본 시험 캠페인은 실제 무인항공기(UAV) 비행 환경에서 PX4 드라이버를 활용하여 당사 INS (Ekinox Micro)의 통합 및 성능을 검증하기 위해 수행되었습니다. 목표는 고객 환경과 최대한 유사한 설정을 재현하고 여러 대표적인 운영 시나리오에서 시스템 동작을 평가하는 것이었습니다. 파리 근교에 위치한 드론 센터( Drones Center)에 시험을 주최해 주시고 비행 캠페인 전반에 걸쳐 소중한 지원과 기술적 협조를 제공해 주신 데 대해 진심으로 감사드립니다.
오렌지 큐브 자동 조종 장치가 테스트 플랫폼으로 선정되었습니다 . 그러나 본 방법론과 결과는 PX4 펌웨어를 실행하는 모든 하드웨어에 적용 가능합니다. SBG 항법 데이터와 PX4 추정기 간의 상호작용을 완전히 평가하기 위해 세 가지 통합 구성을 평가하였습니다:
1 – 위치 전용 통합 (Ekinox Micro GNSS )
- 당사의 INS는 외부 GNSS 수신기를 에뮬레이션하여 위치와 속도만 제공합니다.
- PX4의 내부 추정기가 완전한 센서 융합을 수행합니다.
- 자세 안정화는 PX4가 자체 IMU를 사용하여 전적으로 처리합니다.
2 – 융합 위치 통합 (Ekinox Micro를 완전한 내비게이션 소스로 활용)
- 당사의 INS는 융합된 항법 출력(위치, 속도)을 제공합니다.
- PX4의 추정기는 내비게이션을 위해 비활성화됩니다.
- PX4는 자체 내부 IMU 데이터를 사용하여 저수준 안정화를 계속 담당합니다.
3 – 전체 자세 + 위치 통합 (Ekinox Micro가 내비게이션 및 안정화 제어)
- 당사의 INS는 자세와 위치를 모두 제공합니다.
- 자동 조종 장치는 SBG Systems의 센서 데이터를 항법 및 안정화를 위한 주요 소스로 사용합니다.
- 이 구성은 최고 수준의 통합을 나타냅니다.
이 테스트는 공식 PX4 GitHub 저장소에서 사용할 수 있는 SBG PX4 드라이버를 통해 가능했습니다.
이 드라이버는 SBG 항법 시스템과 PX4 기반 자동 조종 장치 간의 원활한 통신 계층을 보장하며, 고객 아키텍처 및 융합 요구 사항에 따라 고속 MAVLink 데이터 교환 및 다양한 통합 전략을 지원합니다.
테스트 조건
아래 표는 비행 테스트 중 항법 성능을 평가하는 데 사용된 환경, GNSS 및 온보드 시스템 설정 조건을 요약합니다.
| 파라미터 | 설명 |
|---|---|
| 날씨 | 맑은 하늘, 약한 바람. |
| 지면 고도 | 해발 약 33m. |
| GNSS 조건 | 양호한 하늘 가시성, 낮은 다중 경로 환경. |
| 하드웨어 설정 | Ekinox Micro는 SBG Driver를 통해 Orange Cube (UART)에 연결되었습니다. 외부 GNSS 안테나는 드론 상단에 장착되었습니다. |
| 전원 공급 장치 | 듀얼 배터리 구성. |
| 로깅 | Ekinox Micro 바이너리 로그 + Orange Cube *.ulg 비행 로그 로깅. |
UAV 항법 설정
비행 테스트는 Ekinox Micro 관성 항법 시스템이 장착된 Quad 450 멀티로터 드론 플랫폼을 사용하여 수행되었습니다. INS는 펌웨어 버전 5.3을 사용하여 작동되었습니다. 차량 제어 및 비행 관리는 PX4 펌웨어 버전 1.16.0-Alpha를 실행하는 Orange Cube 자동 조종 장치에 의해 처리되었습니다.
비행 전 절차
점진적으로 복잡해지는 비행 모드 전반에 걸쳐 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 각 비행 전에 포괄적인 점검이 수행되었습니다. 이러한 점검에는 자력계 교정, GNSS, 통신 및 홉 테스트가 포함되었습니다.
| 파라미터 | 설명 | 결과 |
|---|---|---|
| 자력계 보정 | 모든 축을 중심으로 회전하는 드론. | ✅ 성공 |
| GNSS 획득 | QGroundControl에서 위성 잠금 및 위치 품질을 확인했습니다. | ✅ 안정적인 고정 |
| 통신 테스트 | SBG 드라이버를 통한 실시간 INS 데이터 스트리밍 확인. | ✅ 작동 중 |
| 홉 테스트 | 기본 스로틀 및 제어 표면 반응. | ✅ 통과 |
아래에 설명된 각 구성에 대해 여러 비행 모드와 동작이 평가되었습니다. 자율성 수준은 가장 허용적인 모드부터 시작하여 점진적으로 증가했습니다.
조종사가 전적으로 제어하는 Acro 모드로 시작했습니다. 이 모드에서는 동적 제약이 적용되지 않으며 센서 입력이 사용되지 않습니다. 다음으로 Stabilized 모드로 전환했습니다. 이 모드에서는 조종사가 여전히 리모컨을 사용하지만, 드론의 자세는 센서에서 제공하는 자세 데이터를 사용하여 제어됩니다. 이어서 Altitude 모드에서는 수직축이 추가적으로 안정화됩니다. 일반적으로 기압 데이터 또는 텔레메트리를 사용하여 자동 조종 장치가 일정한 고도를 유지할 수 있도록 합니다. 마지막으로, 안정적인 호버링을 유지하고 조종사를 돕기 위해 신뢰할 수 있는 GNSS 데이터가 필요한 Position 모드로 이 수동 테스트 시리즈를 마무리했습니다.
비행 시나리오
이 섹션에서는 SBG Systems 내비게이션 시스템의 성능을 평가하기 위해 설계된 비행 시나리오를 제시합니다. 이는 부분(EKF2 활성화) 및 완전(EKF2 비활성화) 통합 모드 모두에서 수동 모드 스윕, 자율 미션, 그리고 완전한 내비게이션 및 안정화 테스트를 포함합니다.
EKF2 활성화됨 – 당사의 INS에서 제공하는 GNSS 위치 및 속도
당사의 Ekinox Micro는 GNSS 위치 및 속도만 제공합니다. 오토파일럿의 내부 EKF는 계속 활성화된 상태로 유지됩니다.
비행 1 – 수동 모드 평가
아크로 모드를 테스트하고, 안정화 모드로 전환한 다음 고도 모드, 마지막으로 위치 모드로 각각 1분씩 전환합니다.
비행 2 – 자율 임무 (정사각형 경로)
드론은 미리 정의된 자동 정사각형 임무를 수행했습니다. 당사의 INS에서 얻은 GNSS 데이터는 부드러운 궤적 추적과 안정적인 웨이포인트 전환을 보장했습니다.
임무는 안정화 단계로 시작하여 위치를 잡고 자유 주행을 수행합니다. 이 동안 필터를 초기화하고 정렬하기 위해 8가지 형태를 수행한 다음, 사각형을 이루는 경유지를 따라 임무를 시작하고, 직선으로 앞뒤로 이동합니다.
EKF2 비활성화됨 – 당사의 확장 칼만 필터(EKF)를 통한 완전한 내비게이션
이 구성에서 Ekinox Micro는 전체 항법 데이터(자세, 속도, 위치)를 제공합니다. PX4는 IMU를 저수준 안정화에만 사용합니다.
비행 3 – 전체 모드 스윕
이 비행의 목적은 자동 조종 장치의 EKF2로 달성할 수 있는 동작이 SBG 확장 칼만 필터(EKF)로도 조종사의 관점에서 눈에 띄는 차이 없이 달성될 수 있음을 확인하는 것이었습니다. 이를 위해 모든 관련 비행 모드를 순차적으로 테스트했으며, 약 1분 후에 한 모드에서 다음 모드로 전환하고 자유 이동 기동으로 마무리했습니다.
비행 4 – 자율 임무
통합에 대한 확신을 얻은 후, 드론이 웨이포인트를 따르도록 명령하여 임무 모드로 전환했습니다. 웨이포인트는 직선으로 왕복하는 것으로 시작하여 정사각형 모양을 따라 비행한 후 착륙하는 방식으로 진행되었습니다.
비행 5 – 완전한 INS 통합 (내비게이션 + 안정화)
마지막 비행에서는 내비게이션 부분뿐만 아니라 안정화까지 다루면서 모든 통합 수준을 테스트하는 것이 중요했습니다. 그래서 Orange Cube의 IMU 우선순위를 낮추어 당사의 우선순위를 가장 높게 설정했습니다. 그리고 안정화 모드에서 비행했습니다.
결과 및 결론
모든 통합 수준이 성공적으로 검증되었습니다. Ekinox Micro는 기본 GNSS 주입부터 완전한 항법 및 안정화에 이르기까지 모든 구성에서 안정적이고 신뢰할 수 있으며 고품질의 항법 데이터를 제공했습니다. 이러한 결과는 다음을 확인시켜 줍니다:
- 사용자 과제에 대한 명확한 이해를 바탕으로 실용적이고 경험 기반의 통합 가이드를 구축할 수 있습니다.
- SBG Systems 센서와 PX4/Orange Cube 간의 뛰어난 호환성.
- 원활한 MAVLink 통신을 가능하게 하는 신뢰할 수 있는 드라이버 구현.
- 수동 및 자율 모드 모두에서 SBG Systems의 확장 칼만 필터(EKF)의 견고성.
- 온보드 PX4 센서에 대한 의존도를 줄여도 부드러운 동작
이 테스트 캠페인은 SBG Systems의 내비게이션 기술과 PX4 생태계 간의 강력한 시너지를 강조합니다. 모든 통합 수준에서 당사의 INS 솔루션은 안정적이고 고품질의 내비게이션 데이터를 제공하여 더 부드러운 제어, 향상된 미션 일관성, 그리고 전반적인 비행 신뢰도를 높였습니다. 단순한 GNSS 증강부터 완전한 내비게이션 및 안정화 인수(takeover)에 이르는 다양한 구성을 검증함으로써, SBG Systems 제품이 광범위한 UAV 아키텍처 및 미션 프로파일에 적응할 수 있음을 입증했습니다.
이러한 결과는 또한 당사 PX4 드라이버의 성숙도와 고객에게 검증된 현장 테스트 모범 사례를 제공할 수 있는 능력을 확인시켜 줍니다. 우리는 고객이 통합 시간을 단축하고 성능을 향상하며 배포를 가속화할 수 있도록 지원합니다. SBG Systems는 까다로운 운영 환경에서 견고하고 고정밀 내비게이션을 추구하는 UAV 제조업체 및 통합업체를 위한 신뢰할 수 있는 파트너로서의 입지를 계속 강화하고 있습니다.
