Nawigacja lotnicza odnosi się do technik i technologii używanych do określania pozycji i kursu statku powietrznego podczas lotu. Skuteczna nawigacja zapewnia, że statek powietrzny dociera do celu bezpiecznie i sprawnie. Oto niektóre kluczowe komponenty i metody związane z nawigacją lotniczą: Inercyjne Systemy Nawigacyjne (INS), Globalne Systemy Nawigacji Satelitarnej (GNSS) itp. Przygotowaliśmy dla Państwa pełny test lotniczy.
W SBG Systems panuje kultura innowacji, więc kiedy pojawił się pomysł intensywnego lotu w celu oceny wydajności naszych Ellipse i Quanta Micro w rzeczywistych warunkach, nie było wahania. Realizacja tych testów wymagała czasu i zasobów, ale wynik był tego wart. Serdeczne podziękowania dla Apache aviation za pomoc w tym projekcie.
Inercyjne Systemy Nawigacyjne (INS) odgrywają kluczową rolę w dostarczaniu dokładnych informacji o pozycji i nawigacji dla zastosowań w nawigacji lotniczej. Przetestowaliśmy je w rzeczywistych warunkach, aby ocenić ich niezawodność.
Wyjątkowa kampania testowa w nawigacji lotniczej
Oprócz złożonej implementacji związanej z przeprowadzaniem testów w przestrzeni powietrznej (przepisy, ciasne przestrzenie itp.), próby te są szczególnie wyjątkowe, ponieważ dały nam odpowiedzi na pewne pytania, które niewielu producentów INS miało okazję przetestować w rzeczywistych warunkach:
- Naszym początkowym celem było wzbogacenie naszej bazy danych testowych, z naciskiem na ciągłe doskonalenie naszych algorytmów. Wiele testów jest zazwyczaj przeprowadzanych w środowisku “2D” (np. samochody, łodzie), podczas gdy testy “3D” są stosunkowo rzadkie.
- Klienci z branży lotniczej rzadko udostępniają dane, ponieważ często są one poufne.
- Kolejnym pytaniem, na które staraliśmy się odpowiedzieć, była walidacja niezawodności naszych algorytmów w ekstremalnych warunkach dynamicznych, w tym przy znacznych wibracjach i przyspieszeniach przekraczających 4g.
- Ponadto, pozwoliło nam to ocenić wydajność naszego sprzętu w trudnych środowiskach GNSS, gdzie występują znaczne blokady sygnału z powodu nagłych zmian orientacji, a nawet całkowitego odwrócenia samolotu (lot do góry nogami).
Efekt blokady kardanowej (Gimbal lock)
Loty te umożliwiły nam również przetestowanie wszystkich możliwych orientacji, z których niektóre wywołują efekt “zablokowania gimbala”, który tradycyjnie stwarza trudności dla niektórych algorytmów nawigacyjnych, gdy kąt pitch zbliża się do 90°. Chociaż nasze algorytmy są zaprojektowane do radzenia sobie z tym problemem za pomocą kwaternionów, rzadko są poddawane próbom w takich warunkach.
Ponadto, oprócz aspektów solidności i funkcjonalności, naszym celem było sprawdzenie, czy wydajność nawigacji może zostać utrzymana w tych ekstremalnych warunkach.
Warto zauważyć, że testy te przeprowadzono w trybie ślepym.
Ze względów bezpieczeństwa trudno, jeśli nie niemożliwe, jest zabranie na pokład laptopa. Ze względu na wszystkie zaangażowane czujniki, wszystko musiało być skonfigurowane i dokładnie sprawdzone przed rozpoczęciem testów w locie.
Platforma testowa musiała być całkowicie autonomiczna w zakresie rejestrowania danych, a bateria o wystarczającej pojemności była wymagana na cały czas trwania przygotowań i lotów. Wszystko to musiało być zintegrowane w bardzo ciasnych wymiarach.
Konfiguracja i plan lotu
W celu kompleksowej oceny działania urządzeń INS zaplanowano dwa loty, z których każdy reprezentuje różne scenariusze napotykane podczas operacji nawigacji powietrznej:
- Typowy lot, z manewrami o niższej dynamice i prostym poziomym warunkiem lotu
- Lot akrobacyjny, aby stymulować urządzenia w wielu orientacjach i przyspieszeniach
- To pozwoliło nam sprawdzić, czy zarówno w normalnych, jak i trudnych warunkach produkty oferują określony poziom wydajności w czasie rzeczywistym.
Przebadano dwa produkty: Ellipse-D i Quanta Micro. Przetworzony Apogee-D (ściśle sprzężony PPK z przetwarzaniem w przód i w tył) służył jako odniesienie dla tej oceny. I wszystkie wypadły bardzo dobrze, znacznie lepiej niż załoga SBG Systems.
Lot 1: Typowy profil lotu
Głównym celem Flight 1 jest ocena wydajności urządzeń w typowym profilu lotu, obejmującym manewry o niższej dynamice i warunki lotu prostego w poziomie.
Ten lot stanowi podstawę do porównań i ocenia dokładność i stabilność urządzeń INS podczas regularnych operacji lotniczych.
Dane zebrane podczas tego lotu pomogły ustalić punkt odniesienia do oceny ich wydajności w trudniejszych warunkach nawigacji powietrznej.
Plan lotu składa się z szeregu figur, takich jak wznoszenie, standardowe i strome zakręty, płytkie przechylenia, falki, przyspieszenia i opóźnienia, pitch w górę i w dół…
Lot 2: Manewry akrobacyjne
Podczas Lotu 2 urządzenia INS poddawane są serii manewrów aerobatycznych w celu przetestowania ich możliwości w ekstremalnych orientacjach i przyspieszeniach. Manewry aerobatyczne, charakteryzujące się szybkimi i agresywnymi ruchami, stanowią poważne wyzwanie dla systemów nawigacyjnych w nawigacji powietrznej.
Symulując te wymagające warunki, możemy ocenić odporność i dokładność urządzeń INS w rzeczywistych scenariuszach, gdzie precyzyjne pozycjonowanie jest kluczowe.
Plan lotu składa się z serii figur, takich jak wznoszenie, standardowe i strome zakręty, płytki zakręt, falgoida, beczka wykonywana lotkami, beczka, przewrót z zatrzymaniem, Immelmann, litera S, przyspieszenia i opóźnienia, zadzieranie i opuszczanie nosa…
Testowane urządzenia
Do oceny wybrano dwa urządzenia INS: Ellipse-D i Quanta Micro. Ekinox Micro jest również oceniany pośrednio przez Quanta Micro.
| Jednostka | Kod sprzętu | Wersja sprzętu | Numer seryjny | Oprogramowanie układowe |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| Oceniono pośrednio | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-beta |
Chociaż dokładny sprzęt Ekinox Micro nie został uwzględniony w tym teście, jest to wytrzymała wersja Quanta Micro i zachowuje się dokładnie tak samo. Dlatego wyniki tego testu mają w pełni zastosowanie do Ekinox Micro.
Jednostka referencyjna
Jednostka Apogee-D z Qinertia PPK (ściśle sprzężone PPK z przetwarzaniem w przód i w tył) służy jako odniesienie dla testu.
Wyniki testów
Pierwszy test: typowy lot
Drugi test: lot aerobatyczny
Pojedyncza kontra podwójna antena
Poniższy wykres przedstawia wydajność Quanta Micro w czasie rzeczywistym dla pojedynczej anteny w porównaniu z suboptymalną konfiguracją z dwiema antenami (z różnymi typami anten).
Początek lotu to niskodynamiczna linia prosta trwająca ponad 7 minut, bez wcześniejszych manewrów o wysokiej dynamice. Chociaż warunki te są dalekie od optymalnych, konfiguracja z pojedynczą anteną działa prawidłowo, z większym błędem.
Tego rodzaju sytuacja wyraźnie przemawia na korzyść konfiguracji z dwiema antenami, zdolnej do dostarczania dokładnych pomiarów, nawet w warunkach niskiej dynamiki.
Jeśli ta początkowa linia prosta zostanie wyłączona z analizy błędów, możemy zauważyć, że wydajność pojedynczej anteny jest równoważna wydajności dwóch anten.
Analiza wyników
Porównanie wyników Ellipse-D ze specyfikacjami
| Pomiar | Wartość docelowa (RMS) | Uzyskana wartość, typowy lot (RMS) | Uzyskana wartość, lot akrobatyczny (RMS) | Status, na podstawie typowego lotu |
|---|---|---|---|---|
| Pozycja horyzontalna | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | OK |
| Wysokość | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | OK |
| Przechył | 0.1° | 0.041° | 0.064° | OK |
| Pitch | 0.1° | 0.041° | 0.043° | OK |
| Heading | 0.2° (linia bazowa > 2 m) | 0.147° | 0.127° | OK |
Na marginesie, użyty w teście system Ellipse-D wykazał wyjątkowy poziom wydajności, przekraczając oczekiwania.
Chociaż wszystkie nasze IMU spełniają określone parametry, niektóre mogą je nawet przewyższać. Ellipse-D wyróżnia się jako przykład takiej wyjątkowej wydajności, zdobywając tytuł “Najlepszego Ellipse w historii” i zajmując specjalne miejsce na naszej półce.
Porównanie wyników Quanta Micro / Ekinox Micro ze specyfikacjami
| Pomiar | Wartość docelowa (RMS) | Uzyskana wartość, typowy lot (RMS) | Uzyskana wartość, lot akrobatyczny (RMS) | Status, na podstawie typowego lotu |
|---|---|---|---|---|
| Pozycja horyzontalna | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | OK |
| Wysokość | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | OK |
| Przechył | 0.03° | 0.023° | 0.049° | OK |
| Pitch | 0.03° | 0.027° | 0.036° | OK |
| Heading | 0.1° | 0.109° | 0.146° | OK |
Podsumowanie
Podczas typowego testu w locie zarówno Ellipse-D, jak i Quanta Micro / Ekinox Micro przekroczyły swoje specyfikacje w warunkach pojedynczego punktu w czasie rzeczywistym. Test lotu akrobacyjnego ujawnił również, że Ellipse-D i Quanta Micro / Ekinox Micro zapewniły wyjątkową wydajność, nie wykazały żadnych błędów i ściśle pokrywały się z określonymi wartościami, które zwykle mają zastosowanie w normalnych warunkach lotu.
Testy te podkreślają, że INS firmy SBG są wysoce niezawodnymi i dokładnymi narzędziami do zastosowań w nawigacji powietrznej w warunkach pojedynczego punktu. Konsekwentnie zapewniają one wyjątkową wydajność, zapewniając niezawodność w trudnych scenariuszach.
