La navegación aérea hace referencia a las técnicas y tecnologías utilizadas para determinar la posición y el rumbo de una aeronave durante el vuelo. Una navegación eficaz garantiza que una aeronave llegue a su destino de forma segura y eficiente. He aquí algunos componentes y métodos clave de la navegación aérea: Sistemas de Navegación Inercial (INS), Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS), etc. Hemos preparado una prueba aérea completa para usted.
En SBG Systems Systems existe una cultura de innovación, así que cuando se formuló la idea de realizar un vuelo intenso para evaluar el rendimiento de nuestros Ellipse y Quanta Micro en condiciones reales, no hubo ninguna duda. Llevó tiempo y recursos realizar estas pruebas, pero el resultado mereció la pena. Muchas gracias a Apache aviation por su ayuda en este proyecto.
Los sistemas de navegación inercial (INS) desempeñan un papel crucial a la hora de proporcionar información precisa sobre posicionamiento y navegación para aplicaciones de navegación aérea. Los hemos probado en condiciones reales para evaluar su fiabilidad.
Una campaña de pruebas excepcional en Navegación Aérea
Además de la compleja ejecución que implica la realización de pruebas aeroespaciales (normativa, espacios reducidos, etc.), estos ensayos son especialmente excepcionales, ya que nos dieron respuesta a ciertas preguntas que pocos fabricantes INS han tenido la oportunidad de probar en condiciones reales:
- Nuestro objetivo inicial era enriquecer nuestra base de datos de pruebas, centrándonos en la mejora continua de nuestros algoritmos. Muchas pruebas suelen realizarse en un entorno "2D" (por ejemplo, coches, barcos), mientras que las pruebas "3D" son relativamente escasas.
- Los clientes con aplicaciones aeroespaciales rara vez facilitan datos, ya que suelen ser confidenciales.
- Otra cuestión que pretendíamos abordar era la validación de la solidez de nuestros algoritmos en condiciones dinámicas extremas, incluidas vibraciones y aceleraciones significativas superiores a 4 g.
- Además, esto nos permitió evaluar el rendimiento de nuestros equipos en entornos GNSS difíciles, en los que se producen importantes bloqueos de señal debido a cambios bruscos de orientación o incluso a inversiones completas de la aeronave (vuelo boca abajo).
Efecto de bloqueo del cardán
Estos vuelos también nos permitieron probar todas las orientaciones posibles, algunas de las cuales inducen un efecto de "bloqueo del cardán" que tradicionalmente plantea dificultades a ciertos algoritmos de navegación cuando el cabeceo (pitch) se aproxima a 90°. Aunque nuestros algoritmos están diseñados para manejar este problema utilizando cuaterniones, rara vez se ven desafiados en tales condiciones.
Por último, además de los aspectos de robustez y funcionalidad, nuestro objetivo era verificar si el rendimiento de la navegación podía mantenerse en estas condiciones extremas.
Cabe señalar que estas pruebas se realizaron a ciegas.
Por razones de seguridad, es difícil, si no imposible, llevar un ordenador portátil a bordo. Con todos los sensores implicados, había que configurarlo todo y volver a comprobarlo antes de iniciar las pruebas de vuelo.
La plataforma de pruebas tenía que ser completamente autónoma para el registro de datos, y se necesitaba una batería con capacidad suficiente para toda la duración de los preparativos y los vuelos. Todo ello debía integrarse en unas dimensiones muy ajustadas.
Configuración y plan de vuelo
Para evaluar exhaustivamente el rendimiento de los dispositivos INS , se han programado dos vuelos, cada uno de los cuales representa diferentes escenarios encontrados durante las operaciones de navegación aérea:
- Un vuelo típico, con maniobras dinámicas inferiores y condición de vuelo recto nivelado
- Un vuelo acrobático, para estimular los aparatos en muchas orientaciones y aceleraciones.
- Esto nos permitió comprobar que, tanto en condiciones normales como en condiciones difíciles, los productos ofrecen el nivel de rendimiento en tiempo real especificado.
Se probaron dos productos: Ellipse-D y Quanta Micro. Un Apogee-D postprocesado (PPK estrechamente acoplado con procesamiento hacia delante + hacia atrás) sirvió de referencia para esta evaluación. Y todos lo hicieron muy bien, de hecho mucho mejor que el equipo de SBG Systems.
Vuelo 1: Perfil de vuelo típico
El objetivo principal del Vuelo 1 es evaluar el rendimiento de los dispositivos en un perfil de vuelo típico, que abarca maniobras dinámicas de baja intensidad y condiciones de vuelo recto nivelado.
Este vuelo proporciona una línea de base para la comparación y evalúa la precisión y estabilidad de los dispositivos INS durante las operaciones de vuelo regulares.
Los datos recogidos durante este vuelo ayudaron a establecer un punto de referencia para evaluar su rendimiento en condiciones más difíciles de navegación aérea.
El plan de vuelo consta de una serie de figuras como salida en ascenso, virajes estándar y pronunciados, escasa inclinación, fugoides, aceleraciones y deceleraciones, cabeceo (pitch) hacia arriba y hacia abajo ...
Vuelo 2: Maniobras acrobáticas
En el Vuelo 2, los dispositivos INS se someten a una serie de maniobras acrobáticas para probar su capacidad en orientaciones y aceleraciones extremas. Las maniobras acrobáticas, caracterizadas por movimientos rápidos y agresivos, introducen importantes retos para los sistemas de navegación en la navegación aérea.
La simulación de estas exigentes condiciones nos permite evaluar la robustez y precisión de los dispositivos INS en escenarios reales en los que es vital un posicionamiento preciso.
El plan de vuelo consiste en una serie de figuras como salida, giros estándar y pronunciados, hallow bank, phugoid, balanceo (roll) de alerones, balanceo (roll) barril, balanceo (roll) 4 puntos, immelmann, s-turn, aceleraciones y deceleraciones, cabeceo (pitch) arriba y abajo ...
Dispositivos en prueba
Los dos dispositivos INS elegidos para la evaluación son Ellipse-D y Quanta Micro. Ekinox Micro Micro se evalúa también por sustitución con Quanta Micro.
| Unidad | Código de hardware | Revisión del hardware | Número de serie | Firmware |
|---|---|---|---|---|
| EUT#1 | ELLIPSE-D | 3.3.00 | 000043763 | 2.5.169-estable |
| EUT#2 | QUANTA-USG | 1.1.0.0 | 000042492 | 4.2.228-beta |
| Evaluado por poderes | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Aunque el hardware exacto de Ekinox Micro Micro no se incluyó en esta prueba, es una versión robusta de Quanta Micro Micro y se comporta exactamente igual. Por lo tanto, los resultados de esta prueba son totalmente aplicables a Ekinox Micro.
Unidad de referencia
Apogee-D con Qinertia PPK (PPK estrechamente acoplado con procesamiento hacia delante + hacia atrás) sirve de referencia para la prueba.
Resultados de las pruebas
Primera prueba: vuelo típico
Segunda prueba: vuelo acrobático
Antena simple frente a antena doble
El siguiente gráfico muestra el rendimiento en tiempo real Quanta Micro con una sola antena frente a la configuración subóptima de doble antena (con diferentes tipos de antena).
El inicio del vuelo es una línea recta de baja dinámica durante más de 7 minutos, sin ninguna maniobra previa de alta dinámica. Aunque esta situación está muy por debajo de las condiciones óptimas, la configuración de antena única funciona correctamente, con un error más alto.
Este tipo de situación es claramente ventajosa para la configuración de antena doble, capaz de proporcionar mediciones precisas, incluso en condiciones de baja dinámica.
Si esta línea recta inicial se excluye del análisis de error, podemos ver que el rendimiento de antena única es equivalente al rendimiento de antena doble.
Análisis de resultados
Comparación de los resultados Ellipse-D con las especificaciones
| Medida | Valor objetivo (RMS) | Valor alcanzado, vuelo típico (RMS) | Valor alcanzado, vuelo acrobático (RMS) | Estado, basado en un vuelo típico |
|---|---|---|---|---|
| Posición horizontal | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| Altitud | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| balanceo (roll) | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| cabeceo (pitch) | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| rumbo (heading) | 0,2° (línea de base > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Como nota al margen, la Ellipse-D utilizada en la prueba mostró un nivel de rendimiento excepcional, superando las expectativas.
Aunque todas nuestras IMU cumplen sus prestaciones especificadas, algunas incluso las superan. Ellipse-D destaca como ejemplo de ese rendimiento excepcional, lo que le ha valido el título de "Mejor elipse de la historia" y ocupar un lugar especial en nuestra estantería.
Comparación de los resultados de Quanta Micro / Ekinox Micro con las especificaciones
| Medida | Valor objetivo (RMS) | Valor alcanzado, vuelo típico (RMS) | Valor alcanzado, vuelo acrobático (RMS) | Estado, basado en un vuelo típico |
|---|---|---|---|---|
| Posición horizontal | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| Altitud | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| balanceo (roll) | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| cabeceo (pitch) | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| rumbo (heading) | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
Conclusión
Durante la prueba de vuelo típica, tanto Ellipse-D como Quanta Micro / Ekinox Micro Micro superaron sus especificaciones en condiciones de punto único en tiempo real. La prueba de vuelo acrobático también reveló que Ellipse-D y Quanta Micro / Ekinox Micro Micro han ofrecido un rendimiento excepcional, no mostraron errores y se alinearon estrechamente con los valores especificados, que suelen ser aplicables para condiciones de vuelo normales.
Estas pruebas ponen de relieve que INS de SBG son herramientas altamente fiables y precisas para aplicaciones de navegación aérea en condiciones de punto único. Ofrecen sistemáticamente un rendimiento sobresaliente, garantizando la fiabilidad en escenarios difíciles.