Ekinox Micro 및 Quanta Micro 도시 내비게이션의 길을 선도하다
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 성능이 필요한 애플리케이션에 탁월한 옵션이 될 수 있습니다.
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