광섬유 자이로스코프, UAV의 정밀 자율 비행 실현

광섬유 자이로: 개요

광섬유 자이로스코프란 무엇인가요?

광섬유 자이로스코프(FOG)는 코일형 광섬유 내의 빛 간섭을 활용하여 회전 운동을 감지하는 첨단 각속도 센서입니다. 기존의 기계식 자이로와 달리 FOG는 움직이는 부품이 없어 내구성이 향상되고 유지 보수 필요성이 줄어들며 진동 및 충격에 대한 저항력이 뛰어납니다.

UAV 항법 시스템에 통합되면 FOG는 롤, 피치 및 요 축을 따라 차량이 회전하는 속도를 측정하여 실시간 회전 데이터를 제공합니다. 이 데이터는 GNSS와 같은 외부 위치 신호가 손상된 경우에도 정확한 자세 및 방위각 추정에 필수적입니다.

FOG가 UAV 항법에 중요한 이유

정밀한 자세 제어 및 안정성

지구 표면에 대한 방향인 UAV의 자세를 제어하려면 자이로스코프가 필수적인 역할을 합니다. 자이로스코프는 비행 제어기에 실시간 각속도 데이터를 제공하여 드론이 안정적인 비행을 유지하고, 부드럽게 회전하며, 변화하는 공기역학적 힘에 신속하게 대응할 수 있도록 합니다. 정확한 자이로 데이터가 없으면 UAV는 드리프트, 진동을 경험하거나 안정적인 비행 경로를 유지하지 못할 수 있습니다.

GPS 없이 항법

GPS 및 GNSS 시스템은 일반적으로 사용되지만, 특히 도시 환경, 실내 또는 전자 간섭 하에서 신호 중단, 재밍 및 다중 경로 효과로 인한 오류에 취약합니다. FOG를 관성 항법 시스템(INS)에 통합함으로써 UAV는 GPS 신호가 손실된 경우에도 방향과 움직임을 계속 결정하여 중단 없는 임무 수행과 안전을 보장할 수 있습니다.

뛰어난 정밀도와 낮은 드리프트

FOG는 매우 안정적인 회전 측정과 시간이 지남에 따른 최소한의 드리프트로 알려져 있습니다. 이는 측량, 매핑 및 자율 작동과 같이 정밀한 항법이 필요한 응용 분야에서 중요한 요소입니다. 이 낮은 드리프트는 장기간에도 센서의 판독값이 안정적으로 유지되어 장시간 비행 시 발생할 수 있는 오류의 가능성을 줄여줍니다.

FOG 기반 항법이 UAV에서 작동하는 방식

일반적으로 UAV에서 FOG는 선형 가속도를 측정하기 위한 가속도계도 포함하는 관성 측정 장치(IMU)에 통합됩니다. IMU는 UAV의 온보드 항법 컴퓨터에 실시간 모션 데이터를 지속적으로 제공합니다. 컴퓨터는 센서 융합 알고리즘을 사용하여 이 데이터를 처리하여 다음을 추정합니다.

자세(롤, 피치, 요)

각속도

위치 및 속도(GNSS와 결합 시)

이 데이터는 외부 신호에 대한 의존도를 최소화하면서 비행 제어, 안정화, 웨이포인트 추적 및 자율적인 의사 결정을 가능하게 합니다.

LiCOF: 관성 항법 분야의 선도적인 혁신

2019년에 설립되어 중국 우한에 본사를 둔 LiCOF는 광섬유 자이로스코프, MEMS 기반 IMU 및 통합 항법 시스템과 같은 관성 감지 기술을 전문으로 하는 최첨단 기업입니다. 이들의 솔루션은 드론, 로봇 공학, 자율 주행 차량 등과 같은 고성능 응용 분야에서 사용하도록 설계되었습니다.

회사 개요

전문성: 첨단 관성 센서 및 항법 기술의 연구 개발, 개발 및 통합.

제품 범위: UAV용으로 맞춤화된 고정밀 FOG 센서, MEMS IMU 및 결합된 GNSS/INS 모듈 포함.

응용 분야: 로봇 공학, 드론, 자율 주행 차량, 스마트 농업, 엔지니어링 기계 및 위성 통신.

LiCOF는 광섬유 및 MEMS 기반 관성 기술을 모두 발전시켜 UAV 제조업체와 시스템 통합업체가 정밀성, 신뢰성 및 복원력에 중점을 둔 항법 시스템을 구축할 수 있도록 지원합니다. 이는 임무 수행에 중요한 작업에 필수적입니다.

UAV에서 FOG 기반 항법의 주요 이점

광섬유 자이로스코프 기반 시스템은 UAV 항법에 다음과 같은 다양한 이점을 제공합니다.

솔리드 스테이트 신뢰성:

움직이는 부품이 없다는 것은 마모가 줄어들고 유지 보수가 줄어들며 기존 기계식 자이로에 비해 작동 수명이 연장된다는 의미입니다.

높은 정확도:

FOG는 낮은 드리프트와 안정적인 각속도 판독값을 제공하여 장시간 비행 시 정밀한 제어를 유지하는 데 중요합니다.

가혹한 환경에서의 복원력:

진동, 충격 및 전자기 간섭에 견딜 수 있는 FOG는 역동적이고 까다로운 비행 조건에서 작동하는 UAV에 이상적입니다.

GPS로부터의 독립성:

FOG 지원 INS는 GNSS 신호가 약하거나 없을 때에도 움직임과 방향을 추적하여 중단 없는 작동을 보장합니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

Q: 모든 UAV가 광섬유 자이로스코프를 사용하나요?

A: 모든 UAV가 그렇지는 않습니다. 많은 소비자용 또는 취미용 드론은 비용 및 크기 문제로 인해 MEMS 자이로스코프를 사용합니다. 그러나 고급 산업용 또는 군사용 UAV는 종종 FOG 또는 하이브리드 항법 시스템에 의존하여 뛰어난 정밀도와 신뢰성을 보장합니다.

Q: FOG가 GPS를 완전히 대체할 수 있나요?

A: FOG는 뛰어난 회전 데이터와 모션 추적을 제공하지만 GPS와 같이 절대적인 지리적 위치를 측정하지는 않습니다. GNSS 시스템을 보완하여 GPS를 사용할 수 없을 때 지속적인 항법을 보장합니다.

Q: 광섬유 자이로스코프는 비싼가요?

A: FOG는 고급 광학 부품과 고성능 기능으로 인해 MEMS 센서보다 비싼 경향이 있습니다. 그러나 정밀한 항법이 필요한 임무 수행에 중요한 응용 분야(예: 가시선 밖(BVLOS) 작동)에서는 비용이 정당화됩니다.

Q: UAV용 FOG 기반 항법 시스템은 얼마나 작게 만들 수 있나요?

A: 최근 소형화 기술의 발전으로 성능 저하 없이 소형에서 중형 UAV에 소형 FOG 모듈과 IMU를 통합할 수 있게 되었습니다.

결론

광섬유 자이로스코프는 고성능 UAV 항법 시스템의 핵심 요소입니다. 뛰어난 정밀성, 신뢰성 및 견고성으로 인해 GPS 신호가 불안정하거나 사용할 수 없는 환경에서 필수적입니다. FOG는 정확한 회전 데이터를 제공하고 관성 항법 시스템을 지원하여 UAV 안정성, 제어 및 자율성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 이는 상업, 산업 및 국방 분야에서 복잡한 임무를 수행하는 데 중요합니다. LiCOF와 같은 기업은 관성 감지 및 항법 통합 분야의 전문 지식을 통해 UAV 기술의 가능성을 넓혀 미래에 더욱 탄력적이고 유능한 항법 시스템을 구축하는 길을 열고 있습니다.