La navegación aérea se refiere 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.

En SBG Systems existe una cultura de la innovación, así que cuando se formuló la idea de 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 en el suministro de información precisa sobre posicionamiento y navegación para aplicaciones de navegación aérea.

Los hemos probado en condiciones reales para evaluar su fiabilidad.

 

informe del ensayo de navegación aerotransportada
Un Socata TB30 nos sirvió de avión de pruebas

 

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 de 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).

 

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 se aproxima a 90°.

Aunque nuestros algoritmos están diseñados para manejar este problema utilizando cuaterniones, rara vez se ponen a prueba en tales condiciones.

Por último, además de los aspectos de robustez y funcionalidad, pretendíamos comprobar si las prestaciones de navegación podían 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 post-procesado-D (PPK estrechamente acoplado con procesamiento hacia adelante + hacia atrás) sirvió de referencia para esta evaluación. Y todos lo hicieron muy bien, mucho mejor que el equipo de SBG Systems' en realidad.

 

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, abarcando maniobras dinámicas inferiores y condiciones de vuelo nivelado recto.

Este vuelo proporciona una base de 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.

informe de pruebas de navegación aérea INS
Datos de navegación aérea

 

El plan de vuelo consta de series de figuras como salida en ascenso, virajes estándar y pronunciados, poco inclinado, fugoide, aceleraciones y deceleraciones, cabeceo hacia arriba y hacia abajo ...

 

Vuelo 2: Maniobras acrobáticas

En el Vuelo 2, los dispositivos INS se someten a un series 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 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.

Datos de navegación aérea INS
Datos de navegación aérea INS

El plan de vuelo consiste en series de figuras como salida, giros estándar y pronunciados, hallow bank, phugoid, alerones roll, barrel roll, 4-point roll, immelmann, s-turn, aceleraciones y desaceleraciones, cabeceo arriba y abajo ...

Dispositivos en prueba

Los dos dispositivos INS elegidos para la evaluación son Ellipse-D y Quanta Micro . Ekinox Micro se evalúa también por proxy con Quanta Micro.

Código de hardware Hardware rev. Número de serie Versión del firmware
EUT#1 ELLIPSE-D-G4A3-B1 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 Ekinox Micro hardware no se incluyó en esta prueba, es una versión robusta de Quanta Micro y se comporta exactamente mismo. Por lo tanto, los resultados de esta prueba son totalmente aplicables a Ekinox Micro.

 

sistema inercial Quanta Micro
La plataforma de pruebas instalada en la parte trasera del avión
Sistema de navegación inercial en un avión
Sistema de navegación inercial GNSS

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 gráfico siguiente muestra el rendimiento en tiempo real de Quanta Micro en una sola antena frente a la configuración subóptima de doble antena (con distintos 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 esto está muy por debajo de las condiciones óptimas, la configuración de antena única funciona correctamente, con un error más alto.

Este tipo de situación supone una clara ventaja para la configuración de doble antena, capaz de proporcionar mediciones precisas, incluso en condiciones de baja dinámica.

Si esta línea recta inicial se excluye del análisis de errores, podemos ver que el rendimiento de antena única es equivalente al rendimiento de antena doble.

 

Análisis de resultados

Comparación de los resultados de Ellipse-D con las especificaciones

Medición Valor objetivo (RMS) Valor alcanzado en vuelo típico (RMS) Valor alcanzado en 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
Rollo 0.1° 0.041 ° 0.064 °
OK
Pitch 0.1° 0.041 ° 0.043 °
OK
cabo 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 esas prestaciones excepcionales, lo que le ha valido el título de "Mejor Ellipse de la historia" y ocupar un lugar especial en nuestra estantería.

 

Comparación de los resultados de Quanta Micro / Ekinox Micro con las especificaciones

Medición Valor objetivo (RMS) Valor alcanzado en vuelo típico (RMS) Valor alcanzado en 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
Rollo 0.03° 0.023 ° 0.049 °
OK
Pitch 0.03° 0.027 ° 0.036 °
OK
cabo 0.1° 0.109 ° 0.146 °
OK

 

Conclusión

Durante la prueba de vuelo típica, tanto Ellipse-D como Quanta Micro / Ekinox Micro superaron sus especificaciones en condiciones de punto único en tiempo real.

La prueba de vuelo acrobático reveló asimismo que Ellipse-D y Quanta Micro / Ekinox Micro han ofrecido un rendimiento excepcional, no han mostrado errores y se han ajustado estrechamente a los valores especificados, que suelen aplicarse en condiciones de vuelo normales.

Estas pruebas ponen de manifiesto que los INS de SBG son herramientas muy fiables y precisas para aplicaciones de navegación aérea en condiciones de punto único.

Ofrecen un rendimiento excepcional y garantizan la fiabilidad en situaciones difíciles.