GNSS-Signale sind das Fundament der modernen Luftfahrtnavigation – doch angesichts der wachsenden Risiken von Jamming und Spoofing ist die alleinige Abhängigkeit von GNSS nicht mehr sicher. Die zentrale Frage in der Navigationsbranche ist längst nicht mehr, wie gut ein System mit RTK oder in anspruchsvollen urbanen Umgebungen funktioniert, sondern vielmehr: Wie weit können Sie fliegen – und wie präzise –, wenn kein GNSS verfügbar ist?
Die Beantwortung dieser Frage erfordert weit mehr als einen einzelnen Test. Sie verlangt wiederholte, kontrollierte und statistisch aussagekräftige Auswertungen.
Die Bereitstellung eines Leistungstestberichts für ein Inertial Navigation System (INS) unter GNSS-reduzierten Bedingungen bedeutet nicht, eine hübsche Grafik oder eine einzelne beeindruckende Zahl zu liefern, die oft in „Prozent der zurückgelegten Strecke“ ausgedrückt wird. Es geht darum, echte Leistung in realen Szenarien unter Beweis zu stellen – denselben Bedingungen, denen sich unsere Kunden im Feld gegenübersehen. Aus diesem Grund haben wir uns bei SBG Systems entschieden, einen an Qualifikationsstandards orientierten Airborne-Dead-Reckoning-Bericht zu erstellen, anstatt eine einfache, „handverlesene“ Demo zu präsentieren.
Die in unserem Bericht präsentierten Ergebnisse basieren auf einem kurzen, aber aussagekräftigen statistischen Datensatz. Wir haben mehrere Signalabfälle analysiert und Statistiken abgeleitet, um ein repräsentatives Bild der tatsächlichen Leistung zu zeichnen. Ein Best-Case-Ergebnis tritt vielleicht einmal bei drei Versuchen auf – oder einmal bei zehntausend. Nur dieses eine Ergebnis zu veröffentlichen, wäre irreführend.
Dieser kurze Artikel erklärt, warum dieser Ansatz von Bedeutung ist und worauf Sie bei der Interpretation eines GNSS-reduzierten Testberichts achten sollten. Ziel ist es, Ihnen fundierte Entscheidungen bei der Auswahl der richtigen Lösung für Ihre Anwendung zu ermöglichen.
Warum nicht einfach einen einzigen GNSS-Ausfall zeigen wie alle anderen auch
In der Realität ist die UAV-Navigation in GNSS-abgedeckten Umgebungen mit Luftdatenunterstützung keine einfache Angelegenheit. Die Umgebungsbedingungen spielen eine entscheidende Rolle.
Einige Gründe, warum die Annahme eines einzigen idealen Ausfalls ein verzerrtes Bild liefert:
Stabile Luftströmung = Bestandsfall: Wenn die Luftströmung um das Luftfahrzeug stabil ist, ist die dynamische Umgebung ruhig und das INS verhält sich stabiler. Das spiegelt jedoch nicht alle Missionen wider.
Keine Vibrationen = Bestandsfall: Vibrationen beeinträchtigen die Stabilität der Inertialsensoren und die Bias-Schätzung. Ein Flug mit geringen Vibrationen oder ein gut gedämpftes System ist deutlich unkomplizierter.
Kurven und Kreise kaschieren naturgemäß den Kursdrift: Kurven kompensieren den Kursdrift und verbessern künstlich den Positionsfehler. Zudem sehen die Zahlen dadurch hervorragend aus. Beeindruckend, gewiss… aber die Leistung im Geradeausflug bleibt weiterhin unbekannt. Beschleunigungen und Drehungen erleichtern die Schätzung von Biases. Bei Flügen in gerader Linie hat das INS eine schwerere Aufgabe – aber genau hier kommt es für viele Kunden auf die Leistung an, und das macht den Unterschied zwischen verschiedenen INS aus.
Die Temperatur ist von großer Bedeutung: Temperaturänderungen beeinflussen Sensor-Biases, Skalierungsfaktoren und Rauscheigenschaften. Unter kontrollierten oder konstanten Temperaturbedingungen arbeitet das INS in seiner Komfortzone, was zu einem übermäßig optimistischen Bild führt. Reale Missionen beinhalten jedoch: schnelle Temperaturwechsel (beim Start in größere Höhen), kalte, dünne Luft in großen Höhen sowie heiße Umgebungen in der Nähe von Triebwerken.
Was erhält man, wenn alle Bedingungen erfüllt sind?
Wenn alle Faktoren perfekt zusammenwirken – perfekt gedämpfte Vibrationen, gleichmäßiger Luftstrom, stabile Temperatur – liefert das INS sein Bestes. Jene Art von Leistung, bei der sich Ingenieure am Kopf kratzen und sich fragen, wie man das wiederholen soll … und unsere Kunden ein breites Lächeln ins Gesicht zaubert: Ellipse verhält sich mit seiner IMU in Industriequalität wie ein INS in taktischer Qualität und driftet nur um 0,56 % der zurückgelegten Strecke – etwa 30 m auf 5 km. Ekinox Micro setzt neue Maßstäbe und reduziert den Drift auf 0,13 % DT, also etwa 7,2 m. Und Apogee? Bewegt sich auf denselben 5 km kaum um 2 m.
Wie interpretiert man einen GNSS-freien Testbericht ?
Beurteilen Sie die Koppelnavigationsleistung nicht anhand der finalen Fehlerwerte, sondern anhand der Trajektorie.
Hier ist eine geführte 6-Schritte-Anleitung für Sie:
1 – Überprüfen Sie zuerst die Trajektorie
Die Geometrie des Fluges bestimmt, ob der Test anspruchsvoll oder künstlich einfach ist. Viele „Marketing-Tests“ verwenden: kurze Schleifen, Rennstreckenmuster oder sich wiederholende Wendesegmente. Diese Trajektorien kompensieren Inertialfehler und lassen die Leistung unrealistisch gut erscheinen.
2 – Überprüfen Sie die Anzahl der Ausfälle
Ein einzelner Ausfall ist nur ein einzelner Messwert. Er kann rein zufällig großartig – oder schrecklich – aussehen.
3 – Betrachten Sie die Dauer des Ausfalls und nicht nur die zurückgelegte Strecke und Geschwindigkeit
Ein Bericht, der nur Ausfälle von 10 bis 20 Sekunden zeigt, sagt nichts darüber aus, wie sich das INS bei einem längeren GNSS-Ausfall verhält.
4 – Untersuchen Sie, wie der Fehler ausgewiesen wird
Einige Spezifikationen geben nur einen durchschnittlichen Fehler an, was irreführend sein und die reale Leistung nicht wirklich widerspiegeln kann. Aussagekräftigere Auswertungen konzentrieren sich typischerweise auf den Fehler am Ende des Ausfalls, welcher die tatsächliche Drifte widerspiegelt, die sich während eines GNSS-Ausfalls oder in einer gestörten Umgebung angesammelt hat. Es ist zudem wichtig zu überprüfen, ob der Fehler achsbezogen ausgedrückt wird und ob er den RMS-Wert oder ein anderes statistisches Maß verwendet. Im Idealfall sollte die gesamte Fehlerentwicklung über die Zeit bereitgestellt werden, um einen vollständigen Überblick darüber zu erhalten, wie sich das System während der gesamten Ausfallperiode verhält, anstatt sich auf einen einzigen zusammenfassenden Wert zu verlassen.
5 – Achten Sie auf die Umgebungsbedingungen (selten erwähnt, aber entscheidend)
Die INS-Leistung reagiert empfindlich auf reale Störungen: Vibrationen, Temperaturgradienten, Luftstromverzerrungen und variierende magnetische Bedingungen (bei magnetometergestützten Systemen).
6 – Überprüfen Sie die Form der INS-Fehlerkurve. Sie sollte ein lineares oder exponentielles Wachstum aufweisen – kein sinusförmiges Verhalten.
Die gelben und blauen Kurven sind repräsentativ für die normale INS-Drift, wenn sich die Plattform auf einer geraden Linie ohne GNSS bewegt. Der Fehler nimmt im Laufe der Zeit kontinuierlich zu, entweder linear oder exponentiell, was zu erwarten ist. Im Gegensatz dazu ist die grüne Kurve (Form) nicht repräsentativ für eine typische INS-Drift. Ein Fehler, der zunächst anwächst (linear oder exponentiell), dann eine „Bwölbung“ bildet und wieder abnimmt, zeigt an, dass die Trajektorie nicht gerade ist.
Dieses Muster zeigt, dass eine Kurve oder Richtungsänderung stattgefunden hat, was dazu führt, dass sich der Fehler teilweise ausgleicht, anstatt monoton anzusteigen.
Wie bauen wir Vertrauen zu unseren Kunden auf?
Transparenz steht im Mittelpunkt unseres Ansatzes. Durch strenge Tests und ehrliche Leistungsberichte bauen wir Vertrauen zu unseren Kunden auf. Anstatt Idealszenarien zu präsentieren, prüfen wir unsere Lösungen unter realistischen, anspruchsvollen Bedingungen und veröffentlichen statistisch repräsentative Ergebnisse – und vor allem stellen wir diese Ergebnisse unseren Kunden direkt zur Verfügung. So erhalten unsere Kunden die notwendigen Einblicke, um ihre Entscheidungen auf das zu stützen, was in der Praxis tatsächlich geschieht, und nicht auf das, was nur unter perfekten Bedingungen funktioniert.
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