항공 항법은 비행 중 항공기의 위치와 경로를 결정하는 데 사용되는 기술 및 기법을 의미합니다. 효과적인 항법은 항공기가 목적지에 안전하고 효율적으로 도달하도록 보장합니다. 항공 항법에 사용되는 주요 구성 요소 및 방법은 다음과 같습니다: INS (Inertial Navigation Systems), GNSS (Global Navigation Satellite Systems) 등. 저희는 여러분을 위해 완벽한 항공 테스트를 준비했습니다.
SBG Systems에는 혁신 문화가 있습니다. 따라서 실제 조건에서 당사의 Ellipse 및 Quanta Micro의 성능을 평가하기 위한 집중 비행 아이디어가 구체화되었을 때, 주저함이 없었습니다. 이러한 테스트를 수행하는 데 시간과 자원이 소요되었지만, 그 결과는 가치 있었습니다. 이 프로젝트에 도움을 주신 Apache aviation에 깊이 감사드립니다.
INS (Inertial Navigation Systems)는 항공 항법 애플리케이션을 위한 정확한 위치 및 항법 정보를 제공하는 데 중요한 역할을 합니다. 저희는 신뢰성을 평가하기 위해 실제 환경 조건에서 이들을 테스트했습니다.
항공 항법 분야의 탁월한 시험 캠페인
항공우주 테스트(규제, 협소한 공간 등) 수행에 따르는 복잡한 구현 외에도, 이번 시험은 소수의 INS 제조업체만이 실제 조건에서 테스트할 기회를 가졌던 특정 질문에 대한 해답을 제공했다는 점에서 특히 이례적입니다:
- 우리의 초기 목표는 알고리즘의 지속적인 개선에 중점을 두고 테스트 데이터베이스를 확장하는 것이었습니다. 대부분의 테스트는 주로 '2D' 환경(예: 자동차, 보트)에서 수행되는 반면, '3D' 테스트는 상대적으로 드문 편입니다.
- 항공우주 애플리케이션 고객은 데이터가 기밀인 경우가 많아 데이터를 제공하는 일이 드뭅니다.
- 당사가 해결하고자 했던 또 다른 과제는 심각한 진동 및 4g를 초과하는 가속도를 포함한 극단적인 동적 환경에서 알고리즘의 견고성을 검증하는 것이었습니다.
- 또한, 이를 통해 급격한 방향 전환이나 완전한 항공기 반전(배면 비행) 등으로 인해 심각한 신호 차단이 발생하는 까다로운 GNSS 환경에서 장비의 성능을 평가할 수 있었습니다.
짐벌 락 현상
또한 이번 비행을 통해 가능한 모든 자세를 테스트할 수 있었으며, 그중 일부는 피치각이 90°에 접근할 때 전통적으로 일부 항법 알고리즘에 어려움을 유발하는 '짐벌 락(gimbal lock)' 효과를 유도하기도 했습니다. 당사의 알고리즘은 쿼터니언을 사용하여 이 문제를 처리하도록 설계되었지만, 이러한 조건에서 엄격한 검증을 거치는 경우는 드뭅니다.
마지막으로, 견고성 및 기능적 측면 외에도 이러한 극한 조건에서도 항법 성능이 유지되는지 확인하고자 했습니다.
이번 테스트는 블라인드 방식으로 진행되었다는 점을 주목할 필요가 있습니다.
안전상의 이유로 노트북 컴퓨터를 기내에 반입하는 것은 불가능하지는 않더라도 매우 어렵습니다. 관련된 모든 센서와 함께, 비행 테스트를 시작하기 전에 모든 것을 구성하고 철저히 확인해야 했습니다.
테스트 플랫폼은 데이터 로깅을 위해 완전히 자율적으로 작동해야 했으며, 준비 및 비행 시간 전체를 감당할 수 있는 충분한 용량의 배터리가 필요했습니다. 이 모든 것이 매우 제한된 크기 내에 통합되어야 했습니다.
준비 및 비행 계획
INS 장치의 성능을 종합적으로 평가하기 위해, 항공 항법 작전 중 발생할 수 있는 다양한 시나리오를 각각 나타내는 두 번의 비행이 예정되었습니다:
- 동적 기동이 적고 수평 비행 상태인 일반적인 비행 조건 flight condition
- 다양한 방향과 가속도 조건에서 장치를 테스트하기 위한 곡예 비행
- 이를 통해 일반적인 조건과 까다로운 조건 모두에서 제품이 명시된 수준의 실시간 성능을 제공하는지 확인할 수 있었습니다.
Ellipse-D와 Quanta Micro 두 제품이 테스트되었습니다. 후처리된 Apogee-D(전진+후진 처리가 결합된 긴밀하게 결합된 PPK)가 이 평가의 기준으로 사용되었습니다. 그리고 이들은 모두 매우 훌륭한 성과를 거두었으며, 실제로 SBG Systems 팀원들보다 훨씬 뛰어났습니다.
비행 1: 일반적인 비행 프로파일
비행 1의 주된 목적은 저동적 기동과 수평 비행 조건을 포함하는 전형적인 비행 프로필에서 장비의 성능을 평가하는 것입니다.
이 비행은 비교를 위한 기준선을 제공하며 일반적인 비행 작업 중 INS 장치의 정확도와 안정성을 평가합니다.
이 비행 중에 수집된 데이터는 보다 까다로운 항공 항법 조건에서 성능을 평가하기 위한 벤치마크를 설정하는 데 도움이 되었습니다.
비행 계획은 상승 비행, 표준 및 급선회, 완만한 뱅크, 푸고이드(phugoid), 가감속, 피치 업 및 다운 등 일련의 기동 비행으로 구성됩니다...
비행 2: 곡예 비행
Flight 2에서는 INS 장치들의 극한 자세 및 가속도에서의 성능을 시험하기 위해 일련의 곡예 비행이 수행됩니다. 빠르고 격렬한 움직임을 특징으로 하는 곡예 비행은 항공 항법 시스템에 상당한 난관을 제시합니다.
이러한 까다로운 조건을 시뮬레이션함으로써, 정밀한 위치 파악이 필수적인 실제 시나리오에서 INS 장치의 견고성과 정확도를 평가할 수 있습니다.
비행 계획은 상승 비행, 표준 및 급선회, 완만한 뱅크, 푸고이드(phugoid), 에일러론 롤, 배럴 롤, 4포인트 롤, 임멜만, S턴, 가감속, 피치 업 및 다운 등 일련의 기동 비행으로 구성됩니다...
시험 대상 장치
평가를 위해 선정된 두 개의 INS 장치는 Ellipse-D와 Quanta Micro입니다. Ekinox Micro 역시 Quanta Micro를 대행하여 평가되었습니다.
| 단위 | 하드웨어 코드 | 하드웨어 릴리스 | 일련번호 | 펌웨어 |
|---|---|---|---|---|
| EUT#1 | ELLIPSE-D-G4A3-B1 | 3.3.00 | 000043763 | 2.5.169-stable |
| EUT#2 | QUANTA-USG | 1.1.0.0 | 000042492 | 4.2.228-beta |
| 대리인을 통해 평가됨 | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
이 테스트에 실제 Ekinox Micro 하드웨어가 직접 포함되지는 않았지만, 이는 Quanta Micro의 견고한 버전이며 정확히 동일하게 작동합니다. 따라서 이 테스트 결과는 Ekinox Micro에 온전히 적용됩니다.
기준 단위
Qinertia PPK(전진 + 후진 처리가 결합된 타이트 커플드 PPK)가 적용된 Apogee-D 유닛이 테스트의 기준 역할을 합니다.
시험 결과
첫 번째 테스트: 일반적인 비행
두 번째 시험: 곡예 비행
단일 안테나 대 이중 안테나
아래 그래프는 단일 안테나 구성과 최적화되지 않은 듀얼 안테나 설정(상이한 안테나 타입 적용)에서의 Quanta Micro 실시간 성능을 비교하여 보여줍니다.
비행 시작 시점은 사전 고동적 기동 없이 7분 이상 지속되는 저동적 직선 구간입니다. 최적의 조건에는 못 미치지만, 단일 안테나 설정은 더 높은 오차를 보인 채 정상적으로 작동하고 있습니다.
이러한 상황은 저동적 조건에서도 정확한 측정을 수행할 수 있는 듀얼 안테나 설정에 유리합니다.
오차 분석에서 이 초기 직선 구간을 제외하면, 단일 안테나 성능이 듀얼 안테나 성능과 동등함을 확인할 수 있습니다.
결과 분석
Ellipse-D 결과와 사양 비교
| 측정 | 목표값 (RMS) | 실측값, 일반 비행 (RMS) | 달성된 값, 곡예 비행 (RMS) | 일반적인 비행 상황을 기준으로 한 현황 |
|---|---|---|---|---|
| 수평 위치 | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | 알겠습니다 |
| 고도 | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | 알겠습니다 |
| 롤 | 0.1° | 0.041° | 0.064° | 알겠습니다 |
| 피치 | 0.1° | 0.041° | 0.043° | 알겠습니다 |
| 제목 | 0.2° (기준선 > 2 m) | 0.147° | 0.127° | 알겠습니다 |
참고로, 테스트에 사용된 Ellipse-D는 기대치를 뛰어넘는 예외적인 수준의 성능을 보여주었습니다.
모든 IMU가 사양에 명시된 성능을 충족하지만, 일부는 그 이상을 발휘하기도 합니다. Ellipse-D는 이러한 뛰어난 성능의 대표적인 예로, "역대 최고 Ellipse(Best Ellipse Ever)"라는 칭호를 얻으며 당사 제품군에서 특별한 자리를 차지하고 있습니다.
Quanta Micro / Ekinox Micro 결과와 사양 비교
| 측정 | 목표값 (RMS) | 실측값, 일반 비행 (RMS) | 달성된 값, 곡예 비행 (RMS) | 일반적인 비행 상황을 기준으로 한 현황 |
|---|---|---|---|---|
| 수평 위치 | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | 알겠습니다 |
| 고도 | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | 알겠습니다 |
| 롤 | 0.03° | 0.023° | 0.049° | 알겠습니다 |
| 피치 | 0.03° | 0.027° | 0.036° | 알겠습니다 |
| 제목 | 0.1° | 0.109° | 0.146° | 알겠습니다 |
결론
일반적인 비행 테스트에서 Ellipse-D와 Quanta Micro / Ekinox Micro는 실시간 단일 지점 조건에서 사양을 능가하는 성능을 보여주었습니다. 곡예 비행 테스트 결과, Ellipse-D와 Quanta Micro / Ekinox Micro는 뛰어난 성능을 제공했으며, 오류가 발생하지 않았고, 일반적인 비행 조건에 적용되는 지정된 값과 거의 일치하는 결과를 나타냈습니다.
이러한 테스트를 통해 SBG의 INS는 단일 지점 조건에서 항공 내비게이션 애플리케이션에 매우 신뢰할 수 있고 정확한 도구임을 알 수 있습니다. SBG의 INS는 지속적으로 뛰어난 성능을 제공하여 까다로운 시나리오에서도 신뢰성을 보장합니다.
