Сигнали GNSS є основою сучасної повітряної навігації, проте зі зростанням ризиків глушіння та спуфінгу покладатися лише на GNSS більше не є безпечно. Ключове питання в навігаційній галузі полягає вже не в тому, наскільки добре система працює з RTK або в суворих міських умовах, а скоріше: як далеко ви можете пролетіти — і з якою точністю — коли GNSS недоступна?
Відповідь на це питання вимагає набагато більшого, ніж один тест. Вона вимагає повторюваних, контрольованих і статистично значущих оцінок.
Надання звіту про випробування продуктивності інерціальної навігаційної системи (INS) в умовах GNSS-denied полягає не в створенні гарного графіку чи одного вражаючого числа, яке часто виражається у «відсотках від пройденої відстані». Йдеться про демонстрацію реальної продуктивності в реальних сценаріях — у тих самих умовах, з якими наші клієнти стикаються в польових умовах. Саме тому в SBG Systems ми вирішили створити звіт про повітряне dead reckoning у стилі кваліфікації, а не просте «відібране для демонстрації» демо.
Результати, представлені в нашому звіті, базуються на короткому, але значущому статистичному наборі даних. Ми проаналізували численні втрати сигналу та вивели статистику, щоб забезпечити репрезентативну картину істинної продуктивності. Найкращий результат може трапитися один раз із трьох випробувань — або один раз із десяти тисяч. Публікація лише цього результату була б просто оманливою.
Ця коротка стаття пояснює, чому цей підхід має значення і на що слід звертати увагу при інтерпретації звіту про випробування в умовах GNSS-denied. Мета полягає в тому, щоб допомогти вам приймати обґрунтовані рішення при виборі правильного рішення для вашого застосування.
Чому б не показати лише один GNSS , як це роблять усі інші?
Насправді навігація БПЛА в умовах GNSS denied із залученням даних про повітряний потік — це непросте питання. Умови навколишнього середовища дуже важливі для врахування.
Деякі причини, чому покладання на один ідеальний випадок втрати сигналу дає оманливу картину:
Стабільний повітряний потік = найкращий випадок: Коли повітряний потік навколо літального апарату стабільний, динамічне середовище є плавнішим, і INS поводиться краще. Але це не відображає всі місії.
Відсутність вібрації = найкращий випадок: Вібрації погіршують стабільність інерціальних датчиків та оцінку зміщення. Політ з низькою вібрацією або добре демпфована система є набагато простішими.
Петлі та повороти природним чином приховують дрейф heading: Повороти компенсують дрейф heading і штучно покращують похибку положення. Це також робить цифри чудовими. Вражаюче, звісно… але продуктивність у прямому польоті все ще невідома. Прискорення та обертання допомагають оцінити зміщення. У місії по прямій лінії INS виконує складнішу роботу — але саме це має значення для багатьох клієнтів і саме це відрізняє різні INS.
Температура має значення — дуже велике: Зміни температури змінюють зміщення датчиків, масштабні коефіцієнти та характеристики шуму. В умовах контрольованої або постійної температури INS працює у своїй комфортній зоні, створюючи надто оптимістичне уявлення. Але реальні місії включають: швидкі перепади температур (зліт на висоту), холодне, розріджене повітря на великій висоті, гаряче середовище біля двигунів.
Що ви отримаєте, якщо всі умови будуть виконані?
Коли всі фактори нарешті збігаються — ідеально загашені коливання, рівномірний потік повітря, стабільна температура — система INS свої найкращі можливості. Така продуктивність змушує інженерів ламати голову над тим, як повторити це знову… і змушує наших клієнтів посміхатися від вуха до вуха: Ellipse, з його IMU промислового класу, поводиться як INS тактичного класу, відхиляючись лише на 0,56% від пройденої відстані — приблизно 30 м на 5 км. Ekinox Micro планку, скорочуючи відхилення до 0,13% DT, приблизно 7,2 м. А Apogee? Ледь рухається на 2 м за ті ж 5 км.
Як розтлумачити звітdenied ?
Оцінюючи продуктивність dead reckoning, починайте не з кінцевих цифр похибки, а з траєкторії.
Ось покроковий розклад із 6 етапів, якого ви можете дотримуватися:
1 — Спочатку перевірте траєкторію
Геометрія польоту визначає, чи є випробування складним, чи штучно легким. Багато «маркетингових тестів» використовують: короткі петлі, шаблон іподрому або повторювані розворотні сегменти. Такі траєкторії компенсують інерціальні похибки і роблять продуктивність нереально хорошою.
2 — Перевірте кількість втрат сигналу
Одна втрата сигналу — це лише один зразок. Вона може виглядати чудово — або жахливо — просто випадково.
3 — Дивіться на тривалість втрати сигналу, а не лише на пройдену відстань і швидкість
Звіт, який показує лише втрати тривалістю 10–20 секунд, нічого не говорить про те, як INS поводиться під час тривалішої втрати GNSS.
4 — Дослідіть, як повідомляється про похибку
Деякі специфікації представляють лише середню похибку, що може бути оманливим і не відображати реальну продуктивність. Більш значущі оцінки зазвичай зосереджуються на похибці наприкінці втрати сигналу, яка відображає фактичний дрейф, накопичений під час втрати GNSS або в середовищі denied. Також важливо перевірити, чи виражена похибка на кожну вісь і чи використовується середньоквадратичне значення (RMS) або інший статистичний показник. В ідеалі слід надавати повну еволюцію похибки в часі, що дає повне уявлення про те, як система поводиться протягом усього періоду втрати сигналу, замість того щоб покладатися на одне узагальнене значення.
5 — Шукайте умови навколишнього середовища (рідко згадуються, але мають вирішальне значення)
Продуктивність INS чутлива до реальних збурень: вібрацій, температурних градієнтів, спотворень повітряного потоку та змінних магнітних умов (для систем із підтримкою магнітометра).
6 — Перевірте форму кривої похибки INS. Вона повинна демонструвати лінійне або експоненціальне зростання, а не синусоїдальну поведінку.
Жовта та синя криві відображають типовий INS , коли платформа рухається по прямій без GNSS. Похибка з часом неухильно зростає — лінійно або експоненціально, що є цілком очікуваним. Натомість зелена крива (фігура) не відповідає типовому INS . Похибка, яка спочатку зростає (лінійно або експоненціально), а потім утворює «виступ» і починає зменшуватися, вказує на те, що траєкторія не є прямою.
Ця закономірність свідчить про те, що відбувся поворот або зміна напрямку, що призводить до часткового скасування похибки замість її монотонного зростання.
Як ми завойовуємо довіру наших клієнтів?
Прозорість лежить в основі нашого підходу. Ми завойовуємо довіру клієнтів завдяки ретельним випробуванням та чесній звітності про результати роботи. Замість того, щоб демонструвати ідеальні сценарії, ми перевіряємо наші рішення в реалістичних, складних умовах і надаємо статистично репрезентативні результати — а головне, ми робимо ці результати безпосередньо доступними для наших клієнтів. Це дає нашим клієнтам можливість приймати рішення, ґрунтуючись на тому, що насправді відбувається в реальних умовах, а не на тому, що працює лише в ідеальних умовах.
Ознайомитися з повним звітом про випробування в польових умовах