La navegación aerotransportada se refiere a las técnicas y tecnologías utilizadas para determinar la posición y el rumbo de una aeronave durante el vuelo. Una navegación eficaz garantiza que una aeronave llegue a su destino de forma segura y eficiente. Estos son algunos componentes y métodos clave involucrados en la navegación aerotransportada: Sistemas de Navegación Inercial (INS), Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS), etc. Hemos preparado una prueba aerotransportada completa para usted.
En SBG Systems existe una cultura de innovación, por lo que cuando se formuló la idea de un vuelo intenso para evaluar el rendimiento de nuestros Ellipse y Quanta Micro en condiciones reales, no hubo ninguna duda. Se necesitó tiempo y recursos para que estas pruebas se llevaran a cabo, pero el resultado valió la pena. Muchas gracias a Apache aviation por su ayuda con este proyecto.
Los sistemas de navegación inercial (INS) desempeñan un papel crucial a la hora de proporcionar información precisa de posicionamiento y navegación para aplicaciones de navegación aerotransportada. Los hemos probado en condiciones reales para evaluar su fiabilidad.
Una campaña de pruebas excepcional en Navegación Aerotransportada
Además de la compleja implementación que implica la realización de pruebas aeroespaciales (normativa, espacios reducidos, etc.), estos ensayos son particularmente excepcionales, ya que nos dieron respuestas a ciertas preguntas que pocos fabricantes de INS han tenido la oportunidad de probar en condiciones reales:
- Nuestro objetivo inicial era enriquecer nuestra base de datos de pruebas, con un enfoque en la mejora continua de nuestros algoritmos. Muchas pruebas se llevan a cabo normalmente en un entorno “2D” (por ejemplo, coches, barcos), mientras que las pruebas “3D” son relativamente escasas.
- Los clientes con aplicaciones aeroespaciales rara vez proporcionan datos, ya que a menudo son confidenciales.
- Otra cuestión que intentamos abordar fue la validación de la robustez de nuestros algoritmos en condiciones dinámicas extremas, incluidas vibraciones y aceleraciones significativas que superan los 4g.
- Además, esto nos permitió evaluar el rendimiento de nuestros equipos en entornos GNSS difíciles, donde existen importantes bloqueos de señal debido a cambios bruscos de orientación o incluso a inversiones completas de la aeronave (volando boca abajo).
Efecto de bloqueo del cardán
Estos vuelos también nos permitieron probar todas las orientaciones posibles, algunas de las cuales inducen un efecto de “bloqueo del cardán” que tradicionalmente plantea dificultades a ciertos algoritmos de navegación cuando el cabeceo se acerca a los 90°. Si bien nuestros algoritmos están diseñados para manejar este problema utilizando cuaterniones, rara vez se ponen a prueba en tales condiciones.
Por último, además de los aspectos de robustez y funcionalidad, nuestro objetivo era verificar si el rendimiento de la navegación podía mantenerse en estas condiciones extremas.
Cabe destacar que estas pruebas se realizaron a ciegas.
Por razones de seguridad, es difícil, si no imposible, llevar un ordenador portátil a bordo. Con todos los sensores implicados, todo tuvo que ser configurado y comprobado dos veces antes de comenzar las pruebas de vuelo.
La plataforma de pruebas tenía que ser completamente autónoma para el registro de datos, y se requería una batería con capacidad suficiente para toda la duración de los preparativos y los vuelos. Todo esto tenía que integrarse en unas dimensiones muy ajustadas.
Configuración y plan de vuelo
Para evaluar exhaustivamente el rendimiento de los dispositivos INS, se han programado dos vuelos, cada uno de los cuales representa diferentes escenarios encontrados durante las operaciones de navegación aerotransportada:
- Un vuelo típico, con maniobras dinámicas más bajas y condiciones de vuelo recto y nivelado
- Un vuelo acrobático, para estimular los dispositivos en muchas orientaciones y aceleraciones
- Esto nos permitió comprobar que, tanto en condiciones normales como difíciles, los productos ofrecen el nivel de rendimiento en tiempo real especificado.
Se probaron dos productos: Ellipse-D y Quanta Micro. Un Apogee-D post-procesado (PPK estrechamente acoplado con procesamiento hacia adelante + hacia atrás) sirvió como referencia para esta evaluación. Y a todos les fue muy bien, mucho mejor que a la tripulación de SBG Systems en realidad.
Vuelo 1: Perfil de vuelo típico
El objetivo principal del Vuelo 1 es evaluar el rendimiento de los dispositivos en un perfil de vuelo típico, que abarca maniobras de menor dinámica y condiciones de vuelo recto y nivelado.
Este vuelo proporciona una línea de base para la comparación y evalúa la precisión y la estabilidad de los dispositivos INS durante las operaciones de vuelo regulares.
Los datos recopilados durante este vuelo ayudaron a establecer un punto de referencia para evaluar su rendimiento en condiciones más difíciles de navegación aerotransportada.
El plan de vuelo consta de una serie de figuras como trepada, giros estándar y pronunciados, alabeo suave, fugoide, aceleraciones y deceleraciones, cabeceo hacia arriba y hacia abajo...
Vuelo 2: Maniobras acrobáticas
En el Vuelo 2, los dispositivos INS se someten a una serie de maniobras acrobáticas para probar su capacidad en orientaciones y aceleraciones extremas. Las maniobras acrobáticas, que se caracterizan por movimientos rápidos y agresivos, introducen importantes desafíos para los sistemas de navegación en la navegación aerotransportada.
Al simular estas exigentes condiciones, podemos evaluar la robustez y la precisión de los dispositivos INS en escenarios del mundo real donde el posicionamiento preciso es vital.
El plan de vuelo consta de una serie de figuras como trepada, giros estándar y pronunciados, alabeo suave, fugoide, alabeo con alerones, toneles, toneles de 4 puntos, immelmann, giros en S, aceleraciones y deceleraciones, cabeceo hacia arriba y hacia abajo...
Dispositivos en prueba
Los dos dispositivos INS elegidos para la evaluación son Ellipse-D y Quanta Micro. Ekinox Micro también se evalúa por proxy con Quanta Micro.
| Unidad | Código de hardware | Revisión del hardware | Número de 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 |
| Evaluado por proxy | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Si bien el hardware exacto de Ekinox Micro no se incluyó en esta prueba, es una versión robusta de Quanta Micro y se comporta exactamente igual. Por lo tanto, los resultados de esta prueba son totalmente aplicables a Ekinox Micro.
Unidad de referencia
La unidad Apogee-D con Qinertia PPK (PPK estrechamente acoplado con procesamiento hacia adelante + hacia atrás) sirve como referencia para la prueba.
Resultados de la prueba
Primera prueba: vuelo típico
Segunda prueba: vuelo acrobático
Antena simple vs. antena doble
El siguiente gráfico muestra el rendimiento en tiempo real del Quanta Micro con una sola antena frente a la configuración subóptima de doble antena (con diferentes tipos de antena).
El inicio del vuelo es una línea recta de baja dinámica durante más de 7 minutos, sin ninguna maniobra dinámica alta previa. Aunque esto está muy por debajo de las condiciones óptimas, la configuración de una sola antena está funcionando correctamente, con un error mayor.
Este tipo de situación está claramente en ventaja para la configuración de doble antena, capaz de ofrecer mediciones precisas, incluso en condiciones de baja dinámica.
Si esta línea recta inicial se excluye del análisis de errores, podemos ver que el rendimiento de la antena única es equivalente al rendimiento de la doble antena.
Análisis de resultados
Comparación de los resultados del Ellipse-D con las especificaciones
| Medir | Valor objetivo (RMS) | Valor alcanzado, vuelo típico (RMS) | Valor alcanzado, vuelo acrobático (RMS) | Estado, basado en un vuelo típico |
|---|---|---|---|---|
| Posición horizontal | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| Altitud | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| Alabeo | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| Cabeceo (Pitch) | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| Rumbo | 0.2° (línea de base > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Como nota al margen, el Ellipse-D utilizado en la prueba exhibió un nivel de rendimiento excepcional, superando las expectativas.
Si bien todas nuestras IMUs cumplen con el rendimiento especificado, algunas incluso pueden superarlo. El Ellipse-D destaca como un ejemplo de tal rendimiento excepcional, lo que le valió el título de “Mejor Ellipse de la historia” y ocupa un lugar especial en nuestra estantería.
Comparación de los resultados del Quanta Micro / Ekinox Micro con las especificaciones
| Medir | Valor objetivo (RMS) | Valor alcanzado, vuelo típico (RMS) | Valor alcanzado, vuelo acrobático (RMS) | Estado, basado en un vuelo típico |
|---|---|---|---|---|
| Posición horizontal | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| Altitud | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| Alabeo | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| Cabeceo (Pitch) | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| Rumbo | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
Conclusión
Durante la prueba de vuelo típica, tanto el Ellipse-D como el Quanta Micro / Ekinox Micro superaron sus especificaciones en condiciones de punto único en tiempo real. La prueba de vuelo acrobático también reveló que el Ellipse-D y el Quanta Micro / Ekinox Micro han ofrecido un rendimiento excepcional, no mostraron errores y se alinearon estrechamente con los valores especificados, que generalmente son aplicables para condiciones de vuelo normales.
Estas pruebas destacan que los INS de SBG son herramientas altamente fiables y precisas para aplicaciones de navegación aerotransportada en condiciones de punto único. Ofrecen un rendimiento excepcional de forma constante, lo que garantiza la fiabilidad en escenarios difíciles.