GPS 거부 드론 자율성
Lodestar는 GPS 거부 비행을 위한 항법 무결성 엔진입니다. 재밍 버블을 통과하는 동안 약 0.9% 드리프트로 추적을 유지하고, 장면이 정말로 관측 불가능해지면 RED로 전환해 홈으로 복귀합니다. 확신에 찬 잘못된 위치를 벽에 들이받지 않습니다. 신뢰는 추정기 밖에서 계산되므로, 기반 VIO가 아무리 좋아져도 성립합니다.
0.92%
GPS 거부 구간에서 유지된 위치 드리프트 (당사)
시드 고정 합성 미션. 추측항법은 30.95%에 달함
52.5 s에 RED
터널이 관측 불가능해졌을 때의 홈 복귀
동일 미션, LiDAR fusion 끔
100% / 0.1%
관측 불가능한 터널 탐지 / 정상 구간 오경보
기권 점검, 이번 실행
아래의 모든 내용은 245.3 m 경로 위의 시드 고정 합성 미션이며, 오프라인에서 재현 가능합니다. 실제 드론, 비행 로그, 전자전 방출기는 개입되지 않습니다.
전자전은 자율 드론이 지금 가장 중요한 바로 그 장소에서 GPS를 신뢰할 수 없게 만들었습니다. 분쟁 공역, 채굴장, 터널, 도심 협곡입니다. 반사적인 해결은 시각-관성 주행거리계(VIO)를 달고 바라는 것입니다. 그러나 VIO는 두 가지로 실패하고, 그중 하나만 모두가 말하는 드리프트입니다.
첫 번째 실패는 VIO가 드리프트한다는 것입니다. GPS가 거부된 시간이 길수록 오차가 누적됩니다. 그것은 관리 가능합니다. 두 번째는 더 나쁩니다. VIO는 조용히 실패합니다. 움직이는 물체나 빈 장면에 잠금되고, 또렷하고 확신에 찬 위치를 보고하지만 그것은 그냥 틀린 것입니다. 국방, 광업, 또는 Blue UAS 구매자에게, 확신에 찬 잘못된 위치는 정직한 "모르겠다"보다 더 위험합니다. 항공기가 완전한 확신을 가지고 그에 따라 행동하고, 자신이 있지 않은 곳을 향해 정확하게 날아가기 때문입니다.
이 데모를 만들 때, 우리는 그 두 번째 실패를 진짜 문제로 다뤘습니다. 추정기를 더 정확하게 만들어도 해결되지 않습니다. "이 위치를 신뢰할 수 있는가?"는 "이 위치는 무엇인가?"와 다른 질문이기 때문입니다. 두 번째를 만든 바로 그 장치로 첫 번째에 답할 수는 없습니다. 증인이 자기 증언을 스스로 인증하게 두지 않는 것과 같습니다. 그래서 Lodestar의 지속되는 가치는 더 나은 추정기가 아닙니다. 추정기 밖에 앉아, 멋지지 않은 말을 할 의지가 있는 무결성 모니터입니다. 이 위치는 신뢰할 수 없다, 홈으로 복귀하라.
파이프라인은 전부 실제이고, 결정론적이며, 시드가 고정된 코드입니다. 합성 미션이 모든 추정기와 독립적으로 참값을 생성하고, 강결합 VIO EKF가 위치를 산출하며, 별도의 항법 무결성 모니터가 그 위치를 신뢰할 수 있는지 판단하고, 벤치마크와 비행 무결성 보고서가 전체 실행을 참값에 대해 채점합니다.
동일한 강결합 VIO EKF가 허수아비가 아닌, 정말로 다른 세 설정에서 돌아갑니다. 추측항법 IMU는 비전을 쓰지 않습니다. 스톡 VIO는 시맨틱 마스킹을 끈 채로 돌아갑니다. 무결성 인식 VIO(당사)는 시맨틱 마스킹을 켠 채로 돌아가, 움직이는 물체에 속한 시각 특징을 추적하는 대신 거부합니다. t=18 s에 GPS가 거부되면, EKF는 운용자에게 보이는 모드 전환 없이 GPS에서 비전으로 인계하고 위치를 연속으로 유지합니다.
항법 무결성 모니터는 의도적으로 별도 코드입니다. 세 신호를 하드 임계값과 함께 하나의 무결성 상태로 융합합니다.
0.5초 동안 RED가 지속되면 페일세이프가 래치되고 홈 복귀를 명령합니다. 모니터는 신뢰가 변함에 따라 GPS-to-VIO 균형도 재가중합니다. 추정기 밖에 살기 때문에, 그 판정은 신뢰의 대상에 의존하지 않습니다.
한 번의 클릭으로 감사 영수증을 JSON과 인쇄 가능한 HTML로 내보냅니다. 스코어보드, 헤드라인 지표, 기권 정확성, 페일세이프 시각, 이벤트 타임라인, 그리고 스텁된 것과 미뤄 둔 것을 명시한 범위 공시입니다. 고정 시드에서 완전히 오프라인·결정론적으로 돌아가므로, 전체 결과는 재현 가능합니다. 유일한 선택적 LLM은 구조화된 보고서에서 기술 검토 내러티브를 쓰는 "내러티브 초안" 버튼이며, 비행 루프 완전히 밖에 있습니다. 결정론적 무결성 게이트가 결정하고, 모델은 자문만 합니다.
데모는 하나의 연속된 시드 고정 미션입니다. 다음은 순서대로의 네 박자로, LiDAR fusion을 끈 채로 기록된, 페일세이프가 발동하는 헤드라인 실행입니다.
드론이 시뮬레이션된 R-330Zh 스타일 전자전 버블로 들어가고 GPS가 떨어집니다. EKF는 모드 전환 없이 VIO로 인계하고 약 0.9% 드리프트로 추적을 유지하는 반면, 추측항법 IMU 베이스라인은 30.95% 드리프트와 75.92 m의 최종 오차로 폭주합니다. 정확도는 실제이지만, 그것이 요점이 아닙니다. 요점은 정확도가 더 이상 불가능할 때 일어나는 일입니다.
시드 20260619에서 보고서 빌더가 245.3 m 경로에 대해 산출했으며, 오프라인에서 완전히 재현 가능합니다. 헤드라인 실행은 LiDAR fusion을 끈 경우로, RED 페일세이프가 발동합니다.
| 방법 (LiDAR 끔) | ATE | 최종 오차 | 드리프트 |
|---|---|---|---|
| 추측항법 IMU | 25.37 m | 75.92 m | 30.95% |
| 스톡 VIO (마스킹 끔) | 32.95 m | 70.61 m | 28.79% |
| 무결성 인식 VIO (당사) | 0.90 m | 2.26 m | 0.92% |
같은 실행에서, GPS 거부 비행의 56.3%가 GREEN 무결성으로 유지되었고, 모니터는 정말로 관측 불가능한 터널을 100%의 시간에 탐지했으며, 정상 GPS 거부 구간에서는 0.1%의 시간에만 오경보했습니다. 홈 복귀 페일세이프는 t=52.5 s에 트리거되었습니다. 시뮬레이션된 LiDAR fusion을 켜면 터널이 관측 가능해지고, 드리프트는 0.01%로 떨어지며, GREEN 커버리지는 78.9%로 오르고, 페일세이프는 발동하지 않습니다. 이것은 놓친 것이 아니라 올바른 동작입니다.
이번 실행에서 측정된 처리량은 16,000회의 EKF 전파 업데이트입니다(200 Hz에서 80 s). NVIDIA Jetson Orin NX 16 GB에서 30 to 45 FPS라는 수치는 여기서 측정된 것이 아니라 목표 하드웨어 사양이며, 보고서는 그렇게 표기합니다.
정직함이 제품이므로, 범위는 명시적입니다. 이것은 메커니즘의 데모이지, 배포된 파이프라인이 아닙니다.
재밍 버블 안에서 GPS가 떨어지면, Lodestar는 카메라 랜드마크와 200 Hz IMU 데이터를 융합해 위치를 계속 추정하는 강결합 시각-관성 주행거리계(VIO) EKF로 인계합니다. 당사의 시드 고정 합성 미션에서는 비행 경로의 약 0.9퍼센트 드리프트를 유지한 반면, 추측항법 IMU 베이스라인은 대략 31퍼센트로 폭주했습니다. 추정기는 이야기의 절반일 뿐입니다. 별도의 무결성 모니터가 매 순간, 그 위치를 전혀 신뢰할 수 있는지를 결정합니다.
살짝 드리프트하는 위치는 완만하게 나빠지고 운용자가 그에 맞춰 계획할 수 있지만, 확신에 찬 잘못된 위치는 항공기를 자신이 있다고 생각하는 곳이 아닌 곳을 향해 정확하게 보냅니다. VIO는 움직이는 물체나 빈 장면에 잠금되고 또렷한 위치를 보고하지만 그것이 그냥 거짓일 때 이렇게 실패합니다. Lodestar의 답은 정직한 기권입니다. 어떤 위치도 신뢰할 수 없으면 그렇게 말하고 홈으로 복귀하며, 확신에 찬 잘못된 위치를 벽에 들이받지 않습니다.
우리 미션의 어두운 터널 구간에서 사용 가능 시각 특징은 거의 0으로 무너지므로, 어떤 추정기도 신뢰할 수 있는 위치를 만들어 낼 수 없습니다. 항법 무결성 모니터는 RED로 전환하고, 0.5초 동안 RED가 지속된 뒤 페일세이프를 래치하고 홈 복귀를 명령합니다. 이번 실행에서는 t=52.5 s입니다. 선택적 시뮬레이션 LiDAR fusion을 켜면 같은 구간이 다시 관측 가능해지므로, 모니터는 올바르게 무결성을 유지하고 페일세이프는 발동하지 않습니다.
시뮬레이션입니다. 모든 것은 모든 추정기와 독립적으로 생성된 참값을 가진 합성, 시드 고정 미션이므로 실행은 바이트 단위로 재현 가능합니다. 실제 드론, 비행 로그, 전자전 방출기는 없으며, R-330Zh는 명명된 시나리오로만 쓰입니다. 실제인 것은 코드입니다. 동작하는 VIO EKF, 무결성 모니터, 벤치마크가 모두 오프라인에서 결정론적으로 돌아갑니다. 지속되는 주장은 구조입니다. 추정기 밖에서 계산된 신뢰와 RED가 홈 복귀를 트리거하는 것이지, 한 미션의 정확한 미터가 아닙니다.
스톡 VIO는 위치를 추정하지만 그 위치가 신뢰할 수 있는지를 판단하는 별도 심판이 없고, 동적 특징에 잠금될 수 있습니다. 같은 시드 고정 실행에서, 시맨틱 마스킹을 끈 스톡 VIO는 이동 호송에 잠금되어 약 29퍼센트 드리프트로 이탈했습니다. 트럭을 추적하고 드론이 정지해 있다고 생각한 전형적인 사례입니다. Lodestar는 움직이는 특징을 거부하는 시맨틱 마스킹에 더해, 추정기 밖에 사는 무결성 모니터를 더해 신뢰가 신뢰의 대상에 의존하지 않게 합니다.
데모는 FastAPI 서비스로 노트북에서 오프라인·결정론적으로 돌아가며, NumPy EKF와 무결성 모니터를 씁니다. NVIDIA Jetson Orin NX 16 GB에서 30 to 45 FPS라는 수치는 측정 결과가 아니라 목표 하드웨어 사양이며, 비행 무결성 보고서는 그렇게 명시합니다. 온보드 배포, 실제 이미지 프론트엔드, 오토파일럿/MAVLink 브리지는 미뤄 둔 것이지, 이 버전에 만들어진 것이 아닙니다.
Blue UAS는 미국 국방혁신단(Defense Innovation Unit)의 NDAA 준수 드론 승인 목록이며, SBIR/AFWERX는 바로 이런 GPS 거부 자율성 작업을 자금 지원합니다. 우리는 소속이 아니라 시장 맥락으로 언급합니다. Veriprajna가 어떤 목록에 있거나 어떤 계약 아래 있다고 명시되어 있지 않습니다. 그런 종류의 검토를 위해 데모가 제공하는 것은, 스텁된 것과 미뤄 둔 것을 명시한 범위 공시가 있는 원클릭 비행 무결성 보고서입니다.
데모는 메커니즘을 증명합니다. 더 어려운 일은 그것을 귀하의 플랫폼, 귀하의 센서, 귀하의 미션에 맞게 적응시키는 것입니다.
귀하의 팀이 GPS 거부 항법과, 자율성 스택이 자기 위치를 언제 신뢰하기를 거부해야 하는지라는 질문과 씨름하고 있다면, 어떻게 생각하고 계신지 진심으로 듣고 싶습니다. 문제는 산업 전반의 것이고, 답도 그럴 것입니다.