GNSS 신호는 현대 항공 항법의 핵심이지만, 재밍(Jamming)과 스푸핑(Spoofing)의 위험이 커짐에 따라 GNSS에만 의존하는 것은 더 이상 안전하지 않습니다. 항법 산업 전반의 핵심 질문은 이제 시스템이 RTK 환경이나 가혹한 도심 환경에서 얼마나 잘 작동하는가가 아니라, GNSS를 사용할 수 없을 때 얼마나 멀리 비행할 수 있으며 얼마나 정확한가 하는 점입니다.
이 질문에 답하는 것은 단 한 번의 테스트 그 이상을 요구합니다. 그것은 반복적이고 통제되며 통계적으로 의미 있는 평가를 필요로 합니다.
GNSS 거부 환경에서 관성 항법 시스템(INS)의 성능 테스트 보고서를 제공하는 것은 보기 좋은 그래프나 '이동 거리의 백분율'로 표현되는 인상적인 단일 수치를 만들어내는 것이 아닙니다. 이는 실제 시나리오, 즉 고객이 현장에서 직면하는 것과 동일한 조건에서 실제 성능을 입증하는 것입니다. 이것이 바로 SBG Systems에서 단순하고 '엄선된(cherry-picked)' 데모 대신 자격 인증 수준의 항공 추측 항법 보고서를 작성하기로 한 이유입니다.
보고서에 제시된 결과는 짧지만 의미 있는 통계 데이터셋을 기반으로 합니다. 당사는 여러 차례의 신호 두절(outage)을 분석하고 통계치를 도출하여 실제 성능을 대표하는 그림을 제공했습니다. 최상의 결과는 세 번의 시도 중 한 번, 혹은 만 번 중 한 번 발생할 수 있습니다. 그러한 결과만 게시하는 것은 오해를 불러일으킬 뿐입니다.
이 짧은 기사는 이러한 접근 방식이 중요한 이유와 GNSS 거부 테스트 보고서를 해석할 때 무엇을 살펴봐야 하는지 설명합니다. 목표는 귀하의 애플리케이션에 적합한 솔루션을 선택할 때 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있도록 돕는 것입니다.
다른 사람들처럼 단 하나의 GNSS 중단만 보여주지 않는 이유
실제로 대기 데이터 보조(airdata aiding)가 포함된 GNSS 음영 지역에서의 UAV 내비게이션은 단순한 문제가 아닙니다. 주변 환경 조건을 고려하는 것이 매우 중요합니다.
이상적인 단일 신호 두절 상황에만 의존하는 것이 오해를 불러일으키는 이유:
안정적인 기류 = 최상의 시나리오: 항공기 주변의 기류가 안정적이면 동적 환경이 부드럽고 INS가 더 잘 작동합니다. 하지만 이는 모든 임무를 반영하지는 않습니다.
진동 없음 = 최상의 시나리오: 진동은 관성 센서의 안정성과 바이어스 추정을 저하시킵니다. 저진동 비행이나 잘 감쇠된 시스템이 훨씬 더 다루기 쉽습니다.
선회 및 루프 비행은 자연스럽게 선수각 드리프트를 감춤: 선회는 선수각 드리프트를 보상하고 위치 오차를 인위적으로 개선합니다. 또한 수치를 매우 좋아 보이게 만듭니다. 물론 인상적이긴 하지만… 직선 비행 성능은 여전히 알 수 없습니다. 가속과 회전은 바이어스를 추정하는 데 도움이 됩니다. 직선 비행 임무에서 INS는 더 어려운 작업을 수행하지만, 바로 그것이 많은 고객에게 성능이 중요한 이유이며 INS를 차별화하는 요인입니다.
온도는 매우 중요함: 온도 변화는 센서 바이어스, 스케일 팩터, 노이즈 특성을 수정합니다. 제어되거나 일정한 온도 조건에서 INS는 편안한 영역에서 작동하므로 지나치게 낙관적인 관점을 제공합니다. 그러나 실제 임무에는 급격한 온도 변화(이륙 시 고도 상승), 고고도의 차갑고 희박한 공기, 엔진 근처의 고온 환경 등이 포함됩니다.
모든 조건이 충족되면 어떤 결과가 나오나요?
모든 조건이 완벽하게 맞아떨어질 때—완벽하게 감쇠된 진동, 부드러운 기류, 안정적인 온도—INS는 최고의 성능을 발휘합니다. 엔지니어들이 어떻게 다시 이런 성능을 낼 수 있을지 고심하게 만들고 고객들의 얼굴에 미소가 번지게 하는 바로 그 성능입니다. 산업용 등급의 IMU를 탑재한 Ellipse는 전술용 등급 INS처럼 작동하여 이동 거리의 0.56%(5km당 약 30m)에 불과한 오차율을 보입니다. Ekinox Micro는 여기서 한 걸음 더 나아가 오차를 0.13% DT(약 7.2m)로 줄였습니다. 그렇다면 Apogee는 어떨까요? 동일한 5km 구간에서 움직임이 거의 2m에 불과합니다.
GNSS 거부 테스트 보고서를 해석하는 방법?
추측 항법(dead reckoning) 성능을 평가할 때는 최종 오차 수치부터 시작하지 말고 궤적부터 시작해야 합니다.
따라 할 수 있는 6단계 가이드 분할:
1단계 – 궤적을 먼저 확인
비행의 기하학적 구조에 따라 테스트가 까다로운지 아니면 인위적으로 쉬운지가 결정됩니다. 많은 "마케팅 테스트"에서 사용하는 방식: 짧은 루프 비행, 레이스 트랙 패턴 또는 반복되는 유턴 구간. 이러한 궤적은 관성 오차를 보상하고 성능이 비현실적으로 좋아 보이게 만듭니다.
2단계 – 신호 두절(outage) 횟수 확인
단일 두절은 하나의 샘플일 뿐입니다. 우연히 아주 좋아 보일 수도 있고, 끔찍해 보일 수도 있습니다.
3단계 – 이동 거리와 속도뿐만 아니라 신호 두절 지속 시간도 살펴보기
10~20초의 신호 두절만 보여주는 보고서는 더 긴 GNSS 두절 동안 INS가 어떻게 작동하는지 아무것도 알려주지 않습니다.
4단계 – 오차가 보고되는 방식 검토
일부 사양서는 평균 오차만 제시하는데, 이는 오해를 불러일으킬 수 있으며 실제 성능을 진정으로 대변하지 못할 수 있습니다. 더 의미 있는 평가는 일반적으로 GNSS 두절 또는 음영 지역 동안 누적된 실제 드리프트를 반영하는 두절 종료 시점의 오차에 초점을 맞추는 경향이 있습니다. 또한 오차가 축별로 표현되었는지, RMS 또는 다른 통계적 측정을 사용했는지 확인하는 것도 중요합니다. 이상적으로는 시간에 따른 전체 오차 변화가 제공되어 단일 요약 값에 의존하는 대신 전체 두절 기간 동안 시스템이 어떻게 작동하는지 전체적인 시각을 제공해야 합니다.
5단계 – 환경 조건 확인(거의 언급되지 않지만 중요함)
INS 성능은 진동, 온도 기울기, 기류 왜곡, 다양한 자기장 조건(자력계 보조 시스템의 경우)과 같은 실제 방해 요소에 민감합니다.
6단계 – INS 오차 곡선 형태 확인. 사인파 형태가 아니라 선형 또는 지수 함수적 증가를 보여야 합니다.
노란색과 파란색 곡선은 GNSS 없이 플랫폼이 직선으로 이동할 때 정상적인 INS 드리프트를 나타냅니다. 예상대로 오차는 선형 또는 지수 함수적으로 시간에 따라 꾸준히 증가합니다. 이와 달리 녹색 곡선(형상)은 일반적인 INS 드리프트를 나타내지 않습니다. 처음에는 (선형 또는 지수 함수적으로) 증가하다가 '돌출부'를 형성한 후 감소하기 시작하는 오차는 궤적이 직선이 아님을 나타냅니다.
이 패턴은 회전 또는 방향 전환이 발생했음을 나타내며, 이로 인해 오차가 단조롭게 증가하는 대신 부분적으로 상쇄됩니다.
우리는 고객과 어떻게 신뢰를 쌓아가는가?
투명성은 저희 접근 방식의 핵심입니다. 저희는 철저한 테스트와 정직한 성능 보고를 통해 고객과의 신뢰를 쌓아갑니다. 이상적인 시나리오를 내세우는 대신, 현실적이고 까다로운 조건에서 솔루션의 성능을 검증하고 통계적으로 대표성을 갖춘 결과를 공유합니다. 무엇보다도, 이러한 결과를 고객에게 직접 제공합니다. 이를 통해 고객은 완벽한 조건에서만 작동하는 것이 아니라, 현장에서 실제로 발생하는 상황을 바탕으로 의사결정을 내릴 수 있는 통찰력을 얻게 됩니다.
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