일인 IT 스타트업 딥네트워크 투자유치 제안서 초안 – 미사일 자세제어를 위한 칼만 필터 기반 9축 센서 및 로켓 추력 제어 기술 : 이런 설계 알고리즘 기법은 로봇 자세제어에도 똑같이 적용할수 있읍니다 ...
딥네트워크 CEO / 장석원
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1. 회사 개요
딥네트워크는 항공 우주 및 국방 분야를 대상으로 미사일 및 로켓 시스템의 고정밀 제어 솔루션을 개발하는 일인 IT 스타트업입니다. 미사일의 고속 비행 중 자세와 궤적을 제어하기 위해 9축 센서인 ICM-20948와 로켓 추력 노즐을 활용하여 칼만 필터 기반의 정밀 제어 알고리즘을 설계 및 개발 준비 중입니다. 이번 투자 유치를 통해 딥네트워크는 상용화에 필요한 자금을 확보하고 국방 시장에 진출하는 것을 목표로 합니다.
2. 기술 개요
(1) 미사일 자세 제어의 필요성
미사일은 비행 중 고속으로 이동하며 다양한 환경적 변화에 대응해야 합니다. 이 과정에서 미사일의 자세가 적절히 제어되지 않으면 목표물에 도달하지 못하거나 궤도를 이탈할 수 있습니다. 이에 따라 미사일의 비행 중 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 축의 자세를 정확히 제어하는 기술이 필수적입니다.
(2) 9축 센서 ICM-20948
ICM-20948은 가속도계, 자이로스코프, 지자기계를 모두 통합한 센서로, 미사일의 운동 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 이를 통해 미사일의 가속도, 각속도, 자기장 변화 등을 측정하여 미사일의 위치와 자세를 추정할 수 있습니다. 이러한 데이터는 미사일의 상태를 정확히 예측하고 추력 노즐을 통해 미사일의 비행 경로를 조정하는 데 필수적입니다.
(3) 로켓 추력 노즐 제어
추력 노즐은 미사일의 추진 방향을 제어하는 장치로, 이를 통해 미사일의 자세를 조정할 수 있습니다. 추력 노즐의 각도를 변화시켜 추력 벡터를 제어하면 미사일의 회전 및 이동 방향을 수정할 수 있습니다. 이 기술은 미사일의 목표물 명중률을 높이고 궤적을 안정적으로 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
3. 칼만 필터 기반 자세 제어 알고리즘
(1) 칼만 필터의 필요성
미사일 비행 중에는 센서 데이터에 포함된 노이즈와 외부 환경의 불확실성 때문에 정확한 상태 추정이 어려울 수 있습니다. 칼만 필터는 이러한 노이즈를 제거하고, 시간에 따른 상태 변화를 예측하여 미사일의 현재 자세와 속도를 최적화된 방식으로 추정하는 역할을 합니다.
(2) 알고리즘의 동작 구조
- 센서 데이터 수집: ICM-20948 센서로부터 가속도, 각속도, 자기장 데이터를 실시간으로 수집합니다.
- 상태 예측: 칼만 필터의 예측 단계에서 이전 상태(위치, 속도, 자세) 정보를 바탕으로 미사일의 현재 상태를 예측합니다. 이때 미사일의 동역학 모델을 활용하여 예측 정확도를 높입니다.
- 측정 업데이트: 예측된 상태와 실제 센서 데이터의 차이를 계산하고, 칼만 필터를 통해 이 오차를 보정합니다.
- 제어 명령 생성: 최종 추정된 상태를 바탕으로 추력 노즐에 제어 신호를 보내 미사일의 자세를 수정합니다.
- 반복: 이 과정을 미사일의 비행 중 계속 반복하여 실시간으로 자세를 제어합니다.
4. 시스템 설계 구조
(1) 하드웨어 설계
- ICM-20948 9축 IMU 센서: 미사일의 가속도, 각속도, 자기장을 측정하여 자세 정보를 제공합니다.
- 마이크로컨트롤러: 센서 데이터를 처리하고 칼만 필터 알고리즘을 실행합니다. 주로 ARM Cortex-M 계열의 저전력 고성능 MCU를 사용할 계획입니다.
- 추력 노즐 제어 시스템: 모터 드라이버와 액추에이터를 통해 노즐을 제어하여 미사일의 자세를 조정합니다.
(2) 소프트웨어 설계
- 센서 데이터 처리 및 필터링: 노이즈 제거 및 보정을 통해 센서 데이터를 안정화합니다.
- 칼만 필터 알고리즘: 센서 데이터를 바탕으로 미사일의 상태를 추정합니다.
- 추력 노즐 제어 알고리즘: PID 제어를 활용해 미사일의 자세를 안정적으로 조정합니다.
- 실시간 모니터링 및 통신 모듈: 미사일 상태를 실시간으로 모니터링하고 지상국과의 통신을 통해 외부 명령을 수신합니다.
5. 자세 제어 알고리즘의 세부 적용
(1) 비행 중 지속적인 데이터 처리
미사일의 비행 중에는 빠르게 변화하는 환경 조건에 맞춰 자세를 실시간으로 조정해야 합니다. 이를 위해서는 지속적으로 센서 데이터를 수집하고, 칼만 필터를 통해 상태를 추정한 후 제어 명령을 생성하는 과정이 필수적입니다.
(2) PID 제어와 칼만 필터의 결합
미사일의 자세 제어에는 PID 제어 알고리즘과 칼만 필터를 결합한 방식을 채택합니다. 칼만 필터가 제공하는 상태 추정치를 바탕으로 PID 제어기가 추력 노즐을 제어하여 목표 자세를 유지합니다. PID 제어기는 비례, 적분, 미분 값을 조정하여 미사일의 안정성을 확보합니다.
(3) 추력 노즐의 제어 원리
- 실시간 피드백 제어: 미사일의 자세 변화를 실시간으로 감지하여 노즐의 각도를 즉각 조정합니다. 이를 통해 예상치 못한 외부 충격이나 환경 변화에도 안정적인 비행을 유지합니다.
- 추력 벡터 제어: 노즐의 방향을 제어하여 미사일의 비행 경로를 미세하게 조정합니다.
6. 상용화 준비 및 계획
(1) 기술 검증 단계
현재까지 프로토타입 시스템을 통해 칼만 필터 기반의 자세 제어 알고리즘이 구현 준비중 이며, 시뮬레이션 및 실험 환경에서 성능을 검증 준비 중입니다. 이후 실제 미사일 비행 환경에서의 테스트를 통해 시스템의 신뢰성을 검증할 계획입니다.
(2) 추가 개발 준비
- 실환경 테스트: 향후 국방 기관과 협력하여 실전 환경에서 미사일의 자세 제어 기술을 검증할 예정입니다.
- 센서 융합: GPS와 레이더와 같은 추가 센서를 융합하여 위치 추정의 정확도를 높일 계획입니다.
- 알고리즘 최적화: 칼만 필터와 PID 제어 알고리즘을 최적화하여 성능과 속도를 더욱 향상시킬 것입니다.
7. 투자 유치 계획
(1) 투자 필요 금액
딥네트워크는 미사일 자세 제어 시스템의 상용화 및 시장 진출을 위해 약 50억 원의 투자를 유치하고자 합니다. 해당 자금은 아래와 같은 목적으로 활용됩니다.
- 기술 개발 및 검증: 시스템 개발 및 실험 환경 구축, 실전 테스트 비용.
- 인력 충원: 소프트웨어 엔지니어와 제어 시스템 전문가 채용.
- 사업 확장: 국방 기관 및 협력사와의 협업을 위한 비즈니스 확장 비용.
(2) 기대 효과
- 정밀 제어 기술 상용화: 센서 융합 및 칼만 필터 기반 제어 시스템을 상용화하여 국방 및 항공 우주 시장에 기여할 수 있습니다.
- 국방 시장 진출: 국방 관련 프로젝트 참여를 통해 안정적인 수익 모델을 구축할 수 있습니다.
- 글로벌 시장 확장: 국방과 항공 우주 분야에서의 기술력으로 글로벌 시장 진출 기회를 모색할 수 있습니다.
8. 결론
딥네트워크는 미사일 및 로켓 제어 기술을 통해 국방 산업의 핵심 솔루션을 제공하고자 합니다. 이번 투자 유치를 통해 기술을 상용화하고, 항공 우주 및 국방 분야에서 세계적인 경쟁력을 확보할 것입니다.