영상대조항법 기술은 GPS 운용 불가 시의 대체 항법 수단이며 다양한 환경 및 임무 조건에서 안정적으로 운용되기 위해 체계적인 검증이 필수적이다. 그러나 실제 비행시험은 고비용·시간 소모적이라는 한 계가 있어, 초기 단계에서 성능 평가와 알고리즘 개선을 위한 시뮬레이션 환경 구축의 필요성이 대두된다. 시뮬레이션 환경은 실제 운용 환경을 모사하여 항법 알고리즘의 반복적인 시험 및 분석을 가능 하 게 하고, 항공기가 비행하지 못하는 고고도 등의 다양한 비행 시나리오를 구현할 수 있어 개발 및 분석 효율을 동시에 확보할 수 있다. 본 연구에서는 항공기 탑재 영상대조항법 검증을 위한 시뮬레이션 환경 을 구축하였다. 제안된 시스템은 비행모의기 PC와 운용통제기 PC로 구성된다. 비행모의기 PC는 Prepar3D 기반 Cessna Caravan 비행체 모델을 사용하여 가상 비행 궤적을 생성하고, 임무 기반 또는 로 그 기반 시나리오 실행 시 정사영상을 생성 및 캡처한다. 또한 GPS, 관성센서, 기압고도계, 영상센서 등의 모의 데이터를 생성하고 이를 ROSBAG 포맷으로 변환하여 다양한 항법 알고리즘 시험에 활용할 수 있 다. 운용통제기 PC는 시나리오 관리, 장치 설정, 모의기 제어 등의 기능을 수행하며 전체 시험 환경의 관리 및 운영을 담당한다. 본 시스템은 실제 비행시험 전 단계에서 항법 알고리즘의 성능을 사전에 검증 하고, 이후 다양한 운용 조건과 센서 구성을 적용·평가할 수 있는 환경을 제공한다. 이를 통해 영상대조항법 기술의 개발 효율을 높이고, 향후 실 비행시험 단계로의 전환 시 비용 절감과 위험 저감에 기 여할 것으로 기대된다.

Simulation Environment Design for Performance Verification of Vision Based Navigation

Tae-Hoon Lee*, Seung-Bok Kwon, Tae-Dong Ahn, Sang-Chan Moon, Hyun-Wook Hong, Kanghyun Hwang, Hyunseup Cho, Juhyun Oh, Hyungsub Lee

Vision Based Navigation technology is an alternative navigation method when GPS is unavailable, and systematic verification is essential to ensure stable operation in various environments and mission conditions. However, actual flight tests are costly and time-consuming, highlighting the need to build a simulation environment for performance evaluation and algorithm improvement in the early stages. A simulation environment enables repetitive testing and analysis of navigation algorithms by replicating real-world operational conditions, and can implement various scenarios such as high altitudes where aircraft cannot fly, thereby simultaneously enhancing development and analysis efficiency. In this study, we built a simulation environment for verifying the aircraft-mounted video comparison navigation system. The proposed system consists of a flight simulator PC and an operation control PC. The flight simulator PC uses a Cessna Caravan aircraft model based on Prepar3D to generate virtual flight trajectories and generates and captures orthophotos when executing mission-based or log-based scenarios. It also generates simulated data from GPS, inertial measurement units (IMUs), barometric altimeters, image sensors, etc., and converts it to ROSBAG format for use in various navigation algorithm tests. The operation control PC performs functions such as scenario management, device settings, and simulator control, and is responsible for managing and operating the entire test environment. This system provides an environment for pre-verifying the performance of navigation algorithms and applying and evaluating various operating conditions and sensor configurations prior to actual flight testing. This is expected to increase the development efficiency of image-based navigation technology and contribute to cost reduction and risk mitigation when transitioning to the actual flight testing stage in the future.

Keywords: vision based navigation, simulation, performance verification

Speaker 이태훈* LIG넥스원