성 센서의 성능과 외란에 의해 정확도가 결정된다. 지구회전각속도의 경우 매우 작은 값이기 때문에 스스로 정확도 높은 방위각을 찾기 위해서는 매우 정밀한 자이로스코프가 필요하다. Self-alignment is determined by accuracy and disturbance of inertial sensor applied to inertial navigation system. Earth rotational angular velocity is a very small value, so a very precise gyroscope is needed to find an accurate azimuth.

전달정렬은 주 관성항법장치(Master INS)로부터 속도나 자세 정보를 실시간으로 입력받아 속도 또는 자세 정합을 통해 정확도 높은 주관성항법장치와 종 관성항법장치(Slave INS)사이의 장착 비정렬각을 추정하는 방식으로, 자체 정렬에 비해 초기자세를 정확하고 빠르게 구할 수 있다. The transfer alignment receives the speed or attitude information from the master inertial navigation system (Master INS) in real time and estimates the mounting misalignment angle between the highly accurate inertial navigation system and the slave INS through speed or attitude matching. In this way, the initial posture can be accurately and quickly compared to self alignment.

원샷(One-Shot) 정렬은 정밀한 주 관성항법장치의 항법 정보를 전달 받아 정밀도가 다소 저하된 종 관성항법장치의 위치, 속도, 자세를 신속히 결정하는 방법이다. 주 관성항법장치의 항법 정보를 보상하여 종 관성항법장치의 초기 값(위치, 속도, 자세)을 구하기 때문에 주 관성항법장치와 종 관성항법장치 사이의 거리와 비정렬각을 사전에 구해야만 한다. 따라서 빠른 원샷 정렬을 위해서는 임무 수행 전 장착 비정렬각을 찾아 저장하는 사전정렬의 과정이 필요하다.One-shot alignment is a method of quickly determining the position, speed, and posture of a longitudinal inertial navigation system, which is slightly degraded by receiving the navigation information of a precise main inertial navigation system. Since the initial value (position, speed, attitude) of the longitudinal inertial navigation system is obtained by compensating the navigation information of the main inertial navigation system, the distance and misalignment angle between the main inertial navigation system and the final inertial navigation system must be obtained in advance. Therefore, fast one-shot alignment requires a pre-alignment process that finds and stores the mounting misalignment angle before the mission.

한국 공개 특허 번호: 10-2008-0086711(공개일자: 2008.09.26)Korean Unexamined Patent Number: 10-2008-0086711 (published date: 2008.09.26)

본 발명의 목적은, 발사관 내 항체에 장착된 관성항법장치(inertial navigation system, INS)의 초기정렬을 위한 사전 정렬로서, 수평자세에서 발사관의 롤 회전을 이용하여 발사관 기준 자세와 관성항법장치 사이세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각을 산출하는 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to pre-align the inertial navigation system (INS) mounted on an antibody in a launch tube, and to measure the position of the launch tube reference posture and the inertial navigation device using the roll rotation of the launch tube in a horizontal position. It is to provide a method for calculating the misalignment angle of the axis (x-axis, y-axis, z-axis).

본 발명의 다른 목적은, 빠른 초기정렬을 위한 사전 정렬의 방법으로 수평자세에서 롤 회전만을 이용하여 관성항법장치의 세 축의 비정렬각을 산출하는 방법을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a method for calculating the misalignment angle of three axes of an inertial navigation apparatus using only roll rotation in a horizontal posture as a method of pre-alignment for quick initial alignment.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같이 관성항법장치의 세 축 비정렬각 계산시 가격이 비싼 정밀한 주 관성항법장치가 아닌 가격이 저렴한 정밀 수평계나 관성측정기 또는 자체정렬을 할 수 없는 종 관성항법장치를 이용하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide an inertial navigation system that is inexpensive precision leveler or inertial measuring instrument or self alignment that is not an accurate main inertial navigation device which is expensive in calculating three axes of misalignment of the inertial navigation device as described above. To use the device.

본 발명의 또 다른 목적은, 다수의 종 관성항법장치가 장착된 발사관에서도 상기 방법을 이용하여 각각의 종 관성항법장치의 세 축 비정렬각을 산출하는데 있다.Still another object of the present invention is to calculate a three-axis misalignment angle of each longitudinal inertial navigation apparatus using the above method even in a launch tube equipped with a plurality of longitudinal inertial navigation apparatuses.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 사전에 저장된 세 축의 비정렬각과 주 관성항법장치의 항법 정보를 이용하여 항체의 초기 자세를 신속하게 결정하는 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for rapidly determining an initial posture of an antibody by using three previously stored misalignment angles and navigation information of a main inertial navigation apparatus.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 발사관의 롤 회전을 이용한 발사관 내 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 발사대에 장착되는 발사관에 360도 롤(Roll) 회전이 가능한 회전 치구(회전 구조물)를 장착하는 단계와; In order to achieve the above objects, the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus in the launch tube using the roll rotation of the launching tube according to the embodiment of the present invention includes a rotation capable of rotating the roll 360 degrees to the launching tube mounted on the launch pad. Mounting a jig (rotating structure);

발사관의 롤 각(roll angle)이 0이 되도록 발사관을 고정시키고, 그 발사관에 수평계를 장착하는 단계와; Fixing the launch tube so that the roll angle of the launch tube is zero, and mounting a level on the launch tube;

발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치의 가속도계의 가속도값을 검출하는 단계와; Detecting an acceleration value of an accelerometer of the inertial navigation apparatus installed in the antibody in the launch tube;

상기 발사관의 롤 각이 0일 때 그 관성항법장치의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제1 자세를 계산하는 단계와; Calculating a first attitude of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus when the roll angle of the launch tube is zero;

상기 롤 각이 0일 때 상기 수평계에서 측정된 발사대의 기준 자세와 상기 관성항법장치의 제1 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 y축의 제1 비정렬각을 구하는 단계와;Obtaining a first misalignment angle between the x-axis and the y-axis of the inertial navigation system by comparing the reference attitude of the launch pad and the first attitude of the inertial navigation system measured when the roll angle is 0;

상기 발사관의 롤 각이 90도일 때 그 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제2 자세를 계산하는 단계와;Calculating a second posture of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (long inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube when the roll angle of the launch tube is 90 degrees;

상기 롤 각이 90일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 상기 계산된 제2 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 z축의 제2 비정렬각을 구하는 단계와;Obtaining a second misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus by comparing the reference position of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated second position when the roll angle is 90;

발사관의 롤 각이 180일 때 그 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제3 자세를 계산하는 단계와;Calculating a third posture of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (long inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube when the roll angle of the launch tube is 180;

상기 롤 각이 180일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 계산된 제3 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 y축의 제3 비정렬각을 구하는 단계와;Obtaining a third misalignment angle between the x-axis and the y-axis of the inertial navigation apparatus by comparing the reference attitude of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated third attitude when the roll angle is 180;

상기 발사관의 롤 각이 270도일 때 그 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제4 자세를 계산하는 단계와;Calculating a fourth posture of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (long inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube when the roll angle of the launch tube is 270 degrees;

상기 롤 각이 270일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 상기 계산된 제4 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 z축의 제4 비정렬각을 구하는 단계와;Obtaining a fourth misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus by comparing the reference posture of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated fourth posture when the roll angle is 270;

상기 계산된 제1 내지 제4 비정렬각을 평균화하여 관성항법장치의 세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각을 산출하고, 이를 저장부에 저장하는 단계를 포함한다. Calculating the non-alignment angles of three axes (x-axis, y-axis, z-axis) of the inertial navigation apparatus by averaging the calculated first to fourth non-alignment angles, and storing them in the storage unit.

상기 관성항법장치의 제1 자세를 계산하는 단계는,Calculating the first posture of the inertial navigation device,

Roll =

Figure 112017062169725-pat00001
, Pitch =
Figure 112017062169725-pat00002
식을 통해 계산되며,
Figure 112017062169725-pat00003
는 상기 관성항법장치의 X축, Y축, Z축 가속도계에서 출력되는 평균 가속도 값을 나타낸다.Roll =
Figure 112017062169725-pat00001
, Pitch =
Figure 112017062169725-pat00002
Calculated through an expression,
Figure 112017062169725-pat00003
Denotes an average acceleration value output from the X, Y, and Z axis accelerometers of the inertial navigation apparatus.

상기 관성항법장치의 x축과 z축의 제2 비정렬각(

Figure 112019015327888-pat00004
,
Figure 112019015327888-pat00005
)을 구하는 단계는,
Figure 112019015327888-pat00006
= Roll - Ref.Roll,
Figure 112019015327888-pat00007
= Pitch - Ref.Pitch 식을 통해 계산되며, 상기 Ref.Roll, Ref.Pitch는 발사관의 기준 자세를 나타낸다.Second misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus (
Figure 112019015327888-pat00004
,
Figure 112019015327888-pat00005
)
Figure 112019015327888-pat00006
= Roll-Ref.Roll,
Figure 112019015327888-pat00007
= Pitch-Calculated by the Ref. Pitch equation, wherein Ref.Roll and Ref.Pitch represent a reference posture of the launch tube.

상기 관성항법장치의 제2 자세를 계산하는 단계는, Roll =

Figure 112017062169725-pat00008
, Pitch =
Figure 112017062169725-pat00009
을 통해 계산된다.Computing the second attitude of the inertial navigation apparatus, Roll =
Figure 112017062169725-pat00008
, Pitch =
Figure 112017062169725-pat00009
Is calculated through.

상기 관성항법장치의 x축과 z축의 제2 비정렬각(

Figure 112019015327888-pat00010
,
Figure 112019015327888-pat00011
)을 구하는 단계는,
Figure 112019015327888-pat00012
= Roll - Ref.Roll,
Figure 112019015327888-pat00013
= -Pitch - Ref.Pitch 식을 통해 계산된다.Second misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus (
Figure 112019015327888-pat00010
,
Figure 112019015327888-pat00011
)
Figure 112019015327888-pat00012
= Roll-Ref.Roll,
Figure 112019015327888-pat00013
= -Pitch-Calculated by the Ref.Pitch equation.

상기 관성항법장치의 제3 자세를 계산하는 단계는, Roll =

Figure 112017062169725-pat00014
, Pitch =
Figure 112017062169725-pat00015
식을 통해 계산된다.Computing the third attitude of the inertial navigation apparatus, Roll =
Figure 112017062169725-pat00014
, Pitch =
Figure 112017062169725-pat00015
Calculated by the formula

상기 관성항법장치의 x축과 y축의 제3 비정렬각(

Figure 112019015327888-pat00016
,
Figure 112019015327888-pat00017
)을 구하는 단계는,
Figure 112019015327888-pat00018
= Roll - Ref.Roll,
Figure 112019015327888-pat00019
= -Pitch - Ref.Pitch 식을 통해 계산된다.A third non-alignment angle between the x and y axes of the inertial navigation apparatus (
Figure 112019015327888-pat00016
,
Figure 112019015327888-pat00017
)
Figure 112019015327888-pat00018
= Roll-Ref.Roll,
Figure 112019015327888-pat00019
= -Pitch-Calculated by the Ref.Pitch equation.

상기 관성항법장치의 제4 자세를 계산하는 단계는, Roll =

Figure 112017062169725-pat00020
, Pitch =
Figure 112017062169725-pat00021
식을 통해 계산된다.Computing the fourth posture of the inertial navigation apparatus, Roll =
Figure 112017062169725-pat00020
, Pitch =
Figure 112017062169725-pat00021
Calculated by the formula

상기 관성항법장치의 x축과 z축의 제4 비정렬각(

Figure 112019015327888-pat00022
,
Figure 112019015327888-pat00023
)을 구하는 단계는,
Figure 112019015327888-pat00024
= Roll - Ref.Roll,
Figure 112019015327888-pat00025
= Pitch - Ref.Pitch 식을 통해 계산된다. Fourth misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus (
Figure 112019015327888-pat00022
,
Figure 112019015327888-pat00023
)
Figure 112019015327888-pat00024
= Roll-Ref.Roll,
Figure 112019015327888-pat00025
= Pitch-Calculated by the Ref.Pitch equation.

상기 구한 제1 내지 제4 비정렬각들을 근거로 상기 관성항법장치의 x축, y축, z축의 비정렬각(

Figure 112017062169725-pat00026
)을
Figure 112017062169725-pat00027
,
Figure 112017062169725-pat00028
,
Figure 112017062169725-pat00029
식을 통해 계산한다.On the basis of the obtained first to fourth misalignment angles, the misalignment angles of the x, y, and z axes of the inertial navigation apparatus (
Figure 112017062169725-pat00026
)of
Figure 112017062169725-pat00027
,
Figure 112017062169725-pat00028
,
Figure 112017062169725-pat00029
Calculate through the formula

본 발명의 실시예에 따른 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 수평자세에서 롤 회전을 이용하여 발사관의 수직자세가 없어도 세 축의 비정렬각을 구할 수 있다.In the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain the misalignment angle of three axes using the roll rotation in the horizontal posture without the vertical posture of the launch tube.

본 발명의 실시예에 따른 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 상기와 같이 수평계를 이용하여 정밀한 주 관성항법장치가 없어도 세 축의 비정렬각을 구할 수 있다. In the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus according to the embodiment of the present invention, three axes of misalignment angles can be obtained without the precise main inertial navigation apparatus using a horizontal system as described above.

본 발명의 실시예에 따른 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 상기와 같이 세 축의 비정렬각을 계산하여, 기존 One-Shot 정렬에서 수직상태에서 가속도계의 측정값을 이용하지 않고도 목표 정렬 정확도를 만족하는 초기정렬을 수행할 수 있게 된다.In the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus according to the embodiment of the present invention, the misalignment angle of three axes is calculated as described above, and the target alignment accuracy is achieved without using the accelerometer measurement value in the vertical state in the existing one-shot alignment. Initial alignment that satisfies can be performed.

본 발명의 실시예에 따른 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 상기와 같이 사전에 저장된 세 축의 비정렬각과 주관성항법장치의 항법 정보를 이용하여 항체의 초기 자세를 신속하게 결정할 수 있다. 따라서 초기정렬 시간을 단축할 수 있다.In the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus according to the embodiment of the present invention, the initial posture of the antibody can be quickly determined using the misalignment angle of three axes stored in advance and the navigation information of the subjective navigation apparatus. Therefore, initial alignment time can be shortened.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단일 발사관의 롤 회전과 수평계를 이용한 발사관 내 관성항법장치의 비정렬각 산출 장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발사관의 롤 회전을 이용한 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 발사관의 롤 각에 따른 발사관내 관성항법장치의 축과 수평 자세 계산을 위한 가상의 축을 정의한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수 발사관의 롤 회전과 관성측정기 또는 관성항법장치를 이용하여 발사관 내 관성항법장치의 비정렬각 산출 장치를 나타낸 다른 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 항체 내 관성항법장치의 비정렬각을 이용한 관성항법장치의 초기 정렬 방법을 나타낸 흐름도이다. 1 is an exemplary view showing a device for calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus in a launch tube using a roll rotation and a horizontal plane of a single launch tube according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of calculating an alignment angle of an inertial navigation apparatus using a roll rotation of a launch tube according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exemplary diagram in which an axis of an inertial navigation device and an imaginary axis for calculating a horizontal attitude according to a roll angle of a launch tube are defined.
Figure 4 is another exemplary view showing a non-aligned angle calculation device of the inertial navigation apparatus in the launch tube using the roll rotation of the multiple launch tube and the inertial measurement or inertial navigation apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an initial alignment method of the inertial navigation apparatus using the misalignment angle of the inertial navigation apparatus in an antibody according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used in consideration of ease of specification, and do not have distinct meanings or roles from each other. In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하에서는, 관성항법장치(inertial navigation system, INS)의 초기정렬을 위한 사전 정렬로, 수평자세에서 발사대의 롤 회전을 이용하여 세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각을 산출하는 방법을 설명한다. In the following, the non-alignment angle of three axes (x-axis, y-axis, z-axis) is calculated using the roll rotation of the launch pad in the horizontal position as a pre-alignment for the initial alignment of the inertial navigation system (INS). How to do it.

예를 들면, 관성항법장치가 적용된 수직 발사체의 경우 발사 전 가속도계의 출력과 주 관성항법장치의 정보를 이용한 One-Shot 정렬이 주로 사용되며, 초기정렬은 수초간 수행하게 된다. One-Shot 정렬은 수평 자세에서 주 관성항법장치와 종 관성항법장치의 x축 y축 비정렬각

Figure 112017062169725-pat00030
을 계산하고, 수직 상태에서 등가선형변환을 이용하여 z축 비정렬각
Figure 112017062169725-pat00031
을 계산하여 초기정렬을 수행한다. 이러한 방법은 z축 비정렬각을 계산하기 위해서는 발사대를 수직상태에서 수 초간 초기정렬을 수행해야만 한다. 따라서 상기와 같은 방법은 세 축의 비정렬각을 구하기 위해서는 반드시 정밀한 주 관성항법장치가 필요하며, 발사대의 수평자세와 수직자세가 필요하게 된다. For example, in the case of a vertical projectile with an inertial navigation system, one-shot alignment using the output of the accelerometer and information of the main inertial navigation system is mainly used. The initial alignment is performed for several seconds. One-shot alignment is the x-axis y-axis misalignment angle of the main inertial navigation system and longitudinal inertial navigation system in horizontal position.
Figure 112017062169725-pat00030
, And the z-axis misalignment angle using the equivalent linear transformation in the vertical state.
Figure 112017062169725-pat00031
Perform initial sorting by calculating. This method requires initial alignment of the launch pad for a few seconds in order to calculate the z-axis misalignment angle. Therefore, in order to obtain the misalignment angles of the three axes, a precise main inertial navigation device is required, and a horizontal posture and a vertical posture are required.

본 발명은 관성항법장치가 적용된 항체의 빠르고 목표하는 정확도를 만족하는 초기정렬을 수행하기 위하여, 사전에 수평상태에서 발사관의 롤 회전을 이용하여 관성항법장치의 세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각

Figure 112017062169725-pat00032
을 산출하는 방법을 설명한다. 발사관 내 항체에 있는 종 관성항법장치와 발사관 기준 자세 사이의 비정렬각을 사전에 식별하여 보상하면 수직자세에서 가속도계를 이용한 추가적인 초기정렬 없이 바로 초기자세를 구할 수 있다. 발사관의 기준자세는 수평계나 관성측정기 또는 관성항법장치를 이용한다. The present invention uses three rolls of the inertial navigation system (x-axis, y-axis, z-axis) by using roll rotation of the launch tube in a horizontal state in order to perform initial alignment to satisfy the fast and target accuracy of the antibody to which the inertial navigation device is applied. Axis of misalignment
Figure 112017062169725-pat00032
It describes how to calculate. By identifying and compensating the misalignment angle between the longitudinal inertial navigation system and the launch tube reference posture in the antibody in the launch tube, the initial posture can be obtained immediately without further initial alignment using the accelerometer in the vertical position. The standard posture of the launch tube may be a level, inertial measuring instrument or inertial navigation system.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발사관의 롤 회전을 이용한 발사관 내 관성항법장치의 비정렬각 산출 장치를 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view showing a non-aligned angle calculation device of the inertial navigation apparatus in the launch tube using the roll rotation of the launch tube according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비정렬각 산출 장치는,As shown in FIG. 1, the misalignment angle calculating device according to an embodiment of the present invention,

하나의 발사관(101)과;One launch tube 101;

발사관(101)을 회전시키기 위한 회전 치구(회전 구조물)(102)와;A rotary jig (rotating structure) 102 for rotating the launch tube 101;

발사관(101)의 기준면(후단 또는 밑단)에 기준면 자세 계산을 위한 수평계(104)와;A level gauge 104 for calculating a reference plane attitude on a reference plane (rear or hem) of the launch tube 101;

발사관(101)의 롤 회전을 이용하여 발사대 내 관성항법장치의 세축의 비정렬각을 산출하는 제어부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.It may include a control unit (not shown) for calculating the misalignment angle of the three axes of the inertial navigation apparatus in the launch pad using the roll rotation of the launch tube 101.

본 발명의 실시예에 따른 비정렬각 산출 장치는, 발사관(101)의 일측(후단 또는 밑단)에 장착된 수평계 치구(103)를 더 포함 할 수 있으며, 상기 수평계(104)는 수평계 치구(103)에 탈착 또는 부착가능하게 구성될 수 있다.The misalignment angle calculating device according to the embodiment of the present invention may further include a level jig 103 mounted to one side (rear or bottom) of the launch tube 101, and the level meter 104 may include a level jig 103. ) Can be configured to be detachable or attachable.

본 발명의 실시예에 따른 제어부(도시하지 않음)는 항체에 장착되고, 발사관(101)의 롤 회전을 이용하여 관성항법장치의 세 축의 비정렬각을 산출한다.A control unit (not shown) according to an embodiment of the present invention is mounted on the antibody and calculates the misalignment angles of the three axes of the inertial navigation apparatus using the roll rotation of the launch tube 101.

발사대에 장착되는 발사관(101)에는 360도 롤(Roll) 회전이 가능한 회전 치구(회전 구조물)(102)가 장착되며, 그 발사관의 롤 각(roll angle)이 0이 되도록 발사관을 고정시키고, 그 발사관(104)에 수평계를 장착한다. The launch tube 101 mounted on the launch pad is equipped with a rotary jig (rotating structure) 102 capable of 360-degree roll rotation. The launch tube is fixed so that the roll angle of the launch tube is zero. Mount the level on the launch tube (104).

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어부는, 발사관 내의 항체에 설치된 종 관성항법장치(이하에서는 관성항법장치로 칭함)의 가속도계의 가속도값을 검출한다.As shown in FIG. 1, the control unit according to the embodiment of the present invention detects an acceleration value of an accelerometer of a longitudinal inertial navigation device (hereinafter referred to as an inertial navigation device) installed in an antibody in a launch tube.

제어부는 상기 발사관의 롤 각이 0(201)일 때 그 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제1 자세를 계산한다.The control unit calculates the first posture of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (long inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube when the roll angle of the launch tube is 0 (201).

상기 롤 각이 0일 때 상기 수평계에서 측정된 발사대의 기준 자세와 상기 관성항법장치의 제1 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 y축(202)의 제1 비정렬각을 구한다.When the roll angle is 0, the first posture of the inertial navigation system is obtained by comparing the reference posture of the launch pad and the first posture of the inertial navigation device.

이후, 발사관(101)의 롤 각이 0도에서 90도가 되도록 발사관을 회전시켜 고정한 후 발사관(101)의 수평계 치구(103)에 수평계를 재장착하며, 이는 설계자 또는 사용자에 의해 수행될 수 있거나, 발사관(101)의 롤 각이 0도, 90도, 180도, 270도가 되도록 회전 치구(102)를 회전시키는 제1 구동부와, 발사관(101)의 롤 각이 변경되어도 수평계 치구(103)에 장착된 수평계가 항상 수평을 유지하도록 수평계 치구(103)를 회전시키는 제2 구동부가 본 발명의 실시예에 따른 비정렬각 산출 장치에 더 포함될 수 있다. 제어부는 제1 및 제2 구동부를 제어할 수도 있다. 예를 들면, 제어부는 발사관(101)의 롤 각이 0도, 90도, 180도, 270도가 되도록 회전 치구(102)를 회전시키는 제1 구동부를 제어하고, 발사관(101)의 롤 각이 0도에서 90도, 180도, 270도로 변경되어도 수평계 치구(103)에 장착된 수평계가 항상 수평을 유지하도록 수평계 치구(103)를 회전시키는 제2 구동부를 제어할 수도 있다.Thereafter, the launch tube is rotated and fixed such that the roll angle of the launch tube 101 is 0 degrees to 90 degrees, and then the level gauge is remounted on the level jig 103 of the launch tube 101, which may be performed by a designer or a user. The first drive unit for rotating the rotary jig 102 so that the roll angle of the launch tube 101 is 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, and the horizontal jig 103 is mounted even if the roll angle of the launch tube 101 is changed. The second driving unit for rotating the horizontal jig 103 so that the level is always horizontal may be further included in the misalignment angle calculation device according to an embodiment of the present invention. The controller may control the first and second drivers. For example, the control unit controls the first driving unit for rotating the rotary jig 102 such that the roll angle of the launch tube 101 is 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, and the roll angle of the launch tube 101 is 0. Even if the angle is changed to 90 degrees, 180 degrees, or 270 degrees in the figure, the second drive unit which rotates the horizontal jig 103 may be controlled to always maintain the horizontal level mounted on the horizontal jig 103.

제어부는 상기 발사관의 롤 각이 90도일 때 그 발사관(101) 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제2 자세를 계산한다. 즉, 제어부는 롤 각이 90도가 된 관성항법장치의 축(203)을 가상의 수평축(204)으로 변환하여 관성항법장치의 제2 자세를 계산한다.The control unit calculates the second posture of the inertial navigation apparatus by using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (long inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube 101 when the roll angle of the launch tube is 90 degrees. That is, the controller calculates the second posture of the inertial navigation apparatus by converting the axis 203 of the inertial navigation apparatus whose roll angle is 90 degrees into the virtual horizontal axis 204.

제어부는 상기 롤 각이 90일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 상기 계산된 제2 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 z축(204)의 제2 비정렬각을 구한다.The controller calculates a second misalignment angle between the x-axis and the z-axis 204 of the inertial navigation apparatus by comparing the reference position of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated second position when the roll angle is 90.

이후, 발사관(101)의 롤 각이 180이 되도록 회전치구(102)를 회전시킨 후 고정시키고 발사관(101)에 수평계(104)를 재장착한다. 즉, 발사관(101)의 롤 각이 180이 되어도 수평계(104)가 수평을 유지하도록 그 수평계(104)를 재장착한다.Thereafter, the rotary jig 102 is rotated to fix the roll angle of the launch tube 101 to 180, and the horizontal gauge 104 is remounted in the launch tube 101. That is, even if the roll angle of the launch tube 101 becomes 180, the level gauge 104 is remounted so that the level gauge 104 may be level.

제어부는 상기 발사관의 롤 각이 180도일 때 그 발사관(101) 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제3 자세를 계산한다. 즉, 제어부는 롤 각이 180도가 된 관성항법장치의 축(205)을 가상의 수평축(206)으로 변환하여 관성항법장치의 제3 자세를 계산한다.The control unit calculates the third posture of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (the longitudinal inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube 101 when the roll angle of the launch tube is 180 degrees. That is, the controller calculates the third attitude of the inertial navigation apparatus by converting the axis 205 of the inertial navigation apparatus whose roll angle is 180 degrees into the virtual horizontal axis 206.

제어부는 상기 롤 각이 180일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 계산된 제3 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 y축(206)의 제3 비정렬각을 구한다.The controller obtains a third misalignment angle between the x-axis and the y-axis 206 of the inertial navigation apparatus by comparing the reference position of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated third position when the roll angle is 180.

이후, 발사관(101)의 롤 각이 270도가 되도록 회전치구(102)를 회전시킨 후 고정시키고 발사관(101)에 수평계(104)를 재장착한다. 즉, 발사관(101)의 롤 각이 270도가 되어도 수평계(104)가 수평을 유지하도록 그 수평계(104)를 재장착한다.Thereafter, the rotary jig 102 is rotated and fixed so that the roll angle of the launch tube 101 is 270 degrees, and the horizontal gauge 104 is remounted in the launch tube 101. That is, even if the roll angle of the launch tube 101 becomes 270 degree | times, the level gauge 104 is remounted so that the level gauge 104 may be level.

제어부는 상기 발사관의 롤 각이 270도일 때 그 발사관(101) 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제4 자세를 계산한다. 즉, 제어부는 롤 각이 270도가 된 관성항법장치의 축(207)을 가상의 수평축(208)으로 변환하여 관성항법장치의 제4 자세를 계산한다.The control unit calculates the fourth posture of the inertial navigation apparatus by using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (long inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube 101 when the roll angle of the launch tube is 270 degrees. That is, the controller calculates the fourth attitude of the inertial navigation apparatus by converting the axis 207 of the inertial navigation apparatus whose roll angle is 270 degrees into the virtual horizontal axis 208.

제어부는 상기 롤 각이 270일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 상기 계산된 제4 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 z축(208)의 제4 비정렬각을 구한다.The control unit obtains a fourth misalignment angle of the x-axis and the z-axis 208 of the inertial navigation apparatus by comparing the reference position of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated fourth position when the roll angle is 270.

제어부는 상기 계산된 제1 내지 제4 비정렬각을 평균화하여 관성항법장치의 세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각을 산출하고, 이를 저장부(도시하지 않음)에 저장한다. The controller calculates the misalignment angles of three axes (x-axis, y-axis, and z-axis) of the inertial navigation apparatus by averaging the calculated first to fourth misalignment angles, and storing them in a storage unit (not shown). do.

제어부는 상기 저장된 세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각을 이용하여 관성항법장치의 초기정렬을 수행한다.The controller performs an initial alignment of the inertial navigation apparatus using the misalignment angles of the three stored axes (x, y, and z axes).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발사관의 롤 회전을 이용한 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법을 나타낸 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of calculating an alignment angle of an inertial navigation apparatus using a roll rotation of a launch tube according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 발사관의 롤 각에 따른 발사관내 관성항법장치의 축과 가상의 수평축을 정의한 예시도이다.FIG. 3 is an exemplary diagram in which an axis and an imaginary horizontal axis of an inertial navigation device in a launch tube according to a roll angle of the launch tube are defined.

먼저, 발사대에 장착되는 발사관(101)은, 발사관(101)을 감싸도록 형성되고, 발사관(101)과 함께 360도 롤(Roll) 회전이 가능한 회전 치구(회전 구조물)(102)에 장착된다. 예를 들면, 수평상태에서 발사관(101)의 롤 각을 0도로 하고 발사관의 기준이 되는 면에 수평계 치구(103)를 장착하고, 그 수평계 치구(103)에 수평계(104)를 장착한다. 이때, 발사관 내 항체에 장착된 관성항법장치의 축은 발사관의 축(201)과 동일하다고 가정한다.First, the launch tube 101 mounted to the launch pad is formed to surround the launch tube 101, and is mounted to the rotary jig (rotating structure) 102 capable of 360 degree roll rotation with the launch tube 101. For example, in the horizontal state, the roll angle of the launch tube 101 is set at 0 degrees, and the level jig 103 is attached to the surface serving as a standard of the launch tube, and the level jig 103 is attached to the level jig 103. At this time, it is assumed that the axis of the inertial navigation apparatus mounted on the antibody in the launch tube is the same as the axis 201 of the launch tube.

제어부는, 관성항법장치의 세 축의 비정렬각을 계산하기 위해, 관성항법장치에서 출력되는 가속도 값을 검출하고(S11), 그 가속도 값을 이용하여 X축과 Y축의 자세인 롤(Roll)과 피치(Pitch)에 대한 자세를 구한다. 제어부는 관성항법장치에 연결될 수 있다.The control unit detects an acceleration value output from the inertial navigation apparatus (S11), and calculates the roll angles of the X and Y axes using the acceleration values to calculate the misalignment angles of the three axes of the inertial navigation apparatus. Find the attitude about pitch. The control unit may be connected to the inertial navigation apparatus.

제어부는, 관성항법장치의 X축, Y축, Z축 가속도계에서 출력되는 가속도 값을

Figure 112017062169725-pat00033
라고 가정하고, 센서 노이즈를 감소시키기 위하여 평균 가속도 값(
Figure 112017062169725-pat00034
)을 구한다. 예를 들면, 제어부는 센서 노이즈를 감소시키기 위하여 1초 내지 10초 간의 평균 가속도 값(
Figure 112017062169725-pat00035
)을 구한다. The controller controls the acceleration values output from the X, Y, and Z axis accelerometers of the inertial navigation system.
Figure 112017062169725-pat00033
The average acceleration value (
Figure 112017062169725-pat00034
) For example, the controller may control the average acceleration value (1 second to 10 seconds) to reduce sensor noise.
Figure 112017062169725-pat00035
)

제어부는 가속도 값(

Figure 112017062169725-pat00036
)을 이용하여 발사관(101)의 롤 각이 0도일 때 관성항법장치의 자세인 롤(Roll)과 피치(Pitch)의 자세(관성항법장치의 제1 자세)를 수학식 1과 같이 구한다(S12, S16).The control unit has an acceleration value (
Figure 112017062169725-pat00036
Using (), when the roll angle of the launch tube 101 is 0 degrees, the posture of the roll and the pitch (first posture of the inertial navigation apparatus), which is the posture of the inertial navigation apparatus, is obtained as in Equation 1 (S12). , S16).

도면 3의 도면 부호 201은 롤 각이 0도 일 때 발사관(101)과 관성항법장치의 축을 정의한 것이고, 도면 부호 202는 롤 각이 0도 일 때 관성항법장치의 가상 축을 정의한 것이다.Reference numeral 201 in FIG. 3 defines an axis of the launch tube 101 and the inertial navigation apparatus when the roll angle is 0 degrees, and reference numeral 202 defines a virtual axis of the inertial navigation apparatus when the roll angle is 0 degrees.

Figure 112017062169725-pat00037
Figure 112017062169725-pat00037

제어부는 수평계(104)로부터 구한 발사관(101)의 기준자세인 롤(Roll)과 피치(Pitch)를 “Ref. Roll”, “Ref. Pitch”라 가정하고, 롤 0 도에서 발사관내 항체에 장착된 관성항법장치의 x축과 y축의 비정렬각(

Figure 112017062169725-pat00038
,
Figure 112017062169725-pat00039
)을 수학식 2와 같이 구한다(S20). The control unit controls Roll and Pitch, which are the reference postures of the launch tube 101 obtained from the level gauge 104, to “Ref. Roll ”,“ Ref. Pitch ”, and the misalignment angle between the x-axis and y-axis of the inertial navigation system mounted on the antibody in the launch tube at roll 0 degrees.
Figure 112017062169725-pat00038
,
Figure 112017062169725-pat00039
) Is calculated as in Equation 2 (S20).

Figure 112019015327888-pat00068
Figure 112019015327888-pat00068

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다음으로, 발사관(101)의 롤 각이 90도(203)가 되도록 회전 치구(102)를 회전시킨다. 발사관의 기준이 되는 면에 수평계 치구(103)를 장착하면 이때의 관성항법장치의 축은 도 3의 부호203과 같다. 이때 관성항법장치에서 출력되는 z축 값의 부호를 바꾸면 롤 0과 같이 수평상태의 축(204)이라 가정을 하고, 관성항법장치에서 출력되는 가속도 값을 이용하여 X축과 Z축의 가상의 수평자세인 롤(Roll)과 피치(Pitch)를 구할 수 있다. 이때 제어부는 발사관(101)의 롤 각이 90도일 때 그 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제2 자세인 롤과 피치의 자세(관성항법장치의 제2 자세)를 수학식 3과 같이 구한다(S13, S17).Next, the rotary jig 102 is rotated such that the roll angle of the launch tube 101 is 90 degrees 203. When the horizontal jig 103 is mounted on the surface of the launch tube, the axis of the inertial navigation apparatus at this time is the same as 203 in FIG. At this time, if the sign of the z-axis value output from the inertial navigation system is changed, it is assumed that it is the axis 204 in the horizontal state as in roll 0, and the virtual horizontal posture of the X-axis and Z-axis is made using the acceleration value output from the inertial navigation system. In-roll and pitch can be calculated | required. At this time, when the roll angle of the launch tube 101 is 90 degrees, the control unit uses the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (the longitudinal inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube. (2nd attitude | position of an inertial navigation apparatus) is calculated | required as Formula (3) (S13, S17).

도면 3의 도면 부호 203은 롤 각이 90도 일 때 발사관(101)과 관성항법장치의 축을 정의한 것이고, 도면 부호 204는 롤 각이 90도 일 때 관성항법장치의 가상 축을 정의한 것이다.Reference numeral 203 of FIG. 3 defines the axes of the launch tube 101 and the inertial navigation apparatus when the roll angle is 90 degrees, and reference numeral 204 defines the virtual axis of the inertial navigation apparatus when the roll angle is 90 degrees.

Figure 112017062169725-pat00042
Figure 112017062169725-pat00042

제어부는 상기 롤 각이 90일 때 상기 계산된 제2 자세와 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 z축의 제2 비정렬각을 구한다(S21). 즉, 제어부는, 수평계로부터 구한 발사관의 기준 자세와 롤 90도일 때 관성항법장치의 제2 비정렬각을 수학식 4와 같이 구한다. 가상의 수평축에서 z축의 부호는 반대이므로 Pitch 값은 부호가 반대가 된다.When the roll angle is 90, the controller compares the calculated second posture with the reference posture of the launch tube measured by the horizontal plane, and obtains a second misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus (S21). That is, the control unit obtains the second non-alignment angle of the inertial navigation apparatus as shown in Equation 4 at the reference posture of the launch tube and the roll 90 degrees obtained from the horizontal system. Since the sign of the z-axis is reversed on the virtual horizontal axis, the pitch value is reversed.

Figure 112019015327888-pat00069
Figure 112019015327888-pat00069

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다음으로, 발사대의 롤 자세가 180도가 되도록 회전 치구를 회전시킨다. 발사대의 기준이 되는 면에 수평계 치구(103)를 장착한다. 이때 관성항법장치의 축은 도3의 부호 205와 같다. 이때 관성항법장치에서 출력되는 y축과 z축 값의 부호를 바꾸면 롤 0과 같이 수평상태의 축(206)이라 가정을 하고, 관성항법장치에서 출력되는 가속도 값을 이용하여 X축과 Y축의 가상의 수평자세인 롤(Roll)과 피치(Pitch)를 구할 수 있다. 이때, 제어부는 발사관(101)의 롤 각이 180도일 때 그 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제3 자세인 롤과 피치의 자세(관성항법장치의 제3 자세)를 수학식 5와 같이 구한다(S14, S18).Next, the rotary jig is rotated so that the roll posture of the launch pad is 180 degrees. The horizontal jig 103 is mounted on the surface of the launch pad. At this time, the axis of the inertial navigation system is the same as 205 of FIG. At this time, if the sign of the y-axis and z-axis values output from the inertial navigation system is changed, it is assumed that the axis 206 is in the horizontal state as shown in roll 0, and the X and Y axes are simulated using the acceleration values output from the inertial navigation system. The horizontal posture roll and pitch can be obtained. At this time, when the roll angle of the launch tube 101 is 180 degrees, the controller uses the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (the longitudinal inertial navigation apparatus) installed in the antibody in the launch tube to adjust the roll and pitch, which is the third posture of the inertial navigation apparatus. The posture (third posture of the inertial navigation apparatus) is obtained as in Equation 5 (S14, S18).

도면 3의 도면 부호 205는 롤 각이 180도 일 때 발사관(101)과 관성항법장치의 축을 정의한 것이고, 도면 부호 206은 롤 각이 180도 일 때 관성항법장치의 가상 축을 정의한 것이다.Reference numeral 205 of FIG. 3 defines an axis of the launch tube 101 and the inertial navigation apparatus when the roll angle is 180 degrees, and reference numeral 206 defines a virtual axis of the inertial navigation apparatus when the roll angle is 180 degrees.

Figure 112017062169725-pat00045
Figure 112017062169725-pat00045

제어부는 상기 롤 각이 180일 때 상기 계산된 제3 자세와 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 y축의 제3 비정렬각을 구한다(S22). 즉, 제어부는, 수평계로부터 구한 발사대의 기준자세와 롤 180도에서 관성항법장치와 발사대 사이의 비정렬각을 구하면 수학식 6과 같다. 가상의 수평축에서 y축의 부호는 반대이므로 Pitch 값은 부호가 반대가 된다.When the roll angle is 180, the controller compares the calculated third posture with the reference posture of the launch tube measured by the horizontal system, and obtains a third misalignment angle between the x-axis and the y-axis of the inertial navigation apparatus (S22). That is, the control unit obtains the misalignment angle between the inertial navigation apparatus and the launch pad at the reference position of the launch pad obtained from the horizontal system and the roll 180 degrees, as shown in Equation (6). Since the sign of the y-axis is reversed on the virtual horizontal axis, the pitch value is reversed.

Figure 112019015327888-pat00070
Figure 112019015327888-pat00070

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다음으로, 발사관(101)의 롤 각이 270도가 되도록 회전 치구(102)를 회전시킨다. 발사관(101)의 기준이 되는 면에 수평계 치구(103)를 장착한다. 이때 관성항법장치의 축은 도3의 부호 207과 같다. 이때 관성항법장치에서 출력되는 y축 값의 부호를 바꿔서 롤 0과 같이 수평상태의 축(208)이라 가정을 하고, 관성항법장치에서 출력되는 가속도 값을 이용하여 X축과 Z축의 가상의 수평자세인 롤(Roll)과 피치(Pitch)를 구할 수 있다. 이때, 제어부는 발사관(101)의 롤 각이 270도일 때 그 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치(종 관성항법장치)의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제3 자세인 롤과 피치의 자세(관성항법장치의 제3 자세)를 수학식 7과 같이 구한다(S15, S19).Next, the rotary jig 102 is rotated such that the roll angle of the launch tube 101 is 270 degrees. The horizontal jig 103 is mounted on the surface serving as a reference of the launch tube 101. At this time, the axis of the inertial navigation system is the same as 207 of FIG. At this time, the sign of the y-axis value output from the inertial navigation system is assumed to be the axis 208 in the horizontal state as in roll 0, and the virtual horizontal posture of the X-axis and Z-axis is made using the acceleration value output from the inertial navigation system. In-roll and pitch can be calculated | required. At this time, when the roll angle of the launch tube 101 is 270 degrees, the controller uses the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus (the longitudinal inertial navigation apparatus) installed on the antibody in the launch tube to adjust the roll and pitch, which is the third posture of the inertial navigation apparatus. The posture (third posture of the inertial navigation apparatus) is obtained as in Equation 7 (S15, S19).

도면 3의 도면 부호 207은 롤 각이 270도 일 때 발사관(101)과 관성항법장치의 축을 정의한 것이고, 도면 부호 208는 롤 각이 270도 일 때 관성항법장치의 가상 축을 정의한 것이다.Reference numeral 207 of FIG. 3 defines an axis of the launch tube 101 and the inertial navigation apparatus when the roll angle is 270 degrees, and reference numeral 208 defines a virtual axis of the inertial navigation apparatus when the roll angle is 270 degrees.

Figure 112017062169725-pat00048
Figure 112017062169725-pat00048

제어부는 상기 롤 각이 270일 때 상기 계산된 제4 자세와 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 z축의 제4 비정렬각을 구한다(S23). 즉, 제어부는, 수평계로부터 구한 발사대 기준자세와 롤 270도에서 관성항법장치와 발사대 사이의 비정렬각을 구하면 수학식 8과 같다.When the roll angle is 270, the controller compares the calculated fourth posture with the reference posture of the launch tube measured by the horizontal system to obtain a fourth misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus (S23). That is, the control unit obtains the misalignment angle between the inertial navigation system and the launch pad at the launch platform reference posture obtained from the horizontal system and the roll 270 degrees.

Figure 112019015327888-pat00071
Figure 112019015327888-pat00071

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제어부는, 상기 구한 제1 내지 제4 비정렬각들을 근거로 세축의 비정렬각

Figure 112017062169725-pat00051
을 수학식 9와 같이 구한다(S24).The controller may further include three axes of misalignment based on the obtained first to fourth misalignment angles.
Figure 112017062169725-pat00051
Is obtained as in Equation 9 (S24).

Figure 112017062169725-pat00052
Figure 112017062169725-pat00052

Figure 112017062169725-pat00053
Figure 112017062169725-pat00053

Figure 112017062169725-pat00054
Figure 112017062169725-pat00054

제어부는 상기 구한 세 축의 비정렬각

Figure 112017062169725-pat00055
을 항체의 메모리에 저장을 한다(S25). 발사관이 수직 발사대에 장착되고 정밀한 항법장치의 정보가 발사대까지 보상되어 입력되면 종 관성항법장치는 이를 이용하여 빠르게 초기자세를 구할 수 있게 된다.The control unit is a non-alignment angle of the three axes
Figure 112017062169725-pat00055
Is stored in the memory of the antibody (S25). When the launch tube is mounted on the vertical launch pad and the precise navigation information is compensated and entered into the launch pad, the inertial navigation system can use this to quickly obtain the initial posture.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 비정렬각 산출 장치 및 그 방법은, x축과 y축의 비정렬각

Figure 112017062169725-pat00056
와
Figure 112017062169725-pat00057
를 구하기 위해 롤 0도 또는 180도를 회전하는 것과 x축과 z축의 비정렬각
Figure 112017062169725-pat00058
와
Figure 112017062169725-pat00059
를 구하기 위해 롤 90도 또는 롤 270도를 회전하는 단계를 세트로 사용하여
Figure 112017062169725-pat00060
,
Figure 112017062169725-pat00061
,
Figure 112017062169725-pat00062
를 구할 수도 있다.In addition, the misalignment angle calculating device and the method according to an embodiment of the present invention, the misalignment angle of the x-axis and y-axis
Figure 112017062169725-pat00056
Wow
Figure 112017062169725-pat00057
Rotate the roll 0 degrees or 180 degrees to find the
Figure 112017062169725-pat00058
Wow
Figure 112017062169725-pat00059
Using a set of steps to rotate a roll 90 degrees or a roll 270 degrees to obtain
Figure 112017062169725-pat00060
,
Figure 112017062169725-pat00061
,
Figure 112017062169725-pat00062
You can also get

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 발사관 세트의 롤 회전을 이용하여 발사관 내 항체에 장착된 관성항법장치의 비정렬각 산출 장치를 나타낸 다른 예시도이다.Figure 4 is another exemplary view showing a non-aligned angle calculation device of the inertial navigation apparatus mounted on the antibody in the launch tube using the roll rotation of a plurality of launch tube set according to another embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비정렬각 산출 장치는,As shown in FIG. 4, the misalignment angle calculating device according to another embodiment of the present invention is

다수의 다발로 구성된 발사관(401)과;A launch tube 401 composed of a plurality of bundles;

발사관(401)을 회전시키기 위한 회전 치구(회전 구조물)(402)와;A rotary jig (rotating structure) 402 for rotating the launch tube 401;

발사관(401)의 일측에 장착된 관성측정기(또는 관성항법 장치)(404)와;An inertial measurement unit (or inertial navigation apparatus) 404 mounted on one side of the launch tube 401;

발사관(401)의 롤 회전을 이용하여 항체 내 관성항법장치의 세축의 비정렬각을 산출하는 제어부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.It may include a control unit (not shown) for calculating the misalignment angle of the three axes of the inertial navigation apparatus in the antibody by using the roll rotation of the launch tube 401.

본 발명의 다른 실시예에 따른 비정렬각 산출 장치는, 다수의 다발로 구성된 발사관(401)의 일측(후단)에 장착된 관성측정기(또는 관성항법 장치) 장착 치구(403)를 더 포함 할 수 있으며, 관성측정기(또는 관성항법 장치)(404)는 상기 관성측정기(또는 관성항법 장치) 장착 치구(403)에 탈착 또는 부착가능하게 구성될 수 있다.The misalignment angle calculating device according to another embodiment of the present invention may further include an inertia measuring instrument (or inertial navigation apparatus) mounting jig 403 mounted to one side (rear) of the launch tube 401 composed of a plurality of bundles. In addition, the inertial measurement unit (or inertial navigation device) 404 may be configured to be detachable or attachable to the inertial measurement device (or inertial navigation device) mounting jig 403.

본 발명의 실시예에 따른 제어부(도시하지 않음)는 발사관(401)의 롤 회전을 이용하여 상기 항체에 장착된 관성항법장치의 세 축의 비정렬각을 산출한다.A control unit (not shown) according to an embodiment of the present invention calculates the misalignment angles of three axes of the inertial navigation apparatus mounted on the antibody by using the roll rotation of the launch tube 401.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 항체에 장착된 관성항법장치의 비정렬각을 이용한 관성항법장치의 초기 정렬 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flow chart showing an initial alignment method of the inertial navigation apparatus using the misalignment angle of the inertial navigation apparatus mounted on the antibody according to another embodiment of the present invention.

도 5에 도시한 바와 같이, 제어부는, As shown in Figure 5, the control unit,

관성항법장치의 비정렬각을 이용한 초기정렬 방법은, 수평자세에서 롤 회전을 이용하여 관성항법장치(예를 들면, 종 관성항법장치)의 자세를 계산(S21)하고,In the initial alignment method using the misalignment angle of the inertial navigation apparatus, the attitude of the inertial navigation apparatus (e.g., longitudinal inertial navigation apparatus) is calculated (S21) using the roll rotation in the horizontal position,

그 계산된 자세와, 발사대 기준면에 장착된 수평계, 관성측정기 또는 관성항법장치를 이용하여 계산된 제2 자세(S22)의 차이를 근거로 세 축의 비정렬각을 계산한다(S23). The non-alignment angles of the three axes are calculated based on the difference between the calculated posture and the second posture S22 calculated using a level gauge, an inertial measuring instrument, or an inertial navigation apparatus mounted on the launch pad reference surface (S23).

상기 제어부는, 그 계산된 세 축의 비정렬각을 항체에 저장하며(S24), 항체 발사 직전 상기 저장된 비정렬각과 주 관성항법장치의 자세를 이용하여 항체 내 관성항법장치(종 관성항법장치)의 초기자세를 계산한다(S25).The control unit stores the calculated non-alignment angles of the three axes in the antibody (S24), and uses the stored non-alignment angles and the postures of the main inertial navigation device immediately before the antibody is released, thereby inducing the The initial posture is calculated (S25).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 수평자세에서 롤 회전을 이용하여 발사관의 수직자세가 없어도 세 축의 비정렬각을 구할 수 있다.As described above, in the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain the misalignment angle of three axes by using the roll rotation in the horizontal position without the vertical attitude of the launch tube.

본 발명의 실시예에 따른 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 상기와 같이 수평계를 이용하여 정밀한 주 관성항법장치가 없어도 세 축의 비정렬각을 구할 수 있다. In the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus according to the embodiment of the present invention, three axes of misalignment angles can be obtained without the precise main inertial navigation apparatus using a horizontal system as described above.

본 발명의 실시예에 따른 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 상기와 같이 세 축의 비정렬각을 계산하여, 기존 One-Shot 정렬에서 수직상태에서 가속도계의 측정값을 이용하지 않고도 목표 정렬 정확도를 만족하는 초기정렬을 수행할 수 있게 된다.In the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus according to the embodiment of the present invention, the misalignment angle of three axes is calculated as described above, and the target alignment accuracy is achieved without using the accelerometer measurement value in the vertical state in the existing one-shot alignment. Initial alignment that satisfies can be performed.

본 발명의 실시예에 따른 관성항법장치의 비정렬각 산출 방법은, 상기와 같이 사전에 저장된 세 축의 비정렬각과 주관성항법장치의 항법 정보를 이용하여 항체의 초기 자세를 신속하게 결정할 수 있다. 따라서 초기정렬 시간을 단축할 수 있다.In the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus according to the embodiment of the present invention, the initial posture of the antibody can be quickly determined using the misalignment angle of three axes stored in advance and the navigation information of the subjective navigation apparatus. Therefore, initial alignment time can be shortened.

Claims (5)

삭제delete 항체의 발사관 내 관성항법장치의 비정렬각을 산출하는 방법에 있어서,
항체의 발사대에 장착되는 발사관에 360도 롤(Roll) 회전이 가능한 회전 치구를 장착하는 단계와;
발사관의 롤 각이 0도가 되도록 발사관을 고정시키고, 발사관에 수평계를 장착하는 단계와;
발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치의 가속도계의 가속도값을 검출하는 단계와;
상기 발사관의 롤 각이 0도 일 때 상기 관성항법장치의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제1 자세를 계산하는 단계와;
상기 롤 각이 0도 일 때 상기 수평계에서 측정된 발사대의 기준 자세와 상기 관성항법장치의 제1 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 y축의 제1 비정렬각을 구하는 단계와;
상기 발사관의 롤 각이 90도일 때 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치의 가속도계의 가속도값을 이용하여 상기 관성항법장치의 제2 자세를 계산하는 단계와;
상기 롤 각이 90도 일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 상기 계산된 제2 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 z축의 제2 비정렬각을 구하는 단계와;
발사관의 롤 각이 180도 일 때 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제3 자세를 계산하는 단계와;
상기 롤 각이 180도 일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 계산된 제3 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 y축의 제3 비정렬각을 구하는 단계와;
상기 발사관의 롤 각이 270도일 때 발사관 내의 항체에 설치된 관성항법장치의 가속도계의 가속도값을 이용하여 관성항법장치의 제4 자세를 계산하는 단계와;
상기 롤 각이 270도 일 때 수평계에서 측정된 발사관의 기준 자세와 상기 계산된 제4 자세를 비교하여 관성항법장치의 x축과 z축의 제4 비정렬각을 구하는 단계와;
상기 계산된 제1 내지 제4 비정렬각을 평균화하여 관성항법장치의 세 축(x축, y축, z축)의 비정렬각을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정렬각 산출 방법.In the method of calculating the misalignment angle of the inertial navigation apparatus in the launch tube of the antibody,
Mounting a rotary jig capable of rotating a 360 degree roll on a launch tube mounted on a launch pad of the antibody;
Fixing the launch tube so that the roll angle of the launch tube is 0 degrees, and mounting a level on the launch tube;
Detecting an acceleration value of an accelerometer of the inertial navigation apparatus installed in the antibody in the launch tube;
Calculating a first attitude of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus when the roll angle of the launch tube is 0 degrees;
Obtaining a first misalignment angle between the x-axis and the y-axis of the inertial navigation system by comparing the reference attitude of the launch pad and the first attitude of the inertial navigation system measured when the roll angle is 0 degrees;
Calculating a second posture of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus installed in the antibody in the launch tube when the roll angle of the launch tube is 90 degrees;
Obtaining a second misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus by comparing the reference position of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated second position when the roll angle is 90 degrees;
Calculating a third posture of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus installed in the antibody in the launch tube when the roll angle of the launch tube is 180 degrees;
Obtaining a third misalignment angle between the x-axis and the y-axis of the inertial navigation apparatus by comparing the reference position of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated third position when the roll angle is 180 degrees;
Calculating a fourth posture of the inertial navigation apparatus using the acceleration value of the accelerometer of the inertial navigation apparatus installed on the antibody in the launch tube when the roll angle of the launch tube is 270 degrees;
Obtaining a fourth misalignment angle between the x-axis and the z-axis of the inertial navigation apparatus by comparing the reference position of the launch tube measured in the horizontal system with the calculated fourth position when the roll angle is 270 degrees;
Calculating an unalignment angle of three axes (x-axis, y-axis, and z-axis) of the inertial navigation apparatus by averaging the calculated first to fourth non-alignment angles. . 제 2항에 있어서, 상기 비정렬각을 구하기 위해 상기 수평계 대신 관성측정기 또는 관성항법장치를 이용하여 상기 발사관의 기준 자세를 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비정렬각 산출 방법.The method of claim 2, further comprising: obtaining a reference position of the launch tube using an inertial measuring device or an inertial navigation device instead of the level to obtain the misalignment angle. 제2항에 있어서, 상기 발사관은 하나 또는 다수의 발사관이며,
상기 다수의 발사관 내의 다수의 항체에 장착된 다수의 관성항법장치의 비정렬각을 산출하는 방법을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비정렬각 산출 방법.
The method of claim 2, wherein the launch tube is one or more launch tubes,
And calculating a misalignment angle of the plurality of inertial navigation apparatuses mounted on the plurality of antibodies in the plurality of launch tubes.
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