Navegação aerotransportada refere-se às técnicas e tecnologias usadas para determinar a posição e o curso de uma aeronave durante o voo. Uma navegação eficaz garante que uma aeronave chegue ao seu destino com segurança e eficiência. Aqui estão alguns componentes e métodos-chave envolvidos na navegação aerotransportada: Sistemas de Navegação Inercial (INS), Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS), etc. Preparamos um teste aerotransportado completo para você.
Existe uma cultura de inovação na SBG Systems, então, quando a ideia de um voo intenso para avaliar o desempenho de nossos Ellipse e Quanta Micro em condições reais foi formulada, não houve hesitação. Foram necessários tempo e recursos para que esses testes acontecessem, mas o resultado valeu a pena. Muito obrigado à Apache Aviation pela ajuda neste projeto.
Os Sistemas de Navegação Inercial (INS) desempenham um papel crucial no fornecimento de informações precisas de posicionamento e navegação para aplicações de navegação aerotransportada. Nós os testamos em condições do mundo real para avaliar sua confiabilidade.
Uma campanha de teste excepcional em Navegação Aerotransportada
Além da complexa implementação envolvida na realização de testes aeroespaciais (regulamentos, espaços apertados, etc.), esses testes são particularmente excepcionais, pois nos deram respostas a certas perguntas que poucos fabricantes de INS tiveram a oportunidade de testar em condições reais:
- Nosso objetivo inicial era enriquecer nosso banco de dados de teste, com foco na melhoria contínua de nossos algoritmos. Muitos testes são normalmente conduzidos em um ambiente “2D” (por exemplo, carros, barcos), enquanto os testes “3D” são relativamente escassos.
- Clientes com aplicações aeroespaciais raramente fornecem dados, pois estes são frequentemente confidenciais.
- Outra questão que procuramos abordar foi a validação da robustez dos nossos algoritmos sob dinâmicas extremas, incluindo vibrações e acelerações significativas superiores a 4g.
- Além disso, isso nos permitiu avaliar o desempenho de nossos equipamentos em ambientes GNSS desafiadores, onde há bloqueios de sinal significativos devido a mudanças abruptas na orientação ou mesmo reversões completas da aeronave (voando de cabeça para baixo).
Efeito de Gimbal lock
Esses voos também nos permitiram testar todas as orientações possíveis, algumas das quais induzem um efeito de “gimbal lock” que tradicionalmente apresenta dificuldades para certos algoritmos de navegação quando o pitch se aproxima de 90°. Embora nossos algoritmos sejam projetados para lidar com esse problema usando quaternions, eles raramente são desafiados sob tais condições.
Por último, além dos aspectos de robustez e funcionalidade, nosso objetivo era verificar se o desempenho da navegação poderia ser mantido nessas condições extremas.
Vale a pena notar que esses testes foram conduzidos cegamente.
Por razões de segurança, é difícil, senão impossível, levar um computador portátil a bordo. Com todos os sensores envolvidos, tudo teve que ser configurado e verificado antes de iniciar os testes de voo.
A plataforma de teste tinha que ser completamente autônoma para o registro de dados, e uma bateria com capacidade suficiente era necessária para toda a duração dos preparativos e voos. Tudo isso teve que ser integrado dentro de dimensões muito apertadas.
Configuração e Plano de Voo
Para avaliar de forma abrangente o desempenho dos dispositivos INS, dois voos foram programados, cada um representando diferentes cenários encontrados durante as operações de navegação aérea:
- Um voo típico, com manobras dinâmicas mais baixas e condição de voo reto e nivelado
- Um voo acrobático, para estimular os dispositivos em muitas orientações e acelerações
- Isso nos permitiu verificar se, tanto em condições normais quanto desafiadoras, os produtos oferecem o nível de desempenho em tempo real especificado.
Dois produtos foram testados: Ellipse-D e Quanta Micro. Um Apogee-D pós-processado (PPK acoplado de forma restrita com processamento forward + backward) serviu como referência para esta avaliação. E todos se saíram muito bem, muito melhor do que a equipe da SBG Systems realmente.
Voo 1: Perfil de Voo Típico
O foco principal do Voo 1 é avaliar o desempenho dos dispositivos em um perfil de voo típico, abrangendo manobras dinâmicas mais baixas e condições de voo reto e nivelado.
Este voo fornece uma linha de base para comparação e avalia a precisão e a estabilidade dos dispositivos INS durante operações de voo regulares.
Os dados coletados durante este voo ajudaram a estabelecer um benchmark para avaliar seu desempenho em condições mais desafiadoras de navegação aérea.
O plano de voo consiste em uma série de figuras como decolagem, curvas padrão e acentuadas, inclinação rasa, fugóide, acelerações e desacelerações, arremetida para cima e para baixo …
Voo 2: Manobras Acrobáticas
No Voo 2, os dispositivos INS são submetidos a uma série de manobras acrobáticas para testar sua capacidade em orientações e acelerações extremas. Manobras acrobáticas, caracterizadas por movimentos rápidos e agressivos, introduzem desafios significativos para os sistemas de navegação na navegação aérea.
Ao simular essas condições exigentes, podemos avaliar a robustez e a precisão dos dispositivos INS em cenários do mundo real, onde o posicionamento preciso é vital.
O plano de voo consiste em uma série de figuras como decolagem, curvas padrão e acentuadas, inclinação rasa, fugóide, rolamento de ailerons, rolamento de barril, rolamento de 4 pontos, immelmann, curva em S, acelerações e desacelerações, arremetida para cima e para baixo …
Dispositivos Sob Teste
Os dois dispositivos INS escolhidos para avaliação são o Ellipse-D e o Quanta Micro. O Ekinox Micro também é avaliado por procuração com o Quanta Micro.
| Unidade | Código de hardware | Revisão de hardware | Número de série | 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 |
| Avaliado por procuração | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Embora o Hardware Ekinox Micro exato não tenha sido incluído neste teste, ele é uma versão robusta do Quanta Micro e se comporta exatamente da mesma forma. Portanto, os resultados deste teste são totalmente aplicáveis ao Ekinox Micro.
Unidade de Referência
A unidade Apogee-D com Qinertia PPK (PPK acoplado de forma restrita com processamento para frente + para trás) serve como referência para o teste.
Resultados dos testes
Primeiro teste: voo típico
Segundo teste: voo acrobático
Antena simples vs. dupla
O gráfico abaixo mostra o desempenho em tempo real do Quanta Micro em antena única versus a configuração de antena dupla abaixo do ideal (apresentando diferentes tipos de antena).
O início do voo é uma linha reta de baixa dinâmica por mais de 7 minutos, sem qualquer manobra dinâmica alta anterior. Embora isso esteja bem abaixo das condições ideais, a configuração de antena única está operando corretamente, com um erro maior.
Este tipo de situação está claramente em vantagem da configuração de antena dupla, capaz de fornecer medições precisas, mesmo em condições de baixa dinâmica.
Se esta linha reta inicial for excluída da análise de erro, podemos ver que o desempenho da antena única é equivalente ao desempenho da antena dupla.
Análise de Resultados
Comparação dos resultados da Ellipse-D com as especificações
| Medida | Valor alvo (RMS) | Valor alcançado, voo típico (RMS) | Valor alcançado, voo acrobático (RMS) | Status, baseado em voo típico |
|---|---|---|---|---|
| Posição horizontal | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| Altitude | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| Rolagem | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| Inclinação | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| Rumo | 0,2° (linha de base > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Em tempo oportuno, o Ellipse-D usado no teste exibiu um nível excepcional de desempenho, superando as expectativas.
Embora todos os nossos IMUs atendam ao desempenho especificado, alguns podem até superá-los. O Ellipse-D se destaca como um exemplo de tal desempenho excepcional, ganhando o título de “Melhor Ellipse Ever” e ocupando um lugar especial em nossa prateleira.
Comparação dos resultados do Quanta Micro / Ekinox Micro com as especificações
| Medida | Valor alvo (RMS) | Valor alcançado, voo típico (RMS) | Valor alcançado, voo acrobático (RMS) | Status, baseado em voo típico |
|---|---|---|---|---|
| Posição horizontal | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| Altitude | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| Rolagem | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| Inclinação | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| Rumo | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
Conclusão
Durante o teste de voo típico, tanto o Ellipse-D quanto o Quanta Micro / Ekinox Micro superaram suas especificações em condições de ponto único em tempo real. O teste de voo acrobático também revelou que o Ellipse-D e o Quanta Micro / Ekinox Micro apresentaram desempenho excepcional, não exibiram erros e se alinharam estreitamente com os valores especificados, que geralmente são aplicáveis para condições normais de voo.
Esses testes destacam que os INS da SBG são ferramentas altamente confiáveis e precisas para aplicações de navegação aerotransportada em condições de ponto único. Eles fornecem consistentemente um desempenho excelente, garantindo confiabilidade em cenários desafiadores.