ARS

ARS는 가속도계와 자이로 같은 관성센서를 이용하여 동체의 자세를 계산하는 IMU를 말한다. AHRS는 ARS에 지자기 센서를 추가하여 자세뿐만 아니라 방위각도 계산할 수 있는 IMU이다.
ARS와 AHRS는 주로 소형 무인항공기나 자율 주행 차량, 또는 로봇 등의 자세 제어에 사용되고 있으며 최근 관성센서 방식의 motion capture system에도 응용되고 있다.

ARS는 동체의 자세 중, 롤과 피치를 계산하는 장치로 자이로와 가속도계를 이용하여 정확한 동체의 자세를 계산한다.
일반적인 관성항법 시스템에서 동체의 자세는 자이로를 이용하여 동체의 각속도를 측정한 후 적분 계산을 수행하여 계산한다. 그러나 저가형 자이로의 출력에는 센서 오차가 포함되어 있으므로 정확한 각속도 측정이 불가능하다. 그리고 자이로에 포함된 매우 작은 오차도 적분과정을 거치면 자세오차를 기하급수적으로 크게 만들어 자세 오차가 발산하게 된다. 그래서 일반적인 ARS는 자세계산을 위하여 가속도계를 이용한 보정 과정을 거치게 된다.
이러한 자세 보정 과정은 주로 칼만 필터나 least square 필터 등의 방식을 이용한다.

ARS는 가속도계를 이용하여 중력가속도만을 이용한 보정을 수행하므로 방위각은 자이로에 의한 계산만을 수행한다. 이 경우 방위각 오차가 발산하여 방위각은 계산할 수 없다. 따라서 방위각을 계산하기 위해서는 지자기 센서의 출력도 함께 사용하는 자세 보정 방식이 필요하다.
AHRS는 ARS에 지자기 센서를 추가한 형태이다. 그러나 지자기 센서는 외부 자기장의 변화에 민감하게 반응하므로 이를 적절히 처리하는 형태의 알고리즘 개발이 필수적이다. 아래 사진은 본 연구실에서 개발한 AHRS의 모습이다.