항공 항법이란 비행 중 항공기의 위치와 항로를 결정하는 데 사용되는 기법과 기술을 말합니다.

효과적인 내비게이션은 항공기가 목적지에 안전하고 효율적으로 도달할 수 있도록 보장합니다. 다음은 항공 내비게이션에 관련된 몇 가지 주요 구성 요소와 방법입니다: 관성 항법 시스템(INS), 글로벌 항법 위성 시스템(GNSS) 등이 있습니다.

SBG Systems 에는 혁신의 문화가 있기 때문에 실제 환경에서 Ellipse 및 Quanta Micro 의 성능을 평가하기 위해 강도 높은 비행을 하자는 아이디어가 나왔을 때 망설임 없이 실행에 옮겼습니다.

이 테스트를 실행하는 데는 시간과 리소스가 필요했지만 그만한 가치가 있는 결과물이 나왔습니다. 이 프로젝트에 도움을 주신 Apache aviation에 감사드립니다.

관성 항법 시스템(INS)은 항공 내비게이션 애플리케이션에 정확한 위치 및 항법 정보를 제공하는 데 중요한 역할을 합니다.

실제 환경에서 테스트하여 안정성을 평가했습니다.

 

항공 내비게이션 테스트 보고서
소카타 TB30이 테스트 비행기로 사용되었습니다.

 

항공 내비게이션의 특별한 테스트 캠페인

이 시험은 항공우주 테스트 수행과 관련된 복잡한 구현(규정, 비좁은 공간 등) 외에도 실제 조건에서 테스트할 기회가 거의 없었던 특정 질문에 대한 답을 제공했다는 점에서 특히 예외적입니다.

저희의 초기 목표는 알고리즘의 지속적인 개선에 중점을 두고 테스트 데이터베이스를 강화하는 것이었습니다. 많은 테스트가 일반적으로 '2D' 환경(예: 자동차, 보트)에서 수행되는 반면 '3D' 테스트는 상대적으로 드뭅니다.

항공우주 애플리케이션을 사용하는 고객은 기밀인 경우가 많기 때문에 데이터를 거의 제공하지 않습니다.

우리가 해결하고자 했던 또 다른 질문은 4G를 초과하는 상당한 진동과 가속도를 포함한 극한의 동역학에서 알고리즘의 견고성을 검증하는 것이었습니다.

또한, 이를 통해 갑작스러운 방향 변경이나 항공기 전복(거꾸로 비행)으로 인해 신호가 크게 차단되는 까다로운 GNSS 환경에서도 장비의 성능을 평가할 수 있었습니다.

 

또한 이러한 비행을 통해 가능한 모든 방향을 테스트할 수 있었는데, 그 중 일부는 피치가 90°에 가까워지면 특정 내비게이션 알고리즘에 어려움을 주는 '짐벌 잠금' 효과를 유발했습니다.

저희 알고리즘은 쿼터니언을 사용하여 이 문제를 처리하도록 설계되어 있지만, 이러한 조건에서 문제가 발생하는 경우는 거의 없습니다.

마지막으로 견고성과 기능적인 측면 외에도 이러한 극한의 조건에서도 내비게이션 성능이 유지되는지 검증하는 것을 목표로 했습니다.

이 테스트는 무작위로 진행되었다는 점에 주목할 필요가 있습니다.

안전상의 이유로 노트북 컴퓨터를 기내에 반입하는 것은 불가능하지는 않더라도 어렵습니다. 모든 센서가 관련되어 있기 때문에 비행 테스트를 시작하기 전에 모든 것을 구성하고 다시 확인해야 했습니다.

테스트 플랫폼은 데이터 로깅을 위해 완전히 자율적으로 작동해야 했고, 준비 및 비행 기간 내내 충분한 용량의 배터리가 필요했습니다. 이 모든 것이 매우 엄격한 규격 내에서 통합되어야 했습니다.

 

설정 및 비행 계획

INS 장치의 성능을 종합적으로 평가하기 위해 공중 항법 작동 중 발생하는 다양한 시나리오를 각각 대표하는 두 번의 비행이 예정되어 있습니다:

  • 낮은 동적 기동과 직선 비행 조건의 일반적인 비행
  • 다양한 방향과 가속도로 장치를 자극하는 곡예 비행

이를 통해 일반 조건과 까다로운 조건 모두에서 제품이 지정된 수준의 실시간 성능을 제공하는지 확인할 수 있었습니다.

두 가지 제품이 테스트되었습니다: Ellipse-D 및 Quanta Micro. 후처리된 Apogee-D (포워드 + 백워드 처리로 긴밀하게 결합된 PPK)가 이 평가의 기준이 되었습니다. 그리고 두 제품 모두 실제로 SBG Systems' 크루보다 훨씬 더 잘 수행했습니다.

 

항공편 1: 일반적인 비행 프로필

비행 1의 주요 초점은 낮은 동적 기동과 직선 비행 조건을 포함하는 일반적인 비행 프로파일에서 기기의 성능을 평가하는 것입니다.

이 비행은 비교를 위한 기준선을 제공하고 일반 비행 중 INS 장치의 정확성과 안정성을 평가합니다.

이 비행에서 수집한 데이터는 더 까다로운 항공 항법 조건에서 성능을 평가할 수 있는 벤치마크를 구축하는 데 도움이 되었습니다.

INS 항공 내비게이션 테스트 보고서
항공 내비게이션 데이터

 

비행 계획은 series 상승, 표준 및 가파른 회전, 얕은 은행, 푸고 이드, 가속 및 감속, 피치 업 및 다운과 같은 수치로 구성됩니다 ...

 

비행 2: 곡예 비행 기동

비행 2에서 INS 장치는 극한의 방향과 가속도에서 성능을 테스트하기 위해 곡예 비행 기동( series )을 수행합니다. 빠르고 공격적인 움직임이 특징인 곡예 비행 기동은 항공 내비게이션 시스템에 상당한 도전 과제를 안겨줍니다.

이러한 까다로운 조건을 시뮬레이션함으로써 정밀한 포지셔닝이 중요한 실제 시나리오에서 INS 디바이스의 견고성과 정확성을 평가할 수 있습니다.

INS 항공 내비게이션 데이터
INS 항공 내비게이션 데이터

비행 계획은 series 상승, 표준 및 급선회, 홀리 뱅크, 푸고이드, 에일러론 롤, 배럴 롤, 4점 롤, 이멜만, S턴, 가속 및 감속, 피치 업 및 다운과 같은 수치로 구성됩니다 ...

테스트 중인 장치

평가를 위해 선택된 두 개의 INS 장치는 Ellipse-D 및 Quanta Micro 입니다. Ekinox Micro 도 대리로 평가됩니다. Quanta Micro.

하드웨어 코드 하드웨어 개정. 일련 번호 펌웨어 버전
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
대리 평가 Ekinox Micro 0.1 000046860 5.0.1945-beta

 

정확하지는 않지만 Ekinox Micro 하드웨어는 이 테스트에 포함되지 않았습니다, Quanta Micro 의 러기드 버전으로 동작하며 정확히 동일하게. 따라서 이 테스트의 결과는 전적으로 Ekinox Micro.

 

관성 시스템 Quanta Micro
항공기 후면에 설치된 테스트 플랫폼
비행기의 관성 내비게이션 시스템
관성 항법 시스템 GNSS

참조 단위

Apogee-D Qinertia 단위(정방향 + 역방향 처리의 긴밀하게 결합된 PPK)가 테스트의 참조로 사용됩니다.

테스트 결과

첫 번째 테스트: 일반적인 비행

 

 

 

 

 

두 번째 테스트: 곡예 비행

 

단일 대 듀얼 안테나

아래 그래프는 단일 안테나에서의 실시간 성능과 최적이 아닌 듀얼 안테나 설정(안테나 유형이 다른 경우)의 실시간 성능( Quanta Micro )을 보여줍니다.

비행 시작은 이전의 높은 동적 기동 없이 7분 이상 낮은 동적 직진입니다. 이는 최적의 조건이지만 단일 안테나 설정이 제대로 작동하고 있으며 오차가 더 큽니다.

이러한 상황에서는 낮은 동적 조건에서도 정확한 측정값을 제공할 수 있는 듀얼 안테나 설정의 이점이 분명합니다.

이 초기 직선을 오류 분석에서 제외하면 단일 안테나 성능이 듀얼 안테나 성능과 동일하다는 것을 알 수 있습니다.

 

결과 분석

Ellipse-D 결과와 사양 비교

측정 목표 값(RMS) 일반적인 비행에서 달성한 값(RMS) 곡예 비행(RMS)에서 달성한 가치 상태 - 일반적인 비행 기준
수평 위치 1.2 m 0.574 m 0.647 m
확인
고도 1.5 m 1.012 m 1.050 m
확인
0.1° 0.041 ° 0.064 °
확인
피치 0.1° 0.041 ° 0.043 °
확인
제목 0.2°(기준선 > 2m) 0.147 ° 0.127 °
확인

 

참고로 테스트에 사용된 Ellipse-D 은 기대치를 뛰어넘는 뛰어난 성능을 보여주었습니다.

모든 IMU가 지정된 성능을 충족하지만 일부는 이를 뛰어넘는 경우도 있습니다. Ellipse-D 은 이러한 뛰어난 성능의 예로서 "최고의 Ellipse 제품"이라는 타이틀을 획득하고 특별한 자리를 차지하고 있습니다.

 

Quanta Micro / Ekinox Micro 결과와 사양 비교

측정 목표 값(RMS) 일반적인 비행에서 달성한 값(RMS) 곡예 비행(RMS)에서 달성한 가치 상태 - 일반적인 비행 기준
수평 위치 1.2 m 0.688 m 0.689 m
확인
고도 1.5 m 1.204 m 1.049 m
확인
0.03° 0.023 ° 0.049 °
확인
피치 0.03° 0.027 ° 0.036 °
확인
제목 0.1° 0.109 ° 0.146 °
확인

 

결론

일반적인 비행 테스트에서 Ellipse-D 및 Quanta Micro / Ekinox Micro 모두 실시간 단일 지점 조건에서사양을 초과했습니다.

곡예 비행 테스트에서도 Ellipse-D 및 Quanta Micro / Ekinox Micro 이 뛰어난 성능을 발휘하고 오류를 보이지 않았으며 일반적으로 일반적인 비행 조건에 적용되는 지정된 값에 가깝게 일치하는 것으로 나타났습니다.

이 테스트는 SBG의 INS가 단일 지점 조건에서 항공 내비게이션 애플리케이션을 위한 매우 안정적이고 정확한 도구라는 점을 강조합니다.

뛰어난 성능을 일관되게 제공하여 까다로운 시나리오에서도 안정성을 보장합니다.