Navegação aérea refere-se às técnicas e tecnologias utilizadas para determinar a posição e a trajetória de uma aeronave durante o voo. Uma navegação eficaz garante que uma aeronave alcance seu destino com segurança e eficiência. A seguir, alguns componentes e métodos essenciais envolvidos na navegação aérea: Sistemas de Navegação Inercial (INS), Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS), etc. Preparamos um teste aéreo completo para você.
Existe uma cultura de inovação na SBG Systems, então, quando a ideia foi formulada para um voo intenso para avaliar o desempenho dos nossos Ellipse e Quanta Micro em condições reais, não houve hesitação. Levou tempo e recursos para realizar esses testes, mas o resultado valeu a pena. Muitos agradecimentos à Apache aviation pela ajuda neste projeto.
Sistemas de Navegação Inercial (INS) desempenham um papel crucial no fornecimento de informações precisas de posicionamento e navegação para aplicações de navegação aérea. Nós os testamos em condições reais para avaliar sua confiabilidade.
Uma campanha de testes excepcional em navegação aérea
Além da complexa implementação envolvida na realização de testes aeroespaciais (normas, espaços apertados etc.), esses testes são particularmente excepcionais, pois nos deram respostas para certas questões que poucos fabricantes de INS tiveram a oportunidade de testar em condições reais:
- Nosso objetivo inicial era enriquecer nosso banco de dados de testes, com foco na melhoria contínua de nossos algoritmos. Muitos testes são normalmente realizados em um ambiente “2D” (por exemplo, carros, barcos), enquanto os testes “3D” são relativamente escassos.
- Os clientes com aplicações aeroespaciais raramente fornecem dados, pois estes costumam ser confidenciais.
- Outra questão que procuramos abordar foi a validação da robustez de nossos algoritmos em condições dinâmicas extremas, incluindo vibrações significativas e acelerações superiores a 4 g.
- Além disso, isso nos permitiu avaliar o desempenho de nossos equipamentos em ambientes GNSS desafiadores, onde há bloqueios significativos de sinal devido a mudanças abruptas de orientação ou até mesmo reversões completas da aeronave (voo de cabeça para baixo).
Efeito de bloqueio do cardã
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 a inclinação se aproxima de 90°. Embora nossos algoritmos tenham sido projetados para lidar com essa questão utilizando quaternions, eles raramente são postos à prova nessas condições.
Por fim, além dos aspectos de robustez e funcionalidade, nosso objetivo foi verificar se o desempenho da navegação poderia ser mantido nessas condições extremas.
Vale ressaltar que esses testes foram conduzidos às cegas.
Por motivos de segurança, é difícil, se não impossível, levar um laptop a bordo. Com todos os sensores envolvidos, tudo precisava ser configurado e verificado duas vezes antes do início dos testes de voo.
A plataforma de teste precisava ser totalmente autônoma para o registro de dados, e era necessária uma bateria com capacidade suficiente para toda a duração dos preparativos e voos. Tudo isso precisava ser integrado em dimensões muito restritas.
Configuração e plano de voo
Para avaliar de forma abrangente o desempenho dos dispositivos do Sistema de Navegação por Satélite ( INS ), foram programados dois voos, cada um representando diferentes cenários encontrados durante operações de navegação aérea:
- Um voo típico, com manobras de menor dinâmica e condição de voo plano e nivelado
- Um voo acrobático, para estimular os dispositivos em várias orientações e acelerações
- Isso nos permitiu verificar que, tanto em condições normais quanto em condições 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 fortemente acoplado com processamento para frente + para trás) serviu como referência para esta avaliação. E todos se saíram muito bem, muito melhor do que a equipe da SBG Systems, na verdade.
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 de menor dinâmica e condições de voo plano e nivelado.
Este voo fornece uma linha de base para comparação e avalia a precisão e a estabilidade dos dispositivos INS durante as operações de voo regulares.
Os dados coletados durante este voo ajudaram a estabelecer um parâmetro de referência para avaliar seu desempenho em condições mais desafiadoras de navegação aerotransportada.
O plano de voo consiste em uma série de manobras, como subida inicial, curvas padrão e fechadas, inclinação suave, phugoid, acelerações e desacelerações, inclinação para cima e para baixo…
Voo 2: Manobras acrobáticas
No Voo 2, os dispositivos do projeto “ INS ” são submetidos a uma série de manobras acrobáticas para testar sua capacidade em orientações e acelerações extremas. As manobras acrobáticas, caracterizadas por movimentos rápidos e agressivos, representam desafios significativos para os sistemas de navegação durante o voo.
Ao simular essas condições exigentes, podemos avaliar a robustez e a precisão dos dispositivos INS em cenários reais onde o posicionamento preciso é vital.
O plano de voo consiste em uma série de manobras, como subida inicial, curvas padrão e fechadas, inclinação oca, manobra phugoid, rotação com ailerons, rotação em barril, rotação em 4 pontos, manobra de Immelmann, curva em S, acelerações e desacelerações, inclinação para cima e para baixo…
Dispositivos em teste
Os dois dispositivos INS escolhidos para avaliação são o Ellipse-D e o Quanta Micro. O Ekinox Micro também é avaliado por proxy 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-estável |
| 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 Ekinox Micro Hardware 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 rigidamente com processamento direto + reverso) serve como referência para o teste.
Resultados do teste
Primeiro teste: voo típico
Segundo teste: voo acrobático
Antena única x antena dupla
O gráfico abaixo mostra o desempenho em tempo real do Quanta Micro em antena única versus a configuração subótima de antena dupla (apresentando diferentes tipos de antena).
O início do voo é uma linha reta de baixa dinâmica por mais de 7 minutos, sem nenhuma manobra prévia de alta dinâmica. Embora isso esteja bem abaixo das condições ideais, a configuração de antena única está funcionando corretamente, com um erro maior.
Esse tipo de situação é claramente vantajoso para a 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 dos resultados
Comparação dos resultados do Ellipse-D com as especificações
| Medida | Valor alvo (RMS) | Valor alcançado, voo típico (RMS) | Valor alcançado, voo acrobático (RMS) | Status, com base no 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 |
| Rolar | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| Apresentação | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| Título | 0,2° (linha de base > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Em tempo, o Ellipse-D usado no teste exibiu um nível excepcional de desempenho, superando as expectativas.
Embora todas as nossas IMUs atendam ao desempenho especificado, algumas podem até superá-lo. O Ellipse-D se destaca como exemplo de tal desempenho excepcional, ganhando o título de "Melhor Ellipse de Todos os Tempos" 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, com base no 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 |
| Rolar | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| Apresentação | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| Título | 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 entregaram um desempenho excepcional, não apresentaram erros e se alinharam de perto com os valores especificados, que geralmente se aplicam a 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 entregam consistentemente um desempenho excepcional, garantindo confiabilidade em cenários desafiadores.
