Ekinox Micro e Quanta Micro sono all'avanguardia nella navigazione urbana e li abbiamo sottoposti a test automobilistici.
Si tratta di due sistemi di navigazione inerziale che combinano IMU tattici basati su MEMS e ricevitori GNSS RTK completi per offrire prestazioni senza precedenti in una forma sorprendentemente compatta.
Sono stati appositamente studiati per applicazioni con vincoli di SWaP stringenti, come i veicoli terrestri/aerei/mare senza equipaggio, la mappatura di interni e persino i rilievi UAV.
Questo articolo di valutazione completa delle prestazioni si basa su un test esaustivo eseguito nel luglio 2022 per convalidare le capacità del Quanta Microin previsione della sua introduzione commerciale. In questo rapporto vengono dimostrate le prestazioni dinamiche del sistema.
I sensori sono stati testati a fondo in vari ambienti GNSS, tra cui cieli aperti, aree urbane medie e canyon urbani. I risultati hanno mostrato un'eccezionale qualità dei dati. Sia Quanta Micro che Ekinox Micro hanno superato le prestazioni specificate, anche in scenari difficili.
Mentre le specifiche si basano solitamente su uno scenario standard del settore, come le normali condizioni terrestri dopo una fase di riscaldamento, il test comprendeva condizioni urbane difficili senza una fase di riscaldamento.
Notevolmente, Ekinox Micro e Quanta Micro hanno eccelso in questo test, dimostrando prestazioni eccezionali in tutte le condizioni.
Prerequisito
La lettura di questi rapporti di prova richiede un certo livello di conoscenza dei concetti di navigazione inerziale e di post-elaborazione. La nostra base di conoscenze vi aiuterà a iniziare il vostro viaggio nel meraviglioso mondo della navigazione inerziale.
Acronimi
- CORS: Stazioni di riferimento a funzionamento continuo
- DUT: Dispositivo sotto test
- EUT: Apparecchiatura in prova
- FOG: Giroscopio a fibra ottica
- GNSS: Sistemi globali di navigazione satellitare (GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
- IGN: Institut Géographique National (agenzia geografica ufficiale francese)
- IMU: Unità di misura inerziale
- INS: Sistema di navigazione inerziale
- LiDAR: Rilevamento della luce e raggio d'azione
- MEMS: Sistema microelettromeccanico
- Unita: Post-elaborazione avanti + indietro con Qinertia
- PPK: cinematica post-processata
- RGP: Réseau GNSS Permanent (rete nazionale francese di CORS)
- RMS: Quadrato medio inferiore
- RTK: cinematica in tempo reale
- Std: deviazione standard
- SWaP-C: Dimensioni, peso e potenza - Costo
- TC: accoppiamento stretto
- UAV: Veicolo aereo senza pilota
Obiettivi e specifiche della missione di test
Pianificazione ed esecuzione della missione
Il test è stato condotto a bordo del veicolo di prova SBG Systems il 7 luglio 2022. Si è trattato di un viaggio di 115 minuti, in condizioni di tempo sereno, nelle vicinanze delle strutture di SBG System, tra cui:
- 45 minuti di operazioni contigue in condizioni di cielo aperto.
- 35 minuti di operazioni contigue in ambiente urbano semi-denso.
- 35 minuti di funzionamento contiguo in ambienti urbani difficili, compresi i tunnel.
Considerando la complessità dell'ambiente, non è stata prestata particolare attenzione alla pianificazione della missione per selezionare un orario favorevole rispetto alla visibilità dei satelliti.
Obiettivi della missione
Questa missione è stata progettata specificamente per dimostrare il comportamento degliINS Quanta Micro ed Ekinox Micro in uno scenario reale. Questo ci ha permesso di convalidare che gli INS soddisfano (e superano) le loro specifiche, ma anche di dimostrare le loro eccezionali prestazioni anche nelle condizioni GNSS più difficili.
Durante la missione abbiamo raccolto dati che misurano le prestazioni in tempo reale del Quanta Micro; abbiamo poi eseguito una post-elaborazione degli stessi set di dati (PPK).
Questo ci permette di fornire una visione completa delle prestazioni dell'INS Quanta Micro in un ambiente automobilistico e, in misura minore, in altre applicazioni (che sono oggetto di specifici rapporti di prova).
Il vantaggio dell'uso di profili di movimento ottimizzati è dimostrato dal confronto tra l'elaborazione in profili di movimento automobilistici e aerei.
Configurazione dei test automobilistici
Apparecchiatura sottoposta a test
| Nome | Descrizione | Revisione HW | Numero di serie | Versione del firmware |
|---|---|---|---|---|
| EUT #1 | Quanta Micro | 1.1 | 000041817 | 4.1.5929-Dev |
| EUT #2 | Quanta Micro | 1.1 | 000041818 | 4.1.5929-Dev |
| Valutato per delega | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Per tutti i test i parametri di installazione (disallineamenti, braccio di leva, ecc.) erano noti a priori o da disegni CAD o da calibrazioni precedenti.
Si tenga presente che, sebbene l'EUT sia il Quanta Micro, il contenuto di questo rapporto di prova è pienamente applicabile all'Ekinox Micro: si tratta di una versione robusta del Quanta Micro e si comporta esattamente nello stesso modo. Una serie di meticolosi confronti interni ha confermato questa affermazione.
Traiettoria di riferimento
La fonte di riferimento utilizzata per valutare gli errori di prestazione è una traiettoria strettamente accoppiata elaborata da Qinertia con dati provenienti dall'IMU Horizon di SBG Systems FOG prestazioni finali basate suFOG ), da Navsight-S e dal contachilometri Pegasem installati a bordo del veicolo insieme all'EUT. La versione di Qinertia utilizzata per la post-elaborazione è la 3.2.881-stable.
| Nome | Descrizione | Precisione della posizione | Accuratezza dell'atteggiamento | Precisione della rotta |
|---|---|---|---|---|
| Navsight Horizon | INS a base di 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) |
Le due antenne GNSS VSP6037L che alimentano il Navsight-S sono condivise con l'EUT (vedere il diagramma di configurazione del test).
Dall'analisi dei dati a posteriori, gli indicatori di qualità (stimatori della deviazione standard della posizione e dell'assetto) della traiettoria Horizon post-elaborata consentono di utilizzarla pienamente come riferimento rispetto all'EUT.
Ciascuna delle tre posizioni INS installate a bordo è stata trasferita in un punto comune per consentire confronti diretti.
Stazione base
Tutte le operazioni PPK e RTK sono state eseguite utilizzando un'unica base, la stazione SBG'S, installata sul tetto delle strutture SBG Systems e inserita nella rete IGN RGP, la rete CORS francese.
L'SBGS fornisce il tracciamento di tutte le costellazioni GNSS (GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU). Tutte e quattro le costellazioni sono state utilizzate per le operazioni RTK in tempo reale.
Veicolo di prova
Il veicolo di prova era un furgone dedicato di SBG Systems , equipaggiato con le nostre attrezzature standard, come illustrato nel seguente schema di configurazione.
La linea di base tra le due antenne GNSS è di circa 2 m e la maggior parte dei parametri di installazione sono noti con una precisione particolarmente buona.
Configurazione dell'EUT
Le apparecchiature in prova (EUT) sono state configurate come segue per le misure in tempo reale:
- EUT1: GNSS con tutte e 4 le costellazioni, RTK e aiuto all'odometro.
- EUT2: GNSS con tutte e 4 le costellazioni, nessun RTK, nessun aiuto all'odometro.
Risultati dei test automobilistici
I test automobilistici includono una fase di riscaldamento e tutte le statistiche sono state calcolate con la sua inclusione.
Questa scelta ha nella maggior parte dei casi un impatto negativo sulla maggior parte dei dati, soprattutto per gli errori di direzione che diminuiscono molto rapidamente nei primi 5-10 minuti della missione e in cui i valori elevati hanno un impatto significativo su std e RMS.
Inoltre, abbiamo calcolato le statistiche senza RTK, RTK e PPK a doppia antenna, che rappresentano al meglio i profili automobilistici, includendo intenzionalmente tutte e tre le parti della missione: ambienti GNSS a cielo aperto, medi e difficili. Anche questa scelta ha un impatto negativo sulla maggior parte dei dati.
Queste due scelte fanno sembrare i valori pessimistici. Tuttavia, dimostrano che Quanta Micro è ancora utilizzabile con prestazioni particolarmente buone fin dalla fase di allineamento (anche se non è possibile il riscaldamento) e provano la robustezza degli algoritmi di Quanta Micro , che sono in grado di soddisfare quasi le specifiche di prestazione del prodotto anche in un ambiente di prova molto più difficile di quello specificato.
Scenari in tempo reale
Questi INS sono in grado di funzionare in tempo reale, fornendo una soluzione di navigazione ad alta frequenza e bassa latenza con o senza correzioni RTK. Le tabelle e le figure seguenti forniscono risultati dettagliati in tempo reale per entrambi gli EUT nelle seguenti condizioni.
- profilo di movimento automobilistico
- aiuto dell'odometro per l'EUT #1 (RTK), nessun aiuto dell'odometro per l'EUT #2 (No RTK)
- con ingresso di direzione GNSS a doppia antenna
| EUT#1 (RTK + odo) | EUT#2 (no RTK, no odo) | |||
|---|---|---|---|---|
| Errore | 68% | 95% | 68% | 95% |
| Posizione 2D | 0.021m | 0.246m | 1.155m | 2.734m |
| Posizione verticale | 0.023m | 0.157m | 1.865m | 7.329m |
| Rollio / Inclinazione | 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.
The typical position performance specification cannot be met in such challenging environments. However, when analyzing open-sky and mid-urban GNSS environments, the system easily meets these specifications.
Scenari post-elaborati
Questi scenari valutano le prestazioni finali del prodotto ottenibili con il software di post-elaborazione Qinertia in modalità di calcolo TC merged (forward + backward) e confrontano l'influenza del profilo di movimento. I risultati, visualizzati per un singolo EUT (EUT #2), sono quasi identici per entrambe le unità.
| Profilo TC Automotive (doppia antenna + odo) | TC Profilo dell'aeroplano (antenna singola | |||
|---|---|---|---|---|
| Errore | 68% | 95% | 68% | 95% |
| Posizione 2D | 0.014m | 0.093m | 0.014m | 0.100m |
| Posizione verticale | 0.008m | 0.032m | 0.008m | 0.034m |
| Rollio / Inclinazione | 0.011° | 0.032° | 0.011° | 0.032° |
| Yaw | 0.051° | 0.211° | 0.041° | 0.208° |
La tabella e i grafici precedenti mostrano che il profilo di movimento ha un'influenza marginale sulle prestazioni della post-elaborazione.
Anche se l'ambiente GNSS era molto difficile, il prodotto si comporta molto bene e produce risultati molto accurati. Per quanto riguarda il tempo reale, limitando la missione al cielo aperto e all'ambiente urbano medio si ottengono risultati migliori delle specifiche del prodotto.
Conclusione
Il test e la successiva analisi dei dati di Ekinox Micro e di Quanta Micro evidenziano le loro forti capacità, affidabilità e precisione. Questi sistemi hanno prestazioni eccezionali sia in modalità singola che doppia antenna (ricevitori GNSS RTK), anche in ambienti difficili.
EkinoxEkinox Micro e Quanta Micro sono scelte eccellenti per le applicazioni in tempo reale che richiedono un posizionamento e una determinazione dell'assetto costanti e precisi. Funzionano efficacemente anche in ambienti urbani impegnativi, dimostrando la loro robustezza.
Inoltre, in scenari in cui le prestazioni in tempo reale non sono cruciali (come i rilievi LiDAR e la fotogrammetria), il software Qinertia di SBG Systemsoffre un'eccezionale post-elaborazione, elevando le prestazioni a una precisione centimetrica anche in ambienti GNSS difficili. Ciò rende la combinazione di INS e Qinertia la scelta perfetta per le tecniche di georeferenziazione diretta e SLAM.
Questo studio convalida in modo definitivo l'idoneità di Quanta Micro e Ekinox Micro per diverse applicazioni, comprese quelle che richiedono dimensioni, peso e prestazioni rigorose.
- Quanta Micro, progettato come soluzione OEM, si integra perfettamente nelle applicazioni di rilievo e navigazione volumetrica UAV.
- Grazie al suo design facile da usare e alla sua robustezza (qualificata secondo le norme MIL-STD-461 e MIL-STD-1275), Ekinox Micro è adatto ad applicazioni di rilievo leggere, ma dà il meglio di sé nelle applicazioni di navigazione, dove la robustezza è fondamentale.
Per le attività di rilievo che richiedono parametri SWaP-C più flessibili e una maggiore precisione in un ampio spettro di condizioni, SBG Systems offre i prodotti Quanta Plus, Quanta Extra, Ekinox, Apogee e Navsight. Queste alternative, pienamente compatibili anche con le funzionalità di post-elaborazione di Qinertia, offrono livelli di prestazioni più elevati e rappresentano opzioni eccellenti per le applicazioni che richiedono il massimo delle prestazioni.
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