Hardware redundant algorithm

일반적으로 시스템에 발생한 고장은 내, 외적인 요인에 의한 비정상적인 반응으로 정의할 수 있으며, 대처 불가능한 상태를 지칭하는 파손과는 다른 의미를 가지고 있다. 고장 및 지능형 복구시스템의 경우 고장이 발생하였다는 것을 감지하고, 이 고장을 종류, 크기, 발생위치, 발생시간 등으로 진단하여 진단된 고장을 분리하거나 다른 장치로 대체하여 시스템을 복구한다. 고장 복구 기법은 고전적으로 하드웨어 여분을 이용한 고장복구 기법과 현대의 해석적인 여분을 이용한 고장복구 기법으로 크게 분류할 수 있다. 하드웨어적 여분 기법은 정상작동을 위해 중요한 센서들을 주로 삼중(triplex) 또는 사중(quadruplex)으로 중복 배치하여 센서의 고장을 검출하고 분리하기 위하여 수행한다. 이 기법은 서로 다른 센서로부터 획득한 같은 물리량을 비교하고 투표를 수행함으로써 고장 검출 및 분리를 수행하는 것이다. 추가적으로 하드웨어적 여분 기법은 측정치 값이 미리 정한 상한 값을 초과하면 고장으로 판단하기도 하며, 주파수 스펙트럼을 분석하여 고장을 검출하기도 한다. 주파수 스펙트럼을 분석하는 기법은 측정치 중에서 전형적으로 알려진 주파수 대역을 벗어난 스펙트럼이 발생하면 센서의 고장으로 판단하는 기법이다. 이외에도 시스템에서 고장에 따라 나타나는 특징을 사전(dictionary)처럼 분류하여 비교하는 고장 사전 접근법 등이 있다. 하드웨어적 여분 기법은 구현이 쉽고 간단하지만 전체 시스템의 중량과 복잡성을 증가시키고 소요비용도 증가하는 단점이 존재한다.

IMU(Inertial Measurement Unit)는 자세 측정 장치(AHRS : Attitude Heading Reference System)나 관성항법장치(INS : Inertial Navigation System)의 핵심요소로서 일반적으로 자이로와 가속도계를 각각 3개씩 서로 직각으로 배치시킨다. 그리고 각 센서는 독립적으로 동작하기 때문에 고장의 검출 및 분리가 불가능하며 고장이 발생할 경우 시스템에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 인공위성, 항공기, 발사체 등과 같이 높은 신뢰도를 요구하는 시스템의 경우 하드웨어 여분 기법이라고 할 수 있는 중첩 IMU(Redundant IMU, 이하 RIMU)를 이용하여 센서 고장에 강인한 AHRS, INS를 개발하고 있다. RIMU는 각각 3개의 자이로 및 가속도계 센서 외에 여분의 자이로, 가속도계 센서를 가지는 IMU로써 센서 배치에 따라 항법 성능과 고장 검출 및 분리 성능에 차이가 발생하기 때문에 중첩 관성 센서 배치에 대한 연구들이 활발하게 진행되었다. 그림 1은 원추모양으로 배치된 RIMU 구성을 나타내고 있으며, 그림 2는 본 연구실에서 제작한 RIMU를 나타내고 있다.