Ekinox MicroとQuanta Microは、都市部におけるナビゲーションの最前線にあり、自動車試験も実施済みです。
これらは2つの慣性航法システムであり、戦術グレードのMEMSベースのIMUとフル機能を備えたRTK GNSS受信機を組み合わせることで、驚くほどコンパクトな形状で比類のない性能を発揮します。
無人地上/航空/海上車両、屋内マッピング、さらにはUAVサーベイなどの、厳しいSWaP制約のあるアプリケーション向けに特別に調整されています。
この包括的な性能評価に関する記事は、Quanta Microの商用導入を見据え、その性能を検証するために2022年7月に実施された徹底的なテストに基づいています。このレポートを通じて、システムの動的な性能が実証されています。
センサーは、開けた場所、中程度の都市部、都市部の峡谷など、さまざまなGNSS環境で広範囲にテストされました。その結果、一貫して卓越したデータ品質が示されました。Quanta MicroとEkinox Microはどちらも、困難なシナリオでも、仕様を超える性能を発揮しました。
仕様は通常、ウォームアップ段階後の通常な陸上条件のような業界標準のシナリオに基づいているのに対し、このテストにはウォームアップ段階なしの困難な都市条件が含まれていました。
驚くべきことに、Ekinox MicroとQuanta Microはこのテストで優れた性能を発揮し、すべての条件で卓越した性能を実証しました。
前提条件
このテストレポートを読むには、慣性航法と後処理の概念に関するある程度の知識が必要です。ナレッジベースは、慣性航法の素晴らしい世界への旅を始めるのに役立ちます。
略語
- CORS: Continuously Operating Reference Stations（継続的稼働基準局）
- DUT: 試験対象デバイス
- EUT：テスト対象機器
- FOG：光ファイバージャイロ
- GNSS：全地球航法衛星システム（GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO）
- IGN：Institut Géographique National（フランスの公式地理機関）
- IMU：慣性計測ユニット
- INS：慣性航法システム
- LiDAR：Light Detection And Ranging
- MEMS：Micro Electro-Mechanical System（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）
- マージ：Qinertiaを使用したフォワード＋バックワード後処理
- PPK：後処理キネマティック
- RGP: Réseau GNSS Permanent（フランスのCORS全国ネットワーク）
- RMS：二乗平均平方根
- RTK：リアルタイムキネマティック
- Std: 標準偏差
- SWaP-C：サイズ、重量、電力、コスト
- TC：Tight Coupling（タイトカップリング）
- UAV：Unmanned Aerial Vehicle（無人航空機）
試験ミッションの目的と仕様
ミッションの計画と実行
このテストは、2022年7月7日にSBG Systemsのテスト車両に搭載して実施されました。SBG Systemsの施設周辺で、晴天の条件下で115分間のドライブでした。含まれる施設：
- 開けた場所での連続動作45分
- 準密集した都市環境下で35分間の連続運用。
- トンネルを含む過酷な都市環境下で35分間の連続運用。
環境の複雑さを考慮し、衛星の可視性に関して有利な時間帯を選択するためのミッションプランニングは特に行われていません。
ミッションの目標
このミッションは、Quanta MicroとEkinox Micro INSが実際のシナリオでどのように動作するかを実証するために特別に設計されました。これにより、INSが仕様を満たしている（そしてそれを超えている）ことを検証できただけでなく、最も困難なGNSS条件下でも優れたパフォーマンスを発揮することを実証できました。
ミッション中、Quanta Microのリアルタイムパフォーマンスを測定するデータを収集しました。その後、同じデータセットの事後処理（PPK）を実行しました。
これにより、自動車環境におけるQuanta Micro INSのパフォーマンスの全体像を提供できます。また、程度は低いですが、他のアプリケーション（特定のテストレポートの対象）にも適用できます。
最適化されたモーションプロファイルを使用する利点は、自動車および航空機のモーションプロファイルでの処理を比較することで実証されます。
自動車試験のセットアップ
試験対象機器
| 名前 | 説明 | HWリビジョン | シリアルナンバー | ファームウェアバージョン |
|---|---|---|---|---|
| EUT #1 | Quanta Micro | 1.1 | 000041817 | 4.1.5929-Dev |
| EUT #2 | Quanta Micro | 1.1 | 000041818 | 4.1.5929-Dev |
| プロキシによる評価 | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
すべてのテストにおいて、設置パラメータ（ミスアライメント、レバーアームなど）は、CAD図面または以前のキャリブレーションから既知でした。
両方のEUTはQuanta Microですが、このテストレポートの内容はEkinox Microに完全に適用できることに注意してください。Ekinox MicroはQuanta Microの堅牢なバージョンであり、まったく同じように動作します。綿密な内部比較の結果、この主張が確認されています。
基準軌道
性能誤差の評価に使用される参照ソースは、SBG SystemsのHorizon IMU（FOGベースの究極の性能）、Navsight-S、およびEUTとともに車両に搭載されたPegasemオドメーターからのデータを使用した、Qinertiaで処理された緊密に結合された軌道です。ポストプロセッシングに使用されたQinertiaのバージョンは3.2.881-stableでした。
| 名前 | 説明 | 位置精度 | 姿勢精度 | ヘディング精度 |
|---|---|---|---|---|
| Navsight Horizon | FOGベースのINS | 0.01m (@10秒で0.01m) (@60秒で0.05m) | 0.004° (0.004° @ 10秒) (0.005° @ 60秒) | 0.008° (0.008° @ 10秒) (0.010° @ 60秒) |
Navsight-Sに供給する2つのVSP6037L GNSSアンテナは、EUTと共有されています（テストセットアップ図を参照）。
事後データ分析から、事後処理されたHorizon軌道の品質指標（位置および姿勢の標準偏差推定量）により、後者をEUTに関するリファレンスとして完全に使用できます。
オンボードに設置された3つのINSの位置はそれぞれ、直接比較できるように共通のポイントに転送されています。
基地局
すべてのPPKおよびRTKオペレーションは、SBG Systems施設の屋上に設置され、フランスのCORSネットワークであるIGN RGPに含まれている単一のベース局、SBG’Sステーションを使用して実行されました。
SBG Systemsは、完全なGNSSコンステレーション追跡（GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU）を提供します。4つすべてのコンステレーションが、リアルタイムRTK運用に使用されました。
試験車両
テスト車両はSBG Systems専用のバンで、以下のセットアップ図に示すように、当社の標準的な機器が搭載されています。
両方のGNSSアンテナ間のベースラインは約2mで、ほとんどの設置パラメータは非常に高い精度で把握されています。
EUT構成
テスト対象機器（EUT）は、リアルタイム測定のために次のように構成されました。
- EUT1：4つのすべてのコンステレーション、RTK、およびオドメーター支援を備えたGNSS。
- EUT2：4つのすべてのコンステレーションを備えたGNSS、RTKなし、オドメーター支援なし。
自動車試験の結果
自動車テストにはウォームアップ段階が含まれており、すべての統計はその意図的な包含によって計算されています。
この選択は、ほとんどの場合、ほとんどの数値に悪影響を及ぼします。特に、ミッションの最初の5〜10分で非常に速く減少し、高い値がstdおよびRMSに大きな影響を与える見出し誤差に影響を与えます。
さらに、オープンスカイ、ミディアム、および過酷なGNSS環境の3つのミッションパーツすべてを意図的に含めることにより、自動車プロファイルを最もよく表す、RTKなし、RTK、およびPPKデュアルアンテナ統計を計算しました。この選択もほとんどの数値に悪影響を及ぼします。
これらの2つの選択により、値は悲観的に見えます。ただし、Quanta Microは、アライメントフェーズからすぐに（ウォームアップが不可能な場合でも）特に優れたパフォーマンスで使用でき、指定されたよりもはるかに困難なテスト環境でも製品のパフォーマンス仕様をほぼ満たすことができるQuanta Microアルゴリズムの堅牢性を証明しています。
リアルタイムシナリオ
これらのINSはリアルタイムで機能し、RTK補正の有無にかかわらず、高頻度で低遅延のナビゲーションソリューションを提供できます。以下の表と図は、以下の条件下での両方のEUTの詳細なリアルタイムの結果を示しています。
- 自動車のモーションプロファイル
- EUT #1 (RTK) の走行距離計による補助、EUT #2 (RTKなし) の走行距離計による補助なし
- デュアルアンテナGNSSによる方位入力
| EUT#1 (RTK + odo) | EUT#2 (RTKなし、odoなし) | |||
|---|---|---|---|---|
| エラー | 68% | 95% | 68% | 95% |
| 2D位置 | 0.021m | 0.246m | 1.155m | 2.734m |
| 垂直方向位置 | 0.023m | 0.157m | 1.865m | 7.329m |
| ロール / ピッチ | 0.011° | 0.026° | 0.015° | 0.035° |
| ヨー（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.
後処理シナリオ
これらのシナリオでは、Qinertia後処理ソフトウェアのTC結合（順方向＋逆方向）計算モードで達成可能な製品の最終的な性能を評価し、モーションプロファイルの影響を比較します。単一のEUT（EUT #2）について表示された結果は、両方のユニットでほぼ同一でした。
| TC 自動車プロファイル (デュアルアンテナ + 走行距離計) | TC 航空機プロファイル (シングルアンテナ | |||
|---|---|---|---|---|
| エラー | 68% | 95% | 68% | 95% |
| 2D位置 | 0.014m | 0.093m | 0.014m | 0.100m |
| 垂直方向位置 | 0.008m | 0.032m | 0.008m | 0.034m |
| ロール / ピッチ | 0.011° | 0.032° | 0.011° | 0.032° |
| ヨー（Yaw） | 0.051° | 0.211° | 0.041° | 0.208° |
前述の表とプロットは、モーションプロファイルが後処理のパフォーマンスに与える影響はわずかであることを示しています。
GNSS環境は非常に厳しいものでしたが、製品は非常に優れた動作を示し、非常に正確な結果を生み出しています。リアルタイムに関しては、ミッションを開けた場所と中程度の都市環境に制限することで、製品仕様よりも優れた結果が得られます。
結論
Ekinox MicroおよびQuanta Microのテストおよびその後のデータ分析では、それらの強力な機能、信頼性、および精度が強調されています。これらのシステムは、困難な環境下でも、シングルおよびデュアルアンテナモード（RTK GNSS受信機）の両方で非常に優れた性能を発揮します。
Ekinox MicroとQuanta Microは、安定した正確な位置と姿勢の決定を必要とするリアルタイムアプリケーションに最適です。それらは、要求の厳しい都市環境でも効果的に機能し、その堅牢性を示しています。
さらに、リアルタイム性能が重要でないシナリオ（LiDARサーベイや写真測量など）では、SBG SystemsのQinertiaソフトウェアは卓越した後処理を提供し、困難なGNSS環境でも性能をセンチメートルレベルの精度に向上させます。これにより、INSとQinertiaの組み合わせは、直接ジオリファレンスおよびSLAM技術に最適な選択肢となります。
この調査では、Quanta MicroとEkinox Microが、サイズ、重量、および性能に関する厳しい考慮事項を含む、さまざまなアプリケーションに適していることが決定的に検証されています。
- Quanta Microは、OEMソリューションとして設計されており、UAVマッピングおよび体積ナビゲーションアプリケーションにシームレスに統合できます。
- ユーザーフレンドリーな設計と堅牢性（MIL-STD-461およびMIL-STD-1275に準拠）を備えたEkinox Microは、軽度なサーベイ用途に適していますが、堅牢性が重要なナビゲーション用途で最高の性能を発揮します。
より柔軟なSWaP-Cパラメータと、より広範な条件にわたるより高い精度を必要とするサーベイタスクのために、SBG SystemsはQuanta Plus、Quanta Extra、Ekinox、Apogee、およびNavsight製品を提供しています。これらの代替製品は、Qinertiaのポストプロセッシング機能と完全に互換性があり、高度なパフォーマンスレベルを提供し、最高のパフォーマンスを必要とするアプリケーションに最適なオプションとして機能します。
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