Ekinox Micro et Quanta Micro sont deux systèmes de navigation inertielle qui combinent un IMU tactique à base de MEMS et des récepteurs GNSS RTK complets pour offrir des performances inégalées dans un format étonnamment compact. Ils sont conçus pour des applications soumises à des contraintes strictes en matière de SWaP, telles que les véhicules terrestres, aériens et maritimes sans pilote, la cartographie d'intérieur et même les drones cartographie.

 

Cet article d'évaluation complète des performances est basé sur un test exhaustif exécuté en juillet 2022 pour valider les capacités du site Quanta Micro en prévision de son introduction commerciale. Ce rapport démontre la performance dynamique des systèmes.

Les capteurs ont été testés de manière approfondie dans divers environnements GNSS, notamment en plein ciel, dans des zones urbaines moyennes et dans des canyons urbains. Les résultats ont toujours montré une qualité de données exceptionnelle. Tant Quanta Micro que Ekinox Micro ont dépassé les performances spécifiées, même dans des scénarios difficiles. Alors que les spécifications sont généralement basées sur le scénario standard de l'industrie, à savoir des conditions terrestres normales après une phase d'échauffement, le test comprenait des conditions urbaines difficiles sans phase d'échauffement. De manière remarquable, Ekinox Micro et Quanta Micro ont excellé dans ce test, démontrant des performances exceptionnelles dans toutes les conditions.

 

Prérequis

La lecture de ce rapport d'essai nécessite un certain niveau de connaissance de la navigation inertielle et des concepts de post-traitement. Notre base de connaissances vous aidera à commencer votre voyage dans le monde merveilleux de la navigation inertielle.

 

Acronymes

  • CORS : Stations de référence à fonctionnement continu
  • DUT : Dispositif sous test
  • EUT : Équipement sous test
  • FOG : Gyroscope à fibre optique
  • GNSS : Systèmes mondiaux de navigation par satellite (GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
  • IGN : Institut Géographique National (agence géographique officielle française)
  • IMU : centrale inertielle
  • INS : Système de navigation inertielle
  • LiDAR : Light Detection And Ranging (détection et télémétrie par ondes lumineuses)
  • MEMS : Micro Système électromécanique
  • Fusionné : Post-traitement avant + arrière à l'aide de Qinertia
  • PPK : Cinématique post-traitement
  • RGP : Réseau GNSS Permanent (réseau national français CORS)
  • RMS : Valeur moyenne quadratique
  • RTK : cinématique en temps réel
  • Std : Écart-type
  • SWaP-C : Taille, poids et puissance - Coût
  • TC : Accouplement étanche
  • UAV : Unmanned Aerial Vehicle (véhicule aérien sans pilote)

 

Objectifs et spécifications de la mission d'essai

Planification et exécution de la mission

Le test a été effectué à bord du véhicule d'essai SBG Systems le 7 juillet 2022. Il s'agissait d'un trajet de 115 minutes, par temps clair, à proximité des installations du système SBG :

  • 45 minutes d'opérations contiguës dans des conditions de ciel ouvert.
  • 35 minutes d'opérations contiguës dans un environnement urbain semi-dense.
  • 35 minutes de fonctionnement continu dans un environnement urbain difficile, y compris dans les tunnels.

 

Compte tenu de la complexité de l'environnement, aucun soin particulier n'a été apporté à la planification de la mission pour choisir un moment de la journée favorable à la visibilité des satellites.

 

Objectifs de la mission

Cette mission a été spécialement conçue pour démontrer le comportement des INS Quanta Micro et Ekinox Micro dans un scénario réel. Cela nous a permis de valider que les INS répondent (et dépassent) leurs spécifications, mais aussi de démontrer leurs performances exceptionnelles, même dans les conditions GNSS les plus difficiles.

Au cours de la mission, nous avons recueilli des données mesurant les performances en temps réel de l'INS Quanta Micro ; nous avons ensuite effectué un post-traitement des mêmes ensembles de données (PPK). Cela nous permet de fournir une vue complète des performances du système INS Quanta Micro dans un environnement automobile et, dans une moindre mesure, dans d'autres applications (qui font l'objet de rapports d'essai spécifiques). L'avantage d'utiliser des profils de mouvement optimisés est démontré en comparant le traitement dans les profils de mouvement de l'automobile et de l'avion.

 

Configuration du test

Équipement en cours d'essai

Nom court

Description

HW Rev.

Numéro de série

Version du micrologiciel

EUT #1 Quanta Micro 1.1 000041817 4.1.5929-Dev
EUT #2 Quanta Micro 1.1 000041818 4.1.5929-Dev
Évaluation par procuration Ekinox Micro 0.1 000046860 5.0.1945-beta

 

Pour tous les essais, les paramètres d'installation (désalignements, bras de levier, etc.) étaient connus a priori, soit à partir de dessins CAO, soit à partir d'étalonnages antérieurs.

Gardez à l'esprit que bien que les deux EUT soient le Quanta Micro , le contenu de ce rapport d'essai est entièrement applicable au Ekinox Micro : il s'agit d'une version robuste du Quanta Micro et il se comporte exactement de la même manière. Une series de comparaisons internes méticuleuses a confirmé cette affirmation.

 

Trajectoire de référence

La source de référence utilisée pour évaluer les erreurs de performance est une trajectoire à couplage étroit traitée par Qinertia avec des données provenant de l'IMU Horizon SBG Systems (performance ultime basée sur le FOG), Navsight-S et de l'odomètre Pegasem installés à bord du véhicule avec l'EUT. La version de Qinertia utilisée pour le post-traitement était 3.2.881-stable.

 

Nom court

Description

Précision de la position

Précision de l'attitude

cap précision

Navsight Horizon INS basé sur le FOG

PPK (TC fusionné)

0.01m

(0,01m @ 10s)

(0,05m @ 60s)

0.004°

(0.004° @ 10s)

(0.005° @ 60s)

0.008°

(0.008° @ 10s)

(0.010° @ 60s)

 

Les deux antennes GNSS VSP6037L alimentant le site Navsight-S sont partagées avec l'EUT (voir le schéma de la configuration de l'essai).

D'après l'analyse des données a posteriori, les indicateurs de qualité (estimateurs de l'écart-type de la position et de l'attitude) de la trajectoire Horizon post-traitée permettent pleinement d'utiliser cette dernière comme référence par rapport à l'EUT.

Chacune des trois positions INS installées à bord a été transférée à un point commun pour permettre des comparaisons directes.

 

Station de base

Toutes les opérations PPK et RTK ont été effectuées à l'aide d'une seule base, la station SBG'S, installée sur le toit des installations de SBG Systems et incluse dans le RGP de l'IGN, le réseau CORS français.

SBGS fournit un suivi complet des constellations GNSS (GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU). Les quatre constellations ont été utilisées pour les opérations RTK en temps réel.

 

Véhicule d'essai

Le véhicule d'essai était un fourgon spécialisé SBG Systems , équipé de notre matériel standard tel que présenté dans le diagramme d'installation suivant.

La ligne de base entre les deux antennes GNSS est d'environ 2 m et la plupart des paramètres d'installation sont connus avec une précision particulièrement bonne.

 

 

 

Configuration de l'EUT

L'équipement testé (EUT) a été configuré comme suit pour les mesures en temps réel :

  • EUT1 : GNSS avec les 4 constellations, RTK et aide à l'odomètre.
  • EUT2 : GNSS avec les 4 constellations, pas de RTK, pas d'aide à l'odomètre.

 

Analyse des résultats des tests

La phase d'échauffement est incluse.

Pour tous les tests, les statistiques ont été calculées en incluant volontairement la phase d'échauffement. Ce choix a dans la plupart des cas un impact négatif sur la plupart des chiffres, en particulier pour les erreurs cap qui diminuent très rapidement au cours des 5 à 10 premières minutes de la mission et pour lesquelles des valeurs élevées ont un impact significatif sur les valeurs std et RMS.

En outre, les statistiques sans RTK, RTK et PPK à double antenne, qui sont les plus représentatives des profils automobiles, ont été calculées en incluant délibérément les trois parties de la mission (ciel ouvert, environnements GNSS moyens et difficiles). Ce choix a également un impact négatif sur la plupart des chiffres.

Ces deux choix font que les valeurs peuvent être considérées comme pessimistes. Cependant, elles démontrent que Quanta Micro est toujours utilisable avec des performances particulièrement bonnes dès la phase d'alignement (même si aucun échauffement n'est possible) et prouvent la robustesse des algorithmes Quanta Micro qui sont capables de presque respecter les spécifications de performance du produit même dans un environnement de test beaucoup plus difficile que celui spécifié.

 

Scénarios en temps réel

Ces INS sont capables de fonctionner en temps réel, fournissant une solution de navigation à haute fréquence et à faible latence, avec ou sans corrections RTK. Les tableaux et figures suivants sont donnés pour les deux EUT et fournissent des informations détaillées sur les résultats en temps réel pour les conditions suivantes :

  • profil de mouvement automobile
  • aide à l'odomètre pour l'EUT #1 (RTK), pas d'aide à l'odomètre pour l'EUT #2 (No RTK)
  • avec entrée GNSS à double antenne cap

 

EUT #1 (RTK + odo) EUT #2 (pas de RTK, pas d'odo)
Erreur 68% 95% 68% 95%
Position 2D 0.021 m 0.246 m 1.155 m 2.734 m
Position verticale 0.023 m 0.157 m 1.865 m 7.329 m
roulis/tangage 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 ce qui concerne la position, l'INS est capable de faire face à de courtes pannes du GNSS, avec un impact très positif sur les 68e et 95e percentiles, par rapport à la technologie GNSS traditionnelle.

Cependant, les spécifications de performance de position typiques ne peuvent pas être respectées dans des environnements aussi difficiles. Lorsque nous limitons l'analyse aux environnements GNSS en plein ciel et en milieu urbain, elles sont facilement respectées.

 

Scénarios post-traités

Ces scénarios visent à évaluer la performance ultime du produit qui peut être atteinte avec le logiciel de post-traitement Qinertia en mode de calcul fusionné TC (avant + arrière) et à comparer l'influence du profil de mouvement. Un seul EUT (EUT #2) est affiché, mais les résultats sont très similaires pour les deux unités.

 

TC Profil de mouvement automobile
odomètre double antenne
Profil de mouvement de l'avion de TC
antenne unique
Erreur 68% 95% 68% 95%
Position 2D 0.014 m 0.093 m 0.014 m 0.100 m
Position verticale 0.008 m 0.032 m 0.008 m 0.034 m
roulis/tangage 0.011° 0.032° 0.011° 0.032°
Yaw 0.051° 0.211° 0.041° 0.208°

 

Comme le montrent le tableau et les graphiques précédents, l'influence du profil de mouvement est en quelque sorte marginale en ce qui concerne les performances du post-traitement.

Même si l'environnement GNSS était très difficile, le produit se comporte très bien et produit des résultats très précis. En ce qui concerne le temps réel, la limitation de la mission à un ciel ouvert et à un environnement urbain moyen permet d'obtenir des résultats supérieurs aux spécifications du produit.

 

Conclusion

Le test et l'analyse ultérieure des données de Ekinox Micro et Quanta Micro mettent en évidence leurs fortes capacités, leur réalisabilité et leur précision. Ces systèmes fonctionnent exceptionnellement bien en mode à une ou deux antennes, même dans des environnements difficiles.

Ekinox Micro et Quanta Micro sont d'excellents choix pour les applications en temps réel qui nécessitent un positionnement et une détermination de l'attitude stables et précis. Ils fonctionnent efficacement même dans des environnements urbains exigeants, ce qui témoigne de leur robustesse.

En outre, dans les scénarios où la performance en temps réel n'est pas cruciale (tels que LiDAR cartographie et photogrammétrie), le logiciel Qinertia de SBG Systemsoffre un post-traitement exceptionnel, élevant la performance à une précision de l'ordre du centimètre, même dans des environnements GNSS difficiles. Cela fait de la combinaison de l'INS et de Qinertia le choix idéal pour le géoréférencement direct et les techniques SLAM.

Cette étude valide de manière concluante que Quanta Micro et Ekinox Micro conviennent à diverses applications, y compris celles qui sont soumises à des considérations strictes en matière de taille, de poids et de performance.

  • Quanta Microconçu comme une solution OEM, s'intègre de manière transparente dans les systèmes de cartographie mobile à bord de drones ( cartographie), les systèmes de cartographie mobile à bord de véhicules et les applications de navigation volumétrique.
  • Grâce à sa conception conviviale et à sa robustesse (conforme aux normes MIL-STD-461 et MIL-STD-1275), le site Ekinox Micro convient aux applications légères cartographie , mais il donne le meilleur de lui-même dans les applications de navigation difficiles.

Pour les tâches cartographie qui exigent des paramètres SWaP-C plus flexibles et une plus grande précision dans un large spectre de conditions, SBG Systems propose les produits Quanta Plus , Quanta Extra , Ekinox, Apogee, et Navsight . Ces alternatives, également entièrement compatibles avec les capacités de post-traitement de Qinertia, offrent des niveaux de performance accrus et constituent d'excellentes options pour les applications qui requièrent une performance maximale.

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