Ekinox Micro とQuanta Micro は、戦術的なMEMSベースのIMUとフル機能のRTK GNSSレシーバーを組み合わせた2つの慣性航法システムで、驚くほどコンパクトな形状で比類のない性能を実現します。これらは、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 のようなSWaP制約の厳しいアプリケーション向けに調整されています。

 

この包括的な性能評価記事は、Quanta Micro の能力を検証するために2022年7月に実施された徹底的なテストに基づいており、その商業的導入を見越している。この報告書を通じて、システムの動的性能が実証されている。

センサーは、オープンスカイ、中都市部、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 の両センサは、困難なシナリオにおいても、指定された性能を上回った。仕様は通常、ウォームアップ段階を経た通常の陸上状態のような業界標準のシナリオに基づいているが、今回のテストではウォームアップ段階なしの困難な都市条件も含まれていた。驚くべきことに、Ekinox Micro 、Quanta Micro 。このテストでは、あらゆる条件下で卓越した性能を発揮した。

 

前提条件

このテストレポートを読むには、慣性航法とポスト処理の概念についてある程度の知識が必要です。私たちの知識ベースは、慣性航法の素晴らしい世界への旅立ちをお手伝いします。

 

略語

  • CORS:継続運用基準局
  • DUT:被試験デバイス
  • EUT:被試験機器
  • FOG:光ファイバージャイロスコープ
  • GNSS:全地球航法衛星システム(GPS + GLONASS + BEIDOU + GALLILEO)
  • IGN: Institut Géographique National(フランスの公的地理機関)
  • IMU:慣性計測ユニット
  • INS:慣性航法システム
  • LiDAR:光検出と測距
  • MEMS:Micro 電気機械システム
  • マージした:を使ったフォワード+バックワード・ポストプロセッシング。Qinertia
  • PPK:ポスト処理キネマティック
  • RGP: Réseau GNSS Permanent (フランス全国CORS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・パワー・コスト
  • TC:タイト・カップリング
  • UAV:無人航空機

 

テスト・ミッションの目的と仕様

ミッションの計画と実行

テストは2022年7月7日、SBG Systems テスト車両で実施された。晴天の下、SBGシステム施設周辺を115分間走行した:

  • オープンスカイ条件下で45分間の連続運用。
  • 半密集都市環境下での35分間の連続運転。
  • トンネルを含む過酷な都市環境下での35分間の連続運用。

 

環境の複雑さを考慮すると、衛星の視認性に関して有利な時間帯を選択するようなミッション計画には特に注意が払われていない。

 

ミッション目標

このミッションは、Quanta Micro 、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がその仕様を満たしている(超えている)ことを検証できただけでなく、最も困難なGNSS条件下でもその卓越した性能を実証することができました。

ミッションの間、我々はQuanta Micro のリアルタイム性能を測定するデータを収集した。その後、同じデータセットの後処理(PPK)を行った。これにより、自動車環境におけるQuanta Micro INSの性能の全容を把握することができる。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、自動車と航空機のモーションプロファイルの処理を比較することで実証されています。

 

テストセットアップ

テスト機器

略称

説明

HW Rev.

シリアル番号

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
代理人による評価 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事前に知らされていた。

EUT はいずれもQuanta Micro であるが、本試験報告書の内容はEkinox Micro にも完全に適用可能であることに留意されたい:Quanta Micro の頑丈なバージョンであり、まったく同じように動作する。綿密な内部比較(series )により、この主張が確認されている。

 

参考軌道

性能誤差を評価するために使用された参照ソースは、SBG Systems Horizon IMU(FOGベースの究極性能)、Navsight-S、およびEUTとともに車両に搭載されたPegasem走行距離計からのデータを用いてQinertia 処理された密結合軌道です。ポスト処理に使用されたQinertia のバージョンは3.2.881-stableです。

 

略称

説明

位置精度

姿勢の正確さ

ヘディング精度

Navsight ホライゾン FOGベースのINS

PPK(TCマージド)

0.01m

(0.01m @ 10s)

(0.05メートル@60秒)

0.004°

(0.004° @ 10s)

(0.005° @ 60s)

0.008°

(0.008° @ 10s)

(0.010° @ 60s)

 

Navsight-Sに給電する2つのVSP6037L GNSSアンテナはEUTと共有される(テストセットアップ図を参照)。

事後データ解析から、後処理されたホライゾン軌道の品質指標(位置と姿勢の標準偏差推定値)は、後者をEUTに関する基準として使用することを完全に可能にする。

船内に設置された3つのINSの各ポジションは、直接比較できるように共通のポイントに移されている。

 

基地局

すべてのPPKとRTK操作は、SBGシステムズ社の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に含まれるSBG'Sステーションという単一の基地を使用して行われた。

SBGSは完全なGNSSコンステレーション・トラッキング(GPS + GLONASS + GALILEO + BEIDOU)を提供します。4つのコンステレーションすべてがリアルタイムのRTKオペレーションに使用されました。

 

テスト車両

テスト車両はSBG Systems 専用バンで、以下のセットアップ図に示すような当社の標準装備を装着した。

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特に優れた精度で知られている。

 

 

 

EUT構成

被試験機器(EUT)は、リアルタイム測定用に以下のように構成された:

  • EUT1:4つのコンステレーションを持つGNSS、RTKおよび走行距離計の補助。
  • EUT2:GNSS、全4星座、RTKなし、走行距離計補助なし。

 

試験結果の分析

ウォームアップ段階も含まれる。

すべてのテストにおいて、統計量は意図的にウォームアップ段階を含めて計算されている。この選択は、ほとんどの場合、ほとんどの数値にマイナスの影響を及ぼし、特に、ミッションの最初の5-10分間に非常に速く減少し、高い値が標準偏差とRMSに大きな影響を及ぼす方位誤差については、マイナスの影響を及ぼします。

さらに、自動車プロファイルを最も代表するRTKなし、RTK、PPKデュアルアンテナの統計は、3つのミッションパート(オープンスカイ、中規模、過酷なGNSS環境)すべてを意図的に含めて計算されています。この選択もほとんどの数値にマイナスの影響を与えています。

これら2つの選択は、この値が悲観的なものであることを意味する。しかし、Quanta Micro 、(ウォームアップが不可能な場合でも)アライメント段階からすぐに特に優れた性能を発揮し、まだ使用可能であることを示している。また、Quanta Micro 、規定よりもはるかに厳しいテスト環境でも、製品の性能仕様をほぼ満たすことができるアルゴリズムの堅牢性を証明している。

 

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、高周波数で低遅延のナビゲーションソリューションを提供します。以下の表と図は、両方のEUTについて示されており、以下の条件におけるリアルタイムの結果についての詳細な情報を提供します:

  • 自動車運動プロファイル
  • EUT #1(RTK)の走行距離計補助、EUT #2(RTKなし)の走行距離計補助なし
  • デュアルアンテナGNSSヘディング入力付き

 

EUT #1 (RTK + odo) EUT #2(RTKなし、オドなし)
エラー 68% 95% 68% 95%
2Dポジション 0.021 m 0.246 m 1.155 m 2.734 m
縦位置 0.023 m 0.157 m 1.865 m 7.329 m
ロール/ピッチ 0.011° 0.026° 0.015° 0.035°
ヨー 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).

位置の面では、INSは従来のGNSS技術と比較して、68パーセンタイルと95パーセンタイルに非常に良い影響を与え、短いGNSS停止に対処することができます。

しかし、このような厳しい環境では、一般的な位置性能の仕様を満たすことはできません。分析をオープンスカイと都市部のGNSS環境に限定すると、それらは簡単に満たされます。

 

加工後のシナリオ

これらのシナリオは、TCマージド(フォワード+バックワード)計算モードでQinertia ポスト処理ソフトウェアを使用して到達できる製品の究極性能を評価し、モーションプロファイルの影響を比較することを目的としている。EUTは1台(EUT#2)のみ表示されていますが、結果は2台とも非常によく似ています。

 

TC自動車運動プロファイル
オドメーター・デュアルアンテナ
TC飛行機モーションプロファイル
シングルアンテナ
エラー 68% 95% 68% 95%
2Dポジション 0.014 m 0.093 m 0.014 m 0.100 m
縦位置 0.008 m 0.032 m 0.008 m 0.034 m
ロール/ピッチ 0.011° 0.032° 0.011° 0.032°
ヨー 0.051° 0.211° 0.041° 0.208°

 

前述の表とプロットからわかるように、後処理性能に関しては、モーションプロファイルの影響はわずかである。

GNSS環境が非常に困難であったにもかかわらず、製品の挙動は非常に良く、非常に正確な結果が得られました。実時間に関しては、ミッションをオープンスカイと中程度の都市環境に制限することで、製品の仕様以上の結果が得られました。

 

結論

Ekinox Micro とQuanta Micro のテストとその後のデータ分析により、その強力な能力、現実性、精度が浮き彫りになりました。これらのシステムは、シングルアンテナ、デュアルアンテナモード(RTK GNSS受信機)の両方で、厳しい環境下でも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決めと姿勢決定を必要とするリアルタイム・アプリケーションに 最適な選択肢です。過酷な都市環境でも効果的に動作し、その堅牢性を示している。

さらに、リアルタイムの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'Qinertia ソフトウェアが卓越した後処理を提供し、厳しいGNSS環境でもセンチメートルレベルの精度まで性能を向上させます。このため、INSとQinertia の組み合わせは、直接ジオリファレンスやSLAM技術に最適です。

この研究により、Quanta Micro 、Ekinox Micro 、サイズ、重量、性能に厳しい配慮が必要な用途を含め、さまざまな用途に適していることが実証された。

  • Quanta MicroOEMソリューションとして設計され、UAVサーベイ 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される。
  • 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)により、Ekinox Micro 、軽いサーベイ アプリケーションに適していますが、堅牢性が重要なナビゲーションアプリケーションで最高の性能を発揮します。

サーベイ 、より柔軟なSWaP-Cパラメータと、幅広い条件下での高精度が要求されるタスクのために、SBG Systems 、Quanta Plus 、Quanta Extra 、Ekinox 、Apogee 、Navsight 製品を提供している。これらの代替製品は、Qinertiaの後処理機能とも完全な互換性があり、より高い性能レベルを提供し、最高の性能を必要とするアプリケーションの優れた選択肢となる。

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