정확한 UAV 지상 근거 정보를 얻기 위해 GNSS/INS가 필요합니까?

As UAV 애플리케이션이 다양해지면서 UAV R&D는 상당한 추진력을 얻었고, 드론 산업에 정확한 UAV 지상 검증이라는 개념을 가져왔습니다. 자동차 부문 지상 확인을 위한 고도로 성숙한 방법론을 구축했지만, 드론에 대해서는 단순히 복제할 수 없습니다.

이 기사에서는 UAV 테스트에서 지상 진실화(ground truthing)에 대한 자세한 설명과 OXTS가 이 분야를 어떻게 지원할 수 있는지 살펴봅니다.

자동차 및 UAV 지상 진실 확인의 주요 차이점

UAV와 비교했을 때, 차량의 움직임 및 시스템 제약과 관련된 여러 장점으로 인해 자동차 테스트에서의 지상 검증이 구현하기 더 쉽습니다.

• 차량은 주로 2차원 평면에서 작동합니다
• 자세 변화가 제한적입니다 (작은 롤 및 피치 각도)
• 공간, 전력 공급 및 탑재 용량은 거의 제한적이지 않습니다

이는 차량에 대규모 고출력, 고정밀 지상진실 체계를 비교적 쉽게 통합할 수 있게 해줍니다.

반면, 무인기는 근본적으로 다른 환경에서 작동합니다:

• 연속적인 3차원 6자유도 운동, 일정한 롤, 피치, 요 변경
• 잦은 자세 변경, 자세 오차가 위치 정확도에 직접적인 영향을 미침
• 엄격한 크기, 무게 및 전력(SWaP) 제약

이러한 요인들로 인해 UAV 지상 검증은 정확성 및 시스템 통합 측면 모두에서 훨씬 더 까다로워집니다.

UAV 테스트에서 “현장 실사”의 진정한 의미

자동차 테스트 산업, 특히 ADAS 엔지니어이시라면 '그라운드 트루싱(ground truthing)'이라는 용어에 익숙하실 가능성이 높습니다. 엔지니어링 맥락에서, 그라운드 트루싱 절대적인 진리를 의미하는 것이 아닙니다. 오히려, 오류가 있는 참조를 의미합니다. 테스트 대상 시스템보다 상당히 작은, 성능 평가를 위한 신뢰할 수 있는 벤치마크로 만드는 것.

UAV 응용 분야의 경우, 신뢰할 수 있는 지상실측 솔루션은 일반적으로 다음을 제공해야 합니다.

• 끊김 없는 3차원 위치 궤적
• 시간 동기화된 자세 데이터 (롤, 피치, 요)
• 전체 비행을 포함하는 고주파 데이터
• 후처리 및 반복 분석 지원

이러한 요소들은 함께 성능 평가 및 오차 분석을 위한 신뢰할 수 있는 참조 궤적을 만듭니다.

비행 제어 시스템의 IMU는 지면 진실화에 사용될 수 없습니다.

현대의 UAV 비행 제어기는 이미 IMU와 GNSS 데이터를 결합하여 위치, 속도 및 자세를 추정합니다. 따라서 지면 검증을 위해 추가 INS가 필요한 이유는 무엇입니까?

그 답은 비행 제어 시스템 내 IMU와 GNSS의 설계 우선순위에 있습니다. 이 센서들은 다음을 위해 최적화되었습니다.

• 비행 안정성 유지
• 실시간 제어 요구사항 충족
• 허용 가능한 운영 한계 내에서 내비게이션 정확도 제공

이들은 고정밀 참조 시스템으로 작동하도록 설계되지 않았습니다. 실제로는:

• IMU 오차는 적분 드리프트로 인해 시간이 지남에 따라 누적됩니다.
• GNSS 업데이트 속도는 상대적으로 느립니다
• 이 두 센서 융합은 최대 정확도가 아닌 제어 강건성(robustness)을 위해 조정되었습니다.

INS는 고급 필터링 알고리즘을 사용하여 IMU와 GNSS를 긴밀하게 결합하여 이러한 한계를 극복합니다. 이를 통해 고동적 조건에서도 안정적이고 중단되지 않으며 정확한 위치 및 자세 출력이 가능합니다.

GNSS/INS를 이용한 정확한 UAV 지상 실황 조사에서의 두 가지 핵심 과제

정확도 요구 사항

지상 참제의 기본 원칙은 검증 대상 시스템보다 참조 시스템이 훨씬 더 정확해야 한다는 것입니다. 많은 전문 UAV 플랫폼은 데시미터에서 미터 범위의 위치 정확도를 달성합니다. 예를 들어, 영상 또는 LiDAR 탑재체를 운반하는 옥토콥터는 일반적으로 +/- 0.5m-1.5m 범위의 호버링 위치 사양을 가집니다.

이러한 시스템을 의미 있게 검증하려면 센티미터 수준의 기준 궤적과 동등하게 정밀한 자세 정보가 필요합니다.

SWaP 제약

자동차와 달리 UAV 플랫폼은 추가 장비에 엄격한 제한을 둡니다. 지상 검증 시스템은 반드시 다음을 충족해야 합니다:

• 가벼운: 질량은 지구력과 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 압축 중량 제한 페이로드 통합
• 저전력 전력 소비는 비행 시간을 직접적으로 감소시킵니다

OXTS 솔루션

OXTS xRED: SWaP-critical GNSS/INS 기기

힘, 무게, 공간이 제한적이지만 성능은 타협할 수 없을 때. 이 초소형 장치는 무게, 와트, 입방 밀리미터당 위치, 방향, 모션 데이터 정확도를 극대화하도록 설계되었습니다.

주요 기능은 다음과 같습니다:

• 센티미터 수준의 위치 정확도RTK 모드에서 최대 1cm, UAV 지상 실측 요구 사항 충족
• 고정밀 자세 출력GNSS 가용 조건에서 0.02°의 롤 및 피치 정확도
• SWaP 설계56 x 53 x 10mm의 컴팩트한 크기, 39g의 가벼운 무게, 4W의 전력 소비량으로 UAV 통합에 이상적입니다.
• 후처리 지원end-to-end 소프트웨어 툴체인을 포함하여 일관성 높은 참조 궤적의 최적화와 생성을 지원합니다