航空機ナビゲーションとは、飛行中に航空機の位置とコースを決定するために使用される技術を指します。効果的なナビゲーションにより、航空機が安全かつ効率的に目的地に到着することが保証されます。航空機ナビゲーションに関わる主なコンポーネントと方法を以下に示します：慣性航法システム（INS）、全地球航法衛星システム（GNSS）など。完全な航空機テストをご用意しました。
SBG Systemsにはイノベーションの文化があるため、EllipseとQuanta Microの性能を実際の条件下で評価するための集中的な飛行というアイデアが生まれたとき、ためらうことはありませんでした。これらのテストを実現するには時間とリソースが必要でしたが、その価値はありました。このプロジェクトにご協力いただいたApache aviationに感謝します。
慣性航法システム（INS）は、航空機ナビゲーションアプリケーションに正確な位置とナビゲーション情報を提供する上で重要な役割を果たします。当社は、その信頼性を評価するために、実際の条件下でテストしました。
航空ナビゲーションにおける例外的なテストキャンペーン
航空宇宙テストの実施に伴う複雑な実装（規制、狭いスペースなど）に加えて、これらの試みは、いくつかのINSメーカーが実際の条件下でテストする機会がほとんどなかった特定の質問に対する答えが得られたため、特に優れています。
- 当社の当初の目的は、アルゴリズムの継続的な改善に焦点を当てて、テストデータベースを充実させることでした。多くのテストは通常、「2D」環境（例：車、ボート）で実施されますが、「3D」テストは比較的まれです。
- 航空宇宙分野のお客様は、機密情報であることが多いため、データを提供することはほとんどありません。
- 私たちが取り組もうとしたもう1つの課題は、4gを超える大きな振動や加速度を含む、極端なダイナミクス下でのアルゴリズムの堅牢性の検証でした。
- さらに、これにより、方向の急激な変化、または航空機の完全な反転（逆さまに飛行）による重大な信号遮断がある、困難なGNSS環境での機器の性能を評価することができました。
ジンバルロック現象
これらの飛行では、可能なすべての姿勢をテストすることもできました。その中には、ピッチが90°に近づくと、特定のナビゲーションアルゴリズムで従来困難を引き起こす「ジンバルロック」効果を引き起こすものもあります。当社のアルゴリズムは、クォータニオンを使用してこの問題に対処するように設計されていますが、そのような条件下で挑戦されることはめったにありません。
最後に、堅牢性と機能の側面だけでなく、これらの極端な条件下でナビゲーション性能を維持できるかどうかを確認することを目指しました。
これらのテストは盲目的に実施されたことに注意してください。
安全上の理由から、ラップトップコンピューターを機内に持ち込むことは不可能ではありませんが、困難です。関係するすべてのセンサーを使用して、フライトテストを開始する前に、すべてを構成し、二重チェックする必要がありました。
テストプラットフォームは、データロギングのために完全に自律的である必要があり、準備と飛行の全期間に十分な容量のバッテリーが必要でした。これらすべてを非常に狭い寸法内に統合する必要がありました。
セットアップと飛行計画
INSデバイスの性能を包括的に評価するために、航空機ナビゲーション運用中に遭遇するさまざまなシナリオを表す2つの飛行が予定されています。
- 低ダイナミックな操縦と直線水平飛行状態での典型的な飛行
- 多くの姿勢と加速度でデバイスを刺激するための、曲技飛行
- これにより、通常の状態と困難な状態の両方で、製品が仕様どおりのリアルタイム性能を発揮することを検証できました。
Ellipse-DとQuanta Microの2つの製品をテストしました。後処理されたApogee-D（前方+後方処理による緊密に結合されたPPK）は、この評価の基準として使用されました。そして、それらはすべて非常にうまく機能し、SBG Systemsの乗組員よりもはるかに優れていました。
フライト1：標準的なフライトプロファイル
フライト1の主な焦点は、より低いダイナミックな操縦と直線水平飛行条件を含む、典型的な飛行プロファイルにおけるデバイスの性能を評価することです。
このフライトは、比較のベースラインを提供し、通常の飛行運用中のINSデバイスの精度と安定性を評価します。
このフライト中に収集されたデータは、航空機ナビゲーションのより困難な条件下での性能を評価するためのベンチマークを確立するのに役立ちました。
飛行計画は、クライムアウト、標準旋回、急旋回、浅いバンク、Phugoid、加速、減速、ピッチアップ、ピッチダウンなど、一連の動作で構成されています。
フライト2：アクロバット飛行
フライト2では、INSデバイスは一連のエアロバティック操縦を受け、極端な方向と加速度での能力をテストします。急速で積極的な動きを特徴とするエアロバティック操縦は、航空機ナビゲーションのナビゲーションシステムに重大な課題をもたらします。
これらの厳しい条件をシミュレートすることで、正確な位置特定が不可欠な実際のシナリオにおける INS デバイスの堅牢性と精度を評価できます。
飛行計画は、クライムアウト、標準旋回、急旋回、浅いバンク、Phugoid、エルロンロール、バレルロール、4ポイントロール、Immelmannターン、Sターン、加速、減速、ピッチアップ、ピッチダウンなど、一連の動作で構成されています。
テスト対象デバイス
評価対象として選択された2つの INS デバイスは、Ellipse-DとQuanta Microです。Ekinox Microは、Quanta Microを代用して評価されます。
| ユニット | ハードウェアコード | ハードウェアリビジョン | シリアルナンバー | ファームウェア |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| プロキシによる評価 | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
正確なEkinox Microハードウェアはこのテストには含まれていませんでしたが、Quanta Microの堅牢版であり、まったく同じように動作します。したがって、このテストの結果はEkinox Microに完全に適用できます。
基準ユニット
Apogee-DユニットとQinertia PPK（前方+後方処理による緊密結合PPK）が、テストのリファレンスとして使用されます。
テスト結果
最初のテスト：典型的な飛行
2回目のテスト：アクロバット飛行
シングルアンテナ vs デュアルアンテナ
下のグラフは、Quanta Microのリアルタイム性能を、シングルアンテナと最適とは言えないデュアルアンテナ構成（異なるアンテナタイプを使用）で比較したものです。
飛行開始から7分以上、低ダイナミックな直線が続きますが、それ以前に高いダイナミックな操作はありません。これは最適な条件とは言えませんが、シングルアンテナ構成は正常に動作しており、誤差が大きくなっています。
このような状況は明らかにデュアルアンテナ構成に有利であり、低ダイナミックな条件下でも正確な測定を提供できます。
この最初の直線を誤差分析から除外すると、シングルアンテナの性能はデュアルアンテナの性能と同等であることがわかります。
結果分析
Ellipse-Dの結果と仕様の比較
| 測定 | 目標値（RMS） | 達成値、通常の飛行 (RMS) | 達成値、アクロバット飛行 (RMS) | 標準的な飛行に基づくステータス |
|---|---|---|---|---|
| 水平方向の位置 | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| 高度 | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| ロール | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| ピッチ | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| ヘディング | 0.2° (ベースライン > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
余談ですが、テストで使用されたEllipse-Dは、期待を上回る卓越したレベルの性能を示しました。
当社のすべてのIMUは指定された性能を満たしていますが、それを上回るものもあります。Ellipse-Dはそのような卓越した性能の例として際立っており、「史上最高のEllipse」という称号を獲得し、当社の棚で特別な位置を占めています。
Quanta Micro / Ekinox Microの結果と仕様の比較
| 測定 | 目標値（RMS） | 達成値、通常の飛行 (RMS) | 達成値、アクロバット飛行 (RMS) | 標準的な飛行に基づくステータス |
|---|---|---|---|---|
| 水平方向の位置 | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| 高度 | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| ロール | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| ピッチ | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| ヘディング | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
結論
通常の飛行試験では、Ellipse-DとQuanta Micro / Ekinox Microの両方が、リアルタイムのシングルポイント条件で仕様を上回りました。また、アクロバット飛行試験では、Ellipse-DとQuanta Micro / Ekinox Microが卓越した性能を発揮し、エラーがなく、通常飛行条件に適用される指定値とほぼ一致していることが明らかになりました。
これらのテストは、SBGのINSがシングルポイント条件下での航空ナビゲーションアプリケーションに非常に信頼性が高く正確なツールであることを強調しています。それらは一貫して優れた性能を発揮し、困難なシナリオでの信頼性を保証します。