Ekinox Micro und Quanta Micro sind zwei Trägheitsnavigationssysteme, die taktische MEMS-basierte IMU und voll ausgestattete RTK-GNSS-Empfänger kombinieren, um eine unvergleichliche Leistung in einer erstaunlich kompakten Form zu bieten. Sie sind für Anwendungen mit strengen SWaP-Beschränkungen wie unbemannte Boden-/Luft-/Seefahrzeuge, Indoor-Mapping und sogar UAV kartographie zugeschnitten.

 

Dieser umfassende Artikel zur Leistungsbewertung basiert auf einem ausführlichen Test, der im Juli 2022 durchgeführt wurde, um die Fähigkeiten von Quanta Micro im Hinblick auf seine kommerzielle Einführung zu validieren. In diesem Bericht wird die dynamische Leistung des Systems nachgewiesen.

Die Sensoren wurden ausgiebig in verschiedenen GNSS-Umgebungen getestet, darunter unter freiem Himmel, in mittelgroßen Stadtgebieten und in Straßenschluchten. Die Ergebnisse zeigten durchweg eine außergewöhnliche Datenqualität. Sowohl Quanta Micro als auch Ekinox Micro übertrafen ihre spezifizierte Leistung, selbst in schwierigen Szenarien. Während die Spezifikationen in der Regel auf einem Standardszenario wie normalen Landbedingungen nach einer Aufwärmphase beruhen, umfasste der Test schwierige städtische Bedingungen ohne Aufwärmphase. Bemerkenswerterweise haben Ekinox Micro und Quanta Micro in diesem Test hervorragend abgeschnitten und unter allen Bedingungen eine hervorragende Leistung gezeigt.

 

Voraussetzung

Die Lektüre dieses Testberichts setzt ein gewisses Maß an Wissen über die Konzepte der Trägheitsnavigation und der Nachbearbeitung voraus. Unsere Wissensbasis wird Ihnen helfen, Ihre Reise in die wunderbare Welt der Trägheitsnavigation zu beginnen.

 

Akronyme

  • CORS: Kontinuierlich arbeitende Referenzstationen
  • DUT: Zu prüfendes Gerät
  • EUT: Zu prüfende Ausrüstung
  • FOG: Faseroptisches Gyroskop
  • GNSS: Globale Satellitennavigationssysteme (GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
  • IGN: Institut Géographique National (offizielles französisches geographisches Amt)
  • IMU: Trägheitsmessgerät
  • INS: Inertiales Navigationssystem
  • LiDAR: Light Detection And Ranging
  • MEMS: Micro Elektromechanisches System
  • Zusammengeführt: Vorwärts- und Rückwärtsnachbearbeitung mit Qinertia
  • PPK: Nachbearbeitete Kinematik
  • RGP: Réseau GNSS Permanent (französisches nationales CORS-Netz)
  • RMS: Root Mean Square
  • RTK: Real-Time Kinematic
  • Std: Standardabweichung
  • SWaP-C: Größe Gewicht und Leistung - Kosten
  • TC: Feste Kopplung
  • UAV: Unbemanntes Luftfahrzeug

 

Testauftragsziele und Spezifikationen

Planung und Durchführung von Missionen

Der Test wurde an Bord des Testfahrzeugs SBG Systems am 7. Juli 2022 durchgeführt. Es handelte sich um eine 115-minütige Fahrt bei klarem Wetter in der Nähe von Einrichtungen des SBG-Systems, darunter:

  • 45 Minuten zusammenhängender Betrieb unter freiem Himmel.
  • 35 Minuten zusammenhängender Betrieb in einer halbwegs dichten städtischen Umgebung.
  • 35 Minuten ununterbrochener Betrieb unter schwierigen städtischen Bedingungen, einschließlich Tunneln.

 

In Anbetracht der Komplexität der Umgebung wurde bei der Missionsplanung nicht besonders darauf geachtet, eine für die Sichtbarkeit der Satelliten günstige Tageszeit zu wählen.

 

Ziele der Mission

Diese Mission wurde speziell entwickelt, um zu zeigen, wie sich die INS Quanta Micro und Ekinox Micro in einem realen Szenario verhalten. So konnten wir bestätigen, dass die INS ihre Spezifikationen erfüllen (und übertreffen), aber auch ihre hervorragende Leistung selbst unter den schwierigsten GNSS-Bedingungen demonstrieren.

Während der Mission sammelten wir Daten zur Messung der Echtzeitleistung des Quanta Micro ; anschließend führten wir eine Nachbearbeitung derselben Datensätze (PPK) durch. Auf diese Weise können wir einen vollständigen Überblick über die Leistung des Quanta Micro INS in einer automobilen Umgebung und in geringerem Maße auch in anderen Anwendungen (die Gegenstand spezifischer Testberichte sind) geben. Der Vorteil der Verwendung optimierter Bewegungsprofile wird durch den Vergleich der Verarbeitung von Bewegungsprofilen in Kraftfahrzeugen und Flugzeugen demonstriert.

 

Testaufbau

Geprüfte Ausrüstung

Kurzer Name

Beschreibung

HW Rev.

Seriennummer

Firmware-Version

EUT #1 Quanta Micro 1.1 000041817 4.1.5929-Dev
EUT #2 Quanta Micro 1.1 000041818 4.1.5929-Dev
Bewertet durch Bevollmächtigte Ekinox Micro 0.1 000046860 5.0.1945-beta

 

Bei allen Tests waren die Einbauparameter (Verlagerungen, Hebelarm usw.) entweder aus CAD-Zeichnungen oder aus früheren Kalibrierungen a priori bekannt.

Beachten Sie, dass, obwohl es sich bei beiden Prüflingen um den Quanta Micro handelt, der Inhalt dieses Testberichts voll und ganz auf den Ekinox Micro anwendbar ist: Er ist eine robuste Version des Quanta Micro und verhält sich genau so. Eine series von akribischen internen Vergleichen hat diese Behauptung bestätigt.

 

Referenz-Trajektorie

Die Referenzquelle, die zur Bewertung der Leistungsfehler verwendet wird, ist eine Qinertia verarbeitete, eng gekoppelte Trajektorie mit Daten, die von der SBG Systems Horizon IMU (FOG-basierte ultimative Leistung), Navsight-S und dem Pegasem-Kilometerzähler stammen, die zusammen mit dem EUT an Bord des Fahrzeugs installiert sind. Qinertia wurde in der Version 3.2.881-stable nachbearbeitet.

 

Kurzer Name

Beschreibung

Genauigkeit der Position

lage Genauigkeit

richtung Genauigkeit

Navsight Horizont FOG-basierte INS

PPK (TC verschmolzen)

0.01m

(0,01m @ 10s)

(0,05m @ 60s)

0.004°

(0.004° @ 10s)

(0.005° @ 60s)

0.008°

(0.008° @ 10s)

(0.010° @ 60s)

 

Die beiden VSP6037L GNSS-Antennen, die den Navsight-S speisen, werden gemeinsam mit dem EUT genutzt (siehe Diagramm des Testaufbaus).

Die Qualitätsindikatoren (Positions- und lage Standardabweichungsschätzer) der nachbearbeiteten Horizon-Trajektorie aus der nachträglichen Datenanalyse erlauben es, diese als Referenz für das EUT zu verwenden.

Jede der drei an Bord installierten INS-Positionen wurde auf einen gemeinsamen Punkt übertragen, um einen direkten Vergleich zu ermöglichen.

 

Basisstation

Alle PPK- und RTK-Operationen wurden mit einer einzigen Basis durchgeführt, der SBG'S-Station, die auf dem Dach der SBG Systems-Anlagen installiert und in das französische CORS-Netz IGN RGP eingebunden ist.

SBGS ermöglicht die Verfolgung aller GNSS-Konstellationen (GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU). Alle vier Konstellationen wurden für den Echtzeit-RTK-Betrieb verwendet.

 

Testfahrzeug

Bei dem Testfahrzeug handelte es sich um einen SBG Systems Transporter, der mit unserer Standardausrüstung ausgestattet war, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Basislinie zwischen den beiden GNSS-Antennen beträgt etwa 2 m, und die meisten Installationsparameter sind mit besonders guter Genauigkeit bekannt.

 

 

 

EUT-Konfiguration

Die zu prüfenden Geräte (EUT) wurden für Echtzeitmessungen wie folgt konfiguriert:

  • EUT1: GNSS mit allen 4 Konstellationen, RTK und Odometerhilfe.
  • EUT2: GNSS mit allen 4 Konstellationen, kein RTK, kein Odometer Aiding.

 

Analyse der Testergebnisse

Die Aufwärmphase ist inbegriffen.

Bei allen Tests wurden die Statistiken unter bewusster Einbeziehung der Aufwärmphase berechnet. Diese Entscheidung wirkt sich in den meisten Fällen negativ auf die meisten Zahlen aus, insbesondere bei den richtung Fehlern, die in den ersten 5-10 Minuten der Mission sehr schnell abnehmen und bei denen hohe Werte einen erheblichen Einfluss auf std und RMS haben.

Darüber hinaus wurden die Statistiken "ohne RTK", "RTK" und "PPK mit zwei Antennen", die für die Fahrzeugprofile am repräsentativsten sind, unter gezielter Einbeziehung aller drei Einsatzbereiche (freier Himmel, mittlere und raue GNSS-Umgebungen) berechnet. Diese Wahl hat ebenfalls einen negativen Einfluss auf die meisten Zahlen.

Diese beiden Entscheidungen bedeuten, dass die Werte als pessimistisch angesehen werden können. Sie zeigen jedoch, dass Quanta Micro mit einer besonders guten Leistung direkt aus der Ausrichtungsphase heraus nutzbar ist (auch wenn kein Aufwärmen möglich ist) und beweisen die Robustheit der Algorithmen von Quanta Micro , die in der Lage sind, die Leistungsspezifikationen des Produkts auch in einer viel schwierigeren Testumgebung als angegeben nahezu zu erfüllen.

 

Szenarien in Echtzeit

Diese INS sind in der Lage, in Echtzeit zu arbeiten und bieten eine Hochfrequenz-Navigationslösung mit geringer Latenzzeit mit oder ohne RTK-Korrekturen. Die folgenden Tabellen und Abbildungen gelten für beide EUT und liefern detaillierte Informationen über die Echtzeit-Ergebnisse unter den folgenden Bedingungen:

  • Bewegungsprofil für Fahrzeuge
  • Wegstreckenunterstützung für EUT #1 (RTK), keine Wegstreckenunterstützung für EUT #2 (No RTK)
  • mit GNSS-Eingang mit zwei Antennen richtung

 

EUT #1 (RTK + odo) EUT #2 (kein RTK, kein odo)
Fehler 68% 95% 68% 95%
2D-Stellung 0.021 m 0.246 m 1.155 m 2.734 m
Vertikale Position 0.023 m 0.157 m 1.865 m 7.329 m
rollen/nicken 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).

Was die Position betrifft, so ist das INS in der Lage, mit kurzen GNSS-Ausfällen fertig zu werden, was sich im Vergleich zur herkömmlichen GNSS-Technologie sehr positiv auf das 68. und 95. Perzentil auswirkt.

Allerdings können die typischen Spezifikationen für die Positionsbestimmung in solch schwierigen Umgebungen nicht erfüllt werden. Wenn wir die Analyse auf GNSS-Umgebungen unter freiem Himmel und in mittelgroßen Städten beschränken, werden sie problemlos erfüllt.

 

Nachbearbeitete Szenarien

Diese Szenarien zielen darauf ab, die ultimative Leistung des Produkts zu bewerten, die mit der Nachbearbeitungssoftware Qinertia im Modus der kombinierten TC-Berechnung (vorwärts und rückwärts) erreicht werden kann, und den Einfluss des Bewegungsprofils zu vergleichen. Es wird nur ein EUT (EUT #2) angezeigt, aber die Ergebnisse waren für beide Geräte sehr ähnlich.

 

TC Kfz-Bewegungsprofil
Kilometerzähler Doppelantenne
TC Bewegungsprofil des Flugzeugs
Einzelantenne
Fehler 68% 95% 68% 95%
2D-Stellung 0.014 m 0.093 m 0.014 m 0.100 m
Vertikale Position 0.008 m 0.032 m 0.008 m 0.034 m
rollen/nicken 0.011° 0.032° 0.011° 0.032°
Yaw 0.051° 0.211° 0.041° 0.208°

 

Wie aus der obigen Tabelle und den Diagrammen ersichtlich ist, ist der Einfluss des Bewegungsprofils auf die Nachbearbeitungsleistung eher marginal.

Auch wenn die GNSS-Umgebung sehr schwierig war, verhält sich das Produkt sehr gut und liefert sehr genaue Ergebnisse. Was die Echtzeit betrifft, so führt die Beschränkung der Mission auf einen offenen Himmel und eine mittlere städtische Umgebung zu Ergebnissen, die besser sind als die Produktspezifikationen.

 

Schlussfolgerung

Der Test und die anschließende Datenanalyse von Ekinox Micro und Quanta Micro unterstreichen deren starke Fähigkeiten, Zuverlässigkeit und Genauigkeit. Diese Systeme schneiden sowohl im Einzel- als auch im Doppelantennenmodus (RTK-GNSS-Empfänger) selbst in schwierigen Umgebungen außergewöhnlich gut ab.

Ekinox Micro und Quanta Micro sind eine ausgezeichnete Wahl für Echtzeitanwendungen, die eine stabile und genaue Positionierung und lage Bestimmung erfordern. Sie arbeiten auch in anspruchsvollen städtischen Umgebungen effektiv, was ihre Robustheit unterstreicht.

In Szenarien, in denen die Echtzeitleistung nicht entscheidend ist (z. B. LiDAR kartographie und Photogrammetrie), bietet die Software SBG Systems' Qinertia eine außergewöhnliche Nachbearbeitung, die die Leistung selbst in schwierigen GNSS-Umgebungen auf Zentimetergenauigkeit erhöht. Dies macht die Kombination aus INS und Qinertia zur perfekten Wahl für direkte Georeferenzierung und SLAM-Techniken.

Diese Studie bestätigt eindeutig, dass Quanta Micro und Ekinox Micro für verschiedene Anwendungen geeignet sind, einschließlich solcher mit strengen Anforderungen an Größe, Gewicht und Leistung.

  • Quanta Microist als OEM-Lösung konzipiert und lässt sich nahtlos in UAV kartographie und volumetrische Navigationsanwendungen integrieren.
  • Mit seinem benutzerfreundlichen Design und seiner Robustheit (qualifiziert nach MIL-STD-461 und MIL-STD-1275) eignet sich Ekinox Micro für leichte kartographie Anwendungen, ist aber am besten für Navigationsanwendungen geeignet, bei denen es auf Robustheit ankommt.

Für kartographie Aufgaben, die flexiblere SWaP-C-Parameter und höhere Präzision über ein breites Spektrum von Bedingungen erfordern, bietet SBG Systems die Produkte Quanta Plus , Quanta Extra , Ekinox, Apogee und Navsight . Diese Alternativen, die auch vollständig mit den Nachbearbeitungsfunktionen von Qinertiakompatibel sind, bieten ein höheres Leistungsniveau und sind eine hervorragende Option für Anwendungen, die ein Höchstmaß an Leistung erfordern.

Laden Sie den Quanta Micro PDF-Bericht hier herunter.