Ekinox Micro y Quanta Micro están a la vanguardia de la navegación urbana, y los hemos sometido a pruebas de automoción.
Son dos sistemas de navegación inercial que combinan una IMU táctica basada en MEMS y receptores GNSS RTK con todas las funciones para ofrecer un rendimiento sin igual en un formato asombrosamente compacto.
Especialmente diseñados para aplicaciones con estrictas limitaciones de SWaP, como vehículos terrestres/aéreos/marítimos no tripulados, cartografía de interiores e incluso levantamientos topográficos con UAV.
Este exhaustivo artículo de evaluación del rendimiento se basa en una prueba exhaustiva realizada en julio de 2022 para validar las capacidades de Quanta Micro en previsión de su introducción comercial. A través de este informe, se demuestra el rendimiento dinámico de los sistemas.
Los sensores se probaron exhaustivamente en diversos entornos GNSS, incluidos cielos abiertos, zonas urbanas medianas y cañones urbanos. Los resultados mostraron sistemáticamente una calidad de datos excepcional. Tanto Quanta Micro como Ekinox Micro superaron sus especificaciones, incluso en escenarios difíciles.
Si bien las especificaciones suelen basarse en el escenario estándar de la industria, como las condiciones terrestres regulares después de una fase de calentamiento, la prueba incluyó condiciones urbanas difíciles sin una fase de calentamiento.
Sorprendentemente, Ekinox Micro y Quanta Micro han sobresalido en esta prueba, demostrando un rendimiento excepcional en todas las condiciones.
Prerrequisito
La lectura de estos informes de prueba requiere cierto nivel de conocimiento de la navegación inercial y los conceptos de post-procesamiento. Nuestra base de conocimientos le ayudará a iniciar su viaje en el maravilloso mundo de la navegación inercial.
Acrónimos
- CORS: Estaciones de referencia de funcionamiento continuo
- DUT: Dispositivo bajo prueba
- EUT: Equipo en prueba
- FOG: Giróscopo de fibra óptica
- GNSS: Sistemas globales de navegación por satélite (GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
- IGN: Institut Géographique National (agencia geográfica oficial francesa)
- IMU: Unidad de medición inercial
- INS: Sistema de navegación inercial
- LiDAR: Light Detection And Ranging
- MEMS: Sistema microelectromecánico
- Fusionado: Post-procesamiento hacia adelante + hacia atrás utilizando Qinertia
- PPK: Cinemática post-procesada
- RGP: Réseau GNSS Permanent (red CORS nacional francesa)
- RMS: Root Mean Square
- RTK: Cinemática en Tiempo Real
- Std: Desviación estándar
- SWaP-C: Tamaño, peso y potencia - Costo
- TC: Acoplamiento Estrecho
- UAV: Vehículo Aéreo No Tripulado
Objetivos y especificaciones de la misión de prueba
Planificación y ejecución de la misión
La prueba se llevó a cabo a bordo del vehículo de pruebas de SBG Systems el 7 de julio de 2022. Fue un trayecto de 115 minutos de duración, en condiciones meteorológicas despejadas, en las cercanías de las instalaciones de SBG System, incluyendo:
- 45 minutos de operaciones contiguas en condiciones de cielo abierto.
- 35 minutos de operaciones contiguas en un entorno urbano semi-denso.
- 35 minutos de operaciones contiguas en un entorno urbano adverso, incluidos túneles.
Considerando la complejidad del entorno, no se ha prestado especial atención a la planificación de la misión para seleccionar una hora del día favorable con respecto a la visibilidad de los satélites.
Objetivos de la misión
Esta misión fue diseñada específicamente para demostrar cómo se comportan los INS Quanta Micro y Ekinox Micro en un escenario del mundo real. Esto nos permitió validar que los INS cumplen (y superan) sus especificaciones, pero también demostrar su excelente rendimiento incluso en las condiciones GNSS más difíciles.
Durante la misión, recopilamos datos que miden el rendimiento en tiempo real de Quanta Micro; luego realizamos el post-procesamiento de los mismos conjuntos de datos (PPK).
Esto nos permite proporcionar una visión completa del rendimiento del INS Quanta Micro en un entorno automotriz; y, en menor medida, de otras aplicaciones (que son objeto de informes de prueba específicos).
La ventaja de utilizar perfiles de movimiento optimizados se demuestra comparando el procesamiento en perfiles de movimiento de automoción y de avión.
Configuración de pruebas de automoción
Equipo bajo prueba
| Nombre | Descripción | Revisión HW | Número de serie | Versión de firmware |
|---|---|---|---|---|
| EUT #1 | Quanta Micro | 1.1 | 000041817 | 4.1.5929-Dev |
| EUT #2 | Quanta Micro | 1.1 | 000041818 | 4.1.5929-Dev |
| Evaluado por proxy | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Para todas las pruebas, los parámetros de instalación (desalineaciones, brazo de palanca, etc.) se conocían a priori, ya sea a partir de los planos CAD o de calibraciones previas.
Tenga en cuenta que, aunque ambos EUT son Quanta Micro, el contenido de este informe de prueba es totalmente aplicable al Ekinox Micro: es una versión robusta de Quanta Micro y se comporta exactamente de la misma manera. Una serie de comparaciones internas meticulosas han confirmado esta afirmación.
Trayectoria de referencia
La fuente de referencia utilizada para evaluar los errores de rendimiento es una trayectoria de acoplamiento estrecho procesada con Qinertia con datos procedentes de la IMU Horizon de SBG Systems (rendimiento máximo basado en FOG), el Navsight-S y el odómetro Pegasem instalados a bordo del vehículo junto con el EUT. La versión de Qinertia utilizada para el post-procesamiento fue la 3.2.881-stable.
| Nombre | Descripción | Precisión de la posición | Precisión de la actitud | Precisión del rumbo |
|---|---|---|---|---|
| Navsight Horizon | INS basado en FOG | 0.01m (0.01m @ 10s) (0.05m @ 60s) | 0.004° (0.004° @ 10s) (0.005° @ 60s) | 0.008° (0.008° @ 10s) (0.010° @ 60s) |
Las dos antenas GNSS VSP6037L que alimentan el Navsight-S se comparten con el EUT (véase el diagrama de configuración de la prueba).
A partir del análisis de datos a posteriori, los indicadores de calidad (estimadores de la desviación estándar de posición y actitud) de la trayectoria post-procesada de Horizon permiten que esta última se utilice como referencia con respecto al EUT.
Cada una de las tres posiciones de los INS instalados a bordo se ha transferido a un punto común para permitir comparaciones directas.
Estación base
Todas las operaciones PPK y RTK se realizaron utilizando una única base, la estación SBG'S que está instalada en el techo de las instalaciones de SBG Systems e incluida en el IGN RGP, la red CORS francesa.
SBGS proporciona un seguimiento completo de las constelaciones GNSS (GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU). Las cuatro constelaciones se utilizaron para las operaciones RTK en tiempo real.
Vehículo de prueba
El vehículo de prueba era una furgoneta dedicada de SBG Systems, equipada con nuestro equipo estándar, tal como se presenta en el siguiente diagrama de configuración.
La línea de base entre ambas antenas GNSS es de unos 2 m y la mayoría de los parámetros de instalación se conocen con una precisión particularmente buena.
Configuración EUT
El equipo sometido a prueba (EUT) se configuró de la siguiente manera para las mediciones en tiempo real:
- EUT1: GNSS con las 4 constelaciones, RTK y ayuda del odómetro.
- EUT2: GNSS con las 4 constelaciones, sin RTK, sin ayuda del odómetro.
Resultados de pruebas automotrices
Las pruebas en automoción incluyen una fase de calentamiento, y todas las estadísticas se han calculado con su inclusión intencionada.
Esta elección tiene en la mayoría de los casos un impacto negativo en la mayoría de las cifras, especialmente en los errores de rumbo, que disminuyen muy rápidamente en los primeros 5-10 minutos de la misión y donde los valores altos tienen un impacto significativo en la desviación estándar y el RMS.
Además, calculamos las estadísticas de doble antena sin RTK, RTK y PPK, que representan mejor los perfiles de automoción, incluyendo intencionadamente las tres partes de la misión: entornos GNSS de cielo abierto, medio y difícil. Esta elección también tiene un impacto negativo en la mayoría de las cifras.
Estas dos elecciones hacen que los valores parezcan pesimistas. Sin embargo, demuestran que Quanta Micro sigue siendo utilizable con un rendimiento particularmente bueno directamente desde la fase de alineación (incluso si no es posible el calentamiento) y prueban la robustez de los algoritmos de Quanta Micro, que son capaces de cumplir casi las especificaciones de rendimiento del producto incluso en un entorno de prueba mucho más difícil de lo especificado.
Escenarios en tiempo real
Estos INS son capaces de funcionar en tiempo real, proporcionando una solución de navegación de baja latencia y alta frecuencia con o sin correcciones RTK. Las tablas y figuras siguientes proporcionan resultados detallados en tiempo real para ambos EUT en las siguientes condiciones.
- perfil de movimiento para automoción
- asistencia del odómetro para EUT #1 (RTK), sin asistencia del odómetro para EUT #2 (sin RTK)
- con entrada de rumbo GNSS de doble antena
| EUT#1 (RTK + odo) | EUT#2 (sin RTK, sin odo) | |||
|---|---|---|---|---|
| Error | 68% | 95% | 68% | 95% |
| Posición 2D | 0.021m | 0.246m | 1.155m | 2.734m |
| Posición vertical | 0.023m | 0.157m | 1.865m | 7.329m |
| Alabeo / Cabeceo | 0.011° | 0.026° | 0.015° | 0.035° |
| Guiñada | 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.
Escenarios post-procesados
Estos escenarios evalúan el máximo rendimiento del producto que se puede alcanzar con el software de post-procesamiento Qinertia en el modo de cálculo TC fusionado (hacia delante + hacia atrás) y comparan la influencia del perfil de movimiento. Los resultados, mostrados para un solo EUT (EUT #2), fueron casi idénticos para ambas unidades.
| Perfil TC Automoción (doble antena + odómetro) | Perfil TC Avión (antena única | |||
|---|---|---|---|---|
| Error | 68% | 95% | 68% | 95% |
| Posición 2D | 0.014m | 0.093m | 0.014m | 0.100m |
| Posición vertical | 0.008m | 0.032m | 0.008m | 0.034m |
| Alabeo / Cabeceo | 0.011° | 0.032° | 0.011° | 0.032° |
| Guiñada | 0.051° | 0.211° | 0.041° | 0.208° |
La tabla y los diagramas anteriores muestran que el perfil de movimiento tiene una influencia marginal en el rendimiento del post-procesamiento.
Aunque el entorno GNSS era muy difícil, el producto se comporta muy bien y produce resultados muy precisos. En cuanto al tiempo real, restringir la misión a cielo abierto y a un entorno urbano medio conduce a resultados mejores que las especificaciones del producto.
Conclusión
La prueba y el posterior análisis de datos de Ekinox Micro y Quanta Micro destacan sus grandes capacidades, fiabilidad y precisión. Estos sistemas rinden excepcionalmente bien tanto en modo de antena simple como doble (receptores GNSS RTK), incluso en entornos difíciles.
Ekinox Micro y Quanta Micro son excelentes opciones para aplicaciones en tiempo real que requieren un posicionamiento y una determinación de actitud estables y precisos. Funcionan eficazmente incluso en entornos urbanos exigentes, lo que demuestra su robustez.
Además, en escenarios en los que el rendimiento en tiempo real no es crucial (como el levantamiento LiDAR y la fotogrametría), el software Qinertia de SBG Systems ofrece un post-procesamiento excepcional, elevando el rendimiento a una precisión de nivel centimétrico incluso en entornos GNSS difíciles. Esto hace que la combinación del INS y Qinertia sea la elección perfecta para la georreferenciación directa y las técnicas SLAM.
Este estudio valida de forma concluyente que Quanta Micro y Ekinox Micro son adecuados para diversas aplicaciones, incluidas aquellas con estrictas consideraciones de tamaño, peso y rendimiento.
- Quanta Micro, diseñado como una solución OEM, se integra perfectamente en aplicaciones de levantamiento UAV y navegación volumétrica.
- Con su diseño fácil de usar y su robustez (calificado según MIL-STD-461 y MIL-STD-1275), Ekinox Micro se adapta a aplicaciones de levantamiento ligero, pero está en su mejor momento en aplicaciones de navegación donde la robustez es clave.
Para las tareas de levantamiento que exigen parámetros SWaP-C más flexibles y una mayor precisión en un amplio espectro de condiciones, SBG Systems ofrece los productos Quanta Plus, Quanta Extra, Ekinox, Apogee y Navsight. Estas alternativas, también totalmente compatibles con las capacidades de post-procesamiento de Qinertia, proporcionan niveles de rendimiento superiores y sirven como excelentes opciones para las aplicaciones que requieren el máximo rendimiento.
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