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. Estos son algunos componentes y métodos clave implicados en 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 existe una cultura de innovación, por lo 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. Se invirtió tiempo y recursos para llevar a cabo 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 la provisión de información precisa de 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 aerotransportada
Además de la compleja implementación que conllevan las pruebas aeroespaciales (normativas, espacios reducidos, etc.), estos ensayos son especialmente excepcionales porque nos permitieron responder 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 se realizan habitualmente en un entorno «2D» (por ejemplo, automóviles, barcos), mientras que las pruebas «3D» son relativamente escasas.
- Los clientes con aplicaciones aeroespaciales rara vez proporcionan datos, ya que a menudo son confidenciales.
- Otra cuestión que pretendíamos abordar era la validación de la robustez de nuestros algoritmos bajo dinámicas extremas, incluyendo vibraciones significativas y aceleraciones superiores a 4g.
- Además, esto nos permitió evaluar el rendimiento de nuestro equipo en entornos GNSS desafiantes, donde se producen importantes bloqueos de señal debido a cambios abruptos de orientación o incluso a inversiones completas de la aeronave (vuelo invertido).
Efecto de bloqueo de cardán (gimbal lock)
Estos vuelos también nos permitieron probar todas las orientaciones posibles, algunas de las cuales inducen un efecto de «bloqueo de cardán» que tradicionalmente plantea dificultades para ciertos algoritmos de navegación cuando el cabeceo se acerca a los 90°. Aunque nuestros algoritmos están diseñados para gestionar este problema mediante cuaterniones, rara vez se ponen a prueba en tales condiciones.
Por último, además de los aspectos de robustez y funcionalidad, pretendíamos verificar si el rendimiento de la navegación se podía mantener bajo estas condiciones extremas.
Cabe destacar que estas pruebas se realizaron a ciegas.
Por razones de seguridad, es difícil, por no decir imposible, llevar un ordenador portátil a bordo. Con todos los sensores involucrados, todo tuvo que configurarse y verificarse minuciosamente antes de comenzar las pruebas de vuelo.
La plataforma de pruebas tenía que ser completamente autónoma para el registro de datos, y se requería una batería con capacidad suficiente para toda la duración de los preparativos y los vuelos. Todo ello debía integrarse en unas dimensiones muy reducidas.
Configuración y plan de vuelo
Para evaluar de forma exhaustiva 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 aerotransportada:
- Un vuelo típico, con maniobras de menor dinamismo y condición de vuelo nivelado y rectilíneo
- Un vuelo acrobático para someter a los dispositivos a diversas orientaciones y aceleraciones
- Esto nos permitió comprobar que, tanto en condiciones normales como exigentes, 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 de acoplamiento fuerte con procesamiento hacia adelante y hacia atrás) sirvió como referencia para esta evaluación. Y todos funcionaron muy bien, mucho mejor que la tripulación de SBG Systems, la verdad.
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 de menor dinámica y condiciones de vuelo nivelado rectilíneo.
Este vuelo proporciona una línea base de comparación y evalúa la precisión y estabilidad de los dispositivos INS durante las operaciones de vuelo regulares.
Los datos recopilados durante este vuelo ayudaron a establecer un punto de referencia para evaluar su rendimiento en las condiciones más desafiantes de la navegación aerotransportada.
El plan de vuelo consta de una serie de figuras como ascenso, virajes estándar y cerrados, alabeo suave, fugoide, aceleraciones y desaceleraciones, cabeceo 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 comprobar su capacidad ante orientaciones y aceleraciones extremas. Las maniobras acrobáticas, caracterizadas por movimientos rápidos y agresivos, plantean importantes desafíos a los sistemas de navegación en la navegación aerotransportada.
Al simular estas condiciones exigentes, podemos evaluar la robustez y la precisión de los dispositivos INS en escenarios del mundo real donde el posicionamiento preciso es fundamental.
El plan de vuelo consta de una serie de figuras como ascenso, virajes estándar y cerrados, alabeo suave, fugoide, tonel de alerones, tirabuzón, tonel de 4 puntos, Immelmann, viraje en S, aceleraciones y desaceleraciones, cabeceo hacia arriba y hacia abajo...
Dispositivos bajo prueba
Los dos dispositivos INS elegidos para su evaluación son el Ellipse-D y el Quanta Micro. El Ekinox Micro también se evalúa indirectamente mediante el Quanta Micro.
| Unidad | Código de hardware | Revisión de hardware | Número de serie | 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 |
| Evaluado mediante proxy | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Aunque el hardware exacto de Ekinox Micro no se incluyó en esta prueba, es una versión robusta de Quanta Micro y se comporta exactamente igual. Por lo tanto, los resultados de esta prueba son totalmente aplicables a Ekinox Micro.
Unidad de referencia
La unidad Apogee-D con Qinertia PPK (PPK de acoplamiento estrecho con procesamiento hacia adelante y hacia atrás) sirve como referencia para la prueba.
Resultados de las pruebas
Primer ensayo: vuelo típico
Segundo ensayo: vuelo acrobático
Antena simple frente a antena dual
El gráfico a continuación muestra el rendimiento en tiempo real de Quanta Micro con una sola antena frente a una 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 esto está muy por debajo de las condiciones óptimas, la configuración de una sola antena funciona correctamente, con un mayor error.
Este tipo de situación claramente favorece a la configuración de doble antena, capaz de ofrecer mediciones precisas incluso en condiciones de baja dinámica.
Si se excluye esta línea recta inicial del análisis de errores, podemos ver que el rendimiento de la antena única es equivalente al rendimiento de la doble antena.
Análisis de resultados
Comparación de los resultados de Ellipse-D con las especificaciones
| Medida | Valor objetivo (RMS) | Valor alcanzado, vuelo típico (RMS) | Valor alcanzado, vuelo acrobático (RMS) | Estado, basado en el vuelo típico |
|---|---|---|---|---|
| Posición horizontal | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | Vale |
| Altitud | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | Vale |
| Alabeo (Roll) | 0.1° | 0.041° | 0.064° | Vale |
| Cabeceo | 0.1° | 0.041° | 0.043° | Vale |
| Rumbo | 0,2° (línea base > 2 m) | 0.147° | 0.127° | Vale |
Como nota al margen, el Ellipse-D utilizado en la prueba mostró un nivel de rendimiento excepcional, superando las expectativas.
Si bien todas nuestras IMU cumplen con su rendimiento especificado, algunas incluso pueden superarlo. La Ellipse-D destaca como ejemplo de este rendimiento excepcional, ganándose el título de «la mejor Ellipse de la historia» y ocupando un lugar especial en nuestro catálogo.
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 el vuelo típico |
|---|---|---|---|---|
| Posición horizontal | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | Vale |
| Altitud | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | Vale |
| Alabeo (Roll) | 0.03° | 0.023° | 0.049° | Vale |
| Cabeceo | 0.03° | 0.027° | 0.036° | Vale |
| Rumbo | 0.1° | 0.109° | 0.146° | Vale |
Conclusión
Durante la prueba de vuelo típica, tanto el Ellipse-D como Quanta Micro / Ekinox Micro superaron sus especificaciones en condiciones de punto único en tiempo real. La prueba de vuelo acrobático también reveló que el Ellipse-D y Quanta Micro / Ekinox Micro ofrecieron un rendimiento excepcional, sin mostrar errores y alineándose estrechamente con los valores especificados, que normalmente se aplican en condiciones de vuelo normal.
Estas pruebas ponen de relieve que los INS de SBG son herramientas altamente fiables y precisas para aplicaciones de navegación aerotransportada en condiciones de punto único. Ofrecen sistemáticamente un rendimiento sobresaliente, garantizando la fiabilidad en escenarios complejos.
