항공 내비게이션은 비행 중 항공기의 위치와 경로를 결정하는 데 사용되는 기술을 의미합니다. 효과적인 내비게이션은 항공기가 목적지에 안전하고 효율적으로 도달하도록 보장합니다. 다음은 항공 내비게이션과 관련된 주요 구성 요소 및 방법입니다. INS(Inertial Navigation Systems), GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 등. 전체 항공 테스트를 준비했습니다.
SBG Systems에는 혁신 문화가 있으므로 실제 조건에서 Ellipse 및 Quanta Micro의 성능을 평가하기 위한 집중적인 비행에 대한 아이디어가 구체화되었을 때 주저함이 없었습니다. 이러한 테스트를 수행하는 데 시간과 리소스가 필요했지만 그만한 가치가 있었습니다. 이 프로젝트에 도움을 주신 Apache aviation에 감사드립니다.
INS(Inertial Navigation Systems)는 항공 내비게이션 애플리케이션에 대한 정확한 위치 및 내비게이션 정보를 제공하는 데 중요한 역할을 합니다. 당사는 신뢰성을 평가하기 위해 실제 조건에서 테스트했습니다.
항공 내비게이션의 특별한 테스트 캠페인
항공 우주 테스트 수행과 관련된 복잡한 구현(규정, 비좁은 공간 등) 외에도 이러한 시험은 특히 몇몇 INS 제조업체만이 실제 조건에서 테스트할 기회를 가졌던 특정 질문에 대한 답변을 제공했기 때문에 예외적입니다.
- SBG Systems의 초기 목표는 알고리즘의 지속적인 개선에 중점을 두고 테스트 데이터베이스를 풍부하게 하는 것이었습니다. 많은 테스트가 일반적으로 “2D” 환경(예: 자동차, 보트)에서 수행되는 반면 “3D” 테스트는 상대적으로 부족합니다.
- 항공우주 분야의 고객은 기밀인 경우가 많아 데이터를 거의 제공하지 않습니다.
- 우리가 해결하고자 했던 또 다른 질문은 상당한 진동과 4g를 초과하는 가속을 포함한 극한의 역학 조건에서 우리 알고리즘의 견고성 검증이었습니다.
- 또한 방향의 급격한 변화 또는 완전한 항공기 반전(거꾸로 비행)으로 인해 상당한 신호 차단이 발생하는 까다로운 GNSS 환경에서 장비의 성능을 평가할 수 있었습니다.
짐벌 락 효과
이러한 비행을 통해 SBG Systems은 가능한 모든 방향을 테스트할 수 있었으며, 그중 일부는 피치가 90°에 가까워질 때 특정 내비게이션 알고리즘에 어려움을 주는 “gimbal lock” 효과를 유발합니다. SBG Systems의 알고리즘은 쿼터니언을 사용하여 이 문제를 처리하도록 설계되었지만 이러한 조건에서는 거의 문제가 되지 않습니다.
마지막으로, SBG Systems은 견고성 및 기능 측면 외에도 이러한 극한 조건에서 내비게이션 성능이 유지될 수 있는지 확인하는 것을 목표로 했습니다.
이러한 테스트는 맹검으로 수행되었다는 점에 유의해야 합니다.
안전상의 이유로 랩톱 컴퓨터를 기내에 반입하는 것은 불가능하지는 않더라도 어렵습니다. 관련된 모든 센서를 사용하여 비행 테스트를 시작하기 전에 모든 것을 구성하고 다시 확인해야 했습니다.
테스트 플랫폼은 데이터 로깅을 위해 완전히 자율적이어야 했으며 전체 준비 및 비행 기간 동안 충분한 용량의 배터리가 필요했습니다. 이 모든 것을 매우 좁은 치수 내에 통합해야 했습니다.
설정 및 비행 계획
INS 장치의 성능을 포괄적으로 평가하기 위해 항공 내비게이션 작업 중에 발생하는 다양한 시나리오를 나타내는 두 번의 비행이 예정되었습니다.
- 낮은 동적 기동과 직선 수평 비행 조건을 갖춘 일반적인 비행
- 여러 방향과 가속도에서 장치를 자극하기 위한 곡예 비행
- 이를 통해 일반적인 조건과 까다로운 조건 모두에서 제품이 명시된 수준의 실시간 성능을 제공하는지 확인할 수 있었습니다.
Ellipse-D와 Quanta Micro, 이렇게 두 제품을 테스트했습니다. 사후 처리된 Apogee-D(전방향 + 후방향 처리로 긴밀하게 결합된 PPK)는 이번 평가의 기준 역할을 했습니다. 그리고 SBG Systems 직원들이 예상했던 것보다 훨씬 더 좋은 결과를 보여주었습니다.
비행 1: 일반적인 비행 프로필
비행 1의 주요 목표는 낮은 동적 기동과 직선 수평 비행 조건을 포함하는 일반적인 비행 프로필에서 장치의 성능을 평가하는 것입니다.
이 비행은 비교를 위한 기준을 제공하고 일반적인 비행 작동 중 INS 장치의 정확성과 안정성을 평가합니다.
이 비행 중 수집된 데이터는 항공 내비게이션의 더 까다로운 조건에서 성능을 평가하기 위한 벤치마크를 설정하는 데 도움이 되었습니다.
비행 계획은 상승, 표준 및 급선회, 완만한 선회, 퓨고이드, 가속 및 감속, 피치 업 및 다운과 같은 일련의 수치로 구성됩니다.
비행 2: 곡예 기동
비행 2에서 INS 장치는 극단적인 방향과 가속도에서 성능을 테스트하기 위해 일련의 곡예 기동을 수행합니다. 빠르고 적극적인 움직임이 특징인 곡예 기동은 항공 내비게이션 시스템에 상당한 어려움을 초래합니다.
이러한 까다로운 조건을 시뮬레이션함으로써 정확한 위치 결정이 중요한 실제 시나리오에서 INS 장치의 견고성과 정확성을 평가할 수 있습니다.
비행 계획은 상승, 표준 및 급선회, 얕은 뱅크, 퓨고이드, 에일러론 롤, 배럴 롤, 4점 롤, 임멜만, S턴, 가속 및 감속, 피치 업 및 다운과 같은 일련의 그림으로 구성됩니다.
테스트 대상 장치
평가를 위해 선택된 두 개의 INS 장치는 Ellipse-D와 Quanta Micro입니다. Ekinox Micro는 Quanta Micro를 통해 간접적으로 평가됩니다.
| 유닛 | 하드웨어 코드 | 하드웨어 버전 | 시리얼 번호 | 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 |
| 프록시로 평가됨 | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
정확한 Ekinox Micro 하드웨어가 이 테스트에 포함되지는 않았지만 Quanta Micro의 견고한 버전이며 정확히 동일하게 작동합니다. 따라서 이 테스트 결과는 Ekinox Micro에 완전히 적용할 수 있습니다.
기준 장치
Apogee-D 장치와 Qinertia PPK(전방향 + 후방향 처리로 긴밀하게 결합된 PPK)가 테스트의 기준 역할을 합니다.
테스트 결과
첫 번째 테스트: 일반적인 비행
두 번째 테스트: 곡예 비행
단일 안테나 vs 이중 안테나
아래 그래프는 최적의 듀얼 안테나 설정(서로 다른 안테나 유형 사용) 대비 Quanta Micro의 단일 안테나 실시간 성능을 보여줍니다.
비행 시작은 사전 고 dynamic 기동 없이 7분 이상 낮은 dynamic 직선입니다. 최적 조건에는 훨씬 못 미치지만 단일 안테나 설정은 더 높은 오류로 제대로 작동하고 있습니다.
이러한 종류의 상황은 낮은 dynamic 조건에서도 정확한 측정을 제공할 수 있는 듀얼 안테나 설정에 분명히 유리합니다.
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) | 달성된 값, 일반적인 비행 (RMS) | 달성된 값, 곡예 비행 (RMS) | 일반적인 비행을 기준으로 한 상태 |
|---|---|---|---|---|
| 수평 위치 | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | 확인 |
| 고도 | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | 확인 |
| Roll | 0.1° | 0.041° | 0.064° | 확인 |
| 피치 | 0.1° | 0.041° | 0.043° | 확인 |
| Heading | 0.2° (baseline > 2 m) | 0.147° | 0.127° | 확인 |
여담으로, 테스트에 사용된 Ellipse-D는 기대 이상의 뛰어난 성능 수준을 보여주었습니다.
당사의 모든 IMU는 지정된 성능을 충족하지만 일부는 이를 능가할 수도 있습니다. Ellipse-D는 그러한 뛰어난 성능의 예로 두드러지며 “최고의 Ellipse”라는 타이틀을 획득하여 당사 선반에서 특별한 위치를 차지하고 있습니다.
Quanta Micro / Ekinox Micro 결과와 사양 비교
| 측정 | 목표 값(RMS) | 달성된 값, 일반적인 비행 (RMS) | 달성된 값, 곡예 비행 (RMS) | 일반적인 비행을 기준으로 한 상태 |
|---|---|---|---|---|
| 수평 위치 | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | 확인 |
| 고도 | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | 확인 |
| Roll | 0.03° | 0.023° | 0.049° | 확인 |
| 피치 | 0.03° | 0.027° | 0.036° | 확인 |
| Heading | 0.1° | 0.109° | 0.146° | 확인 |
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.