Ekinox Micro e Quanta Micro estão na vanguarda da navegação urbana, e nós os submetemos a testes automotivos.
São dois sistemas de navegação inercial que combinam IMU tático baseado em MEMS e receptores RTK GNSS completos para oferecer um desempenho incomparável em um formato surpreendentemente compacto.
Especialmente adaptados para aplicações com restrições rígidas de SWaP, como veículos terrestres/aéreos/marítimos não tripulados, mapeamento interno e até mesmo levantamento de UAV.
Este artigo abrangente de avaliação de desempenho baseia-se em um teste exaustivo executado em julho de 2022 para validar os recursos do Quanta Microem antecipação ao seu lançamento comercial. Por meio deste relatório, o desempenho dinâmico dos sistemas é demonstrado.
Os sensores foram testados extensivamente em vários ambientes GNSS, incluindo céu aberto, áreas urbanas médias e cânions urbanos. Os resultados mostraram consistentemente uma qualidade de dados excepcional. Tanto Quanta Micro quanto Ekinox Micro excederam o desempenho especificado, mesmo em cenários desafiadores.
Embora as especificações geralmente se baseiem no cenário padrão do setor, como condições terrestres normais após uma fase de aquecimento, o teste incluiu condições urbanas difíceis sem uma fase de aquecimento.
Notavelmente, Ekinox Micro e Quanta Micro se destacaram nesse teste, demonstrando um desempenho excepcional em todas as condições.
Pré-requisito
A leitura destes relatórios de teste requer algum nível de conhecimento dos conceitos de navegação inercial e pós-processamento. Nossa base de conhecimento o ajudará a iniciar sua jornada no maravilhoso mundo da navegação inercial.
Acrônimos
- CORS: Estações de Referência de Operação Contínua
- DUT: Dispositivo em teste
- EUT: Equipamento sob teste
- FOG: Giroscópio de fibra óptica
- GNSS: Sistemas globais de navegação por satélite (GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
- IGN: Institut Géographique National (órgão geográfico oficial francês)
- IMU: Unidade de Medição Inercial
- INS: Sistema de Navegação Inercial
- LiDAR: Light Detection And Ranging (Detecção e alcance de luz)
- MEMS: Sistema microeletromecânico
- Mesclado: Pós-processamento para frente + para trás usando Qinertia
- PPK: cinemática pós-processada
- RGP: Réseau GNSS Permanent (rede nacional francesa de CORS)
- RMS: Root Mean Square (raiz quadrada média)
- RTK: cinemática em tempo real
- Std: Desvio padrão
- SWaP-C: Tamanho, peso e potência - Custo
- TC: Acoplamento apertado
- UAV: Veículo Aéreo Não Tripulado
Testar os objetivos e as especificações da missão
Planejamento e execução da missão
O teste foi realizado a bordo do veículo de teste SBG Systems em 7 de julho de 2022. Foi uma viagem de 115 minutos, sob condições climáticas claras, nas proximidades das instalações do Sistema SBG, incluindo:
- 45 minutos de operações contíguas em condições de céu aberto.
- 35 minutos de operações contíguas em um ambiente urbano semidenso.
- 35 minutos de operações contíguas em um ambiente urbano hostil, incluindo túneis.
Considerando a complexidade do ambiente, nenhum cuidado especial foi dado ao planejamento da missão para selecionar uma hora do dia favorável em relação à visibilidade dos satélites.
Objetivos da missão
Essa missão foi projetada especificamente para demonstrar como o Quanta Micro e o Ekinox Micro INS se comportam em um cenário do mundo real. Isso nos permitiu validar que os INS atendem (e excedem) suas especificações, mas também demonstrar seu excelente desempenho, mesmo nas condições GNSS mais difíceis.
Durante a missão, coletamos dados que medem o desempenho em tempo real do Quanta Micro e, em seguida, realizamos o pós-processamento dos mesmos conjuntos de dados (PPK).
Isso nos permite fornecer uma visão completa do desempenho do Quanta Micro INS em um ambiente automotivo e, em menor grau, em outras aplicações (que são objeto de relatórios de teste específicos).
A vantagem de usar perfis de movimento otimizados é demonstrada pela comparação do processamento em perfis de movimento automotivo e de avião.
Configuração de testes automotivos
Equipamento em teste
| Nome | Descrição | Revisão do HW | Número de série | Versão do firmware |
|---|---|---|---|---|
| EUT Nº 1 | Quanta Micro | 1.1 | 000041817 | 4.1.5929-Dev |
| EUT Nº 2 | Quanta Micro | 1.1 | 000041818 | 4.1.5929-Dev |
| Avaliado por procuração | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Para todos os testes, os parâmetros de instalação (desalinhamentos, braço de alavanca, etc.) eram conhecidos a priori a partir de desenhos CAD ou de calibrações anteriores.
Lembre-se de que, embora ambos os EUT sejam o Quanta Micro, o conteúdo deste relatório de teste é totalmente aplicável ao Ekinox Micro: ele é uma versão robusta do Quanta Micro e se comporta exatamente da mesma maneira. Uma série de comparações internas meticulosas confirmou essa afirmação.
Trajetória de referência
A fonte de referência usada para avaliar os erros de desempenho é uma trajetória fortemente acoplada processada pelo Qinertia com dados provenientes da IMU Horizon da SBG Systems FOG desempenho final baseado emFOG ), do Navsight-S e do odômetro Pegasem instalados a bordo do veículo junto com o EUT. A versão do Qinertia usada para o pós-processamento foi a 3.2.881-stable.
| Nome | Descrição | Precisão da posição | Precisão da atitude | Precisão do rumo |
|---|---|---|---|---|
| Navsight Horizon | INS baseado em 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) |
As duas antenas GNSS VSP6037L que alimentam o Navsight-S são compartilhadas com o EUT (consulte o diagrama de configuração do teste).
A partir da análise de dados posteriori, os indicadores de qualidade (estimadores de desvio padrão de posição e atitude) da trajetória do Horizon pós-processada permitem que ela seja usada como referência em relação ao EUT.
Cada uma das três posições INS instaladas a bordo foi transferida para um ponto comum para permitir comparações diretas.
Estação base
Todas as operações PPK e RTK foram realizadas usando uma única base, a estação SBG'S, instalada no telhado das instalações SBG Systems e incluída na IGN RGP, a rede CORS francesa.
O SBGS fornece rastreamento completo de constelações GNSS (GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU). Todas as quatro constelações foram usadas para operações RTK em tempo real.
Veículo de teste
O veículo de teste foi uma van dedicada SBG Systems , equipada com nosso equipamento padrão, conforme apresentado no diagrama de configuração a seguir.
A linha de base entre as duas antenas GNSS é de cerca de 2 m e a maioria dos parâmetros de instalação é conhecida com precisão particularmente boa.
Configuração do EUT
O equipamento em teste (EUT) foi configurado da seguinte forma para medições em tempo real:
- EUT1: GNSS com todas as 4 constelações, RTK e auxílio de odômetro.
- EUT2: GNSS com todas as 4 constelações, sem RTK, sem auxílio de odômetro.
Resultados dos testes automotivos
Os testes automotivos incluem uma fase de aquecimento, e todas as estatísticas foram computadas com sua inclusão intencional.
Essa escolha tem, na maioria dos casos, um impacto negativo na maioria dos números, especialmente para os erros de direção, que diminuem muito rapidamente nos primeiros 5 a 10 minutos da missão e nos quais os valores altos têm um impacto significativo no std e no RMS.
Além disso, computamos as estatísticas sem RTK, RTK e PPK de antena dupla, que melhor representam os perfis automotivos, incluindo intencionalmente todas as três partes da missão: ambientes GNSS de céu aberto, médio e severo. Essa escolha também tem um impacto negativo na maioria dos números.
Essas duas escolhas fazem com que os valores pareçam pessimistas. No entanto, elas demonstram que Quanta Micro ainda pode ser usado com um desempenho particularmente bom logo após a fase de alinhamento (mesmo que não seja possível um aquecimento) e comprovam a robustez dos algoritmos Quanta Micro , que são capazes de quase atender às especificações de desempenho do produto mesmo em um ambiente de teste muito mais difícil do que o especificado.
Cenários em tempo real
Esses INS são capazes de funcionar em tempo real, fornecendo uma solução de navegação de alta frequência e baixa latência com ou sem correções RTK. As tabelas e figuras abaixo fornecem resultados detalhados em tempo real para ambos os EUT nas seguintes condições.
- perfil de movimento automotivo
- auxílio de odômetro para o EUT #1 (RTK), sem auxílio de odômetro para o EUT #2 (sem RTK)
- com entrada de direção GNSS de antena dupla
| EUT#1 (RTK + odo) | EUT#2 (sem RTK, sem odo) | |||
|---|---|---|---|---|
| Erro | 68% | 95% | 68% | 95% |
| Posição 2D | 0.021m | 0.246m | 1.155m | 2.734m |
| Posição vertical | 0.023m | 0.157m | 1.865m | 7.329m |
| Rolagem / inclinação | 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.
Cenários pós-processados
Esses cenários avaliam o desempenho final do produto que pode ser obtido com o software de pós-processamento Qinertia no modo de computação TC mesclado (para frente + para trás) e comparam a influência do perfil de movimento. Os resultados, exibidos para um único EUT (EUT nº 2), foram praticamente idênticos para ambas as unidades.
| Perfil automotivo TC (antena dupla + odo) | TC Perfil do avião (antena única) | |||
|---|---|---|---|---|
| Erro | 68% | 95% | 68% | 95% |
| Posição 2D | 0.014m | 0.093m | 0.014m | 0.100m |
| Posição vertical | 0.008m | 0.032m | 0.008m | 0.034m |
| Rolagem / inclinação | 0.011° | 0.032° | 0.011° | 0.032° |
| Yaw | 0.051° | 0.211° | 0.041° | 0.208° |
A tabela e os gráficos anteriores mostram que o perfil de movimento tem uma influência marginal no desempenho do pós-processamento.
Embora o ambiente GNSS fosse muito difícil, o produto se comportou muito bem e produziu resultados muito precisos. Quanto ao tempo real, restringir a missão ao céu aberto e ao ambiente urbano médio leva a resultados melhores do que as especificações do produto.
Conclusão
O teste e a análise de dados subsequente do Ekinox Micro e do Quanta Micro destacam suas fortes capacidades, confiabilidade e precisão. Esses sistemas apresentam um desempenho excepcional nos modos de antena simples e dupla (receptores RTK GNSS), mesmo em ambientes desafiadores.
EkinoxEkinox Micro e Quanta Micro são excelentes opções para aplicativos em tempo real que exigem posicionamento e determinação de atitude estáveis e precisos. Eles funcionam de forma eficaz mesmo em ambientes urbanos exigentes, demonstrando sua robustez.
Além disso, em cenários em que o desempenho em tempo real não é crucial (como levantamento LiDAR e fotogrametria), o software Qinertia da SBG Systemsoferece pós-processamento excepcional, elevando o desempenho à precisão centimétrica mesmo em ambientes GNSS desafiadores. Isso faz com que a combinação do INS e do Qinertia seja a escolha perfeita para técnicas de georreferenciamento direto e SLAM.
Esse estudo valida de forma conclusiva que Quanta Micro e Ekinox Micro são adequados para várias aplicações, inclusive aquelas com considerações rigorosas de tamanho, peso e desempenho.
- Quanta Micro, projetado como uma solução OEM, integra-se perfeitamente aos aplicativos de levantamento de UAV e navegação volumétrica.
- Com seu design fácil de usar e robustez (qualificado de acordo com as normas MIL-STD-461 e MIL-STD-1275), Ekinox Micro é adequado para aplicações de levantamento leve, mas é o melhor em aplicações de navegação em que a robustez é fundamental.
Para tarefas de levantamento que exigem parâmetros SWaP-C mais flexíveis e maior precisão em um amplo espectro de condições, SBG Systems oferece os produtos Quanta Plus, Quanta Extra, Ekinox, Apogee e Navsight. Essas alternativas, também totalmente compatíveis com os recursos de pós-processamento da Qinertia, proporcionam níveis de desempenho mais elevados e servem como excelentes opções para aplicações que exigem o máximo de desempenho.
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