Ekinox Micro und Quanta Micro sind führend in der urbanen Navigation, und wir haben sie Automobiltests unterzogen.
Es handelt sich um zwei Inertial Navigation Systems, die taktische MEMS-basierte IMUs und vollwertige RTK GNSS-Empfänger kombinieren, um eine beispiellose Leistung in einer erstaunlich kompakten Form zu liefern.
Speziell zugeschnitten für Anwendungen mit strengen SWaP-Beschränkungen wie unbemannte Land- / Luft- / Seefahrzeuge, Indoor-Mapping und sogar UAV-Vermessung.
Dieser umfassende Artikel zur Leistungsbeurteilung basiert auf einem erschöpfenden Test, der im Juli 2022 durchgeführt wurde, um die Fähigkeiten des Quanta Micro im Vorgriff auf seine kommerzielle Einführung zu validieren. Durch diesen Bericht wird die dynamische Leistung der Systeme demonstriert.
Die Sensoren wurden ausgiebig in verschiedenen GNSS-Umgebungen getestet, einschließlich freiem Himmel, städtischen Gebieten und städtischen Schluchten. Die Ergebnisse zeigten durchweg eine außergewöhnliche Datenqualität. Sowohl Quanta Micro als auch Ekinox Micro übertrafen ihre spezifizierte Leistung, selbst in anspruchsvollen Szenarien.
Während die Spezifikationen normalerweise auf dem Industriestandardszenario wie regulären Landbedingungen nach einer Aufwärmphase basieren, umfasste der Test schwierige städtische Bedingungen ohne Aufwärmphase.
Bemerkenswerterweise haben sich Ekinox Micro und Quanta Micro in diesem Test hervorgetan und eine hervorragende Leistung unter allen Bedingungen demonstriert.
Voraussetzung
Das Lesen dieser Testberichte erfordert ein gewisses Maß an Kenntnissen der Trägheitsnavigation und der Post-Processing-Konzepte. Unsere Wissensdatenbank hilft Ihnen dabei, Ihre Reise in die wunderbare Welt der Trägheitsnavigation zu beginnen.
Akronyme
- CORS: Continuously Operating Reference Stations
- DUT: Device under test (Prüfling)
- EUT: Prüfling
- FOG: Fiber Optic Gyroscope (Faseroptisches Gyroskop)
- GNSS: Globale Navigationssatellitensysteme (GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
- IGN: Institut Géographique National (offizielle französische Geografiebehörde)
- IMU: Inertial Measurement Unit
- INS: Inertial Navigation System
- LiDAR: Light Detection And Ranging
- MEMS: Micro Electro-Mechanical System
- Merged: Vorwärts- + Rückwärts-Nachbearbeitung mit Qinertia
- PPK: Post-processed Kinematic
- RGP: Réseau GNSS Permanent (Französisches nationales CORS-Netzwerk)
- RMS: Root Mean Square (Effektivwert)
- RTK: Real-Time Kinematic
- Std: Standardabweichung
- SWaP-C: Size Weight and Power – Cost
- TC: Tight Coupling
- UAV: Unbemanntes Luftfahrzeug
Testmissionsziele und -spezifikationen
Missionsplanung und -durchführung
Der Test wurde am 7. Juli 2022 an Bord des SBG Systems Testfahrzeugs durchgeführt. Es war eine 115-minütige Fahrt bei klarem Wetter in der Nähe der SBG Systems Einrichtungen, einschließlich:
- 45 Minuten ununterbrochener Betrieb unter freiem Himmel.
- 35 Minuten ununterbrochener Betrieb in einer halbdichten städtischen Umgebung.
- 35 Minuten ununterbrochener Betrieb unter rauen städtischen Bedingungen, einschliesslich Tunneln.
Angesichts der Komplexität der Umgebung wurde der Missionsplanung keine besondere Sorgfalt gewidmet, um eine günstige Tageszeit in Bezug auf die Sichtbarkeit der Satelliten auszuwählen.
Missionsziele
Diese Mission wurde speziell entwickelt, um zu demonstrieren, wie sich die Quanta Micro und Ekinox Micro INS in einem realen Szenario verhalten. Dies ermöglichte es uns zu validieren, dass die INS ihre Spezifikationen erfüllen (und übertreffen), aber auch ihre herausragende Leistung selbst unter schwierigsten GNSS-Bedingungen zu demonstrieren.
Während der Mission sammelten wir Daten zur Messung der Echtzeitleistung der Quanta Micro; anschließend führten wir eine Nachbearbeitung derselben Datensätze (PPK) durch.
Dies ermöglicht es uns, einen vollständigen Überblick über die Leistung des Quanta Micro INS in einer Automobilumgebung zu geben; und in geringerem Umfang auch für andere Anwendungen (die Gegenstand spezifischer Testberichte sind).
Der Vorteil der Verwendung optimierter Bewegungsprofile wird durch den Vergleich der Verarbeitung in Automobil- und Flugzeugbewegungsprofilen demonstriert.
Automobil-Testaufbau
Equipment Under Test
| Name | Beschreibung | HW Revision | Seriennummer | Firmware-Version |
|---|---|---|---|---|
| EUT #1 | Quanta Micro | 1.1 | 000041817 | 4.1.5929-Dev |
| EUT #2 | Quanta Micro | 1.1 | 000041818 | 4.1.5929-Dev |
| Proxy-bewertet | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Für alle Tests waren die Installationsparameter (Fehlstellungen, Hebelarm usw.) entweder aus CAD-Zeichnungen oder aus früheren Kalibrierungen a priori bekannt.
Beachten Sie, dass, obwohl beide EUT die Quanta Micro sind, der Inhalt dieses Testberichts vollständig auf die Ekinox Micro anwendbar ist: Es handelt sich um eine robuste Version der Quanta Micro, die sich genau gleich verhält. Eine Reihe sorgfältiger interner Vergleiche hat diese Behauptung bestätigt.
Referenztrajektorie
Die Referenzquelle zur Beurteilung der Leistungsfehler ist eine Qinertia-verarbeitete, eng gekoppelte Trajektorie mit Daten, die von der SBG Systems Horizon IMU (FOG-basierte Höchstleistung), Navsight-S und Pegasem-Odometern stammen, die zusammen mit dem EUT an Bord des Fahrzeugs installiert sind. Die für die Nachbearbeitung verwendete Qinertia-Version war 3.2.881-stable.
| Name | Beschreibung | Positionsgenauigkeit | Lage-Genauigkeit | Heading-Genauigkeit |
|---|---|---|---|---|
| Navsight Horizon | FOG-basierte INS | 0,01 m (0,01 m bei 10 s) (0,05 m bei 60 s) | 0.004° (0.004° @ 10s) (0.005° @ 60s) | 0.008° (0.008° @ 10s) (0.010° @ 60s) |
Die beiden VSP6037L GNSS-Antennen, die das Navsight-S speisen, werden mit dem EUT geteilt (siehe Testaufbau-Diagramm).
Aus der A-posteriori-Datenanalyse ermöglichen die Qualitätsindikatoren (Schätzer für die Standardabweichung von Position und Lage) der nachbearbeiteten Horizon-Trajektorie die Verwendung der letzteren als Referenz in Bezug auf das EUT.
Jede der drei an Bord installierten INS-Positionen wurde auf einen gemeinsamen Punkt übertragen, um direkte Vergleiche zu ermöglichen.
Basisstation
Alle PPK- und RTK-Operationen wurden mit einer einzigen Basis durchgeführt, der SBG’S-Station, die auf dem Dach der SBG Systems-Einrichtungen installiert und in das IGN RGP, das französische CORS-Netzwerk, integriert ist.
SBGS bietet vollständige GNSS-Konstellationsverfolgung (GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU). Alle vier Konstellationen wurden für RTK-Operationen in Echtzeit verwendet.
Testfahrzeug
Das Testfahrzeug war ein SBG Systems-eigener Van, der mit unserer Standardausrüstung ausgestattet war, wie im folgenden Setup-Diagramm dargestellt.
Die Basislinie zwischen den beiden GNSS-Antennen beträgt etwa 2 m, und die meisten Installationsparameter sind mit besonders guter Präzision bekannt.
EUT-Konfiguration
Die zu prüfende Ausrüstung (EUT) wurde für Echtzeitmessungen wie folgt konfiguriert:
- EUT1: GNSS mit allen 4 Konstellationen, RTK- und Odometrie-Unterstützung.
- EUT2: GNSS mit allen 4 Konstellationen, kein RTK, keine Odometrie-Unterstützung.
Ergebnisse von Automobiltests
Automobiltests beinhalten eine Aufwärmphase, und alle Statistiken wurden unter bewusster Einbeziehung dieser Phase berechnet.
Diese Wahl hat in den meisten Fällen einen negativen Einfluss auf die meisten Zahlen, insbesondere auf die Kursfehler, die in den ersten 5-10 Minuten der Mission sehr schnell abnehmen und bei denen hohe Werte einen signifikanten Einfluss auf Std und RMS haben.
Zusätzlich haben wir die Dual-Antennen-Statistiken ohne RTK, mit RTK und mit PPK berechnet, die Automobilprofile am besten repräsentieren, indem wir absichtlich alle drei Missionsteile einbezogen haben: Open-Sky-, mittlere und raue GNSS-Umgebungen. Diese Wahl hat ebenfalls einen negativen Einfluss auf die meisten Zahlen.
Diese beiden Entscheidungen lassen die Werte pessimistisch erscheinen. Sie zeigen jedoch, dass die Quanta Micro auch direkt nach der Ausrichtungsphase mit besonders guter Leistung verwendbar ist (auch wenn kein Warm-up möglich ist) und beweisen die Robustheit der Quanta Micro-Algorithmen, die in der Lage sind, die Produktspezifikationen fast zu erfüllen, selbst in einer Testumgebung, die viel schwieriger ist als spezifiziert.
Echtzeit-Szenarien
Diese INS sind in der Lage, in Echtzeit zu funktionieren und eine hochfrequente Navigationslösung mit geringer Latenz mit oder ohne RTK-Korrekturen bereitzustellen. Die folgenden Tabellen und Abbildungen enthalten detaillierte Echtzeitergebnisse für beide EUT unter den folgenden Bedingungen.
- Automobil-Bewegungsprofil
- Odometer-Aiding für EUT #1 (RTK), kein Odometer-Aiding für EUT #2 (Kein RTK)
- mit Dual-Antennen-GNSS-Heading-Eingabe
| EUT#1 (RTK + Odo) | EUT#2 (kein RTK, kein Odometer) | |||
|---|---|---|---|---|
| Fehler | 68% | 95% | 68% | 95% |
| 2D-Position | 0.021m | 0.246m | 1.155m | 2.734m |
| Vertikale Position | 0.023m | 0.157m | 1.865m | 7.329m |
| Rollen / Nicken | 0.011° | 0.026° | 0.015° | 0.035° |
| Yaw | 0.060° | 0.140° | 0.078° | 0.190° |
Despite the challenging conditions, the real time attitude and heading performance enables precise navigation, with better than 0.08° heading accuracy without RTK and better than 0.06° with RTK. Roll and pitch angles are also highly accurate (< 0.015° with or without RTK).
On the position side, the INS is able to cope with short GNSS outages, impacting very positively the 68th and 95th percentiles, compared to traditional GNSS technology.
The typical position performance specification cannot be met in such challenging environments. However, when analyzing open-sky and mid-urban GNSS environments, the system easily meets these specifications.
Nachbearbeitete Szenarien
Diese Szenarien bewerten die ultimative Produktleistung, die mit der Qinertia Post-Processing-Software im TC-Merged-Berechnungsmodus (vorwärts + rückwärts) erreicht werden kann, und vergleichen den Einfluss des Bewegungsprofils. Die Ergebnisse, die für ein einzelnes EUT (EUT #2) angezeigt werden, waren für beide Einheiten nahezu identisch.
| TC Automobilprofil (Doppelantenne + Odo) | TC Flugzeugprofil (Einzelantenne | |||
|---|---|---|---|---|
| Fehler | 68% | 95% | 68% | 95% |
| 2D-Position | 0.014m | 0.093m | 0.014m | 0.100m |
| Vertikale Position | 0.008m | 0.032m | 0.008m | 0.034m |
| Rollen / Nicken | 0.011° | 0.032° | 0.011° | 0.032° |
| Yaw | 0.051° | 0.211° | 0.041° | 0.208° |
Die vorherige Tabelle und die Diagramme zeigen, dass das Bewegungsprofil einen marginalen Einfluss auf die Post-Processing-Leistung hat.
Auch wenn die GNSS-Umgebung sehr schwierig war, verhält sich das Produkt sehr gut und liefert sehr genaue Ergebnisse. Was die Echtzeit betrifft, so führt die Beschränkung der Mission auf Open-Sky- und mittlere städtische Umgebungen zu Ergebnissen, die besser sind als die Produktspezifikationen.
Fazit
Der Test und die anschließende Datenanalyse von Ekinox Micro und Quanta Micro unterstreichen ihre starken Fähigkeiten, Zuverlässigkeit und Genauigkeit. Diese Systeme funktionieren sowohl im Einzel- als auch im Dual-Antennen-Modus (RTK GNSS-Empfänger) außergewöhnlich gut, selbst in anspruchsvollen Umgebungen.
Ekinox Micro und Quanta Micro sind ausgezeichnete Wahl für Echtzeitanwendungen, die eine stabile und genaue Positions- und Lagebestimmung erfordern. Sie funktionieren auch in anspruchsvollen städtischen Umgebungen effektiv und zeigen ihre Robustheit.
Darüber hinaus bietet die Qinertia-Software von SBG Systems in Szenarien, in denen die Echtzeitleistung nicht entscheidend ist (wie z. B. LiDAR-Vermessung und Photogrammetrie), eine außergewöhnliche Nachbearbeitung, die die Leistung selbst in anspruchsvollen GNSS-Umgebungen auf Zentimetergenauigkeit steigert. Dies macht die Kombination aus INS und Qinertia zur perfekten Wahl für Direct Georeferencing und SLAM-Techniken.
Diese Studie bestätigt abschließend, dass Quanta Micro und Ekinox Micro für verschiedene Anwendungen geeignet sind, einschließlich solcher mit strengen Anforderungen an Größe, Gewicht und Leistung.
- Quanta Micro, entwickelt als OEM-Lösung, lässt sich nahtlos in UAV-Vermessungs- und Volumennavigationsanwendungen integrieren.
- Mit seinem benutzerfreundlichen Design und seiner Robustheit (qualifiziert nach MIL-STD-461 und MIL-STD-1275) eignet sich Ekinox Micro für leichte Vermessungsanwendungen, ist aber in Navigationsanwendungen, in denen Robustheit entscheidend ist, am besten geeignet.
Für Vermessungsaufgaben, die flexiblere SWaP-C-Parameter und eine höhere Präzision über ein breites Spektrum von Bedingungen hinweg erfordern, bietet SBG Systems die Produkte Quanta Plus, Quanta Extra, Ekinox, Apogee und Navsight an. Diese Alternativen, die ebenfalls vollständig mit den Post-Processing-Funktionen von Qinertia kompatibel sind, bieten ein höheres Leistungsniveau und sind ausgezeichnete Optionen für Anwendungen, die höchste Leistung erfordern.
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