이번 테스트 캠페인은 실제 UAV 비행 조건에서 PX4 드라이버를 사용하여 당사의 INS 제품 중 하나(Ekinox Micro)의 통합 및 성능을 검증하기 위해 수행되었습니다. 목표는 고객 환경과 최대한 유사한 구성을 재현하고 여러 대표적인 운영 시나리오에서 시스템 동작을 평가하는 것이었습니다. 파리에 본사를 둔 Drones Center에 이번 테스트를 주최해 주신 것과 비행 캠페인 동안 제공해 주신 소중한 지원 및 기술 지원에 깊은 감사를 드립니다.
Orange Cube 자율주행 장치가 테스트 플랫폼으로 선정되었습니다. 그러나 본 방법론과 결과는 PX4 펌웨어를 실행하는 모든 하드웨어에 적용될 수 있습니다. SBG 항법 데이터와 PX4 추정기 간의 상호 작용을 온전히 평가하기 위해 세 가지 연동 구성을 평가했습니다.
1 – 위치 전용 통합(GNSS 소스로서의 Ekinox Micro)
- 당사의 INS는 외부 GNSS 수신기를 에뮬레이트하여 위치와 속도만을 제공합니다.
- PX4의 내부 추정기가 전체 센서 융합을 수행합니다.
- 자세 안정화는 자체 IMU를 사용하는 PX4에 의해 완전히 처리됩니다.
2 – 융합 위치 통합(완전한 항법 소스로서의 Ekinox Micro)
- 당사의 INS 는 융합된 항법 출력값(위치, 속도)을 제공합니다.
- 항법을 위해 PX4의 추정기가 비활성화됩니다.
- PX4는 내부 IMU 데이터를 사용하여 저수준 안정화를 담당합니다.
3 – 완전한 자세 + 위치 통합(항법 및 안정화를 제어하는 Ekinox Micro)
- 당사의 INS 는 고도 정보와 위치 정보를 모두 제공합니다.
- 자동 조종 장치는 SBG의 센서 데이터를 항법 및 안정화의 주요 정보원으로 활용합니다.
- 이 구성은 가장 높은 통합 수준을 나타냅니다.
이러한 테스트는 공식 PX4 GitHub 리포지토리에서 제공되는 SBG PX4 드라이버를 통해 가능해졌습니다.
이 드라이버는 SBG 항법 시스템과 PX4 기반 자율주행 장치 간의 원활한 통신 계층을 보장하며, 고객의 아키텍처 및 융합 요구사항에 따라 고속 MAVLink 데이터 교환 및 다중 연동 전략을 지원합니다.
시험 조건
아래 표는 비행 테스트 중 내비게이션 성능을 평가하는 데 사용된 환경, GNSS, 온보드 시스템 설정 조건을 요약한 것입니다.
| 매개변수 | 설명 |
|---|---|
| 날씨 | 맑은 하늘, 산들바람. |
| 지상 고도 | 해수면 기준 약 33m. |
| GNSS 조건 | 시야 확보가 좋고 멀티패스 환경이 적은 곳. |
| 하드웨어 설정 | SBG 드라이버를 통해 Orange Cube(UART)에 연결된 Ekinox Micro. 드론 상단에 장착된 외부 GNSS 안테나. |
| 전원 공급 장치 | 이중 배터리 구성. |
| 로그 기록 | Ekinox Micro 바이너리 로그 + Orange Cube * .ulg 비행 로그 로깅. |
무인항공기(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 오토파일럿이 처리했습니다.
이륙 전 절차
점진적으로 복잡해지는 비행 모드에서 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 각 비행 전에 종합적인 점검을 수행했습니다. 이러한 점검에는 자력계 캘리브레이션, GNSS, 통신 및 호프(hop) 테스트가 포함되었습니다.
| 매개변수 | 설명 | 결과 |
|---|---|---|
| 자력계 교정 | 드론이 모든 축을 중심으로 회전했습니다. | ✅ 성공 |
| GNSS 수신 | QGroundControl에서 확인된 위성 록 및 위치 품질. | ✅ 안정적인 수정 |
| 통신 테스트 | SBG 드라이버를 통해 INS 의 실시간 데이터 스트리밍이 확인되었습니다. | ✅ 가동 중 |
| 홉 테스트 | 기본적인 스로틀 및 제어면 응답. | ✅ 합격 |
아래에 설명된 각 구성에 대해 여러 비행 모드와 동작이 평가되었습니다. 자율성 수준은 가장 허용적인 모드에서 시작하여 점진적으로 증가했습니다.
조종사가 완전히 제어하는 아크로 모드(Acro mode)로 시작했습니다. 이 모드에서는 동적 제약 조건이 적용되지 않으며 센서 입력이 사용되지 않습니다. 그런 다음 조종사가 여전히 리모컨을 사용하지만 센서가 제공하는 자세 데이터를 사용하여 드론의 자세가 제어되는 안정화 모드(Stabilized mode)로 전환했습니다. 다음으로, 고도 모드(Altitude mode)에서는 일반적으로 기압 데이터나 텔레메트리를 사용하여 수직 축이 추가로 안정화되므로 오토파일럿이 일정한 고도를 유지할 수 있습니다. 마지막으로, 위치를 유지하고 조종사가 안정적인 호버링을 유지하도록 지원하기 위해 신뢰할 수 있는 GNSS 데이터가 필요한 위치 모드(Position mode)로 일련의 수동 테스트를 마무리했습니다.
비행 시나리오
이 섹션에서는 수동 모드 스윕, 자율 임무, 그리고 완전한 항법 및 안정화 테스트를 포함하여, 부분 통합(EKF2 활성화) 및 전체 통합(EKF2 비활성화) 모드 모두에서 SBG 항법 시스템의 성능을 평가하기 위해 설계된 비행 시나리오를 제시합니다.
EKF2 활성화됨 – 당사 INS의 GNSS 위치 및 속도
당사의 Ekinox Micro는 GNSS 위치와 속도만을 제공하며, 오토파일럿의 내부 EKF는 활성 상태를 유지합니다.
비행 1 – 수동 모드 평가
곡예 비행(acro)을 테스트하고, 안정화 모드로 전환한 다음 고도 모드, 최종적으로 위치 모드로 각각 1분간 전환합니다.
비행 2 – 자율 임무(사각 경로)
드론이 사전 정의된 자동 사각 임무를 수행했습니다. 당사 INS의 GNSS 데이터는 부드러운 궤적 추적과 안정적인 웨이포인트 전환을 보장했습니다.
임무는 안정화 단계와 위치 확인으로 시작되며, 프리 러닝(free running)을 수행하는 동안 8자 기동을 통해 필터를 초기화 및 정렬합니다. 그런 다음 사각형 형태의 경유지를 따라 임무를 시작하고, 직선 구간을 왕복 주행합니다.
EKF2 비활성화 – 확장 칼만 필터(EKF)를 통한 완전한 항법
이 구성에서 Ekinox Micro는 완전한 항법 데이터(자세, 속도, 위치)를 제공합니다. PX4는 저수준 안정화를 위해서만 자사의 IMU를 사용합니다.
비행 3 – 전체 모드 스윕
이 비행의 목적은 오토파일럿의 EKF2로 구현 가능한 동작들이 조종사의 관점에서 눈에 띄는 차이 없이 SBG 확장 칼만 필터(EKF)로도 구현될 수 있음을 검증하는 것입니다. 이를 확인하기 위해 모든 관련 비행 모드를 순차적으로 테스트했으며, 약 1분마다 다음 모드로 전환하고 자유 이동 기동으로 마무리했습니다.
비행 4 – 자율 임무
통합에 대한 신뢰가 쌓인 후, 드론에 웨이포인트를 따르도록 지시하는 임무 모드로 전환했습니다. 임무는 왕복 직선 주행으로 시작하여 사각형 형태를 따라간 후 착륙하는 것으로 구성됩니다.
비행 5 – 완전한 INS 통합(항법 + 안정화)
마지막 비행에서는 항법 부분뿐만 아니라 안정화까지 처리하여 모든 통합 단계를 테스트하는 것이 중요했습니다. 따라서 Orange Cube의 IMU 우선순위를 낮추고 당사의 IMU 우선순위를 높여 안정화 모드로 비행했습니다.
결과 및 결론
모든 통합 레벨이 성공적으로 검증되었습니다. Ekinox Micro는 기본 GNSS 주입부터 완전한 항법 및 안정화에 이르기까지 모든 구성에서 안정적이고 신뢰할 수 있는 고품질 항법 데이터를 제공했습니다. 이러한 결과는 다음을 확인시켜 줍니다:
- 사용자의 과제를 명확히 이해하여, 실용적이고 경험에 기반한 통합 가이드를 구축할 수 있도록 합니다.
- SBG Systems 센서와 PX4/Orange Cube 간의 뛰어난 호환성.
- 원활한 MAVLink 통신을 가능하게 하는 안정적인 드라이버 구현.
- 수동 모드 및 자율 모드 모두에서 SBG의 확장 칼만 필터(EKF)의 견고성.
- 기내 PX4 센서에 대한 의존도를 줄인 경우에도 부드러운 작동을 보여줍니다.
이번 테스트 캠페인은 SBG Systems의 항법 기술과 PX4 생태계 간의 강력한 시너지 효과를 잘 보여줍니다. 모든 통합 수준에서 당사의 INS 솔루션은 안정적이고 고품질의 항법 데이터를 제공하여 더 부드러운 제어, 향상된 미션 일관성, 그리고 전반적인 비행 신뢰도를 높였습니다. 간단한 GNSS 보완부터 완전한 항법 및 안정화 제어 인계에 이르는 구성을 검증함으로써, 당사는 다양한 UAV 아키텍처 및 미션 프로파일에 SBG 제품이 적용될 수 있는 적응성을 입증했습니다.
또한 이러한 결과는 PX4 드라이버의 성숙도와 고객에게 검증되고 현장에서 테스트된 모범 사례를 제공할 수 있는 당사의 능력을 확인시켜 줍니다. 이를 통해 고객은 통합 시간을 단축하고 성능을 향상하며 배포를 가속화할 수 있습니다. SBG Systems는 까다로운 운영 환경에서 견고하고 고정밀 항법을 추구하는 UAV 제조업체 및 시스템 통합업체를 위한 신뢰할 수 있는 파트너로 자리매김하고 있습니다.
