Ekinox Micro et Quanta Micro sont à la pointe de la navigation urbaine, et nous les avons soumis à des tests automobiles.
Il s'agit de deux systèmes de navigation inertielle, combinant IMU tactique à base de MEMS et des récepteurs GNSS RTK complets pour offrir des performances inégalées dans un format étonnamment compact.
Ils sont spécialement conçus pour les applications soumises à des contraintes strictes en matière de SWaP, telles que les véhicules terrestres, aériens et marins sans pilote, la cartographie en intérieur et même les levés par drone.
Cet article d'évaluation complète des performances est basé sur un test exhaustif réalisé en juillet 2022 pour valider les capacités du Quanta Microen prévision de son introduction commerciale. Ce rapport démontre les performances dynamiques 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. Quanta Micro et Ekinox Micro ont tous deux dépassé les performances spécifiées, même dans des scénarios difficiles.
Alors que les spécifications sont généralement basées sur le scénario standard de l'industrie, comme des conditions terrestres normales après une phase d'échauffement, le test comprenait des conditions urbaines difficiles sans phase d'échauffement.
Remarquablement, Ekinox Micro et Quanta Micro ont excellé dans ce test, en 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: unité de mesure inertielle
- INS: Système de navigation inertielle
- LiDAR : Light Detection And Ranging (détection et télémétrie par ondes lumineuses)
- MEMS : Système Micro
- 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 de SBG Systems le 7 juillet 2022. Il s'agissait d'un trajet d'une durée de 115 minutes, par temps clair, à proximité des installations de SBG Systems, notamment :
- 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.
Pendant la mission, nous avons collecté des données mesurant les performances en temps réel du Quanta Micro; nous avons ensuite effectué un post-traitement des mêmes ensembles de données (PPK).
Cela nous permet de fournir un aperçu complet des performances du Quanta Micro INS 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 des profils de mouvement automobiles et aériens.
Installation d'essais automobiles
Équipement en cours d'essai
| Nom | Description | Révision HW | 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 l'EUT soit 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 qui se comporte exactement de la même manière. Une série de comparaisons internes méticuleuses ont 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 de SBG Systems (performance ultime basée sur le FOG), du Navsight 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 | Description | Précision de la position | Précision de l'attitude | Précision du cap |
|---|---|---|---|---|
| Navsight Horizon | INS basé sur le FOG | 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 Navsight sont partagées avec l'EUT (voir le schéma de la configuration du test).
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 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 une camionnette dédiée de SBG Systems , équipée 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.
Résultats des essais automobiles
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 de 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 volontairement 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 signifient 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 satisfaire aux spécifications de performance du produit même dans un environnement d'essai 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 de cap GNSS à double antenne
| EUT#1 (RTK + odo) | EUT#2 (pas de RTK, pas d'odo) | |||
|---|---|---|---|---|
| Erreur | 68% | 95% | 68% | 95% |
| Position 2D | 0.021m | 0.246m | 1.155m | 2.734m |
| Position verticale | 0.023m | 0.157m | 1.865m | 7.329m |
| Rouleau / 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).
On the position side, the INS is able to cope with short GNSS outages, impacting very positively the 68th and 95th percentiles, compared to traditional GNSS technology.
However, the typical position performance specification cannot be met in such challenging environments. When we restrict the analysis to open-sky and mid urban GNSS environments, they are easily met.
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.
| Profil TC Automotive (double antenne + odo) | Profil d'avion TC (antenne unique) | |||
|---|---|---|---|---|
| Erreur | 68% | 95% | 68% | 95% |
| Position 2D | 0.014m | 0.093m | 0.014m | 0.100m |
| Position verticale | 0.008m | 0.032m | 0.008m | 0.034m |
| Rouleau / 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
L'essai et l'analyse ultérieure des données d'Ekinox Micro et de Quanta Micro mettent en évidence leurs grandes capacités, leur fiabilité et leur précision. Ces systèmes affichent des performances exceptionnelles en mode à antenne unique ou double (récepteurs GNSS RTK), 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, démontrant ainsi leur robustesse.
De plus, dans les scénarios où la performance en temps réel n'est pas cruciale (tels que les levés LiDAR et la 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 exigeants. La combinaison de l'INS et de Qinertia est donc 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 de taille, de poids et de performance.
- Quanta Micro, conçu comme une solution OEM, s'intègre parfaitement dans les applications d'arpentage et de navigation volumétrique par drone.
- Grâce à sa conception conviviale et à sa robustesse (conforme aux normes MIL-STD-461 et MIL-STD-1275), l 'Ekinox Micro convient aux applications légères d'arpentage, mais c'est dans les applications de navigation, où la robustesse est essentielle, qu'il est le plus performant.
Pour les tâches topographiques qui exigent des paramètres SWaP-C plus flexibles et une plus grande précision dans un large éventail de conditions, SBG Systems propose les produits Quanta Quanta Plus, Quanta 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 des performances optimales.
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