MEMS vs FOG: 어떤 관성 시스템을 선택해야 할까요?

1. 배경

1963년 이후 링 레이저 자이로스코프(RLG)가 관성 항법 분야를 지배해 왔습니다. 최근 몇 년간 광섬유 자이로스코프(FOG)가 기술 업그레이드 덕분에 점차 RLG를 대체하고 있습니다. 한편, 빠르게 발전하는 MEMS 자이로스코프는 현재 많은 전술 및 항법 시나리오에서 FOG와 정면으로 경쟁하고 있습니다.

엔지니어들은 이제 이전처럼 단순한 결정을 내리는 대신, 관성 센서를 선택하기 전에 SWaP-C(크기, 무게, 전력 및 비용)를 완전히 평가해야 합니다.

2. FOG: 고정밀 시나리오의 여전한 최고 선택

FOG는 고성능 항법 작업을 위한 성숙하고 검증된 솔루션입니다. 초저잡음, 최소한의 바이어스 드리프트 및 뛰어난 안정성을 특징으로 하며, 이는 GNSS 신호를 사용할 수 없을 때 매우 중요합니다.

수중 항법 및 항공 우주 분야에서 널리 채택되고 있습니다. FOG는 뛰어난 북향 탐지 기능을 갖추고 있습니다. 이동 중에도 몇 분 안에 지구의 자전을 감지하여 진북을 찾을 수 있으며, GPS에 의존할 수 없는 수중 장비에 중요한 이점입니다.

또한, 잘 보정된 FOG는 온도 변화 및 강한 진동에 대해 MEMS보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘하여 항공기, 광산 기계 및 대형 안정화 시스템에 이상적입니다. FOG의 주요 단점은 높은 비용, 큰 크기 및 무거운 무게입니다.

3. MEMS: 성능 격차를 빠르게 좁히고 있습니다

실리콘 미세 가공 기술을 기반으로 MEMS IMU는 극적으로 발전했습니다. 가장 큰 장점은 초저비용(일반적으로 FOG보다 10배 이상 저렴), 컴팩트한 크기 및 낮은 전력 소비입니다.

MEMS는 소비자 드론, 차량 내비게이션, 카메라 안정화 및 UAV의 LiDAR 매핑과 같이 비용에 민감하고 가벼운 애플리케이션에 완벽하게 적합합니다. 배터리로 작동하는 무인 장치의 작동 시간을 크게 연장합니다.

그러나 MEMS에는 고유한 약점이 있습니다. 진동 및 음향 공진에 더 민감하며, 선형 가속으로 인한 g-민감도 오류가 발생합니다. 이러한 오류는 시간이 지남에 따라 누적되며 추가적인 알고리즘 보상이 필요합니다. FOG와 달리 MEMS는 일반적으로 정확한 방향을 얻기 위해 자기계 또는 GNSS에 의존합니다.

4. 비교 및 최종 선택 가이드

핵심 성능 비교

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일반적인 애플리케이션 매칭

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5. 하이브리드 솔루션: FOG + MEMS IMU

일부 제조업체는 Tamagawa의 제품과 같이 FOG와 MEMS를 결합한 하이브리드 IMU를 출시했습니다. 이 설계는 Z축 자이로에 i-FOG를, X/Y 축에 MEMS 자이로를 채택하여 자세 측정에 대한 고정밀, 크기 및 비용의 균형을 맞춥니다.

요약

FOG는 특히 GNSS 없이 장기간 위치를 파악하는 데 있어 최고의 항법 성능을 제공합니다. 고성능 MEMS는 컴팩트한 크기, 저전력 및 예산 관리가 우선시되는 대부분의 상업용 시나리오에 비용 효율적인 대안입니다. 많은 프로젝트에서 FOG+MEMS 하이브리드 모듈은 성능과 비용 간의 좋은 균형을 달성할 수 있습니다.