Ellipse,Quanta Micro およびEkinox Micro の航空機ナビゲーションにおける性能評価

エアボーン・ナビゲーションとは、飛行中の航空機の位置と航路を決定するために使用される技術と技法を指す。

効果的なナビゲーションは、航空機が安全かつ効率的に目的地に到達することを保証する。ここでは、航空機ナビゲーションに関わる主要なコンポーネントと方法をいくつか紹介する：慣性航法システム（INS）、全地球航法衛星システム（GNSS）など。

SBG Systems Ellipse と の性能を実際のコンディションで評価するための激しいフライトのアイディアが練られたとき、何のためらいもなかった。Quanta Micro

これらのテストを実現するためには時間とリソースが必要だったが、その価値はあった。このプロジェクトに協力してくれたApache aviationに感謝する。

慣性航法システム（INS）は、航空機航法アプリケーションに正確な位置と航法情報を提供する上で重要な役割を果たしています。

私たちは、その信頼性を評価するために、実環境でテストを行った。

 

 

エアボーン・ナビゲーションにおける異例のテストキャンペーン

航空宇宙試験の実施に伴う複雑な実装（規制、狭いスペースなど）に加え、これらの試験は、INSメーカーが実際の条件下で試験する機会がほとんどなかったある疑問に対する答えを与えてくれたという点で、特に例外的なものだった。

私たちの最初の目的は、アルゴリズムの継続的な改善に焦点を当て、テストデータベースを充実させることでした。多くのテストは一般的に「2D」環境（車やボートなど）で実施され、「3D」テストは比較的少ない。

航空宇宙用途の顧客は、機密事項であることが多いため、データを提供することはめったにない。

私たちが取り組もうとしたもうひとつの疑問は、大きな振動や4Gを超える加速度など、極端なダイナミクス下でのアルゴリズムのロバスト性の検証だった。

さらに、これにより、方位の急激な変化や、航空機の完全な反転（逆さま飛行）により信号が大幅に遮断されるような、厳しいGNSS環境における機器の性能を評価することができました。

 

ピッチが90°に近づくと、従来は特定のナビゲーション・アルゴリズムに困難をもたらす「ジンバル・ロック」効果を引き起こすものもあった。

我々のアルゴリズムはクォータニオンを使ってこの問題を処理するように設計されているが、このような条件下で挑戦されることはほとんどない。

最後に、ロバスト性と機能性に加えて、このような極限状態でもナビゲーション性能を維持できるかどうかも検証することを目的とした。

これらのテストが盲目的に行われたことは注目に値する。

安全上の理由から、ノートパソコンを機内に持ち込むことは不可能ではないにせよ、難しい。すべてのセンサーが関係しているため、飛行テストを開始する前にすべてを設定し、ダブルチェックする必要があった。

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なければならず、準備と飛行の全期間にわたって十分な容量のバッテリーが必要だった。これらすべてを非常に厳しい寸法で統合しなければならなかった。

 

セットアップとフライトプラン

INS装置の性能を総合的に評価するため、空中航行中に遭遇するさまざまなシナリオを想定した2回の飛行が予定されている：

• ダイナミックなマニューバーが少なく、水平飛行が続く典型的なフライト。
• 曲技飛行で、様々な方向と加速度でデバイスを刺激する。

これにより、通常の条件でも厳しい条件でも、製品が指定されたレベルのリアルタイム性能を発揮することを確認することができた。

Ellipse-D 。 Quanta Micro.後処理されたApogee-D （前方＋後方処理で密結合されたPPK）が、この評価の基準となった。そして、これらはすべて非常に良い結果を出した。実際、SBG Systems' クルーよりもはるかに良かった。

 

フライト1：典型的なフライトプロファイル

フライト1の主な目的は、低ダイナミック・マヌーバと水平飛行を含む典型的な飛行プロファイルにおける装置の性能を評価することである。

この飛行は、比較のためのベースラインを提供し、通常の飛行中のINS装置の精度と安定性を評価する。

このフライトで収集されたデータは、空中航行のより厳しい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った。

 

飛行計画は、series 、上昇、標準旋回と急旋回、浅いバンク、フーゴイド、加速と減速、ピッチアップとダウン...といった数値で構成されている。

 

フライト2：曲技飛行

フライト2では、極端な方向と加速度における能力をテストするため、INS装置はseries 。曲技飛行は、急速かつ攻撃的な動きを特徴とし、空中航行におけるナビゲーションシステムに重大な課題をもたらす。

このような厳しい条件をシミュレートすることで、正確な測位が不可欠な実世界のシナリオにおけるINSデバイスの堅牢性と精度を評価することができる。

飛行計画は、series 、上昇、標準旋回と急旋回、ハローバンク、フーゴイド、エルロンロール、バレルロール、4ポイントロール、イメルマン、Sターン、加速と減速、ピッチアップとダウン...といった数値で構成されている。

テスト中のデバイス

評価のために選ばれた2つのINSデバイスは、Ellipse-D とQuanta Micro である。Ekinox Micro についても、プロキシで評価されている。 Quanta Micro.

		ハードウェアコード	ハードウェア改訂	シリアル番号	ファームウェアバージョン
EUT#1		ELLIPSE-D-G4A3-B1	3.3.00	000043763	2.5.169-安定版
EUT#2		QUANTA-USG	1.1.0.0	000042492	4.2.228ベータ
代理人による評価		Ekinox Micro	0.1	000046860	5.0.1945-beta

 

正確には EkinoxMicro ハードウェアはこのテストには含まれていない、 Quanta Micro の頑丈なバージョンであり、その動作は 全く 同じ. 従って、このテストの結果は、以下の製品に完全に当てはまります。 EkinoxMicro.

 

参照ユニット

Apogee-D Qinertia PPK（前方＋後方処理の密結合PPK）を搭載したユニットがテストの基準となる。

テスト結果

最初のテスト：典型的なフライト

 

 

 

 

 

第2テスト：曲技飛行

 

シングルとデュアルアンテナ

以下のグラフは、Quanta Micro シングルアンテナにおけるリアルタイム性能と、（異なるアンテナタイプを特徴とする）最適とは言えないデュアルアンテナ設定とを示している。

飛行開始は、事前に高ダイナミックマヌーバを行うことなく、低ダイナミック直線を7分以上。これは最適な条件下ではあるが、シングル・アンテナのセットアップは、より高い誤差を伴いながら適切に動作している。

このような状況は、低ダイナミック条件でも正確な測定が可能なデュアルアンテナ・セットアップの利点であることは明らかだ。

この初期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る。

 

結果分析

Ellipse-D の結果と仕様の比較

測定	目標値（実効値）	典型的なフライトでの達成値（RMS）	アクロバット飛行での達成値（RMS）	ステータス - 典型的なフライトに基づく
水平位置	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
見出し	0.2°（ベースライン > 2 m）	0.147 °	0.127 °	OK

 

余談だが、テストに使用されたEllipse-D 、予想を上回る並外れたパフォーマンスを発揮した。

Ellipse-D 。そのような卓越した性能の例として際立っており、"BestEllipse Ever "の称号を得て、当社の棚で特別な位置を占めている。

 

Quanta Micro /Ekinox Micro の結果とスペックとの比較

測定	目標値（実効値）	典型的なフライトでの達成値（RMS）	アクロバット飛行での達成値（RMS）	ステータス - 典型的なフライトに基づく
水平位置	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
見出し	0.1°	0.109 °	0.146 °	OK

 

結論

典型的なフライトテストでは、Ellipse-D 、Quanta Micro ／ Ekinox Micro 、いずれもリアルタイムのシングルポイント条件で仕様を上回った。

曲技飛行テストでも、Ellipse-D 、Quanta Micro ／Ekinox Micro 、卓越した性能を発揮し、エラーもなく、通常の飛行条件に適用される規定値とほぼ一致していることが明らかになった。

これらのテストは、SBGのINSがシングルポイント条件下での空中航行アプリケーションのための非常に信頼性の高い正確なツールであることを強調している。

常に卓越した性能を発揮し、困難なシナリオでも信頼性を確保します。