I segnali GNSS rappresentano la spina dorsale della moderna navigazione aerea, ma con i crescenti rischi di jamming e spoofing, affidarsi esclusivamente al GNSS non è più sicuro. La domanda chiave nel settore della navigazione non è più quanto bene un sistema si comporti con l'RTK o in ambienti urbani difficili, bensì: fino a che distanza è possibile volare — e con quale precisione — quando il GNSS non è disponibile?
Rispondere a questa domanda richiede molto più di un singolo test: richiede valutazioni ripetute, controllate e statisticamente significative.
Fornire un rapporto sui test delle prestazioni di un sistema di navigazione inerziale (INS) in condizioni di assenza di GNSS non significa produrre un grafico gradevole o un singolo numero impressionante, spesso espresso in “percentuale della distanza percorsa”. Si tratta invece di dimostrare le prestazioni reali in scenari reali, ovvero le stesse condizioni che i nostri clienti affrontano sul campo. Per questo motivo, noi di SBG Systems abbiamo scelto di realizzare un report di navigazione a stima (dead reckoning) per il settore aeronautico in stile qualificazione, piuttosto che una semplice demo mirata.
I risultati presentati nel nostro report si basano su un set di dati statistici breve ma significativo. Abbiamo analizzato diverse interruzioni ed elaborato statistiche per fornire un quadro rappresentativo delle reali prestazioni. Un risultato ottimale potrebbe verificarsi una volta su tre tentativi, o una volta su diecimila. Pubblicare solo quel risultato sarebbe fuorviante.
Questo breve articolo spiega perché questo approccio è importante e cosa bisogna cercare quando si interpreta un rapporto di test in assenza di GNSS. L'obiettivo è aiutarvi a prendere decisioni informate nella scelta della soluzione giusta per la vostra applicazione.
Perché non mostrare una sola interruzione del GNSS come fanno tutti gli altri
In realtà, la navigazione dei UAV in ambienti privi di GNSS con l'ausilio dei dati atmosferici non è una questione semplice. Le condizioni ambientali sono molto importanti da considerare.
Alcuni motivi per cui affidarsi a una singola interruzione ideale è fuorviante:
Flusso d'aria stabile = caso migliore: Quando il flusso d'aria attorno al velivolo è stabile, l'ambiente dinamico è regolare e l'INS si comporta meglio. Ma questo non riflette tutte le missioni.
Assenza di vibrazioni = caso migliore: Le vibrazioni degradano la stabilità del sensore inerziale e la stima del bias. Un volo a basse vibrazioni o un sistema ben smorzato è molto più semplice.
Virate e loop mascherano naturalmente la deriva di prua (heading): Le virate compensano la deriva di prua e migliorano artificialmente l'errore di posizione. Rende anche i numeri eccellenti. Impressionante, certo… ma le performance in volo rettilineo rimangono sconosciute. Accelerazioni e rotazioni aiutano a stimare i bias. In una missione in linea retta, l'INS ha un compito più difficile, ma è esattamente lì che le prestazioni contano per molti clienti ed è ciò che fa la differenza tra i vari INS.
La temperatura conta - molto: Le variazioni di temperatura modificano i bias dei sensori, i fattori di scala e le caratteristiche del rumore. In condizioni di temperatura controllata o costante, l'INS opera nella sua zona di comfort, offrendo una visione eccessivamente ottimistica. Ma le missioni reali comportano: transizioni rapide di temperatura (dal decollo alla quota), aria fredda e rarefatta ad alta quota, ambienti caldi vicino ai motori.
Cosa si ottiene quando tutte le condizioni sono soddisfatte?
Quando tutti gli elementi si allineano perfettamente — vibrazioni perfettamente smorzate, flusso d'aria regolare, temperatura stabile — l'INS offre il meglio di sé. Quel genere di prestazioni che fa grattare la testa agli ingegneri chiedendosi come fare di nuovo... e che fa sorridere i nostri clienti da un orecchio all'altro: Ellipse, con la sua IMU di grado industriale, si comporta come un'INS di grado tattico, deviando solo dello 0,56% della distanza percorsa — circa 30 m su 5 km. Ekinox Micro alza l'asticella, riducendo la deriva allo 0,13% DT, circa 7,2 m. E Apogee? Si muove appena di 2 m sugli stessi 5 km.
Come interpretare un rapporto di test in ambienti privi di GNSS?
Quando si valuta la performance di dead reckoning, non bisogna iniziare dai numeri dell'errore finale, ma dalla traiettoria.
Ecco una scomposizione guidata in 6 passaggi da seguire:
1 – Verifica prima la traiettoria
La geometria del volo definisce se il test è impegnativo o artificialmente semplice. Molti "test di marketing" utilizzano: loop corti, pattern a circuito (racetrack) o segmenti di inversione ripetuti. Queste traiettorie compensano gli errori inerziali e fanno apparire le prestazioni irrealisticamente buone.
2 – Verifica il numero di interruzioni
Una singola interruzione è un campione unico. Potrebbe sembrare ottima o pessima solo per caso.
3 – Guarda la durata dell'interruzione e non solo la distanza percorsa e la velocità
Un report che mostra solo interruzioni di 10-20 secondi non dice nulla su come si comporta l'INS durante un'interruzione GNSS più lunga.
4 – Esamina come viene riportato l'errore
Alcune specifiche presentano solo un errore medio, che può essere fuorviante e non veramente rappresentativo delle prestazioni nel mondo reale. Valutazioni più significative si concentrano tipicamente sull'errore di fine interruzione, che riflette la deriva effettiva accumulata durante un'interruzione GNSS o un ambiente negato. È anche importante verificare se l'errore è espresso per asse e se utilizza il valore RMS o un'altra misura statistica. Idealmente, dovrebbe essere fornita l'evoluzione completa dell'errore nel tempo, offrendo una visione completa di come si comporta il sistema durante l'intero periodo di interruzione anziché affidarsi a un singolo valore riassuntivo.
5 – Cerca le condizioni ambientali (raramente menzionate, ma cruciali)
Le prestazioni dell'INS sono sensibili ai disturbi reali: vibrazioni, gradienti di temperatura, distorsioni del flusso d'aria e condizioni magnetiche variabili (per i sistemi assistiti da magnetometro).
6 – Controlla la forma della curva di errore dell'INS. Dovrebbe mostrare una crescita lineare o esponenziale, non un comportamento sinusoidale.
Le curve gialla e blu sono rappresentative della normale deriva dell'INS quando la piattaforma si muove in linea retta senza GNSS. L'errore aumenta costantemente nel tempo, in modo lineare o esponenziale, come previsto. Al contrario, la curva verde (forma) non è rappresentativa della tipica deriva dell'INS. Un errore che cresce inizialmente (in modo lineare o esponenziale), per poi formare una "gobba" e iniziare a diminuire, indica che la traiettoria non è rettilinea.
Questo schema rivela che si è verificata una svolta o un cambio di direzione, il che fa sì che l'errore si annulli parzialmente anziché aumentare in modo monotono.
Come instauriamo un rapporto di fiducia con i nostri clienti?
La trasparenza è al centro del nostro approccio. Costruiamo un rapporto di fiducia con i nostri clienti attraverso test rigorosi e resoconti onesti sulle prestazioni. Anziché presentare scenari ideali, verifichiamo le nostre soluzioni in condizioni realistiche ed esigenti e condividiamo risultati statisticamente rappresentativi — e, cosa più importante, mettiamo questi risultati direttamente a disposizione dei nostri clienti. Ciò offre ai nostri clienti le informazioni necessarie per basare le loro decisioni su ciò che accade realmente sul campo, non su ciò che funziona solo in condizioni perfette.
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