Ekinox Micro y Quanta Micro son dos sistemas de navegación inercial que combinan una IMU táctica basada en MEMS y receptores GNSS RTK completos para ofrecer un rendimiento sin precedentes en un formato sorprendentemente compacto. Están diseñados para aplicaciones con estrictas limitaciones de SWaP, como vehículos terrestres, aéreos y marítimos no tripulados, cartografía en interiores e incluso UAV cartografía.

 

Este exhaustivo artículo de evaluación del rendimiento se basa en una prueba exhaustiva realizada en julio de 2022 para validar las capacidades de Quanta Micro en previsión de su introducción comercial. En este informe se demuestra el rendimiento dinámico del sistema.

Los sensores se probaron exhaustivamente en diversos entornos GNSS, incluidos cielos abiertos, zonas urbanas medias y cañones urbanos. Los resultados mostraron sistemáticamente una calidad de datos excepcional. Tanto Quanta Micro como Ekinox Micro superaron el rendimiento especificado, incluso en escenarios difíciles. Aunque las especificaciones suelen basarse en el escenario estándar del sector, como condiciones terrestres normales tras una fase de calentamiento, la prueba incluyó condiciones urbanas difíciles sin fase de calentamiento. Sorprendentemente, Ekinox Micro y Quanta Micro han destacado en esta prueba, demostrando un rendimiento sobresaliente en todas las condiciones.

 

Requisito previo

La lectura de estos informes de prueba requiere un cierto nivel de conocimiento de los conceptos de navegación inercial y post-procesamiento. Nuestra base de conocimientos le ayudará a iniciar su viaje por el maravilloso mundo de la navegación inercial.

 

Acrónimos

  • CORS: Estaciones de Referencia de Funcionamiento Continuo
  • DUT: Dispositivo bajo prueba
  • EUT: Equipo bajo prueba
  • FOG: Giroscopio de fibra óptica
  • GNSS: Sistemas Mundiales de Navegación por Satélite (GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
  • IGN: Instituto Geográfico Nacional (agencia geográfica oficial francesa)
  • IMU: Unidad de medición inercial
  • INS: Sistema de navegación inercial
  • LiDAR: Light Detection And Ranging (detección y medición de distancias por luz)
  • MEMS: Micro Sistema electromecánico
  • Fusionado: Postprocesado hacia delante + hacia atrás mediante Qinertia
  • PPK: Cinemática postprocesada
  • RGP: Réseau GNSS Permanent (red nacional francesa de CORS)
  • RMS: Media cuadrática
  • RTK: Cinemática en tiempo real
  • Std: Desviación estándar
  • SWaP-C: Tamaño, Peso y Potencia - Coste
  • TC: Acoplamiento estrecho
  • UAV: Vehículo aéreo no tripulado

 

Objetivos y especificaciones de la misión de prueba

Planificación y ejecución de misiones

La prueba se realizó a bordo del vehículo de pruebas SBG Systems el 7 de julio de 2022. Fue un viaje de 115 minutos de duración, en condiciones meteorológicas despejadas, en las inmediaciones de las instalaciones del Sistema SBG, entre las que se incluyen:

  • 45 minutos de operaciones contiguas en condiciones de cielo abierto.
  • 35 minutos de operaciones contiguas en un entorno urbano semidenso.
  • 35 minutos de operaciones contiguas en entornos urbanos difíciles, incluidos túneles.

 

Teniendo en cuenta la complejidad del entorno, no se ha prestado especial atención a la planificación de la misión para seleccionar una hora del día favorable con respecto a la visibilidad de los satélites.

 

Objetivos de la misión

Esta misión se diseñó específicamente para demostrar cómo se comportan los INS Quanta Micro y Ekinox Micro en un escenario real. Esto nos permitió validar que los INS cumplen (y superan) sus especificaciones, pero también demostrar su extraordinario rendimiento incluso en las condiciones GNSS más difíciles.

Durante la misión recopilamos datos que miden el rendimiento en tiempo real del Quanta Micro ; a continuación realizamos el postprocesamiento de los mismos conjuntos de datos (PPK). Esto nos permite ofrecer una visión completa del rendimiento del Quanta Micro INS en un entorno automovilístico; y, en menor medida, en otras aplicaciones (que son objeto de informes de pruebas específicos). La ventaja de utilizar perfiles de movimiento optimizados se demuestra comparando el procesamiento en perfiles de movimiento de automóviles y aviones.

 

Configuración de la prueba

Equipos en prueba

Nombre corto

Descripción

HW Rev.

Número de serie

Versión del firmware

EUT #1 Quanta Micro 1.1 000041817 4.1.5929-Dev
EUT #2 Quanta Micro 1.1 000041818 4.1.5929-Dev
Evaluado por poderes Ekinox Micro 0.1 000046860 5.0.1945-beta

 

Para todas las pruebas, los parámetros de instalación (desalineaciones, brazo de palanca, etc.) se conocían a priori a partir de planos CAD o de calibraciones anteriores.

Tenga en cuenta que aunque ambos EUT son el Quanta Micro , el contenido de este informe de prueba es totalmente aplicable al Ekinox Micro : es una versión robusta del Quanta Micro y se comporta exactamente de la misma manera. Un series de meticulosas comparaciones internas han confirmado esta afirmación.

 

Trayectoria de referencia

La fuente de referencia utilizada para evaluar los errores de rendimiento es una trayectoria estrechamente acoplada procesada en Qinertia con datos procedentes de la IMU de SBG Systems Horizon (rendimiento final basado en FOG), Navsight-S y el cuentakilómetros Pegasem instalados a bordo del vehículo junto con el EUT. La versión de Qinertia utilizada para el posprocesamiento fue la 3.2.881-stable.

 

Nombre corto

Descripción

Precisión de la posición

Precisión de la actitud

cabo precisión

Navsight Horizonte INS basado en FOG

PPK (TC Fusionado)

0.01m

(0.01m @ 10s)

(0.05m @ 60s)

0.004°

(0.004° @ 10s)

(0.005° @ 60s)

0.008°

(0.008° @ 10s)

(0.010° @ 60s)

 

Las dos antenas GNSS VSP6037L que alimentan el Navsight-S se comparten con el EUT (véase el diagrama de configuración de la prueba).

A partir del análisis de los datos a posteriori, los indicadores de calidad (estimadores de la desviación estándar de la posición y la actitud) de la trayectoria Horizon postprocesada permiten plenamente utilizar esta última como referencia con respecto a la EUT.

Cada una de las tres posiciones INS instaladas a bordo se ha transferido a un punto común para permitir comparaciones directas.

 

Estación base

Todas las operaciones PPK y RTK se realizaron utilizando una única base, la estación SBG'S instalada en el tejado de las instalaciones de SBG Systems e incluida en la RGP IGN, la red CORS francesa.

SBGS proporciona seguimiento de constelaciones GNSS completas (GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU). Las cuatro constelaciones se utilizaron para operaciones RTK en tiempo real.

 

Vehículo de ensayo

El vehículo de prueba era una furgoneta dedicada SBG Systems , equipada con nuestro equipo estándar, tal y como se presenta en el siguiente diagrama de configuración.

La línea de base entre ambas antenas GNSS es de unos 2 m y la mayoría de los parámetros de instalación se conocen con especial precisión.

 

 

 

Configuración EUT

Los equipos bajo prueba (EUT) se configuraron de la siguiente manera para realizar mediciones en tiempo real:

  • EUT1: GNSS con las 4 constelaciones, RTK y ayuda al odómetro.
  • EUT2: GNSS con las 4 constelaciones, sin RTK, sin ayuda de cuentakilómetros.

 

Análisis de los resultados de las pruebas

Incluye fase de calentamiento.

Para todas las pruebas, las estadísticas se han calculado incluyendo intencionadamente la fase de calentamiento. Esta elección tiene en la mayoría de los casos un impacto negativo en la mayoría de las cifras, especialmente para los errores cabo que disminuyen muy rápidamente en los primeros 5-10 minutos de la misión y donde los valores altos tienen un impacto significativo en std y RMS.

Además, las estadísticas de antenas duales sin RTK, RTK y PPK, que son las más representativas de los perfiles de automoción, se han calculado con la inclusión intencionada de las tres partes de la misión (entornos GNSS de cielo abierto, medio y duro). Esta elección también tiene un impacto negativo en la mayoría de las cifras.

Estas dos opciones hacen que los valores puedan considerarse pesimistas. Sin embargo, demuestran que Quanta Micro sigue siendo utilizable con un rendimiento especialmente bueno nada más salir de la fase de alineación (aunque no sea posible el calentamiento) y prueban la robustez de los algoritmos de Quanta Micro , que son capaces de cumplir prácticamente las especificaciones de rendimiento del producto incluso en un entorno de prueba mucho más duro de lo especificado.

 

Escenarios en tiempo real

Estos INS son capaces de funcionar en tiempo real, proporcionando una solución de navegación de alta frecuencia y baja latencia con o sin correcciones RTK. Las siguientes tablas y figuras se refieren a ambos EUT y proporcionan información detallada sobre los resultados en tiempo real para las siguientes condiciones:

  • perfil de movimiento del automóvil
  • ayuda al cuentakilómetros para el EUT nº 1 (RTK), sin ayuda al cuentakilómetros para el EUT nº 2 (Sin RTK)
  • con entrada GNSS de doble antena cabo

 

EUT #1 (RTK + odo) EUT #2 (sin RTK, sin odo)
Error 68% 95% 68% 95%
Posición 2D 0.021 m 0.246 m 1.155 m 2.734 m
Posición vertical 0.023 m 0.157 m 1.865 m 7.329 m
Rollo/Inclinación 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).

En cuanto a la posición, el INS es capaz de hacer frente a breves cortes del GNSS, afectando muy positivamente a los percentiles 68 y 95, en comparación con la tecnología GNSS tradicional.

Sin embargo, las especificaciones típicas de rendimiento de posición no pueden cumplirse en entornos tan difíciles. Cuando restringimos el análisis a entornos GNSS de cielo abierto y medio urbano, se cumplen fácilmente.

 

Escenarios postprocesados

Estos escenarios pretenden evaluar el rendimiento final del producto que puede alcanzarse con el software de posprocesamiento Qinertia en el modo de cálculo fusionado (hacia delante + hacia atrás) TC y comparar la influencia del perfil de movimiento. Sólo se muestra un EUT (EUT nº 2), pero los resultados fueron muy similares para ambas unidades.

 

TC Perfil de movimiento del automóvil
cuentakilómetros antena doble
TC Perfil de movimiento del avión
antena única
Error 68% 95% 68% 95%
Posición 2D 0.014 m 0.093 m 0.014 m 0.100 m
Posición vertical 0.008 m 0.032 m 0.008 m 0.034 m
Rollo/Inclinación 0.011° 0.032° 0.011° 0.032°
Yaw 0.051° 0.211° 0.041° 0.208°

 

Como puede verse en la tabla y los gráficos anteriores, la influencia del perfil de movimiento es marginal en lo que respecta al rendimiento del postprocesado.

Aunque el entorno GNSS era muy difícil, el producto se comporta muy bien y produce resultados muy precisos. En cuanto al tiempo real, restringiendo la misión a cielo abierto y entorno urbano medio se obtienen resultados mejores que las especificaciones del producto.

 

Conclusión

La prueba y el posterior análisis de los datos de Ekinox Micro y Quanta Micro ponen de relieve su gran capacidad, fiabilidad y precisión. Estos sistemas funcionan excepcionalmente bien tanto en modo de antena única como de antena doble (receptores GNSS RTK), incluso en entornos difíciles.

Ekinox Micro y Quanta Micro son excelentes opciones para aplicaciones en tiempo real que requieren un posicionamiento y una determinación de la actitud constantes y precisos. Funcionan con eficacia incluso en entornos urbanos exigentes, lo que demuestra su robustez.

Además, en escenarios en los que el rendimiento en tiempo real no es crucial (como LiDAR cartografía y fotogrametría), el software SBG Systems' Qinertia ofrece un posprocesamiento excepcional, que eleva el rendimiento a precisión centimétrica incluso en entornos GNSS difíciles. Esto hace que la combinación del INS y Qinertia sea la elección perfecta para las técnicas de georreferenciación directa y SLAM.

Este estudio valida de forma concluyente que Quanta Micro y Ekinox Micro son adecuados para diversas aplicaciones, incluidas aquellas con estrictas consideraciones de tamaño, peso y rendimiento.

  • Quanta Microdiseñado como solución OEM, se integra perfectamente en aplicaciones de navegación volumétrica y de UAV cartografía .
  • Gracias a su diseño fácil de usar y a su robustez (cualificada según las normas MIL-STD-461 y MIL-STD-1275), Ekinox Micro se adapta a las aplicaciones ligeras de cartografía , pero alcanza su máxima expresión en aplicaciones de navegación en las que la robustez es clave.

Para las tareas de cartografía que exigen parámetros SWaP-C más flexibles y una mayor precisión en un amplio espectro de condiciones, SBG Systems ofrece los productos Quanta Plus , Quanta Extra , Ekinox, Apogee y Navsight . Estas alternativas, que también son totalmente compatibles con las funciones de postprocesamiento de Qinertia, ofrecen mayores niveles de rendimiento y constituyen excelentes opciones para aplicaciones que requieren el máximo rendimiento.

Descargueaquí elinforme en PDF de Quanta Micro .