Unter Flugnavigation versteht man die Techniken und Technologien, die zur Bestimmung der Position und des Kurses eines Flugzeugs während des Fluges eingesetzt werden. Eine effektive Navigation gewährleistet, dass ein Flugzeug sein Ziel sicher und effizient erreicht. Im Folgenden werden einige wichtige Komponenten und Methoden der Flugnavigation vorgestellt: TrägheitsnavigationssystemeINS), globale Satellitennavigationssysteme (GNSS), usw. Wir haben einen vollständigen Flugtest für Sie vorbereitet.
Bei SBG Systems herrscht eine Kultur der Innovation. Als also die Idee für einen intensiven Flug formuliert wurde, um die Leistung unserer Ellipse und Quanta Micro unter realen Bedingungen zu bewerten, gab es kein Zögern. Es kostete Zeit und Ressourcen, diese Tests durchzuführen, aber das Ergebnis war es wert. Vielen Dank an Apache Aviation für die Unterstützung bei diesem Projekt.
TrägheitsnavigationssystemeINS) spielen eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung genauer Positions- und Navigationsinformationen für luftgestützte Navigationsanwendungen. Wir haben sie unter realen Bedingungen getestet, um ihre Zuverlässigkeit zu bewerten.
Eine außergewöhnliche Testkampagne zur luftgestützten Navigation
Abgesehen von der komplexen Durchführung von Tests in der Luft- und Raumfahrt (Vorschriften, beengte Räumlichkeiten usw.) sind diese Versuche besonders außergewöhnlich, da sie uns Antworten auf bestimmte Fragen geben, die nur wenige INS unter realen Bedingungen testen konnten:
- Unser anfängliches Ziel war es, unsere Testdatenbank zu erweitern, wobei der Schwerpunkt auf der kontinuierlichen Verbesserung unserer Algorithmen lag. Viele Tests werden typischerweise in einer "2D"-Umgebung durchgeführt (z. B. Autos, Boote), während "3D"-Tests relativ selten sind.
- Kunden mit Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt stellen nur selten Daten zur Verfügung, da diese oft vertraulich sind.
- Eine weitere Frage, mit der wir uns befassen wollten, war die Validierung der Robustheit unserer Algorithmen bei extremer Dynamik, einschließlich erheblicher Vibrationen und Beschleunigungen von mehr als 4 g.
- Außerdem konnten wir so die Leistung unserer Ausrüstung in schwierigen GNSS-Umgebungen bewerten, in denen es zu erheblichen Signalblockaden durch abrupte Orientierungsänderungen oder sogar komplette Umkehrungen des Flugzeugs (Fliegen auf dem Kopf) kommt.
Kardanischer Verriegelungseffekt
Diese Flüge ermöglichten es uns auch, alle möglichen Ausrichtungen zu testen, von denen einige einen "Gimbal-Lock"-Effekt hervorrufen, der traditionell bestimmte Navigationsalgorithmen vor Schwierigkeiten stellt, wenn sich der nicken 90° nähert. Unsere Algorithmen sind zwar darauf ausgelegt, dieses Problem mit Hilfe von Quaternionen zu lösen, werden aber unter solchen Bedingungen nur selten herausgefordert.
Schließlich wollten wir neben den Aspekten der Robustheit und der Funktionalität auch überprüfen, ob die Navigationsleistung unter diesen extremen Bedingungen aufrechterhalten werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass diese Tests blind durchgeführt wurden.
Aus Sicherheitsgründen ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, einen Laptop an Bord zu bringen. Angesichts der vielen Sensoren musste alles vor Beginn der Flugtests konfiguriert und überprüft werden.
Die Testplattform musste für die Datenaufzeichnung völlig autonom sein, und es wurde eine Batterie mit ausreichender Kapazität für die gesamte Dauer der Vorbereitungen und Flüge benötigt. All dies musste in sehr engen Abmessungen integriert werden.
Einrichtung & Flugplan
Um die Leistung der INS umfassend zu bewerten, wurden zwei Flüge geplant, die jeweils verschiedene Szenarien repräsentieren, die bei der Navigation in der Luft auftreten:
- Ein typischer Flug mit weniger dynamischen Manövern und geradem Flugzustand
- Ein Kunstflug, um die Geräte in verschiedenen Ausrichtungen und Beschleunigungen zu stimulieren
- So konnten wir prüfen, ob die Produkte sowohl unter normalen als auch unter schwierigen Bedingungen die angegebene Leistung in Echtzeit erbringen.
Es wurden zwei Produkte getestet: Ellipse-D und Quanta Micro. Ein nachbearbeitetes Apogee-D (eng gekoppelte PPK mit Vorwärts- und Rückwärtsbearbeitung) diente als Referenz für diese Bewertung. Und sie haben alle sehr gut abgeschnitten, sogar viel besser als die Mannschaft von SBG Systems.
Flug 1: Typisches Flugprofil
Das Hauptaugenmerk von Flug 1 liegt auf der Bewertung der Leistung der Geräte in einem typischen Flugprofil, das niedrigere dynamische Manöver und gerade Flugbedingungen umfasst.
Dieser Flug bietet eine Vergleichsgrundlage und bewertet die Genauigkeit und Stabilität der INS während des regulären Flugbetriebs.
Die während dieses Fluges gesammelten Daten halfen dabei, einen Maßstab für die Bewertung ihrer Leistung unter schwierigeren Bedingungen der Navigation in der Luft zu schaffen.
Der Flugplan besteht aus einer Reihe von Figuren wie Steigflug, Standard- und Steilkurven, flache Schräglage, Phugoid, Beschleunigungen und Verzögerungen, nicken nach oben und unten ...
Flug 2: Kunstflugmanöver
In Flug 2 werden die INS einer Reihe von Kunstflugmanövern unterzogen, um ihre Leistungsfähigkeit bei extremen Ausrichtungen und Beschleunigungen zu testen. Kunstflugmanöver, die durch schnelle und aggressive Bewegungen gekennzeichnet sind, stellen die Navigationssysteme in der Luftfahrt vor große Herausforderungen.
Indem wir diese anspruchsvollen Bedingungen simulieren, können wir die Robustheit und Genauigkeit der INS in realen Szenarien bewerten, in denen eine präzise Positionierung entscheidend ist.
Der Flugplan besteht aus einer Reihe von Figuren wie Aussteigen, Standard- und Steilkurven, Hallow Bank, Phugoid, Querruder rollen, Barrel rollen, 4-Punkt rollen, Immelmann, S-Turn, Beschleunigungen und Verzögerungen, nicken auf und ab ...
Geprüfte Geräte
Die beiden für die Bewertung ausgewählten INS sind Ellipse-D und Quanta Micro. Das Ekinox Micro wird ebenfalls stellvertretend für das Quanta Micro bewertet.
| Einheit | Hardware-Code | Hardware-Revision | Seriennummer | Firmware |
|---|---|---|---|---|
| EUT#1 | ELLIPSE-D | 3.3.00 | 000043763 | 2.5.169-stabil |
| EUT#2 | QUANTA-USG | 1.1.0.0 | 000042492 | 4.2.228-beta |
| Bewertet durch Bevollmächtigte | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Obwohl die genaue Ekinox Micro Hardware nicht in diesen Test einbezogen wurde, handelt es sich um eine robuste Version von Quanta Micro , die sich genau gleich verhält. Daher sind die Ergebnisse dieses Tests vollständig auf Ekinox Micro übertragbar.
Referenzeinheit
Apogee-D Einheit mit Qinertia PPK (eng gekoppelte PPK mit Vorwärts- und Rückwärtsverarbeitung) dient als Referenz für den Test.
Testergebnisse
Erster Test: typischer Flug
Zweite Prüfung: Kunstflug
Einzel- vs. Doppelantenne
Das folgende Diagramm zeigt die Echtzeitleistung des Quanta Micro mit einer einzigen Antenne im Vergleich zu einem suboptimalen Dual-Antennen-Setup (mit verschiedenen Antennentypen).
Der Flug beginnt mit einer geraden Linie mit geringer Dynamik für mehr als 7 Minuten, ohne vorheriges Manöver mit hoher Dynamik. Obwohl dies weit unter optimalen Bedingungen liegt, arbeitet die Einzelantennenkonfiguration ordnungsgemäß, jedoch mit einem höheren Fehler.
Diese Art von Situation ist eindeutig im Vorteil der Doppelantennenkonfiguration, die selbst bei geringer Dynamik genaue Messungen liefert.
Wenn diese anfängliche Gerade aus der Fehleranalyse ausgeschlossen wird, können wir sehen, dass die Leistung der Einzelantenne der Leistung der Doppelantenne entspricht.
Ergebnisse Analyse
Vergleich der Ergebnisse von Ellipse-D mit den Spezifikationen
| Maßnahme | Zielwert (RMS) | Erreichter Wert, typischer Flug (RMS) | Erreichter Wert, Akrobatikflug (RMS) | Status, basierend auf einem typischen Flug |
|---|---|---|---|---|
| Horizontale Position | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| Höhenlage | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| rollen | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| nicken | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| richtung | 0,2° (Grundlinie > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Nebenbei bemerkt, zeigte die Ellipse-D , die im Test verwendet wurde, ein außergewöhnliches Leistungsniveau, das die Erwartungen übertraf.
Alle unsere IMUs erfüllen die angegebene Leistung, einige übertreffen sie sogar. Ellipse-D ist ein Beispiel für eine solche außergewöhnliche Leistung, die ihr den Titel "Best Ellipse Ever" einbrachte und einen besonderen Platz in unserem Regal einnimmt.
Vergleich der Ergebnisse von Quanta Micro / Ekinox Micro mit den Spezifikationen
| Maßnahme | Zielwert (RMS) | Erreichter Wert, typischer Flug (RMS) | Erreichter Wert, Akrobatikflug (RMS) | Status, basierend auf einem typischen Flug |
|---|---|---|---|---|
| Horizontale Position | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| Höhenlage | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| rollen | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| nicken | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| richtung | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
Schlussfolgerung
Während eines typischen Flugtests werden sowohl Ellipse-D als auch Quanta Micro / Ekinox Micro ihre Spezifikationen unter Echtzeit-Einzelpunktbedingungen übertroffen. Der Kunstflugtest zeigte ebenfalls, dass Ellipse-D und Quanta Micro / Ekinox Micro eine außergewöhnliche Leistung erbrachten, keine Fehler aufwiesen und sich eng an die spezifizierten Werte hielten, die normalerweise für normale Flugbedingungen gelten.
Diese Tests unterstreichen, dass die INS von SBG äußerst zuverlässige und genaue Werkzeuge für luftgestützte Navigationsanwendungen unter Einzelpunktbedingungen sind. Sie liefern durchgängig hervorragende Leistungen und gewährleisten Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Szenarien.