Booil Jung

듀얼 안테나 GPS Yaw 레퍼런스를 사용하는 UAV 통합을 위한 Movella Xsens MTi 1-시리즈 모듈의 기술 평가 및 비교

본 보고서는 실외 드론 애플리케이션을 위한 Movella Xsens MTi 1-시리즈 관성 센서 모듈(MTi-1, MTi-2, MTi-3)에 대한 심층적인 기술 검토를 제공합니다. 분석의 핵심 전제는 사용자의 시스템 아키텍처, 즉 드론의 Yaw(헤딩)를 듀얼 안테나 GPS 시스템을 통해 추정한다는 것입니다. 이 결정적인 제약 조건을 고려할 때, Movella Xsens MTi-2 (Vertical Reference Unit)가 이 애플리케이션에 가장 적합하고 비용 효율적인 모듈이라는 것이 명백한 결론입니다. 이 모듈은 중력 참조 롤(Roll) 및 피치(Pitch) 데이터를 온보드에서 처리하여 제공하며, “비참조 저드리프트(unreferenced, low drift)” Yaw 출력은 듀얼 안테나 GPS와 같은 외부 절대 Yaw 소스와의 고주파 융합에 이상적으로 설계되었습니다.

이 권장 사항은 아키텍처 시너지 원칙에 기반합니다. 사용자의 시스템은 이미 자기장에 영향을 받지 않는 정확하고 절대적인 헤딩 소스를 갖추고 있습니다. 따라서 관성 모듈의 역할은 이 절대 소스를 보완하는 것이지, 대체하거나 충돌하는 것이 아닙니다. MTi-2는 호스트 프로세서의 롤 및 피치 추정이라는 계산 집약적인 작업을 오프로드하여 통합을 단순화합니다. 동시에, MTi-3(AHRS)의 핵심 기능인 자력계 기반 헤딩은 사용자의 우수한 듀얼 안테나 GPS 시스템으로 인해 불필요하며, 드론의 전자기 간섭 환경에서는 오히려 잠재적인 오류 소스가 될 수 있습니다. MTi-2는 이러한 중복성과 잠재적 충돌을 피할 수 있습니다. 가장 저렴한 옵션인 MTi-1(IMU)은 상당한 소프트웨어 개발 및 실시간 처리 부담을 호스트 프로세서에 부과하며, MTi-2로의 소폭의 가격 인상은 이러한 부담을 효과적으로 해결해 줍니다.

본 보고서는 세 모듈 모두 동일한 핵심 관성 하드웨어 플랫폼을 공유하며, 오직 펌웨어 기반의 센서 융합 기능에서만 차이가 있음을 입증할 것입니다. ROS2 Humble에 대한 지원은 공식적으로, 그리고 견고하게 제공됩니다. 따라서 최종 결정은 어떤 모듈의 온보드 처리 기능이 지정된 외부 Yaw 레퍼런스를 충돌 없이 가장 잘 보완하는지에 달려 있습니다. MTi-2는 이 기준에서 명백한 승자입니다.

Movella Xsens MTi-1, MTi-2, MTi-3 모듈을 비교하기 전에, 이 세 제품이 모두 동일한 물리적, 전기적, 센서 하드웨어 기반 위에 구축되었다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 공통 플랫폼은 물리적 통합 관점에서 상호 교환성을 보장하며, 모듈 간의 진정한 차이점이 펌웨어 수준의 데이터 처리 능력에 있음을 명확히 합니다.

세 모듈은 모두 동일한 하드웨어 플랫폼을 기반으로 하므로 물리적 통합 관점에서 상호 교환이 가능합니다.

기저 MEMS 센서의 성능은 시리즈 전체에 걸쳐 일관됩니다. 차이점은 이 센서들로부터 얻은 데이터를 처리하는 방식에 있습니다. 사용자는 MTi-1에서 MTi-3로 업그레이드할 때 더 나은 하드웨어를 구매하는 것이 아니라, 더 정교한 온보드 처리 능력을 구매하는 것입니다.

Movella는 전체 MTi 시리즈를 지원하는 포괄적인 무료 소프트웨어 스위트를 제공하여, 선택한 모듈에 관계없이 일관된 개발 경험을 보장합니다.

아래 표는 MTi 1-시리즈 모듈들이 공유하는 공통적인 하드웨어 및 소프트웨어 사양을 요약한 것입니다. 이 기준 정보를 통해 각 모듈의 고유한 기능적 차이점에 더 집중할 수 있습니다.

표 1: MTi 1-시리즈 공통 플랫폼 사양

사양 항목 출처
물리적 특성    
폼 팩터 12.1 x 12.1 x 2.55 mm SMD 1
무게 0.6 g 4
전기적 특성    
입력 전압 2.8 V ~ 3.6 V 1
전력 소비 (Typ. @ 3V) < 100 mW 4
핵심 센서 성능    
자이로스코프 인런 바이어스 안정성 6 deg/h 2
자이로스코프 노이즈 밀도 $0.003 \text{º/s/}\sqrt{\text{Hz}}$ 2
가속도계 인런 바이어스 안정성 40 µg 2
가속도계 노이즈 밀도 $70 \text{ µg/}\sqrt{\text{Hz}}$ 2
인터페이스 및 환경    
통신 인터페이스 UART, SPI, I²C 1
작동 온도 -40 °C ~ 85 °C 1
IP 등급 IP00 1
소프트웨어 지원    
공통 소프트웨어 MT Software Suite (MT Manager, MT SDK, MFM) 1

MTi 1-시리즈의 공통 하드웨어 플랫폼을 이해했다면, 이제 각 모듈을 차별화하는 펌웨어 기반 기능에 대해 심층적으로 분석할 차례입니다. 이 기능적 차이는 호스트 프로세서와의 처리 부담 분담, 통합의 복잡성, 그리고 최종적으로 사용자의 특정 아키텍처에 대한 적합성을 결정합니다.

각 모듈의 기능적 차이를 이해한 후, 이제 사용자의 특정 요구 사항인 ‘듀얼 안테나 GPS Yaw를 사용하는 드론’이라는 맥락에서 이들을 직접 비교 분석해야 합니다. 이 섹션에서는 아키텍처 적합성, 가격 대비 가치, 그리고 ROS2 Humble과의 통합 경로를 중심으로 각 모듈을 평가합니다.

ROS 환경에서 가장 견고한 접근 방식은 robot_localization 패키지를 사용하는 것입니다.18 이 패키지는 EKF 또는 UKF를 사용하여 임의의 수의 센서 입력을 융합하도록 설계되었습니다.

아래는 MTi-2와 듀얼 GPS Yaw를 robot_localization 패키지와 함께 사용하는 개념적인 설정 예시입니다.

# MTi-2 + 듀얼 GPS Yaw를 위한 예시
ekf_global_node:
  ros__parameters:
    #... 기타 파라미터
    imu0: /imu/data  # MTi-2로부터
    imu0_config: # X 가속 바이어스, Y 가속 바이어스, Z 가속 바이어스
    imu0_differential: false
    imu0_relative: false

    imu1: /gps/yaw_imu # 듀얼 안테나 GPS로부터
    imu1_config:
    imu1_differential: false
    imu1_relative: false

엔지니어링 부품의 비용은 단순히 구매 가격이 아니라 총 통합 비용으로 평가해야 합니다.

아래 표는 각 모듈의 기능, 성능, 가격 및 특정 애플리케이션에 대한 적합성을 한눈에 비교할 수 있도록 요약한 것입니다.

표 2: 모듈 기능 및 성능 비교 매트릭스

항목 MTi-1 (IMU) MTi-2 (VRU) MTi-3 (AHRS)
기능 원시 관성 데이터 롤/피치 + 비참조 Yaw 완전한 3D 자세 (롤/피치/헤딩)
롤/피치 정확도 (RMS) N/A (호스트 처리) 0.5 deg 0.5 deg
Yaw 출력 유형 N/A (호스트 처리) 비참조, 저드리프트 북쪽 참조
Yaw 정확도 (RMS) N/A (호스트 처리) N/A 2 deg
예상 단가 ~€145 / $145 ~€222 ~€349 / $349
통합 노력 높음 낮음 중간 (Yaw 충돌 해결 필요)
듀얼 GPS Yaw 아키텍처 적합성 점수 (10점 만점) 6/10 10/10 3/10

최적의 모듈을 선택한 후에는 드론이라는 특수한 환경에 맞게 올바르게 통합하는 것이 중요합니다. 이 섹션에서는 기계적 장착, 진동 완화, 전자기 간섭 및 필터 설정과 같은 실제적인 고려 사항을 다룹니다.

본 보고서의 모든 분석을 종합하여, 사용자의 특정 요구사항에 맞는 최종적이고 명확한 권장 사항을 제시합니다.

MTi-2는 외부 헤딩 소스를 사용하는 아키텍처를 위해 온보드 처리와 원시 데이터 출력의 최적 균형을 제공합니다. 이 모듈은 깨끗한 롤/피치 솔루션을 제공하여 소프트웨어 작업을 단순화하는 동시에, 듀얼 안테나 GPS와의 견고한 융합에 필요한 이상적인 고주파 상대 Yaw 데이터를 제공합니다. 이는 최고의 가치와 가장 낮은 총 통합 비용을 제공하므로, 이 애플리케이션에 대한 명확한 엔지니어링 선택입니다.

광범위한 사내 센서 융합 전문 지식을 보유하고 있으며 하드웨어 비용 최소화를 최우선으로 하는 팀에게는 MTi-1이 실행 가능한 대안입니다. 이 모듈은 동일한 고품질 핵심 센서 데이터를 제공하지만, 상태 추정 필터의 개발, 구현 및 실시간 실행에 대한 모든 부담을 사용자가 져야 합니다. 이 경로는 엔지니어링 리소스가 충분하고 비용 절감이 중요한 경우에만 선택해야 합니다.

MTi-3는 이 애플리케이션에 명시적으로 권장되지 않습니다. 주요 기능인 자력계 기반 헤딩 솔루션은 우수한 듀얼 안테나 GPS 시스템으로 인해 중복되며, 일반적인 UAV의 전자기 환경에서는 본질적으로 신뢰할 수 없습니다. 추가 비용은 실질적인 이점을 제공하지 않으며, 소프트웨어에서 필터링해야 하는 잠재적인 데이터 충돌 소스를 도입할 뿐입니다.

관성 모듈의 역할을 저주파 절대 레퍼런스를 보완하는 고주파 보완재로 올바르게 식별함으로써, 사용자는 단일 센서 유형에 의존하는 시스템보다 더 견고하고 정확하며 신뢰할 수 있는 내비게이션 시스템을 구축할 수 있습니다. MTi-2는 이러한 현대적인 하이브리드 상태 추정 접근 방식을 위해 특별히 제작된 구성 요소이며, 이는 이 프로젝트의 명백한 기술적 선택이 됩니다.

  1. MTi-1 - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.xsens.com/hubfs/Downloads/Leaflets/MTi-1.pdf
  2. MTi-2 - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.xsens.com/hubfs/Downloads/Leaflets/MTi-2.pdf
  3. MTi-3 - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.xsens.com/hubfs/Downloads/Leaflets/MTi-3.pdf
  4. Xsens MTi-1 IMU - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.movella.com/sensor-modules/xsens-mti-1-imu
  5. Xsens MTi-2 VRU - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.movella.com/sensor-modules/xsens-mti-2-vru
  6. Xsens MTi-3 AHRS - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.movella.com/sensor-modules/xsens-mti-3-ahrs
  7. MTi User Manual, accessed July 30, 2025, https://www.xsens.com/hubfs/Downloads/usermanual/MTi_usermanual.pdf
  8. MT Manager User Manual, accessed July 30, 2025, https://www.xsens.com/hubfs/Downloads/usermanual/MT_Manager_user_manual.pdf
  9. Xsens MTi for Mobile Warehouse Robotics - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.movella.com/hubfs/Automation%20and%20Mobility%20-%20Application%20Notes/Indoor%20Mobile%20Robots/Xsens%20MTi%20Series%20for%20AGV-AMR%20Applications.pdf
  10. Xsens MTi-670 GNSS/INS - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.movella.com/sensor-modules/xsens-mti-670-gnss-ins
  11. Xsens MTi-630 AHRS - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.movella.com/products/sensor-modules/xsens-mti-630-ahrs
  12. MTi 1-series User Manual - Farnell, accessed July 30, 2025, https://www.farnell.com/datasheets/4385415.pdf
  13. Roadtest Review: Xsens MTi-680-DK - element14 Community, accessed July 30, 2025, https://community.element14.com/products/roadtest/rv/roadtest_reviews/1624/roadtest_review_xsen
  14. AI-Driven Dynamic Covariance for ROS 2 Mobile Robot Localization - PMC, accessed July 30, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12114818/
  15. MTi-2 VRU - Applied Measurement, accessed July 30, 2025, https://appliedmeasurement.com.au/product/mti-2-vru/
  16. Xsens Sensor Modules - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://www.movella.com/sensor-modules
  17. Yaw drifts regardless of the filter settings - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/question/0D50900002tggCKCAY/yaw-drifts-regardless-of-the-filter-settings?language=en_US
  18. weihsinc/robot_localization: A ROS package for real-time nonlinear state estimation for robots moving in 3D space. It contains two state estimation nodes which use Kalman filters (EKF/UKF) for real-time sensor fusion. - GitHub, accessed July 30, 2025, https://github.com/weihsinc/robot_localization
  19. Setting covarince matrix for Robot Localization - ROS Answers archive, accessed July 30, 2025, https://answers.ros.org/question/351488/
  20. Fusing Wheel Odometry, IMU Data, and GPS Data Using robot_localization in ROS, accessed July 30, 2025, https://blog.abdurrosyid.com/2021/07/22/fusing-wheel-odometry-imu-data-and-gps-data-using-robot_localization-in-ros/
  21. XSENS MTI-1-5A-T - Spezial Electronic, accessed July 30, 2025, https://www.spezial.com/en/mti-1-5a-t-p10208/
  22. MTI-1-5A-T Xsens a Movella brand Sensors, Transducers DigiKey, accessed July 30, 2025, https://www.digikey.at/en/products/detail/xsens-a-movella-brand/MTI-1-5A-T/18718044
  23. MTI-3-0I Xsens a Movella brand Sensors, Transducers DigiKey, accessed July 30, 2025, https://www.digikey.com/en/products/detail/xsens-a-movella-brand/MTI-3-0I/14834329
  24. Mti-3 Ahrs Module V3 - Electromaker.io, accessed July 30, 2025, https://www.electromaker.io/shop/product/mti-3-ahrs-module-v3
  25. MTi-3-5A-T Movella / Xsens - Mouser Electronics, accessed July 30, 2025, https://www.mouser.com/ProductDetail/Movella-Xsens/MTi-3-5A-T?qs=3Rah4i%252BhyCEVHzvLS1mcLw%3D%3D
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  27. UTFR/xsens_ros: Xsens MTi ROS Driver and Ntrip Client, modified based on the 2023 official ROS Driver and added Ntrip Client - GitHub, accessed July 30, 2025, https://github.com/UTFR/xsens_ros
  28. How to Run two MTi sensors with ROS 2 Driver? - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/question/0D5Tc00000AOcBWKA1/how-to-run-two-mti-sensors-with-ros-2-driver?language=en_US
  29. All MTi Related Documentation Links - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/All-MTi-Related-Documentation-Links
  30. Interfacing MTi devices with the Raspberry Pi - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/Interfacing-MTi-devices-with-the-Raspberry-Pi
  31. Xsense MTI -3 NOT connecting with Jetpack 6 - NVIDIA Developer Forums, accessed July 30, 2025, https://forums.developer.nvidia.com/t/xsense-mti-3-not-connecting-with-jetpack-6/328236
  32. Changing or Resetting the MTi reference co-ordinate systems - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/Changing-or-Resetting-the-MTi-reference-co-ordinate-systems-1605869706643?language=en_US
  33. Example: How to determine the correct alignment matrices (RotSensor/RotLocal) for your application - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/Example-How-to-determine-the-correct-alignment-matrices-RotSensor-RotLocal-for-your-application
  34. Reducing Vibration in UAVs and Thrust Stands - Tyto Robotics, accessed July 30, 2025, https://www.tytorobotics.com/blogs/articles/reducing-vibration-in-drones-and-test-stands
  35. Best Practices for Automotive Applications - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/Best-Practices-for-Automotive-Applications?language=en_US
  36. 2017 EMI SHIELDING GUIDE Interference Technology, accessed July 30, 2025, https://interferencetechnology.com/wp-content/uploads/2017/06/2017_IT_EMI-Shielding-Guide_Low-Res.pdf
  37. How to perform a Magnetic Field Mapping on Movella DOT, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/How-to-perform-a-Magnetic-Field-Mapping-on-Movella-DOT
  38. Magnetic immunity of the MTi AHRS - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/Magnetic-immunity-of-the-MTi-AHRS-1605869708053
  39. MTi Filter Profiles - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/MTi-Filter-Profiles-1605869708823
  40. Filter profiles for MTi 1-series - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/Filter-profiles-for-MTi-1-series-1605870241087
  41. Recalibrations - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/Recalibrations
  42. Understanding Sensor Bias (offset) - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/article/Understanding-Sensor-Bias-offset?language=zh_TW
  43. Manual Gyro Bias Estimation (MGBE) - Movella.com, accessed July 30, 2025, https://base.movella.com/s/article/Manual-Gyro-Bias-Estimation