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획기적인 기술 발전의 시대에 항법 시스템은 핵심적인 축으로 부상하여 특히 정밀성이 중요한 분야에서 수많은 발전을 이끌었습니다. 초보적인 천체 항법에서 정교한 관성 항법 시스템(INS)으로의 여정은 탐험과 정밀성을 향한 인류의 끊임없는 노력을 보여줍니다. 본 분석에서는 INS의 복잡한 메커니즘을 심층적으로 탐구하고, 광섬유 자이로스코프(FOG)의 최첨단 기술과 광섬유 루프 유지에 있어 편광의 중추적인 역할을 살펴봅니다.
1부: 관성 항법 시스템(INS) 해독:
관성 항법 시스템(INS)은 자율 항법 보조 장치로서, 외부 신호에 관계없이 차량의 위치, 방향, 속도를 정밀하게 계산합니다. 이 시스템은 동작 센서와 회전 센서를 조화롭게 통합하여 초기 속도, 위치, 방향에 대한 계산 모델과 완벽하게 통합됩니다.
전형적인 INS는 세 가지 주요 구성 요소를 포함합니다.
· 가속도계: 이 중요한 요소는 차량의 선형 가속도를 기록하고, 움직임을 측정 가능한 데이터로 변환합니다.
· 자이로스코프: 각속도를 결정하는 데 필수적인 요소로, 시스템 방향 설정에 핵심적인 역할을 합니다.
· 컴퓨터 모듈: INS의 신경 중추로, 다면적인 데이터를 처리하여 실시간 위치 분석을 제공합니다.
INS는 외부 교란에 대한 내성을 갖추고 있어 방위 산업에 필수적입니다. 그러나 점진적인 정확도 저하라는 '드리프트' 문제에 직면하여 오류 완화를 위한 센서 융합과 같은 정교한 솔루션이 필요합니다(Chatfield, 1997).
2부. 광섬유 자이로스코프의 작동 역학:
광섬유 자이로스코프(FOG)는 빛의 간섭을 활용하여 회전 감지 분야의 혁신적인 시대를 예고합니다. 정밀성을 핵심으로 하는 FOG는 항공우주 비행체의 안정화 및 항법에 필수적입니다.
FOG는 사냑 효과(Sagnac effect)를 기반으로 작동합니다. 사냑 효과는 회전하는 광섬유 코일 내에서 반대 방향으로 이동하는 빛이 회전 속도 변화에 따라 위상 변화를 나타내는 현상입니다. 이러한 미묘한 메커니즘은 정밀한 각속도 측정으로 이어집니다.
필수 구성 요소는 다음과 같습니다.
· 광원: 일반적으로 레이저인 시작점으로, 일관된 빛의 여정을 시작합니다.
· 광섬유 코일: 코일 모양의 광학 도관은 빛의 궤적을 늘려 사냑 효과를 증폭시킵니다.
· 광검출기: 이 구성 요소는 빛의 복잡한 간섭 패턴을 식별합니다.

3부: 광섬유 루프 유지를 위한 편광의 중요성:
FOG에 필수적인 편광 유지(PM) 광섬유 루프는 간섭 패턴 정밀도를 결정하는 핵심 요소인 빛의 균일한 편광 상태를 보장합니다. 이러한 특수 광섬유는 편광 모드 분산을 방지하여 FOG 감도와 데이터 신뢰성을 향상시킵니다(Kersey, 1996).
운영상의 필요성, 물리적 속성, 시스템적 조화에 따라 결정되는 PM 파이버의 선택은 전반적인 성과 지표에 영향을 미칩니다.
4부: 응용 및 경험적 증거:
FOG와 INS는 무인 항공 탐사부터 예측 불가능한 환경 속에서 영화적 안정성 확보에 이르기까지 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. NASA의 화성 탐사 로버에 탑재되어 실패 없는 외계 항법을 가능하게 한 것은 FOG와 INS의 신뢰성을 입증하는 증거입니다(Maimone, Cheng, and Matthies, 2007).
시장 동향을 보면 이러한 기술에 대한 틈새 시장이 급성장할 것으로 예상되며, 연구 방향은 시스템 회복력, 정밀 매트릭스, 적응성 스펙트럼을 강화하는 데 맞춰질 것입니다(MarketsandMarkets, 2020).


링 레이저 자이로스코프

사냑 효과에 기반한 광섬유 자이로스코프의 개략도
참고문헌:
- 채트필드, AB, 1997년.고정확도 관성 항법의 기본.우주항공학의 진보, 제174권. 버지니아주 레스턴: 미국 항공우주학회.
- Kersey, AD, et al., 1996. "광섬유 자이로: 20년간의 기술 발전"IEEE의 회의록,84(12), 1830-1834쪽.
- Maimone, MW, Cheng, Y., 및 Matthies, L., 2007. "화성 탐사 로버의 시각 주행 거리계 - 정확한 주행 및 과학 이미징을 보장하는 도구"IEEE 로봇 및 자동화 매거진,14(2), 54-62쪽.
- MarketsandMarkets, 2020. "등급, 기술, 응용 분야, 구성 요소 및 지역별 관성 항법 시스템 시장 - 2025년까지 글로벌 전망."
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게시 시간: 2023년 10월 18일