GraduationProject-Team3-Avionics.github.io/index.html at main · GraduationProject-Team3-Avionics/GraduationProject-Team3-Avionics.github.io · GitHub

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta name="description" content="An overview of the STRIX Flight Controller project, including its STM32-based architecture, GNSS/INS/Baro EKF, hover control, RTOS tasks, communications, and verification results.">
  <meta name="theme-color" content="#f8fbfd">
  <title>STRIX Flight Controller Project</title>
  <link rel="stylesheet" href="styles.css">
</head>
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  <a class="skip-link" href="#main">본문으로 이동</a>

  <header class="site-header">
    <a class="brand" href="#top" aria-label="STRIX Flight Controller project">
      <span class="brand-logo">
        <img src="asset/STRIX.png" alt="">
      </span>
      <span>
        <strong>STRIX Flight Controller</strong>
        <small>Team 3 Avionics</small>
      </span>
    </a>

    <div class="header-actions">
      <nav class="site-nav" aria-label="Page sections">
        <a href="#overview">개요</a>
        <a href="#system">시스템</a>
        <a href="#navigation">항법</a>
        <a href="#control">제어</a>
        <a href="#rtos">RTOS</a>
        <a href="#gcs">GCS</a>
        <a href="#verification">검증</a>
      </nav>

      <div class="language-switcher" role="group" aria-label="Language">
        <button type="button" data-language="en" aria-pressed="true">EN</button>
        <span aria-hidden="true">/</span>
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      </div>
    </div>
  </header>

  <main id="main">
    <section class="hero" id="top" aria-labelledby="page-title">
      <div class="container hero-layout">
        <div class="hero-copy">
          <p class="eyebrow">Graduation Project · Avionics Firmware</p>
          <h1 id="page-title">STM32 기반 비행제어기와 항법·제어 소프트웨어</h1>
          <p class="lead">
            STRIX FC는 자체 제작한 flight controller 보드에서 센서 수집, GNSS/INS/Baro 항법 추정,
            자세·속도·위치·고도 제어, 모터 PWM 출력, RF 명령/텔레메트리, SD 로그를 하나의 펌웨어로 구성한 프로젝트다.
          </p>

          <div class="hero-facts" aria-label="프로젝트 핵심 구성">
            <span>STM32F405RGTx</span>
            <span>FreeRTOS</span>
            <span>GNSS/INS/Baro EKF</span>
            <span>RF telemetry</span>
            <span>SD logging</span>
          </div>
        </div>

        <aside class="hero-panel" aria-label="비행제어기 보드 사진">
          <figure class="device-photo">
            <img src="asset/FC-module.png" alt="STRIX flight controller board and mounted modules">
            <figcaption>STM32F405 기반 FC 보드와 센서/통신 모듈 구성.</figcaption>
          </figure>
        </aside>
      </div>
    </section>

    <section class="section" id="overview">
      <div class="container">
        <div class="section-heading">
          <p class="eyebrow">Overview</p>
          <h2>프로젝트 목적</h2>
          <p>
            완제품 flight controller를 사용하는 대신, MCU 펌웨어에서 비행에 필요한 주요 경로를 직접 구현하고
            로그와 지상국으로 검증 가능한 형태로 만드는 것이 목표다.
          </p>
        </div>

        <div class="airframe-feature">
          <figure class="media-card airframe-media">
            <img src="asset/Our%20VTOL.png" alt="프로젝트 대상 VTOL 기체">
            <figcaption>프로젝트 대상 기체.</figcaption>
          </figure>
          <article class="detail-card airframe-detail">
            <h3>대상 플랫폼</h3>
            <p>
              STRIX FC는 이 기체에서 센서 수집, 항법 추정, 자세·속도·위치·고도 제어, 모터 출력,
              무선 통신과 로그 기록을 담당하도록 구성했다.
            </p>
          </article>
        </div>

        <div class="overview-grid">
          <article class="info-card">
            <span class="card-index">01</span>
            <h3>비행제어기 펌웨어</h3>
            <p>STM32F405에서 IMU, GNSS, 기압계, RF, SD, 모터 PWM을 초기화하고 FreeRTOS 태스크로 분리해 실행한다.</p>
          </article>
          <article class="info-card">
            <span class="card-index">02</span>
            <h3>항법 상태 추정</h3>
            <p>IMU 기반 예측, GNSS 보정, 기압계 고도 보정, 초기 정지 정렬, GNSS 기준점 확정, 정지 상태 보정을 사용해 NED 기준 위치와 속도를 추정한다.</p>
          </article>
          <article class="info-card">
            <span class="card-index">03</span>
            <h3>제어 루프</h3>
            <p>quaternion 기반 자세 제어, body-rate PD 제어, quad X mixer, 모터 PWM 출력을 연결한다. Hover/PositionHold/AltHold 모드에서는 EKF 상태 기반 외부 루프도 사용한다.</p>
          </article>
          <article class="info-card">
            <span class="card-index">04</span>
            <h3>검증 도구</h3>
            <p>NRF24 텔레메트리, SD 로그, GroundControlSystem 대시보드, 시연 영상을 통해 항법과 제어 상태를 확인한다.</p>
          </article>
        </div>

        <div class="status-strip">
          <div>
            <strong>현재 검증 초점</strong>
            <span>자세 제어와 데이터 수집 경로를 기반으로, GNSS/INS/Baro EKF의 수평 속도 안정성, 위치·고도 유지, hover 진입 조건을 점검 중이다.</span>
          </div>
          <div>
            <strong>설명 기준</strong>
            <span>주요 설명은 현재 펌웨어에서 동작하는 항법, 제어, 통신, 기록 흐름을 기준으로 정리했다.</span>
          </div>
        </div>
      </div>
    </section>

    <section class="section section-muted" id="system">
      <div class="container">
        <div class="section-heading">
          <p class="eyebrow">System</p>
          <h2>시스템 구성</h2>
          <p>
            펌웨어는 STM32CubeIDE 프로젝트를 기반으로 하며, 주변장치 초기화는 CubeMX 설정과 HAL 드라이버를 사용한다.
            비행 관련 기능은 센서 수집, 항법 추정, 제어, 통신, 기록 작업으로 나누어 실행된다.
          </p>
        </div>

        <div class="system-layout">
          <div class="table-card">
            <table>
              <caption>하드웨어와 펌웨어 구성</caption>
              <thead>
                <tr>
                  <th>영역</th>
                  <th>구성</th>
                  <th>역할</th>
                </tr>
              </thead>
              <tbody>
                <tr>
                  <td>MCU</td>
                  <td>STM32F405RGTx</td>
                  <td>168 MHz Cortex-M4F, FreeRTOS 기반 태스크 실행</td>
                </tr>
                <tr>
                  <td>IMU</td>
                  <td>USART2 RX DMA</td>
                  <td>quaternion, gyro, accel 수집 및 내부 제어 루프 입력</td>
                </tr>
                <tr>
                  <td>GNSS</td>
                  <td>USART3 RX circular DMA</td>
                  <td>위도/경도/고도, NED 속도, 공분산을 EKF 보정에 사용</td>
                </tr>
                <tr>
                  <td>Barometer</td>
                  <td>I2C1 · BMP390L</td>
                  <td>상대 고도 측정, bias 보정, Baro-EKF 수직 보정, 고도 유지 조건 판단</td>
                </tr>
                <tr>
                  <td>RF</td>
                  <td>SPI1 · NRF24L01+</td>
                  <td>명령 수신, IMU/GNSS/status/EKF 텔레메트리 송신</td>
                </tr>
                <tr>
                  <td>Motor</td>
                  <td>TIM1 PWM 4채널</td>
                  <td>쿼드 X 모터 혼합 결과를 ESC PWM으로 출력</td>
                </tr>
                <tr>
                  <td>Logging</td>
                  <td>SDIO</td>
                  <td>센서, 항법, GNSS/Baro 보정, ZUPT, 위치·고도 제어 진단값을 25 Hz 기준으로 저장</td>
                </tr>
              </tbody>
            </table>
          </div>

          <div class="module-stack" aria-label="주요 처리 영역">
            <article>
              <h3>상태 관리</h3>
              <p>센서 상태, RF 상태, 항법 상태, 제어 명령, 모터 출력을 하나의 실행 흐름 안에서 연결한다.</p>
            </article>
            <article>
              <h3>항법 처리</h3>
              <p>IMU 예측, GNSS 보정, 기압계 수직 보정, 정지 상태 보정, 초기 정렬, 기준점 설정을 단계적으로 수행한다.</p>
            </article>
            <article>
              <h3>제어 처리</h3>
              <p>자세 목표, 각속도 제어, 속도·위치·고도 기반 보정, 모터 혼합, PWM 출력을 순서대로 연결한다.</p>
            </article>
          </div>
        </div>
      </div>
    </section>

    <section class="section" id="navigation">
      <div class="container">
        <div class="section-heading split">
          <div>
            <p class="eyebrow">Navigation</p>
            <h2>GNSS/INS 항법 구조</h2>
          </div>
          <p>
            항법 상태는 NED 좌표계 기준 위치, 속도, quaternion, 가속도/자이로 bias를 포함한다.
            명목 상태는 16차원, 오차 상태 공분산은 15차원으로 관리하며 GNSS, 기압계, ZUPT 보정을 함께 적용한다.
          </p>
        </div>

        <div class="navigation-layout">
          <div class="flow-grid">
            <article class="flow-step">
              <span>입력</span>
              <h3>센서 입력 정리</h3>
              <p>IMU는 20 ms, GNSS는 500 ms 안에 갱신된 데이터를 유효한 입력으로 판단한다. GNSS 위치·속도·공분산은 EKF 입력 단위로 변환된다.</p>
            </article>
            <article class="flow-step">
              <span>정렬</span>
              <h3>초기 정지 정렬</h3>
              <p>초기 IMU 샘플로 자이로 바이어스와 기준 자세를 잡고, GNSS 기준점은 대기 시간과 평균 조건을 만족한 뒤 확정한다.</p>
            </article>
            <article class="flow-step">
              <span>예측</span>
              <h3>IMU 기반 상태 예측</h3>
              <p>새 IMU 샘플이 들어오면 관성항법 계산으로 위치와 속도를 예측하고, 모터 상태에 따라 잡음 수준을 조정한다.</p>
            </article>
            <article class="flow-step">
              <span>보정</span>
              <h3>GNSS / 정지 상태 보정</h3>
              <p>GNSS 위치·속도 보정과 정지 상태 보정을 분리 적용한다. 정지 또는 지상 모터 조건에서는 수평/수직 속도 보정을 보수적으로 다룬다.</p>
            </article>
            <article class="flow-step">
              <span>고도</span>
              <h3>Baro-EKF 수직 보정</h3>
              <p>BMP390L 상대 고도를 EKF의 Down 축 관측값으로 사용한다. PWM, 고도 변화, innovation 크기에 따라 측정 잡음을 조정하고 gate를 통과한 값만 반영한다.</p>
            </article>
          </div>

          <figure class="media-card navigation-flowchart">
            <img src="asset/Navigation FlowChart.png" alt="GNSS/INS 항법 구조 흐름도">
            <figcaption>GNSS/INS EKF 항법 처리 흐름도.</figcaption>
          </figure>
        </div>

        <div class="media-pair">
          <figure class="media-card">
            <img src="asset/전체 좌표계.png" alt="NED 좌표계와 기체 좌표계 관계">
            <figcaption>NED 기준 항법 좌표계와 기체 좌표계 정리.</figcaption>
          </figure>
          <div class="detail-card">
            <h3>출력 게이트</h3>
            <p>
              EKF가 초기화되었다는 사실만으로 상태를 공개하지 않는다. 초기 정렬과 GNSS 기준점 설정이 끝나
              항법 상태가 충분히 준비된 뒤 RF EKF telemetry와 제어 입력에 사용한다.
            </p>
            <ul class="plain-list">
              <li>GNSS 기준점: 정지 조건, 샘플 수, 수평 정확도, 위치 분산, 속도 RMS 조건 확인</li>
              <li>EKF 상태: N/E/D 위치와 속도, 자세, 바이어스</li>
              <li>진단 값: GNSS 보정 잔차, Baro innovation/test ratio, ZUPT 적용 여부, 보정 전후 속도 변화</li>
            </ul>
          </div>
        </div>
      </div>
    </section>

    <section class="section section-muted" id="control">
      <div class="container">
        <div class="section-heading split">
          <div>
            <p class="eyebrow">Control</p>
            <h2>제어 및 모터 출력</h2>
          </div>
          <p>
            제어기는 내부 자세/각속도 루프와 hover 외부 루프로 나뉜다. 실제 PWM 출력 전에는 시동 상태,
            비행 모드, 항법 준비 상태, 기압계 준비 상태, 모터 출력 허용 조건을 다시 확인한다.
          </p>
        </div>

        <div class="control-layout">
          <figure class="media-card">
            <img src="asset/제어기 flowchart.png" alt="STRIX 제어기 흐름도">
            <figcaption>제어 경로: EKF/명령 입력에서 roll·pitch 목표, 각속도 제어, 모터 혼합, PWM 출력으로 이어진다.</figcaption>
          </figure>

          <div class="control-cards">
            <article class="info-card">
              <h3>내부 자세 제어</h3>
              <p>
                IMU에서 받은 자세와 각속도 데이터를 기준으로 roll/pitch 목표 각속도를 만든다.
                yaw는 별도 주기로 목표 각속도를 유지해 자세 제어 흐름에 반영한다.
              </p>
            </article>
            <article class="info-card">
              <h3>각속도 제어와 모터 혼합</h3>
              <p>
                자이로 값을 필터링한 뒤 각속도 제어를 수행하고, 쿼드 X 모터 혼합으로 4개 모터 명령을 만든다.
                출력은 정규화 명령에서 ESC PWM us로 변환된다.
              </p>
            </article>
            <article class="info-card">
              <h3>외부 속도 제어</h3>
              <p>
                Hover 모드에서 EKF 수평 속도를 읽고 목표 속도 0 m/s 기준의 roll/pitch 목표를 생성한다.
                속도 입력과 미분항은 저역통과 필터를 거치고, 가속도와 기울기 명령은 각각 제한한다.
              </p>
            </article>
            <article class="info-card">
              <h3>위치·고도 유지</h3>
              <p>
                PositionHold는 현재 N/E 위치를 latch한 뒤 위치 오차를 속도 목표로 변환한다.
                AltHold와 Land는 EKF 고도·수직 속도, 기압계 준비 상태, 자세 한계를 확인한 뒤 PWM 보정량을 계산한다.
              </p>
            </article>
          </div>
        </div>

        <div class="video-grid">
          <figure class="video-card">
            <video controls preload="metadata" src="asset/Attitude%20Control%20(Indoor).mp4"></video>
            <figcaption>Indoor attitude control test.</figcaption>
          </figure>
          <figure class="video-card portrait">
            <video controls preload="metadata" src="asset/Attitude%20Estimation.mp4"></video>
            <figcaption>Attitude estimation visualization.</figcaption>
          </figure>
        </div>
      </div>
    </section>

    <section class="section" id="rtos">
      <div class="container">
        <div class="section-heading">
          <p class="eyebrow">RTOS</p>
          <h2>FreeRTOS 태스크 설계</h2>
          <p>
            초기화 태스크가 센서와 모터, RF, SD를 준비한 뒤 주요 실행 작업을 시작한다.
            IMU와 GNSS는 interrupt/DMA 수신 이벤트에 맞춰 처리하고, 주기 작업은 각 태스크의 실행 주기에 맞춰 반복된다.
          </p>
        </div>

        <div class="task-board">
          <article>
            <span class="task-priority high">높은 우선순위</span>
            <h3>자세 제어 태스크</h3>
            <p>IMU 수신마다 자세/각속도 제어 계산과 모터 PWM 출력을 수행한다.</p>
          </article>
          <article>
            <span class="task-priority high">높은 우선순위</span>
            <h3>항법 태스크</h3>
            <p>IMU 예측, GNSS 보정, 정지 상태 보정, 항법 상태 전송을 담당한다.</p>
          </article>
          <article>
            <span class="task-priority medium">중간 우선순위</span>
            <h3>외부 제어 태스크</h3>
            <p>Hover 속도 제어, PositionHold 위치 목표 변환, AltHold/Land 고도 보정을 주기 실행하고 내부 루프에 목표값을 전달한다.</p>
          </article>
          <article>
            <span class="task-priority medium">중간 우선순위</span>
            <h3>RF 통신 태스크</h3>
            <p>RF 명령 수신을 먼저 처리하고 시스템 상태, GNSS, EKF, IMU 정보를 우선순위대로 전송한다.</p>
          </article>
          <article>
            <span class="task-priority normal">일반 우선순위</span>
            <h3>GNSS 처리 태스크</h3>
            <p>USART3 DMA로 받은 GNSS 패킷을 해석하고 위치, 속도, 정확도 상태를 갱신한다.</p>
          </article>
          <article>
            <span class="task-priority low">낮은 우선순위</span>
            <h3>기압 / 로그 태스크</h3>
            <p>기압계는 25 Hz로 읽어 bias/상대고도 상태를 갱신하고, SD 기록은 센서, 항법, 제어 상태를 25 Hz 기준으로 저장한다.</p>
          </article>
        </div>
      </div>
    </section>

    <section class="section section-muted" id="gcs">
      <div class="container">
        <div class="section-heading split">
          <div>
            <p class="eyebrow">Telemetry & GCS</p>
            <h2>통신, 로그, 지상국</h2>
          </div>
          <p>
            RF 패킷은 32바이트 고정 크기이며, 명령과 텔레메트리를 packet type으로 구분한다.
            GroundControlSystem은 FC 상태 확인, 명령 송신, 로그 기반 분석을 위한 보조 도구다.
          </p>
        </div>

        <div class="gcs-layout">
          <figure class="media-card wide">
            <img src="asset/gcs-screen.png" alt="GroundControlSystem dashboard screen">
            <figcaption>GroundControlSystem 대시보드: attitude, EKF trajectory, GPS, covariance, command 상태 확인.</figcaption>
          </figure>

          <div class="packet-list">
            <article>
              <h3>Command</h3>
              <p>Heartbeat, Arm/Disarm, Hover, AltHold, PositionHold, Land, attitude trim, Emergency Hover/Land/Disarm, MotorTest, base throttle 명령을 수신한다.</p>
            </article>
            <article>
              <h3>Telemetry</h3>
              <p>IMU 20 Hz, GNSS 2 Hz, system status 5 Hz, EKF state 5 Hz, EKF covariance 2 Hz 기준으로 전송하고 EKF 고도를 RF altitude 값으로 공유한다.</p>
            </article>
            <article>
              <h3>Logging</h3>
              <p>센서 상태, GNSS 정확도, 모터 출력, GNSS/Baro/ZUPT 보정 잔차, 속도·위치·고도 제어 진단값을 SD에 저장해 사후 분석에 사용한다.</p>
            </article>
          </div>
        </div>
      </div>
    </section>

    <section class="section" id="verification">
      <div class="container">
        <div class="section-heading">
          <p class="eyebrow">Verification</p>
          <h2>검증 자료</h2>
          <p>
            자세 추정, 제어 응답, EKF 대시보드, hovering 영상, GCS 화면을 함께 배치해 어떤 기능을 검증했는지 확인할 수 있게 했다.
          </p>
        </div>

        <div class="verification-grid">
          <figure class="video-card">
            <video controls preload="metadata" src="asset/ekf%20dashboard.mp4"></video>
            <figcaption>EKF dashboard playback.</figcaption>
          </figure>
          <figure class="video-card">
            <video controls preload="metadata" src="asset/rpy_visualization.mp4"></video>
            <figcaption>RPY visualization.</figcaption>
          </figure>
          <figure class="video-card">
            <iframe src="https://www.youtube.com/embed/hMPfNmHKhVM" title="Hovering test video" loading="lazy" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share" allowfullscreen></iframe>
            <figcaption>Hovering test video.</figcaption>
          </figure>
          <figure class="video-card">
            <video controls preload="metadata" src="asset/Final%20Hovering%20Test.mp4"></video>
            <figcaption>Final hovering test.</figcaption>
          </figure>
        </div>

        <article class="verification-notes">
          <h3>검증 항목</h3>
          <ul>
            <li>IMU 좌표 변환과 자세 추정</li>
            <li>GNSS 기준점 설정 후 NED 궤적과 EKF 상태 전송</li>
            <li>GNSS/Baro/ZUPT 보정 게이트와 EKF 수직·수평 속도 안정성</li>
            <li>자세 제어 응답, hover 외부 루프, 모터 출력 제한 상태</li>
            <li>RF 명령 수신, 텔레메트리 전송, SD 로그 기반 진단 상태</li>
          </ul>
        </article>
      </div>
    </section>
  </main>

  <footer class="site-footer">
    <div class="container footer-layout">
      <div>
        <strong>STRIX Flight Controller Project</strong>
        <p>STM32 FC · GNSS/INS/Baro EKF · Hover Control · FreeRTOS · GCS</p>
      </div>
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    </div>
  </footer>

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