GNSS 수신기를 이용한 Hardware-in-the-loop 테스트의 손쉬운 수행

목표

자동차 및 항공우주 및 방위 응용 분야를 위한 새로운 통합형 GNSS 기반 시스템을 개발하는 것은 쉬운 작업이 아닙니다. 이러한 시스템은 악조건에서도 안정적이고 정확하게 작동해야 하므로 철저한 테스트와 검증이 필요합니다. 안타깝게도 현장 테스트는 이러한 복잡한 시스템에 대한 옵션으로 선택되는 경우가 드뭅니다. 실제 현장 시험은 느리고 비용이 많이 들며 안전 고려사항으로 인해 테스트에 대한 제약이 있습니다. 비행 관리 및 자동 조종 시스템과 같은 새로운 GNSS 기반 항공전자 시스템의 개발 및 테스트는 앞서 언급한 모든 문제가 수반되므로 좋은 예라고 할 수 있습니다. 비행 테스트는 비용이 많이 들며 공중에서 입증되지 않은 새로운 시스템을 테스트하는 것은 매우 위험합니다. 그 대신 연구소 환경에서 테스트를 수행하는 것이 좋습니다.

HiL(Hardware-in-the-loop) 테스트 시스템은 DUT에 대한 실제 현장 환경을 제공하므로 폐쇄 루프에서 실시간으로 평가할 전체 시스템에 대한 테스트를 수행할 수 있습니다.

그림 1은 자동 조종 시스템을 테스트하는 데 사용할 수 있는 HiL 시스템입니다. HiL 시뮬레이터는 DUT의 위치와 방향을 계산하며, GNSS 시뮬레이터는 실시간으로 제어되는 해당 위성 신호를 생성합니다. GNSS 수신기는 자동 조종 시스템(DUT)에 대한 위치 데이터를 제공하며 이 데이터를 기반으로 비행 제어 입력을 계산합니다. 그런 다음 HiL 시뮬레이터에서 자동 조종 시스템의 출력을 검증합니다.

로데슈바르즈 솔루션

R&S®SMBV100B 및 R&S®SMW200A GNSS Simulator에 GNSS 실시간 인터페이스 옵션이 탑재될 수 있습니다. 이 옵션을 사용하면 HiL 테스트 시스템에 손쉽게 통합하여 DUT의 GNSS 신호를 제공할 수 있습니다. 그림 2는 R&S®SMBV100B를 사용할 경우의 일반적인 HiL 테스트 셋업입니다.

유연한 인터페이스 덕분에 손쉽게 통합 가능

테스트 셋업 내에서 유연성을 극대화하기 위해 LAN, USB 또는 GPIB 인터페이스를 통해 원격 명령을 스트리밍할 수 있습니다. SCPI 또는 UDP 명령을 사용하여 궤적 데이터를 GNSS 시뮬레이터에 전송합니다. GNSS 시뮬레이터가 수신기 위치, 속도, 가속도 및 자세 데이터(요우, 피치 및 뱅크)를 포함한 6 DoF(자유도) 궤적 데이터를 실시간으로 수신합니다. 최대100 Hz의 빠른 업데이트 속도로 위치 업데이트를 전송할 수 있습니다. R&S®SMBV100B의 낮은 지연(최저 20 ms) 성능으로 전체 시스템의 저지연 및 뛰어난 처리 성능, 신호 정확도를 달성할 수 있습니다.
HiL 시뮬레이션에서는 모든 장치를 정확하게 동기해야 합니다. 로데슈바르즈 GNSS 시뮬레이터는 HiL 시뮬레이터와 안정적으로 시간을 동기화할 수 있는 1 PPS(pulse per second) 또는 10 PPS 신호를 제공합니다. 작동 편의성을 높이고 셋업을 최적화할 수 있도록 GNSS 시뮬레이터는 포괄적인 통계 및 디버깅 기능을 제공합니다.

실제 조건에서 테스트 수행

로데슈바르즈 GNSS 시뮬레이터는 다중 위성 및 다중 주파수뿐 아니라 많은 GNSS 채널(최대 144개)을 지원하므로 가장 복잡한 테스트 시나리오도 생성할 수 있습니다. 시뮬레이션된 이동이 실시간으로 계속해서 조정됩니다. 또한 위성 가시성 및 출력 레벨을 즉석에서 변경할 수 있으며 모호하거나 차단된 GNSS 신호 모델링과 같은 개선된 시스템 테스트 기능을 제공합니다.

최대한 현실적인 시뮬레이션을 만들기 위해 GNSS 시뮬레이터는 안테나 위치, 방향 및 유형을 고려할 수 있습니다. 안테나 위치는 6 DoF 모두에서 구성할 수 있습니다. 사용자가 제공하는 소위 본문 마스크 파일에서 안테나 장착 위치에 따른 신호 감쇠 및 차단을 지정할 수 있습니다. 또한 특정 안테나 패턴을 가져와서 사용할 정확한 안테나 유형을 모델링할 수 있습니다. 자세 데이터가 GNSS 시뮬레이터에 제공될 경우 안테나 패턴과 Body Mask를 사용하여 실제 동적 시나리오에서와 마찬가지로 각 위성에서 수신된 신호의 변경을 정확하게 계산할 수 있습니다.

편리한 사용자 인터페이스

여기에서 다룬 예제에서 R&S®SMBV100B를 비행 시뮬레이터와 연결하여 R&S®SMBV100B에 실시간으로 궤적 데이터를 입력하는 방법을 시연할 수 있습니다. 비행 시뮬레이터는 위치, 이동 측위 및 자세 정보를 실시간으로 GNSS 시뮬레이터에 제공하며 GNSS 시뮬레이터는 궤적에 따라 해당 GNSS 신호를 계산합니다. 아래에서 위치 및 속도와 같은 중요 파라미터와 함께 평면의 궤적이 GNSS 시뮬레이터 GUI에 실시간으로 표시됩니다.

자세 정보를 인공 수평기 및 컴파스에서 시각화할 수 있으므로 시뮬레이션된 파라미터를 쉽게 확인할 수 있습니다. 이 기능은 안테나 패턴을 사용해 특정 유형의 수신기 안테나를 시뮬레이션할 경우에 특히 유용합니다. 어느 기기를 사용하든 안테나의 현재 방향을 즉석에서 결정할 수 있습니다.

주요 이점

• 실시간 동적 6 DoF 수신기 이동
• 빠른 업데이트 속도(최대 100 Hz)
• 저지연(최저 20 ms)
• 고신호 및 높은 처리 정확도
• 유연한 인터페이스로 테스트 셋업에 손쉽게 통합 가능