La navigazione aerea si riferisce alle tecniche e tecnologie utilizzate per determinare la posizione e la rotta di un aeromobile durante il volo. Una navigazione efficace assicura che un aeromobile raggiunga la sua destinazione in modo sicuro ed efficiente. Ecco alcuni componenti e metodi chiave coinvolti nella navigazione aerea: Sistemi di Navigazione Inerziale (INS), Sistemi Globali di Navigazione Satellitare (GNSS), ecc. Abbiamo preparato un test aereo completo per voi.
C'è una cultura dell'innovazione in SBG Systems, quindi quando è stata formulata l'idea di un volo intenso per valutare le prestazioni dei nostri Ellipse e Quanta Micro in condizioni reali, non c'è stata alcuna esitazione. Ci sono voluti tempo e risorse per realizzare questi test, ma il risultato ne è valsa la pena. Molte grazie ad Apache aviation per il loro aiuto in questo progetto.
I Sistemi di Navigazione Inerziale (INS) svolgono un ruolo cruciale nel fornire informazioni accurate di posizionamento e navigazione per le applicazioni di navigazione aerea. Li abbiamo testati in condizioni reali per valutarne l'affidabilità.
Una campagna di test eccezionale nel campo della navigazione aerea
Oltre alla complessa implementazione coinvolta nella conduzione di test aerospaziali (normative, spazi ristretti, ecc.), queste prove sono particolarmente eccezionali in quanto ci hanno fornito risposte a determinate domande che pochi produttori di INS hanno avuto l'opportunità di testare in condizioni reali:
- Il nostro obiettivo iniziale era quello di arricchire il nostro database di test, ponendo l'accento sul miglioramento continuo dei nostri algoritmi. Molti test vengono solitamente condotti in un ambiente “2D” (ad esempio, automobili, imbarcazioni), mentre i test “3D” sono relativamente rari.
- I clienti che operano nel settore aerospaziale raramente forniscono dati, poiché questi sono spesso riservati.
- Un altro aspetto che abbiamo cercato di approfondire è stata la verifica della robustezza dei nostri algoritmi in condizioni dinamiche estreme, tra cui vibrazioni significative e accelerazioni superiori a 4 g.
- Inoltre, ciò ci ha permesso di valutare le prestazioni delle nostre apparecchiature in ambienti GNSS difficili, caratterizzati da significativi blocchi di segnale dovuti a bruschi cambiamenti di orientamento o persino a capovolgimenti completi del velivolo (volo a rovescio).
Effetto "gimbal lock"
Questi voli ci hanno inoltre permesso di testare tutti i possibili orientamenti, alcuni dei quali inducono un effetto di “gimbal lock” che tradizionalmente pone difficoltà a determinati algoritmi di navigazione quando il beccheggio si avvicina ai 90°. Sebbene i nostri algoritmi siano progettati per gestire questo problema utilizzando i quaternioni, raramente vengono messi alla prova in tali condizioni.
Infine, oltre agli aspetti relativi alla robustezza e alla funzionalità, abbiamo cercato di verificare se le prestazioni di navigazione potessero essere mantenute in queste condizioni estreme.
Vale la pena notare che questi test sono stati condotti alla cieca.
Per motivi di sicurezza, è difficile, se non impossibile, portare a bordo un computer portatile. Considerando tutti i sensori coinvolti, è stato necessario configurare e ricontrollare tutto prima di iniziare i test di volo.
La piattaforma di prova doveva essere completamente autonoma per la registrazione dei dati ed era necessaria una batteria con capacità sufficiente per l’intera durata dei preparativi e dei voli. Tutto ciò doveva essere integrato in spazi molto ristretti.
Configurazione e piano di volo
Per valutare in modo esaustivo le prestazioni dei dispositivi “ INS ”, sono stati programmati due voli, ciascuno dei quali rappresenta uno scenario diverso tra quelli che si possono verificare durante le operazioni di navigazione aerea:
- Un volo tipico, caratterizzato da manovre dinamiche meno intense e da una condizione di volo rettilineo e in quota costante
- Un volo acrobatico, per stimolare i dispositivi in molteplici orientamenti e accelerazioni
- Ciò ci ha permesso di verificare che, sia in condizioni normali che in condizioni difficili, i prodotti offrano il livello di prestazioni in tempo reale specificato.
Sono stati testati due prodotti: Ellipse-D e Quanta Micro. Un Apogee-D post-processato (PPK accoppiato stretto con elaborazione in avanti e all'indietro) è servito come riferimento per questa valutazione. Ed entrambi hanno fatto benissimo, molto meglio dell'equipaggio di SBG Systems in realtà.
Volo 1: Profilo di volo tipico
L'obiettivo principale del Volo 1 è valutare le prestazioni dei dispositivi in un profilo di volo tipico, che comprende manovre dinamiche di bassa intensità e condizioni di volo rettilineo in quota costante.
Questo volo fornisce un punto di riferimento per il confronto e valuta l'accuratezza e la stabilità dei dispositivi INS durante le normali operazioni di volo.
I dati raccolti durante questo volo hanno contribuito a stabilire un punto di riferimento per valutare le loro prestazioni in condizioni più impegnative di navigazione aerea.
Il piano di volo prevede una serie di figure quali: decollo in salita, virate standard e strette, inclinazione leggera, phugoid, accelerazioni e decelerazioni, beccheggio verso l’alto e verso il basso…
Volo 2: Manovre acrobatiche
Nel Volo 2, i dispositivi dell’ INS e vengono sottoposti a una serie di manovre acrobatiche per testarne le capacità in condizioni di orientamento e accelerazione estreme. Le manovre acrobatiche, caratterizzate da movimenti rapidi e bruschi, pongono sfide significative ai sistemi di navigazione aerea.
Simulando queste condizioni gravose, possiamo valutare la robustezza e la precisione dei dispositivi INS in scenari reali in cui il posizionamento preciso è fondamentale.
Il programma di volo comprende una serie di figure quali: salita iniziale, virate standard e strette, virata con inclinazione concava, virata phugoid, rollio con alettoni, rollio a barilotto, rollio a 4 punti, Immelmann, virata a S, accelerazioni e decelerazioni, beccheggio verso l’alto e verso il basso…
Dispositivi sottoposti a test
I due dispositivi INS scelti per la valutazione sono l'Ellipse-D e il Quanta Micro. Anche l'Ekinox Micro viene valutato indirettamente tramite il Quanta Micro.
| Unità | Codice hardware | Revisione hardware | Numero di serie | Firmware |
|---|---|---|---|---|
| EUT n. 1 | ELLIPSE-D-G4A3-B1 | 3.3.00 | 000043763 | 2.5.169-stable |
| EUT n. 2 | QUANTA-USG | 1.1.0.0 | 000042492 | 4.2.228-beta |
| Valutato per delega | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Sebbene l'hardware esatto di Ekinox Micro non fosse incluso in questo test, si tratta di una versione robusta di Quanta Micro e si comporta esattamente allo stesso modo. Pertanto, i risultati di questo test sono interamente applicabili a Ekinox Micro.
Unità di riferimento
L'unità Apogee-D con Qinertia PPK (PPK tightly coupled con elaborazione forward + backward) funge da riferimento per il test.
Risultati dei test
Prima prova: volo tipico
Seconda prova: volo acrobatico
Antenna singola vs doppia
Il grafico sottostante mostra le prestazioni in tempo reale di Quanta Micro in configurazione ad antenna singola rispetto alla configurazione ad antenna doppia sub-ottimale (caratterizzata da diversi tipi di antenna).
L'inizio del volo consiste in una linea retta a bassa dinamica per più di 7 minuti, senza alcuna manovra ad alta dinamica precedente. Sebbene ciò avvenga in condizioni tutt'altro che ottimali, la configurazione ad antenna singola funziona correttamente, con un errore superiore.
Questo tipo di situazione va chiaramente a vantaggio della configurazione ad antenna doppia, in grado di fornire misurazioni accurate anche in condizioni di bassa dinamica.
Se questa linea retta iniziale viene esclusa dall'analisi degli errori, possiamo vedere che le prestazioni dell'antenna singola sono equivalenti a quelle dell'antenna doppia.
Analisi dei risultati
Confronto dei risultati di Ellipse-D con le specifiche
| Misura | Valore target (RMS) | Valore misurato, volo tipico (RMS) | Valore raggiunto, volo acrobatico (RMS) | Stato, in base a un volo tipico |
|---|---|---|---|---|
| Posizione orizzontale | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| Altitudine | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| Rotolo | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| Pitch | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| Titolo | 0,2° (linea di base > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Inoltre, l'Ellipse-D utilizzato nel test ha mostrato un livello di prestazioni eccezionale, superando le aspettative.
Sebbene tutte le nostre IMU soddisfino le prestazioni specificate, alcune potrebbero addirittura superarle. Ellipse-D si distingue come esempio di tali prestazioni eccezionali, guadagnandosi il titolo di "miglior Ellipse di sempre" e occupando un posto speciale sul nostro scaffale.
Confronto dei risultati di Quanta Micro / Ekinox Micro con le specifiche
| Misura | Valore target (RMS) | Valore misurato, volo tipico (RMS) | Valore raggiunto, volo acrobatico (RMS) | Stato, in base a un volo tipico |
|---|---|---|---|---|
| Posizione orizzontale | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| Altitudine | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| Rotolo | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| Pitch | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| Titolo | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
Conclusione
Durante il tipico test di volo, sia Ellipse-D che Quanta Micro / Ekinox Micro hanno superato le rispettive specifiche in condizioni di punto singolo in tempo reale. Il test di volo acrobatico ha inoltre rivelato che Ellipse-D e Quanta Micro / Ekinox Micro hanno offerto prestazioni eccezionali, senza mostrare errori e allineandosi strettamente ai valori specificati, solitamente applicabili in condizioni di volo normali.
Questi test evidenziano che gli INS di SBG sono strumenti altamente affidabili e precisi per applicazioni di navigazione aviotrasportata in condizioni di punto singolo. Offrono costantemente prestazioni straordinarie, garantendo affidabilità in scenari complessi.
