Ekinox Micro 와 Quanta Micro 은 두 가지 관성 항법 시스템으로, 전술 MEMS 기반 IMU와 모든 기능을 갖춘 RTK GNSS 수신기를 결합하여 놀랍도록 컴팩트한 형태에 탁월한 성능을 제공합니다. 이 제품은 무인 지상/항공/해상 차량, 실내 매핑, 심지어 UAV 매핑 와 같이 엄격한 SWaP 제약이 있는 애플리케이션에 맞게 조정되었습니다.

 

이 종합적인 성능 평가 기사는 상용 도입을 앞두고 Quanta Micro 의 기능을 검증하기 위해 2022년 7월에 수행한 철저한 테스트를 기반으로 작성되었습니다. 이 보고서를 통해 시스템의 동적 성능이 입증되었습니다.

센서는 탁 트인 하늘, 중간 도시 지역, 도시 협곡 등 다양한 GNSS 환경에서 광범위하게 테스트되었습니다. 그 결과 일관되게 뛰어난 데이터 품질을 보여주었습니다. Quanta Micro 및 Ekinox Micro 모두 까다로운 시나리오에서도 지정된 성능을 초과했습니다. 사양은 일반적으로 예열 단계를 거친 후 일반 토지 조건과 같은 업계 표준 시나리오를 기반으로 하지만, 이 테스트에는 예열 단계 없이 어려운 도시 조건이 포함되었습니다. 놀랍게도 Ekinox Micro 과 Quanta Micro 은 이 테스트에서 모든 조건에서 뛰어난 성능을 보여주며 우수한 성적을 거두었습니다.

 

전제 조건

이 테스트 보고서를 읽으려면 관성 내비게이션 및 포스트 프로세싱 개념에 대한 어느 정도의 지식이 필요합니다. 지식 기반은 관성 내비게이션의 멋진 세계로 여행을 시작하는 데 도움이 될 것입니다.

 

약어

  • CORS: 지속적으로 운영되는 레퍼런스 스테이션
  • DUT: 테스트 대상 장치
  • EUT: 테스트 중인 장비
  • FOG: 광섬유 자이로스코프
  • GNSS: 글로벌 내비게이션 위성 시스템(GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
  • IGN: 국립지리원(프랑스 공식 지리 기관)
  • IMU: 관성 측정 장치
  • INS: 관성 항법 시스템
  • LiDAR: 빛 감지 및 거리 측정
  • MEMS: Micro 전자 기계 시스템
  • 병합: 병합: 다음을 사용한 정방향 + 역방향 후처리 Qinertia
  • PPK: 포스트 프로세스 키네마틱
  • RGP: Réseau GNSS Permanent(프랑스 국가 CORS 네트워크)
  • RMS: 제곱근 평균 제곱
  • RTK: 실시간 키네마틱
  • Std: 표준 편차
  • SWaP-C: 크기 무게 및 전력 - 비용
  • TC: 타이트 커플링
  • UAV: 무인 항공기

 

테스트 미션 목표 및 사양

미션 계획 및 실행

테스트는 2022년 7월 7일에 SBG Systems 테스트 차량에서 실시되었습니다. 테스트는 맑은 날씨 조건에서 SBG 시스템 시설 인근에서 115분 동안 진행되었습니다:

  • 개방된 하늘 조건에서 45분 동안 연속 작업할 수 있습니다.
  • 반밀도의 도시 환경에서 35분간 연속 작업 가능.
  • 터널을 포함한 열악한 도시 환경에서 35분 연속 작업.

 

환경의 복잡성을 고려할 때 위성 가시성과 관련하여 유리한 시간대를 선택하기 위해 임무 계획에 특별한 주의를 기울이지 않았습니다.

 

미션 목표

이 임무는 Quanta Micro 및 Ekinox Micro INS가 실제 시나리오에서 어떻게 작동하는지 보여주기 위해 특별히 고안되었습니다. 이를 통해 INS가 사양을 충족하는 것은 물론, 가장 까다로운 GNSS 조건에서도 뛰어난 성능을 발휘한다는 것을 입증할 수 있었습니다.

미션 기간 동안 저희는 Quanta Micro 의 실시간 성능을 측정하는 데이터를 수집한 다음 동일한 데이터 세트의 후처리(PPK)를 수행했습니다. 이를 통해 자동차 환경에서 Quanta Micro INS의 성능을 전체적으로 파악할 수 있었고, 다른 애플리케이션(특정 테스트 보고서의 대상인)의 성능은 그보다 덜 파악할 수 있었습니다. 최적화된 모션 프로파일 사용의 장점은 자동차와 비행기 모션 프로파일에서의 처리 비교를 통해 확인할 수 있습니다.

 

테스트 설정

테스트 중인 장비

짧은 이름

설명

HW Rev.

일련 번호

펌웨어 버전

EUT #1 Quanta Micro 1.1 000041817 4.1.5929-Dev
EUT #2 Quanta Micro 1.1 000041818 4.1.5929-Dev
대리 평가 Ekinox Micro 0.1 000046860 5.0.1945-beta

 

모든 테스트에서 설치 매개변수(오정렬, 레버 암 등)는 CAD 도면이나 이전 캘리브레이션을 통해 선험적으로 파악할 수 있었습니다.

이 테스트 보고서의 내용은 Quanta Micro , Ekinox Micro : Quanta Micro 의 러기드 버전이며 동일한 방식으로 작동한다는 점을 유념하세요. 세심한 내부 비교를 통해 series 이 주장을 확인했습니다.

 

참조 궤적

성능 오류를 평가하는 데 사용된 참조 소스는 Qinertia 처리된 긴밀하게 결합된 궤적과 SBG Systems Horizon IMU(FOG 기반 최종 성능), Navsight-S 및 차량에 설치된 페가셈 주행 거리계와 EUT의 데이터입니다. Qinertia 후처리에 사용된 버전은 3.2.881 안정 버전입니다.

 

짧은 이름

설명

위치 정확도

자세 정확도

제목 정확도

Navsight Horizon FOG 기반 INS

PPK(TC 병합)

0.01m

(0.01m @ 10초)

(0.05m @ 60초)

0.004°

(0.004° @ 10s)

(0.005° @ 60s)

0.008°

(0.008° @ 10s)

(0.010° @ 60s)

 

Navsight-S에 공급하는 두 개의 VSP6037L GNSS 안테나는 EUT와 공유됩니다(테스트 설정 다이어그램 참조).

사후 데이터 분석 결과, 후처리된 호라이즌 궤적의 품질 지표(위치 및 자세 표준편차 추정치)는 후자를 EUT에 대한 참조로 충분히 사용할 수 있습니다.

기내에 설치된 세 개의 INS 위치를 각각 공통 지점으로 옮겨 직접 비교할 수 있도록 했습니다.

 

기지국

모든 PPK 및 RTK 작업은 SBG 시스템 시설의 옥상에 설치되어 프랑스 CORS 네트워크인 IGN RGP에 포함된 단일 기지인 SBG'S 스테이션을 사용하여 수행되었습니다.

SBGS는 전체 GNSS 별자리 추적(GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU)을 제공합니다. 네 가지 별자리는 모두 실시간 RTK 작업에 사용되었습니다.

 

테스트 차량

테스트 차량은 다음 설정 다이어그램에 제시된 대로 표준 장비가 장착된 전용 밴( SBG Systems )이었습니다.

두 GNSS 안테나 사이의 기준선은 약 2m이며 대부분의 설치 매개변수는 특히 정밀도가 높은 것으로 알려져 있습니다.

 

 

 

EUT 구성

실시간 측정을 위해 테스트 대상 장비(EUT)를 다음과 같이 구성했습니다:

  • EUT1: 4가지 별자리를 모두 지원하는 GNSS, RTK 및 주행 거리계 지원.
  • EUT2: 4개의 별자리가 모두 포함된 GNSS, RTK 없음, 주행 거리계 지원 없음.

 

테스트 결과 분석

워밍업 단계가 포함되어 있습니다.

모든 테스트에서 통계는 의도적으로 워밍업 단계를 포함하여 계산되었습니다. 이 선택은 대부분의 경우 대부분의 수치에 부정적인 영향을 미치며, 특히 임무의 첫 5~10분 동안 매우 빠르게 감소하고 높은 값이 std 및 RMS에 큰 영향을 미치는 방향 오류의 경우 더욱 그렇습니다.

또한 자동차 프로파일을 가장 잘 나타내는 RTK, RTK 및 PPK 듀얼 안테나 없음 통계는 세 가지 임무 부분(개방형 하늘, 중간 및 열악한 GNSS 환경)을 모두 의도적으로 포함하여 계산되었습니다. 이러한 선택은 대부분의 수치에 부정적인 영향을 미칩니다.

이 두 가지 선택은 이 값이 비관적인 것으로 간주될 수 있음을 의미합니다. 그러나 이 결과는 Quanta Micro 이 예열 단계 없이도 얼라인먼트 단계에서 바로 우수한 성능으로 사용할 수 있음을 보여주며, 지정된 것보다 훨씬 가혹한 테스트 환경에서도 제품 성능 사양을 거의 충족할 수 있는 Quanta Micro 알고리즘의 견고함을 입증합니다.

 

실시간 시나리오

이러한 INS는 실시간으로 작동할 수 있어 RTK 보정 유무에 관계없이 고주파 저지연 내비게이션 솔루션을 제공합니다. 다음 표와 그림은 두 가지 EUT에 대해 제공되며 다음 조건에 대한 실시간 결과에 대한 자세한 정보를 제공합니다:

  • 자동차 모션 프로파일
  • EUT #1의 경우 주행 거리계 보조(RTK), EUT #2의 경우 주행 거리계 보조 없음(RTK 없음)
  • 듀얼 안테나 GNSS 헤딩 입력 포함

 

EUT #1(RTK + odo) EUT #2(RTK 없음, 오도 없음)
오류 68% 95% 68% 95%
2D 위치 0.021 m 0.246 m 1.155 m 2.734 m
수직 위치 0.023 m 0.157 m 1.865 m 7.329 m
롤/피치 0.011° 0.026° 0.015° 0.035°
Yaw 0.060° 0.140° 0.078° 0.190°

 

 

Despite the challenging conditions, the real time attitude and heading performance enables precise navigation, with better than 0.08° heading accuracy without RTK and better than 0.06° with RTK. Roll and pitch angles are also highly accurate (< 0.015° with or without RTK).

위치 측면에서 INS는 기존 GNSS 기술에 비해 68번째 및 95번째 백분위수에 매우 긍정적인 영향을 미치는 짧은 GNSS 중단에 대처할 수 있습니다.

그러나 이러한 까다로운 환경에서는 일반적인 위치 성능 사양을 충족할 수 없습니다. 분석을 개방형 하늘과 도심 GNSS 환경으로 제한하면 이러한 사양을 쉽게 충족할 수 있습니다.

 

후처리 시나리오

이 시나리오는 TC 병합(정방향 + 역방향) 계산 모드에서 Qinertia 후처리 소프트웨어로 도달할 수 있는 제품의 최종 성능을 평가하고 모션 프로파일의 영향을 비교하는 것을 목표로 합니다. 하나의 EUT(EUT #2)만 표시되지만 결과는 두 유닛 모두 매우 유사했습니다.

 

TC 자동차 모션 프로파일
주행 거리계 듀얼 안테나
TC 비행기 모션 프로파일
단일 안테나
오류 68% 95% 68% 95%
2D 위치 0.014 m 0.093 m 0.014 m 0.100 m
수직 위치 0.008 m 0.032 m 0.008 m 0.034 m
롤/피치 0.011° 0.032° 0.011° 0.032°
Yaw 0.051° 0.211° 0.041° 0.208°

 

앞의 표와 그림에서 볼 수 있듯이 모션 프로파일이 포스트 프로세싱 성능에 미치는 영향은 다소 미미합니다.

GNSS 환경이 매우 어려웠음에도 불구하고 제품은 매우 잘 작동하고 매우 정확한 결과를 생성합니다. 실시간의 경우, 임무를 개방된 하늘과 중간 정도의 도시 환경으로 제한하면 제품 사양보다 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.

 

결론

Ekinox Micro 및 Quanta Micro 의 테스트 및 후속 데이터 분석은 강력한 기능, 신뢰성 및 정확성을 강조합니다. 이 시스템은 까다로운 환경에서도 단일 및 이중 안테나 모드(RTK GNSS 수신기) 모두에서 탁월한 성능을 발휘합니다.

Ekinox Micro 와 Quanta Micro 은 안정적이고 정확한 위치 및 자세 결정이 필요한 실시간 애플리케이션에 탁월한 선택입니다. 까다로운 도시 환경에서도 효과적으로 작동하며 견고함을 자랑합니다.

또한 실시간 성능이 중요하지 않은 시나리오(예: LiDAR 매핑 및 사진 측량)에서는 SBG Systems' Qinertia 소프트웨어가 탁월한 후처리 기능을 제공하여 까다로운 GNSS 환경에서도 성능을 센티미터 수준의 정확도로 끌어올릴 수 있습니다. 따라서 INS와 Qinertia 의 조합은 직접 지오레퍼런싱 및 SLAM 기술을 위한 완벽한 선택이 될 수 있습니다.

이 연구는 Quanta Micro 및 Ekinox Micro 이 크기, 무게 및 성능을 엄격하게 고려해야 하는 애플리케이션을 포함한 다양한 애플리케이션에 적합하다는 것을 결정적으로 입증합니다.

  • Quanta MicroOEM 솔루션으로 설계된 UAV 매핑 및 체적 내비게이션 애플리케이션에 원활하게 통합됩니다.
  • 사용자 친화적인 디자인과 견고함(MIL-STD-461 및 MIL-STD-1275 인증)을 갖춘 Ekinox Micro 은 가벼운 매핑 애플리케이션에 적합하지만 견고함이 핵심인 내비게이션 애플리케이션에서 최고의 성능을 발휘합니다.

광범위한 조건에서 보다 유연한 SWaP-C 파라미터와 높은 정밀도가 필요한 매핑 작업의 경우 SBG Systems 에서 Quanta Plus , Quanta Extra , Ekinox, Apogee, Navsight 제품을 제공합니다. 이러한 대안은 Qinertia의 후처리 기능과도 완벽하게 호환되며 향상된 성능 수준을 제공하고 최고의 성능을 필요로 하는 애플리케이션에 탁월한 옵션이 될 수 있습니다.

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