Leistungsbewertung von Ellipse, Quanta Micro und Ekinox Micro in der Flugnavigation

Luftgestützte Navigation bezieht sich auf die Techniken und Technologien, die zur Bestimmung der Position und des Kurses eines Flugzeugs während des Flugs verwendet werden.

Eine effektive Navigation sorgt dafür, dass ein Flugzeug sein Ziel sicher und effizient erreicht. Im Folgenden werden einige wichtige Komponenten und Methoden der Flugnavigation vorgestellt: Trägheitsnavigationssysteme (INS), globale Satellitennavigationssysteme (GNSS), usw.

Bei SBG Systems herrscht eine Kultur der Innovation. Als 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 hat Zeit und Ressourcen gekostet, diese Tests durchzuführen, aber das Ergebnis war es wert. Vielen Dank an Apache Aviation für ihre Hilfe bei diesem Projekt.

Trägheitsnavigationssysteme (INS) 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-Hersteller 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.

 

Diese Flüge ermöglichten es uns auch, alle möglichen Ausrichtungen zu testen, von denen einige einen "Gimbal-Lock"-Effekt hervorrufen, der traditionell Schwierigkeiten für bestimmte Navigationsalgorithmen mit sich bringt, wenn die nicken sich 90° nähert.

Unsere Algorithmen sind zwar darauf ausgelegt, dieses Problem mit Hilfe von Quaternionen zu lösen, aber sie werden unter solchen Bedingungen nur selten in Frage gestellt.

Zusätzlich zu den Aspekten der Robustheit und Funktionalität wollten wir prüfen, ob die Navigationsleistung unter diesen extremen Bedingungen aufrechterhalten werden kann.

Es ist erwähnenswert, dass diese Tests blind durchgeführt wurden.

Aus Sicherheitsgründen ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, einen Laptop mit an Bord zu nehmen. Angesichts der vielen Sensoren musste alles konfiguriert und vor Beginn der Flugtests doppelt 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-Geräte 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.

Zwei Produkte wurden 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 schnitten alle sehr gut ab, sogar viel besser als SBG Systems' crew.

 

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 Geradeausflugbedingungen umfasst.

Dieser Flug dient als Vergleichsgrundlage und bewertet die Genauigkeit und Stabilität der INS-Geräte im regulären Flugbetrieb.

Die bei diesem Flug gesammelten Daten dienten dazu, einen Maßstab für die Bewertung ihrer Leistung unter schwierigeren Bedingungen der Navigation in der Luft zu schaffen.

 

Der Flugplan besteht aus series von Figuren wie Aussteigen, Standard- und Steilkurven, flache Schräglage, Phugoid, Beschleunigungen und Verzögerungen, nicken auf und ab ...

 

Flug 2: Kunstflugmanöver

In Flug 2 werden die INS-Geräte einer series von Kunstflugmanövern unterzogen, um ihre Fähigkeiten 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-Geräte in realen Szenarien bewerten, in denen eine präzise Positionierung entscheidend ist.

Der Flugplan besteht aus series von Figuren wie Aussteigen, Standard- und Steilkurven, Hallow Bank, Phugoid, Querruder rollen, Barrel rollen, 4-Punkt rollen, Immelmann, S-Turn, Beschleunigungen und Verzögerungen, nicken up and down ...

Geprüfte Geräte

Die beiden INS-Geräte, die für die Bewertung ausgewählt wurden, sind Ellipse-D und Quanta Micro . Ekinox Micro wird ebenfalls durch einen Stellvertreter mit Quanta Micro.

		Hardware-Code	Hardware rev.	Seriennummer	Firmware-Version
EUT#1		ELLIPSE-D-G4A3-B1	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

 

Während genaue Ekinox Micro Hardware wurde in diesem Test nicht berücksichtigt, ist es eine robuste Version von Quanta Micro und verhält sich genau das gleiche. Daher sind die Ergebnisse dieses Tests vollständig anwendbar auf Ekinox Micro.

 

Referenzeinheit

Apogee-D Gerät 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 Quanta Micro Echtzeitleistung bei Einzelantenne im Vergleich zur suboptimalen Doppelantennenkonfiguration (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 den optimalen Bedingungen liegt, arbeitet die Einzelantennenanlage ordnungsgemäß, mit einem höheren Fehler.

Diese Art von Situation ist eindeutig der Vorteil der Doppelantennenanordnung, die selbst bei geringer Dynamik genaue Messungen liefert.

Wenn diese anfängliche Gerade aus der Fehleranalyse herausgenommen wird, zeigt sich, dass die Leistung der Einzelantenne der Leistung der Doppelantenne entspricht.

 

Ergebnisse Analyse

Vergleich der Ergebnisse von Ellipse-D mit den Spezifikationen

Messung	Zielwert (RMS)	Erreichter Wert im typischen Flug (RMS)	Erreichter Wert im Kunstflug (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

 

Am Rande sei bemerkt, dass die Ellipse-D , die im Test verwendet wurde, ein außergewöhnliches Leistungsniveau aufwies und 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 ihm 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

Messung	Zielwert (RMS)	Erreichter Wert im typischen Flug (RMS)	Erreichter Wert im Kunstflug (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 des typischen Flugtestsübertrafen sowohl Ellipse-D als auch Quanta Micro / Ekinox Micro ihre Spezifikationen unter Echtzeit-Einzelpunktbedingungen.

Der Kunstflugtest zeigte auch, 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 durchweg hervorragende Leistungen und gewährleisten Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Szenarien.