Flugnavigation bezieht sich auf die Techniken und Technologien, die zur Bestimmung der Position und des Kurses eines Flugzeugs während des Fluges verwendet werden. Eine effektive Navigation stellt sicher, dass ein Flugzeug sein Ziel sicher und effizient erreicht. Hier sind einige Schlüsselkomponenten und Methoden der Flugnavigation: Inertial Navigation Systems (INS), Global Navigation Satellite Systems (GNSS) usw. Wir haben einen vollständigen Flugtest für Sie vorbereitet.
Bei SBG Systems herrscht eine Innovationskultur, daher gab es keine Zögern, als die Idee für einen intensiven Flug zur Bewertung der Leistung unserer Ellipse und Quanta Micro unter realen Bedingungen formuliert wurde. Es erforderte Zeit und Ressourcen, diese Tests durchzuführen, aber das Ergebnis war es wert. Vielen Dank an Apache Aviation für ihre Unterstützung bei diesem Projekt.
Inertial Navigation Systems (INS) spielen eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung präziser Positions- und Navigationsinformationen für Flugnavigationsanwendungen. Wir haben sie unter realen Bedingungen getestet, um ihre Zuverlässigkeit zu bewerten.
Eine außergewöhnliche Testreihe im Bereich der luftgestützten Navigation
Abgesehen von den komplexen Rahmenbedingungen bei der Durchführung von Luft- und Raumfahrtversuchen (Vorschriften, beengte Platzverhältnisse usw.) sind diese Versuche insofern besonders außergewöhnlich, als sie uns Antworten auf bestimmte Fragen lieferten, die nur wenige Hersteller von INS unter realen Bedingungen testen konnten:
- Unser ursprüngliches Ziel war es, unsere Testdatenbank zu erweitern, wobei der Schwerpunkt auf der kontinuierlichen Verbesserung unserer Algorithmen lag. Viele Tests werden in der Regel in einer „2D“-Umgebung durchgeführt (z. B. Autos, Boote), während „3D“-Tests relativ selten sind.
- Kunden aus dem Bereich der Luft- und Raumfahrt stellen selten Daten zur Verfügung, da diese oft vertraulich sind.
- Eine weitere Frage, mit der wir uns befassen wollten, war die Überprüfung der Robustheit unserer Algorithmen unter extremen dynamischen Bedingungen, einschließlich starker Schwingungen und Beschleunigungen von über 4 g.
- Darüber hinaus konnten wir so die Leistung unserer Ausrüstung in anspruchsvollen GNSS-Umgebungen bewerten, in denen es aufgrund abrupter Richtungswechsel oder sogar kompletter Flugmanöver auf dem Kopf (Rückenflug) zu erheblichen Signalabschattungen kommt.
Gimbal-Lock-Effekt
Diese Flüge ermöglichten es uns zudem, alle möglichen Ausrichtungen zu testen, von denen einige einen „Gimbal-Lock“-Effekt hervorrufen, der bestimmten Navigationsalgorithmen traditionell Schwierigkeiten bereitet, wenn sich die Nickneigung 90° nähert. Obwohl unsere Algorithmen darauf ausgelegt sind, dieses Problem mithilfe von Quaternionen zu bewältigen, werden sie unter solchen Bedingungen nur selten auf die Probe gestellt.
Schließlich wollten wir neben den Aspekten der Robustheit und Funktionalität auch überprüfen, ob die Navigationsleistung unter diesen extremen Bedingungen aufrechterhalten werden kann.
Es ist anzumerken, dass diese Tests „blind“ durchgeführt wurden.
Aus Sicherheitsgründen ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, einen Laptop an Bord mitzunehmen. Da zahlreiche Sensoren zum Einsatz kamen, musste vor Beginn der Flugtests alles konfiguriert und doppelt überprüft werden.
Die Testplattform musste für die Datenerfassung vollständig autonom sein, und für die gesamte Dauer der Vorbereitungen und Flüge war ein Akku mit ausreichender Kapazität erforderlich. All dies musste innerhalb sehr begrenzter Abmessungen untergebracht werden.
Einrichtung & Flugplan
Um die Leistungsfähigkeit der „ INS “-Geräte umfassend zu bewerten, wurden zwei Flüge geplant, die jeweils unterschiedliche Szenarien abbilden, wie sie bei Navigationsvorgängen in der Luft auftreten:
- Ein typischer Flug mit weniger dynamischen Manövern und geradem, waagerechten Flug
- Ein Kunstflug, um die Geräte in verschiedenen Ausrichtungen und Beschleunigungen zu stimulieren
- Auf diese Weise konnten wir überprüfen, ob die Produkte sowohl unter normalen als auch unter anspruchsvollen Bedingungen die angegebene Echtzeitleistung erbringen.
Es wurden zwei Produkte getestet: Ellipse-D und Quanta Micro. Eine nachverarbeitete Apogee-D (eng gekoppeltes PPK mit Vorwärts- und Rückwärtsverarbeitung) diente als Referenz für diese Evaluierung. Und sie haben alle sehr gut abgeschnitten, deutlich besser als die Besatzung von SBG Systems eigentlich.
Flug 1: Typisches Flugprofil
Der Schwerpunkt von Flug 1 liegt auf der Bewertung der Leistung der Geräte in einem typischen Flugprofil, das sowohl Manöver mit geringer Dynamik als auch den geraden Horizontalflug umfasst.
Dieser Flug dient als Vergleichsgrundlage und dient der Bewertung der Genauigkeit und Stabilität der Geräte von INS im regulären Flugbetrieb.
Die während dieses Fluges gesammelten Daten trugen dazu bei, einen Maßstab für die Bewertung ihrer Leistung unter anspruchsvolleren Bedingungen der Navigation in der Luft zu etablieren.
Der Flugplan besteht aus einer Reihe von Figuren wie dem Steigflug, Standard- und Steilkurven, flachem Schräglagenflug, Phugoid, Beschleunigungen und Verzögerungen, Auf- und Abneigen …
Flug 2: Kunstflugmanöver
Im Flug 2 werden die Geräte des „ INS “ einer Reihe von Kunstflugmanövern unterzogen, um ihre Leistungsfähigkeit unter extremen Ausrichtungen und Beschleunigungen zu testen. Kunstflugmanöver, die sich durch schnelle und heftige Bewegungen auszeichnen, stellen Navigationssysteme bei der Navigation in der Luft vor erhebliche Herausforderungen.
Durch die Simulation dieser anspruchsvollen Bedingungen können wir die Robustheit und Genauigkeit der INS-Geräte in realen Szenarien bewerten, in denen eine präzise Positionierung von entscheidender Bedeutung ist.
Der Flugplan umfasst eine Reihe von Figuren wie den Steigflug, Standard- und Steilkurven, Hollow Bank, Phugoid, Aileron-Roll, Barrel Roll, 4-Punkt-Roll, Immelmann, S-Kurve, Beschleunigungen und Verzögerungen, Nose-Up und Nose-Down …
Zu prüfende Geräte
Die beiden für die Evaluierung ausgewählten INS-Geräte sind Ellipse-D und Quanta Micro. Ekinox Micro wird ebenfalls stellvertretend mit Quanta Micro bewertet.
| Einheit | Hardware-Code | Hardware-Revision | Seriennummer | Firmware |
|---|---|---|---|---|
| EUT#1 | ELLIPSE-D-G4A3-B1 | 3.3.00 | 000043763 | 2.5.169-stable |
| EUT#2 | QUANTA-USG | 1.1.0.0 | 000042492 | 4.2.228-beta |
| Durch einen Bevollmächtigten bewertet | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-Beta |
Obwohl die exakte Ekinox Micro-Hardware in diesem Test nicht enthalten war, handelt es sich um eine robuste Version des Quanta Micro, die sich exakt genauso verhält. Daher sind die Ergebnisse dieses Tests uneingeschränkt auf das Ekinox Micro übertragbar.
Referenzeinheit
Die Apogee-D-Einheit mit Qinertia PPK (fest gekoppeltes PPK mit Vorwärts- und Rückwärtsverarbeitung) dient als Referenz für den Test.
Testergebnisse
Erster Test: typischer Flug
Zweite Prüfung: Kunstflug
Einzelantenne vs. Doppelantenne
Das Diagramm unten zeigt die Echtzeitleistung von Quanta Micro bei einer einzelnen Antenne im Vergleich zu einem suboptimalen Dual-Antennen-Setup (mit verschiedenen Antennentypen).
Der Flugbeginn besteht aus einer geradlinigen Strecke mit geringer Dynamik von über 7 Minuten, ohne vorherige hochdynamische Manöver. Obwohl dies weit unter optimalen Bedingungen liegt, arbeitet das Single-Antennen-Setup ordnungsgemäß, weist jedoch einen höheren Fehler auf.
Diese Art von Situation ist eindeutig zugunsten des Dual-Antennen-Setups, das selbst unter Bedingungen mit geringer Dynamik genaue Messungen liefern kann.
Wenn diese anfängliche Gerade aus der Fehleranalyse herausgerechnet wird, sehen wir, dass die Leistung der Einzelantenne der des Dual-Antennen-Setups entspricht.
Ergebnisanalyse
Vergleich der Ergebnisse des Ellipse-D mit den Spezifikationen
| Maß | Zielwert (RMS) | Erreichter Wert, typischer Flug (RMS) | Erreichter Wert, akrobatischer Flug (RMS) | Status, basierend auf einem typischen Flug |
|---|---|---|---|---|
| Horizontale Position | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| Höhe | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| Rolle | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| Pitch | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| Überschrift | 0,2° (Basislinie > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Nebenbei bemerkt zeigte das im Test verwendete Ellipse-D ein außergewöhnliches Leistungsniveau, das die Erwartungen übertraf.
Obwohl alle unsere IMUs ihre spezifizierte Leistung erfüllen, übertreffen einige sie möglicherweise sogar. Die Ellipse-D hebt sich als Beispiel für eine solche außergewöhnliche Leistung hervor, weshalb sie den Titel „Beste Ellipse aller Zeiten“ erhalten hat und einen besonderen Platz in unserem Regal einnimmt.
Vergleich der Ergebnisse von Quanta Micro / Ekinox Micro mit den Spezifikationen
| Maß | Zielwert (RMS) | Erreichter Wert, typischer Flug (RMS) | Erreichter Wert, akrobatischer Flug (RMS) | Status, basierend auf einem typischen Flug |
|---|---|---|---|---|
| Horizontale Position | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| Höhe | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| Rolle | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| Pitch | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| Überschrift | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
Fazit
Während des typischen Flugversuchs übertrafen sowohl das Ellipse-D als auch Quanta Micro / Ekinox Micro ihre Spezifikationen unter Echtzeit-Einzelpunktbedingungen. Der Testflug mit Kunstflug zeigte zudem, dass das Ellipse-D und Quanta Micro / Ekinox Micro eine außergewöhnliche Leistung erbracht haben, keine Fehler aufwiesen und eng mit den angegebenen Werten übereinstimmten, die normalerweise für normale Flugbedingungen gelten.
Diese Tests unterstreichen, dass die INS von SBG äußerst zuverlässige und präzise Werkzeuge für Luftfahrt-Navigationsanwendungen unter Einzelpunktbedingungen sind. Sie liefern konstant hervorragende Leistungen und sorgen für Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Szenarien.
