GNSS-Signale sind das Rückgrat der modernen Luftfahrtnavigation — doch mit den zunehmenden Risiken von Jamming und Spoofing ist es nicht mehr sicher, sich allein auf GNSS zu verlassen. Die zentrale Frage in der Navigationsbranche ist nicht mehr, wie gut ein System mit RTK oder in rauen städtischen Umgebungen funktioniert, sondern vielmehr: wie weit können Sie fliegen — und wie genau — wenn GNSS nicht verfügbar ist?
Die Beantwortung dieser Frage erfordert weit mehr als einen einzelnen Test. Sie verlangt wiederholte, kontrollierte und statistisch aussagekräftige Evaluierungen.
Die Bereitstellung eines Leistungsprüfberichts eines Inertial Navigation Systems (INS) unter GNSS-verweigerten Bedingungen geht nicht darum, ein ansprechendes Diagramm oder eine einzelne beeindruckende Zahl zu erstellen, die oft als „Prozentsatz der zurückgelegten Strecke“ ausgedrückt wird. Es geht darum, die reale Leistung in realen Szenarien zu demonstrieren — unter denselben Bedingungen, denen unsere Kunden im Feld begegnen. Deshalb haben wir bei SBG Systems entschieden, einen qualifizierungsähnlichen Bericht zur luftgestützten Koppelnavigation (Dead Reckoning) zu erstellen, anstatt eine einfache „rosinenpickende“ Demo zu präsentieren.
Die in unserem Bericht präsentierten Ergebnisse basieren auf einem kurzen, aber aussagekräftigen statistischen Datensatz. Wir haben mehrere Ausfälle analysiert und Statistiken abgeleitet, um ein repräsentatives Bild der wahren Leistung zu liefern. Ein Best-Case-Ergebnis könnte einmal von drei Versuchen — oder einmal von zehntausend — auftreten. Nur dieses Ergebnis zu veröffentlichen, wäre einfach irreführend.
Dieser kurze Artikel erklärt, warum dieser Ansatz wichtig ist und worauf Sie bei der Interpretation eines GNSS-verweigerten Testberichts achten sollten. Ziel ist es, Ihnen zu helfen, fundierte Entscheidungen bei der Auswahl der richtigen Lösung für Ihre Anwendung zu treffen.
Warum nicht nur einen GNSS-Ausfall wie alle anderen zeigen?
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 sich alle Sterne endlich ausrichten — perfekt gedämpfte Vibrationen, gleichmäßiger Luftstrom, konstante Temperatur — liefert das INS seine Bestleistung. Die Art von Leistung, die Ingenieure dazu bringt, sich am Kopf zu kratzen und sich zu fragen, wie man das wiederholen kann… und unsere Kunden von Ohr zu Ohr grinsen lässt: Ellipse, mit ihrer industrietauglichen IMU, verhält sich wie ein taktisches INS und driftet nur 0,56 % der zurückgelegten Strecke — etwa 30 m über 5 km. Ekinox Micro setzt neue Maßstäbe und reduziert die Drift auf 0,13 % DT, etwa 7,2 m. Und Apogee? Bewegt sich kaum 2 m über dieselben 5 km.
Wie interpretiert man einen GNSS-verweigerten Testbericht?
Beginnen Sie bei der Bewertung der Koppelnavigationsleistung nicht mit den endgültigen Fehlernummern, sondern mit der Trajektorie.
Hier ist eine geführte 6-Schritte-Analyse, der Sie folgen können:
1 – Überprüfen Sie zuerst die Trajektorie
Die Geometrie des Fluges bestimmt, ob der Test anspruchsvoll oder künstlich einfach ist. Viele „Marketingtests“ verwenden: kurze Schleifen, Rennstreckenmuster oder wiederholte Wendesegmente. Diese Trajektorien kompensieren Inertialfehler und lassen die Leistung unrealistisch gut aussehen.
2 – Überprüfen Sie die Anzahl der Ausfälle
Ein einzelner Ausfall ist eine Stichprobe. Er kann – rein zufällig – großartig oder schrecklich aussehen.
3 – Betrachten Sie die Ausfalldauer und nicht nur die zurückgelegte Strecke und die Geschwindigkeit
Ein Bericht, der nur 10–20 Sekunden lange Ausfälle zeigt, sagt nichts darüber aus, wie sich das INS während eines längeren GNSS-Ausfalls verhält.
4 – Prüfen Sie, wie der Fehler gemeldet wird
Einige Spezifikationen präsentieren nur einen durchschnittlichen Fehler, was irreführend sein und die reale Leistung nicht wirklich repräsentieren kann. Aussagekräftigere Bewertungen konzentrieren sich typischerweise auf den Fehler am Ende des Ausfalls, der die tatsächliche Drift widerspiegelt, die während eines GNSS-Ausfalls oder in einer GNSS-verweigerten Umgebung akkumuliert wurde. Es ist auch wichtig zu überprüfen, ob der Fehler pro Achse ausgedrückt wird und ob er RMS oder ein anderes statistisches Maß verwendet. Idealerweise sollte die vollständige Fehlerentwicklung über die Zeit bereitgestellt werden, um einen vollständigen Überblick über das Verhalten des Systems während des gesamten Ausfallzeitraums zu geben, anstatt sich auf einen einzigen zusammenfassenden Wert zu verlassen.
5 – Achten Sie auf Umgebungsbedingungen (selten erwähnt, aber entscheidend)
Die INS-Leistung ist empfindlich gegenüber realen Störungen: Vibrationen, Temperaturgradienten, Luftströmungsverzerrungen und variierende magnetische Bedingungen (für magnetometergestützte Systeme).
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 ohne GNSS in einer geraden Linie bewegt. Der Fehler nimmt im Laufe der Zeit stetig zu, entweder linear oder exponentiell, was zu erwarten ist. Im Gegenteil, die grüne Kurve (Form) ist nicht repräsentativ für die typische INS-Drift. Ein Fehler, der zuerst (linear oder exponentiell) wächst, dann eine “Beule” bildet und anfängt, abzunehmen, deutet darauf hin, dass die Flugbahn nicht gerade ist.
Dieses Muster zeigt, dass eine Kurve oder eine Richtungsänderung aufgetreten ist, was dazu führt, dass sich der Fehler teilweise aufhebt, anstatt monoton zuzunehmen.
Wie bauen wir Vertrauen bei unseren Kunden auf?
Transparenz steht im Mittelpunkt unseres Ansatzes. Wir bauen Vertrauen bei unseren Kunden durch rigorose Tests und ehrliche Leistungsberichte auf. Anstatt ideale Szenarien zu präsentieren, qualifizieren wir unsere Lösungen unter realistischen, anspruchsvollen Bedingungen und teilen statistisch repräsentative Ergebnisse — und vor allem stellen wir diese Ergebnisse unseren Kunden direkt zur Verfügung. Dies gibt unseren Kunden den Einblick, ihre Entscheidungen auf das zu stützen, was wirklich im Feld passiert, und nicht auf das, was nur unter perfekten Bedingungen funktioniert.
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