La navigazione aerea si riferisce alle tecniche e alle tecnologie utilizzate per determinare la posizione e la rotta di un aeromobile durante il volo. Una navigazione efficace garantisce che un aereo raggiunga la sua destinazione in modo sicuro ed efficiente. Ecco alcuni componenti e metodi chiave della navigazione aerea: Sistemi di navigazione inerzialeINS), sistemi globali di navigazione satellitareGNSS), ecc. Abbiamo preparato per voi un test completo in volo.
Alla SBG Systems c'è una cultura dell'innovazione, quindi quando è stata formulata l'idea di un volo intenso per valutare le prestazioni dei nostri Ellipse e Quanta Micro in condizioni reali, non c'è stata alcuna esitazione. Ci sono voluti tempo e risorse per realizzare questi test, ma il risultato ne è valso la pena. Un sentito ringraziamento ad Apache aviation per l'aiuto fornito in questo progetto.
I sistemi di navigazione inerzialeINS) svolgono un ruolo cruciale nel fornire informazioni precise sul posizionamento e sulla navigazione per le applicazioni di navigazione aerea. Li abbiamo testati in condizioni reali per valutarne l'affidabilità.
Un'eccezionale campagna di test nella navigazione aerea
Oltre alla complessa implementazione che comporta la conduzione di test aerospaziali (normative, spazi angusti, ecc.), queste prove sono particolarmente eccezionali in quanto ci hanno dato risposte ad alcune domande che pochi produttori di INS hanno avuto l'opportunità di testare in condizioni reali:
- Il nostro obiettivo iniziale era quello di arricchire il nostro database di test, con particolare attenzione al miglioramento continuo dei nostri algoritmi. Molti test vengono tipicamente condotti in un ambiente “2D” (ad esempio, auto, barche), mentre i test “3D” sono relativamente scarsi.
- I clienti con applicazioni aerospaziali raramente forniscono dati, poiché spesso sono riservati.
- Un'altra questione che abbiamo cercato di affrontare è stata la convalida della robustezza dei nostri algoritmi in condizioni dinamiche estreme, comprese vibrazioni significative e accelerazioni superiori a 4g.
- Inoltre, questo ci ha permesso di valutare le prestazioni della nostra apparecchiatura in ambienti GNSS difficili, dove si verificano blocchi significativi del segnale a causa di bruschi cambiamenti di orientamento o addirittura di inversioni complete del velivolo (volo a testa in giù).
Effetto Gimbal lock
Questi voli ci hanno anche permesso di testare tutti gli orientamenti possibili, alcuni dei quali inducono un effetto di “gimbal lock” che tradizionalmente pone difficoltà per alcuni algoritmi di navigazione quando il pitch si avvicina a 90°. Sebbene i nostri algoritmi siano progettati per gestire questo problema utilizzando i quaternioni, vengono raramente messi alla prova in tali condizioni.
Infine, oltre agli aspetti di robustezza e funzionalità, abbiamo mirato a verificare se le prestazioni di navigazione potessero essere mantenute in queste condizioni estreme.
Vale la pena notare che questi test sono stati condotti alla cieca.
Per motivi di sicurezza, è difficile, se non impossibile, portare a bordo un computer portatile. Con tutti i sensori coinvolti, tutto doveva essere configurato e ricontrollato prima di iniziare i test di volo.
La piattaforma di test doveva essere completamente autonoma per la registrazione dei dati ed era necessaria una batteria con capacità sufficiente per l'intera durata dei preparativi e dei voli. Tutto questo doveva essere integrato in dimensioni molto ridotte.
Configurazione e piano di volo
Per valutare in modo completo le prestazioni dei dispositivi INS , sono stati programmati due voli, ognuno dei quali rappresenta diversi scenari incontrati durante le operazioni di navigazione aerea:
- Un volo tipico, con manovre dinamiche inferiori e condizioni di volo rettilinee e livellate
- Un volo acrobatico, per stimolare i dispositivi in molti orientamenti e accelerazioni
- Questo ci ha permesso di verificare che, sia in condizioni normali che difficili, i prodotti offrano il livello di prestazioni in tempo reale specificato.
Sono stati testati due prodotti: Ellipse e Quanta Micro. Un Apogee post-processato (PPK strettamente accoppiato con elaborazione forward + backward) è servito come riferimento per questa valutazione. Tutti si sono comportati molto bene, molto meglio dell'equipaggio di SBG Systems.
Volo 1: Profilo di volo tipico
L'obiettivo principale del volo 1 è stato quello di valutare le prestazioni dei dispositivi in un profilo di volo tipico, comprendente manovre dinamiche di basso livello e condizioni di volo rettilineo.
Questo volo fornisce una linea di base per il confronto e valuta l'accuratezza e la stabilità dei dispositivi INS durante le normali operazioni di volo.
I dati raccolti durante questo volo hanno contribuito a stabilire un punto di riferimento per la valutazione delle loro prestazioni in condizioni più impegnative di navigazione aerea.
Il piano di volo consiste in una serie di figure come la salita, le virate standard e strette, la virata dolce, la fugoide, le accelerazioni e decelerazioni, il beccheggio verso l'alto e verso il basso...
Volo 2: Manovre acrobatiche
Nel volo 2, i dispositivi INS sono sottoposti a una serie di manovre acrobatiche per testare le loro capacità in caso di orientamenti e accelerazioni estreme. Le manovre acrobatiche, caratterizzate da movimenti rapidi e aggressivi, introducono sfide significative per i sistemi di navigazione aerea.
Simulando queste condizioni difficili, possiamo valutare la robustezza e l'accuratezza dei dispositivi INS in scenari reali in cui il posizionamento preciso è fondamentale.
Il piano di volo consiste in una serie di figure come la salita, le virate standard e strette, la virata dolce, la fugoide, il rollio degli alettoni, la tonneau, il rollio a 4 punti, l'immelmann, la curva a S, le accelerazioni e decelerazioni, il beccheggio verso l'alto e verso il basso...
Dispositivi sotto test
I due dispositivi INS scelti per la valutazione sono Ellipse e Quanta Micro. Anche Ekinox Micro viene valutato per procura con Quanta Micro.
| Unità | Codice hardware | Revisione hardware | Numero di serie | Firmware |
|---|---|---|---|---|
| EUT#1 | ELLIPSE-D-G4A3-B1 | 3.3.00 | 000043763 | 2.5.169-stable |
| EUT#2 | QUANTA-USG | 1.1.0.0 | 000042492 | 4.2.228-beta |
| Valutato per procura | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Sebbene l'hardware Ekinox Micro non sia stato incluso in questo test, si tratta di una versione robusta del Quanta Micro e si comporta esattamente allo stesso modo. Pertanto, i risultati di questo test sono interamente applicabili a Ekinox Micro.
Unità di riferimento
L'unità Apogee con PPK Qinertia (PPK strettamente accoppiato con elaborazione forward + backward) funge da riferimento per il test.
Risultati dei test
Primo test: volo tipico
Secondo test: volo acrobatico
Antenna singola vs doppia
Il grafico seguente mostra le prestazioni in tempo reale del Quanta Micro con antenna singola rispetto alla configurazione subottimale a doppia antenna (con diversi tipi di antenna).
L'inizio del volo è una linea retta a bassa dinamica per più di 7 minuti, senza alcuna manovra precedente ad alta dinamica. Sebbene questo sia ben al di sotto delle condizioni ottimali, la configurazione ad antenna singola funziona correttamente, con un errore più elevato.
Questo tipo di situazione è chiaramente a vantaggio della configurazione ad antenna doppia, in grado di fornire misure accurate, anche in condizioni di bassa dinamica.
Se questa linea retta iniziale viene esclusa dall'analisi dell'errore, possiamo vedere che le prestazioni dell'antenna singola sono equivalenti a quelle dell'antenna doppia.
Analisi dei risultati
Confronto dei risultati di Ellipse con le specifiche
| Misura | Valore target (RMS) | Valore raggiunto, volo tipico (RMS) | Valore raggiunto, volo acrobatico (RMS) | Stato, basato sul volo tipico |
|---|---|---|---|---|
| Posizione orizzontale | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| Altitudine | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| Rollio | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| Beccheggio | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| Heading | 0,2° (baseline > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Come nota a margine, l'Ellipse utilizzato nel test ha mostrato un livello di prestazioni eccezionale, superando le aspettative.
Sebbene tutte le nostre IMU soddisfino le prestazioni specificate, alcune possono addirittura superarle. Ellipse è un esempio di prestazioni eccezionali, tanto da meritare il titolo di "miglior Ellipse di sempre" e di occupare un posto speciale nel nostro scaffale.
Confronto dei risultati di Quanta Micro / Ekinox Micro con le specifiche tecniche
| Misura | Valore target (RMS) | Valore raggiunto, volo tipico (RMS) | Valore raggiunto, volo acrobatico (RMS) | Stato, basato sul volo tipico |
|---|---|---|---|---|
| Posizione orizzontale | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| Altitudine | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| Rollio | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| Beccheggio | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| Heading | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
Conclusione
Durante il test di volo tipico, sia Ellipse che Quanta Micro / Ekinox Micro hanno superato le loro specifiche in condizioni di punto singolo in tempo reale. Anche il test di volo acrobatico ha rivelato che Ellipse e Quanta Micro / Ekinox Micro hanno fornito prestazioni eccezionali, non hanno mostrato errori e si sono allineati strettamente ai valori specificati, che di solito sono applicabili alle normali condizioni di volo.
Questi test evidenziano che gli INS di SBG sono strumenti altamente affidabili e precisi per applicazioni di navigazione aerea in condizioni di punto singolo. Forniscono costantemente prestazioni eccezionali, garantendo l'affidabilità in scenari difficili.