해군 및 잠수함 항법 시스템의 INS

정확한 항해는 특히 복잡하고 적대적인 환경이나 GPS가 없는 환경에서 효과적인 해군과 잠수함 작전의 척추입니다.위성 신호에 의존하는 표면선이나 항공기와는 달리, 잠수함은 글로벌 위치 시스템 (GPS) 신호가 침투할 수 없는 깊은 수중에서 작동하여 전통적인 위성 탐색을 쓸모 없게 만듭니다.이 때 관성 항법 시스템 (INS) 이 등장합니다.: 해상 항해의 무명 영웅으로서, INS는 외부 신호에 의존하지 않고 안정적이고 지속적인 위치 처리를 제공합니다.우리는 왜 INS가 해군과 잠수함 임무에 필수적인지, 어떻게 작동하는지, 그 종류, 응용, 도전, 미래 트렌드 모두 군사 및 국방 전문가의 고유 한 필요에 맞춘다.

GPS, GLONASS, 그리고 갈릴레오 를 포함한 글로벌 내비게이션 위성 시스템 (GNSS) 은 위성 들 과 시선 통신 을 통해 위치 를 결정 한다.바닷물은 전파 신호를 잘 전달하지 않습니다. 이 신호는 얇은 깊이에서도 빠르게 약화됩니다.수중 잠수함에는 전혀 사용할 수 없게 됩니다. 문제는 여기서 끝나지 않습니다.

• 잠수함은 잠수함 아래에서 몇 주 또는 몇 달 동안 지속될 수 있는 작전 중에 GPS에 의존할 수 없습니다.
• 표면 해군 선박은 종종 전투 지역에서 GPS 신호 장애를 겪으며, 전자 전쟁 (EW) 전술은 위성 통신을 목표로합니다.
• GPS 방해 및 위조는 신호를 왜곡하거나 차단하는 의도적인 간섭이 현대 군사 분쟁에서 일반적인 위협이며 위성 내비게이션을 중요한 임무에 신뢰할 수 없습니다.

INS는 GPS에 의해 남겨진 공백을 해결하고, 해군 및 잠수함 운영의 엄격한 요구 사항에 부합하는 독특한 이점을 제공합니다.:

INS는 외부 신호로부터 완전히 독립적으로 작동하며, 위치, 속도, 지향을 계산하기 위해 탑재된 센서만을 사용합니다.이것은 잠수함이 GPS 업데이트를 위해 표면으로 나오지 않고 긴 시간 동안 수중을 항해 할 수 있음을 의미합니다. 임무 비밀과 운영 연속성을 유지하는 데 중요합니다..

해군선과 잠수함은 극한의 조건에서 작동합니다. 깊은 바다의 압력, 폭넓은 온도 변동, 끊임없는 움직임, 충격과 진동에 노출됩니다.INS 시스템은 이러한 혹독한 환경에 견딜 수 있도록 설계되었습니다., 가장 어려운 시나리오에서도 일관된 성능을 보장합니다.

잠수함은 탐지로부터 벗어나기 위해 스텔스에 의존합니다. GPS나 신호에 의존하는 다른 시스템과는 달리 INS는 민감한 임무 중에 잠수함을 조용히 탐색할 수 있도록 무선 신호를 방출하지 않습니다.감시와 같은, 정찰, 또는 전략적 억지력.

인센티브 시스템 (INS) 은 외부 신호에 의존하지 않기 때문에 GPS 방해와 위조에 완전히 면역적입니다.항해의 무결성을 유지하는 것이 임무 성공과 실패의 차이를 의미할 수 있는 곳.

이너셜 내비게이션 시스템은 움직임을 측정하고 위치를 계산하기 위해 탑재된 센서를 사용합니다.INS는 알려진 초기 위치에서 시작하여 시간이 지남에 따라 배의 움직임을 측정하여 지속적으로 그 위치를 업데이트합니다..

해군용 INS 시스템은 세 가지 주요 구성 요소를 포함하고 있으며, 각각의 구성 요소는 정확한 탐사 데이터를 제공하기 위해 함께 작동합니다.

1. 가이로스코프: 배의 각속 (순환) 을 측정하고 방향의 변화를 추적합니다.
2. 가속계: 선형 가속 (속도 변화) 을 세 차원 (x, y, z) 에서 측정하여 배가 어느 방향으로든 얼마나 빨리 움직이고 있는지 추적합니다.
3. 내비게이션 컴퓨터: 지로스코프와 가속도 측정기의 데이터를 처리하고 시간이 지남에 따라 통합하고 배의 현재 위치, 속도 및 방향을 계산합니다.

통합 과정이 핵심입니다: 탐사 컴퓨터는 지속적인 움직임 측정을 취하고 초기 위치와 결합하고 실시간으로 배의 위치를 업데이트합니다.이것은 잠수함이 외부 참조 없이 몇 주 동안 항해 할 수 있도록 허용하지만 정확도는 시간이 지남에 따라 저하 될 수 있습니다..

모든 INS 시스템은 동일하지 않습니다. 해군 응용 프로그램은 플랫폼 (잠수함, 수면선, UUV) 및 임무 요구 사항에 맞게 각기 다른 유형의 INS를 사용합니다.현대 해군에 사용되는 가장 일반적인 유형은 다음과 같습니다.:

FOG 기반의 INS는 정확성, 신뢰성 및 내구성 균형 덕분에 현대 해군 선박 및 잠수함에서 가장 널리 사용되는 시스템입니다. 주요 장점은 다음과 같습니다.

• 높은 위치 정확성, 짧은 시간 또는 중간에 최소한의 이동.
• 낮은 유동 속도 (실수가 천천히 축적), 그것은 긴 수중 임무에 이상적입니다.
• 해양 환경에서도 장기간 안정적입니다.

RLG 기반의 INS는 해군 INS 시스템 중 가장 높은 수준의 정확성을 제공하여 중요하고 높은 위험 미션의 최우선 선택이됩니다.

• 전략 잠수함 (탄도 미사일 잠수함), 정확한 위치가 미사일 발사 정확성에 결정적입니다.
• 군사용 항공기와 첨단 국방 항법 시스템

RLG 시스템은 각속도를 측정하기 위해 레이저 빔을 사용하여 예외적인 정확도를 제공하지만 FOG 시스템보다 더 높은 비용으로 사용됩니다.

마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) INS는 작은 해군 플랫폼을 위해 설계된 컴팩트하고 비용 효율적인 옵션입니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 콤팩트 크기와 가벼운 무게로 무인 수중 차량 (UUV), 작은 표면 기구 및 휴대용 방어 시스템 등에 이상적입니다.
• 비용 효율성, 여러 플랫폼에 걸쳐 광범위한 배포를 허용합니다.
• UUV 감시 또는 해안 순찰과 같은 비전략적 임무에 충분한 정확성.

INS는 모든 주요 해군 플랫폼에서 응용 가능한 다재다능한 기술입니다. 외부 신호로부터 독립적으로 작동 할 수있는 능력은 광범위한 임무에 필수적입니다.

잠수함의 경우, INS는 잠수함 운영 중 주요 항법 시스템입니다.

• GPS 업데이트를 위해 표면으로 나오지 않고 수주 또는 몇 달 동안 수중 탐사 임무.
• 시그널 방출을 피함으로써 몰래 동작을 유지합니다.
• GPS가 완전히 사용할 수 없는 심해 환경에서 정확한 위치.

표면 선박은 INS를 GPS의 보조 및 보완 시스템으로 사용하며 다음을 제공합니다.

• GPS 장애 (예: 방해 또는 신호 차단로 인해) 중 지속적인 탐색
• 전투 시스템을 지원합니다. 목표물을 공격하기 위해 정확한 위치 설정에 의존합니다.
• 내비게이션 시스템의 과잉성, 하나의 시스템이 고장 났을 경우에도 운영 연속성을 보장합니다.

자율주행 UUV는 지뢰 탐지, 감시 및 환경 모니터링과 같은 해군 임무에 점점 더 많이 사용됩니다. INS는 UUV에 필수적이며 다음을 제공합니다.

• GPS가 사용할 수 없는 깊은 물에서의 탐색
• 정밀한 동작 제어로 UUV가 미리 프로그래밍된 경로를 따라가거나 실시간 명령에 반응할 수 있습니다.
• 소나르와 다른 센서와의 통합으로 UUV가 데이터를 수집하는 동안 탐색 할 수 있습니다.

미사일 시스템 (예: 구축함, 순양함, 탄도 미사일 잠수함) 으로 장착된 해군 선박은 INS에 의존합니다.

• 정확한 발사 위치 제공, 미사일 안내와 정밀 타격 능력에 중요한.
• 미사일이 최소한의 오류로 목표물을 타격할 수 있도록 표적 시스템을 지원합니다.
• 미사일 발사 중에 GPS가 없는 환경에서도 항법 무결성을 유지합니다.

INS는 해군 항해에 중요한 기술이지만, 제한이 없습니다. 이러한 과제를 이해하는 것은 실제 세계 임무에서 성능을 최적화하는 열쇠입니다:

INS의 가장 큰 한계는 시간이 지남에 따라 축적되는 센서 측정에서 작은 오류입니다. 자이로스코프와 가속계는 완벽하지 않습니다.각속도 또는 가속 측정의 아주 작은 부정확함조차도 며칠 또는 몇 주간의 작동 후 상당한 위치 오류로 이어질 수 있습니다.예를 들어, 시간당 0.1도 정도의 유동 속도는 수중에서 한 달 동안 작동한 후 몇 킬로미터 정도의 위치 오류를 초래할 수 있습니다.

위성 신호를 이용해서 오류를 수정할 수 있는 GPS와 달리, INS는 외부 참조 없이 변수를 수정할 수 있는 메커니즘을 가지고 있지 않습니다.위치 정확도는 외부 데이터로 시스템을 업데이트하지 않는 한 악화됩니다 (e예를 들어, 표면에서 GPS 또는 다른 항법 보조 장치).

독립적인 INS의 한계를 해결하기 위해 현대 해군 시스템은 INS를 다른 기술과 결합하여 하이브리드 항법 접근법을 사용하여 유동성을 줄이고 장기적 정확성을 유지합니다.가장 효과적인 해결책은 다음과 같습니다.:

이것은 해군 선박에 가장 일반적인 하이브리드 접근법입니다. 잠수함이 표면 (또는 표면 선박이 위성으로 시선을 가지고있을 때), GPS는 INS를 정확한 위치 데이터로 업데이트합니다.드리프트 오류 재설정잠수 상태에서 INS는 계속적인 탐색을 제공하여 GPS 업데이트 사이에 배가 코스를 유지하도록 보장합니다.

DVL는 선박의 속도를 해저 (또는 물 기둥) 에 비해 측정하여 속도에 대한 독립적인 참조를 제공합니다.해상 시스템들은 특히 DVL가 가장 효과적 인 수심이 깊지 않은 곳에서 유동 오류를 크게 줄일 수 있습니다..

소나르 시스템은 INS가 위치 오류를 수정하는 데 사용할 수있는 환경 참조 (예를 들어, 해저 지형, 수중 지표) 를 제공할 수 있습니다.이것은 특히 해안 수 또는 다른 해저 특징이있는 지역에서 유용합니다., 소나르는 INS 교정을 위해 "수중 GPS"로 작용할 수 있습니다.

해군 작전 이 복잡 해지고, 자율적 으로 진행 되고, GPS 를 거부 하게 되면서, 진보 된 INS 시스템 의 수요 가 증가 하고 있다. 해군 관성 항법 의 미래 를 형성 하는 주요 추세 들 은 다음 과 같다.

• 더 높은 정확성 센서: 차세대 회전경 (예: 첨단 FOG, 양자 회전경) 과 가속도 측정기가 발전되고 있어 유동률을 더욱 줄이고 있습니다.최소 오류로 더 긴 자율 수중 탐사를 가능하게 합니다..
• 더 긴 자율 운용: 하이브리드 내비게이션 시스템 (INS + DVL + 소나르 + AI) 은 외부 업데이트가 필요없이 잠수함과 UUV가 몇 달 동안 자율적으로 작동 할 수 있도록 최적화되고 있습니다.
• 인공지능과 자율 시스템과의 통합: 인공지능 (AI) 은 실시간으로 INS 데이터를 분석하고, 유동 오류를 감지하고, 내비게이션 결정을 최적화하는 데 사용되고 있습니다.이 통합은 자율 해군 플랫폼에 매우 중요합니다.예를 들어, 무인 표면 선박, UUV) 는 자기 교정 탐색을 필요로 합니다.
• 무인 플랫폼을 위한 소형화: MEMS 기술의 발전은 INS 시스템을 더 작고 가볍고 에너지 효율이 높게 만들고 있습니다.

관성 내비게이션 시스템 (INS) 은 현대 해군 및 잠수함 내비게이션의 초석입니다. INS 없이는 잠수함은 수중에서 효과적으로 작동 할 수 없습니다.그리고 표면 해군 선박은 GPS 방해와 신호 장애에 취약할 것입니다.자율적이고 신뢰할 수 있고 몰래 탐색 기능을 제공함으로써 INS는 GPS가 사용할 수 없거나 손상된 환경에서 해군 플랫폼이 번영 할 수 있습니다.

해군 작전이 진화함에 따라 자율성, 스텔스, GPS 거부 임무에 대한 관심이 증가함에 따라 고성능 INS 솔루션은 더욱 중요해질 것입니다.해군 항해 의 미래 는 INS 와 첨단 센서 를 결합 한 하이브리드 시스템 에 있다, 인공지능, 환경 데이터, 해군 선박과 잠수함이 어떤 도전이든 정확하고 신뢰할 수 있고 조용하게 항해 할 수 있도록 보장합니다.