航空機テスト

航空機ナビゲーションとは、飛行中の航空機の位置と進路を特定するために使用される技術と手法を指します。効果的なナビゲーションは、航空機が目的地に安全かつ効率的に到達することを保証します。航空機ナビゲーションに関わる主要な構成要素と手法には、慣性航法システム (INS) や全球測位衛星システム (GNSS) などがあります。お客様のために、包括的な航空機搭載テストをご用意しました。

SBG Systemsには革新の文化があり、実環境下で当社のEllipseおよびQuanta Microの性能を評価するための過酷な飛行試験のアイデアが具体化された際、ためらいは一切ありませんでした。これらのテストを実施するには時間とリソースを要しましたが、その成果は価値のあるものでした。このプロジェクトにご協力いただいたApache aviationに深く感謝いたします。

慣性航法システム (INS) は、航空機ナビゲーション用途において、正確な測位および航法情報を提供する上で重要な役割を果たします。当社はそれらを実環境下でテストし、その信頼性を評価しました。

航空ナビゲーションにおける例外的なテストキャンペーン

航空宇宙試験の実施には複雑な実装（規制、狭いスペースなど）が伴うことに加えて、これらの試験は、実際の条件下でテストする機会がほとんどなかった特定の質問に対する答えが得られたため、特に特別なものでした。それはINSメーカーにとって有益でした。

• 当社の当初の目的は、アルゴリズムの継続的な改善に焦点を当てて、テストデータベースを充実させることでした。多くのテストは通常、「2D」環境（例：車、ボート）で実施されますが、「3D」テストは比較的まれです。
• 航空宇宙分野のお客様は、機密情報であることが多いため、データを提供することはほとんどありません。
• 私たちが取り組もうとしたもう1つの課題は、4gを超える大きな振動や加速度を含む、極端なダイナミクス下でのアルゴリズムの堅牢性の検証でした。
• さらに、これにより、方向の急激な変化、または航空機の完全な反転（逆さまに飛行）による重大な信号遮断がある、困難なGNSS環境での機器の性能を評価することができました。

ジンバルロック現象

これらの飛行では、可能なすべての姿勢をテストすることもできました。その中には、ピッチが90°に近づくと、特定のナビゲーションアルゴリズムで従来困難を引き起こす「ジンバルロック」効果を引き起こすものもあります。当社のアルゴリズムは、クォータニオンを使用してこの問題に対処するように設計されていますが、そのような条件下で挑戦されることはめったにありません。

最後に、堅牢性と機能の側面だけでなく、これらの極端な条件下でナビゲーション性能を維持できるかどうかを確認することを目指しました。

これらのテストは盲目的に実施されたことに注意してください。

安全上の理由から、ラップトップコンピューターを機内に持ち込むことは不可能ではありませんが、困難です。関係するすべてのセンサーを使用して、フライトテストを開始する前に、すべてを構成し、二重チェックする必要がありました。

テストプラットフォームは、データロギングのために完全に自律的である必要があり、準備と飛行の全期間に十分な容量のバッテリーが必要でした。これらすべてを非常に狭い寸法内に統合する必要がありました。

セットアップと飛行計画

INSデバイスの性能を包括的に評価するために、航空ナビゲーション運用中に遭遇するさまざまなシナリオを表す2つのフライトが予定されています。

• 低ダイナミックな操縦と直線水平飛行状態での典型的な飛行
• 多くの姿勢と加速度でデバイスを刺激するための、曲技飛行
• これにより、通常の状態と困難な状態の両方で、製品が仕様どおりのリアルタイム性能を発揮することを検証できました。

Ellipse-DとQuanta Microの2つの製品をテストしました。後処理されたApogee-D（前方+後方処理による緊密に結合されたPPK）は、この評価の基準として使用されました。そして、それらはすべて非常にうまく機能し、SBG Systemsの乗組員よりもはるかに優れていました。

フライト1：標準的なフライトプロファイル

Flight 1の主な焦点は、低ダイナミックな操縦と直線水平飛行条件を含む、典型的な飛行プロファイルにおけるデバイスの性能を評価することです。

このフライトは、比較の基準を提供し、通常の飛行運用中のINSデバイスの精度と安定性を評価します。

このフライト中に収集されたデータは、航空ナビゲーションのより困難な条件下での性能を評価するためのベンチマークを確立するのに役立ちました。

飛行計画は、クライムアウト、標準旋回、急旋回、浅いバンク、Phugoid、加速、減速、ピッチアップ、ピッチダウンなど、一連の動作で構成されています。

フライト2：アクロバット飛行

Flight 2では、INSデバイスは、極端な姿勢と加速度での性能をテストするために、一連のエアロバティックな操縦を受けます。急速でアグレッシブな動きを特徴とするエアロバティックな操縦は、航空ナビゲーションにおけるナビゲーションシステムに大きな課題をもたらします。

これらの厳しい条件をシミュレートすることで、正確な位置特定が不可欠な実際のシナリオにおけるINSデバイスの堅牢性と精度を評価できます。

飛行計画は、クライムアウト、標準旋回、急旋回、浅いバンク、Phugoid、エルロンロール、バレルロール、4ポイントロール、Immelmannターン、Sターン、加速、減速、ピッチアップ、ピッチダウンなど、一連の動作で構成されています。

テスト対象デバイス

評価のために選ばれた2つのINSデバイスは、Ellipse-DとQuanta Microです。Ekinox Microは、Quanta Microを介して間接的に評価されます。

ユニット	ハードウェアコード	ハードウェアリビジョン	シリアルナンバー	ファームウェア
EUT#1	ELLIPSE-D-G4A3-B1	3.3.00	000043763	2.5.169-stable
EUT#2	QUANTA-USG	1.1.0.0	000042492	4.2.228-beta
プロキシによる評価	Ekinox Micro	0.1	000046860	5.0.1945-beta

正確なEkinox Microハードウェアはこのテストには含まれていませんでしたが、Quanta Microの堅牢版であり、まったく同じように動作します。したがって、このテストの結果はEkinox Microに完全に適用できます。

基準ユニット

Apogee-DユニットとQinertia PPK（前方+後方処理による緊密結合PPK）が、テストのリファレンスとして使用されます。

テスト結果

最初のテスト：典型的な飛行

2回目のテスト：アクロバット飛行

シングルアンテナ vs デュアルアンテナ

下のグラフは、Quanta Microのリアルタイム性能を、シングルアンテナと最適とは言えないデュアルアンテナ構成（異なるアンテナタイプを使用）で比較したものです。

飛行開始から7分以上、低ダイナミックな直線が続きますが、それ以前に高いダイナミックな操作はありません。これは最適な条件とは言えませんが、シングルアンテナ構成は正常に動作しており、誤差が大きくなっています。

このような状況は明らかにデュアルアンテナ構成に有利であり、低ダイナミックな条件下でも正確な測定を提供できます。

この最初の直線を誤差分析から除外すると、シングルアンテナの性能はデュアルアンテナの性能と同等であることがわかります。

結果分析

Ellipse-Dの結果と仕様の比較

測定	目標値（RMS）	達成値、通常の飛行 (RMS)	達成値、アクロバット飛行 (RMS)	標準的な飛行に基づくステータス
水平方向の位置	1.2 m	0.574 m	0.647 m	OK
高度	1.5 m	1.012 m	1.050 m	OK
ロール	0.1°	0.041°	0.064°	OK
ピッチ	0.1°	0.041°	0.043°	OK
ヘディング	0.2° (ベースライン > 2 m)	0.147°	0.127°	OK

余談ですが、テストで使用されたEllipse-Dは、期待を上回る卓越したレベルの性能を示しました。

当社のすべてのIMUは指定された性能を満たしていますが、それを上回るものもあります。Ellipse-Dはそのような卓越した性能の例として際立っており、「史上最高のEllipse」という称号を獲得し、当社の棚で特別な位置を占めています。

Quanta Micro / Ekinox Microの結果と仕様の比較

測定	目標値（RMS）	達成値、通常の飛行 (RMS)	達成値、アクロバット飛行 (RMS)	標準的な飛行に基づくステータス
水平方向の位置	1.2 m	0.688 m	0.689 m	OK
高度	1.5 m	1.204 m	1.049 m	OK
ロール	0.03°	0.023°	0.049°	OK
ピッチ	0.03°	0.027°	0.036°	OK
ヘディング	0.1°	0.109°	0.146°	OK

結論

一般的な飛行試験では、Ellipse-DとQuanta Micro / Ekinox Microは、リアルタイムのシングルポイント条件で仕様を上回りました。アクロバット飛行試験では、Ellipse-DとQuanta Micro / Ekinox Microが優れた性能を発揮し、エラーがなく、通常の飛行条件に適用される指定値とほぼ一致していることも明らかになりました。

これらのテストは、SBG SystemsのINSが、シングルポイント条件下での航空ナビゲーションアプリケーションにとって、非常に信頼性が高く正確なツールであることを強調しています。常に卓越したパフォーマンスを提供し、困難なシナリオでも信頼性を保証します。