Сигнали GNSS є основою сучасної бортової навігації, проте зі зростанням ризиків глушіння (jamming) та підробки (spoofing) покладатимуться лише на GNSS більше небезпечно. Ключове питання в навігаційній індустрії полягає вже не в тому, наскільки добре система працює з RTK або в суворих міських умовах, а скоріше в тому: як далеко ви можете летіти — і з якою точністю — коли GNSS недоступний?
Відповідь на це питання вимагає набагато більшого, ніж один тест. Це вимагає повторюваних, контрольованих та статистично значущих оцінок.
Надання звіту про тестування продуктивності інерціальної навігаційної системи (INS) в умовах denied GNSS — це не створення гарного графіка чи одного вражаючого показника, який часто виражається у «відсотках від пройденої відстані». Йдеться про демонстрацію реальної продуктивності в реальних сценаріях — тих самих умовах, з якими наші клієнти стикаються в польових умовах. Саме тому в SBG Systems ми вирішили створити звіт про повітряний dead reckoning у кваліфікаційному стилі, а не просту «підібрану» демо-версію.
Результати, представлені в нашому звіті, ґрунтуються на короткому, але значущому статистичному наборі даних. Ми проаналізували численні втрати зв'язку (outages) та вивели статистику, щоб забезпечити репрезентативну картину реальної продуктивності. Найкращий результат може статися один раз на три спроби — або один раз на десять тисяч. Оприлюднення лише цього результату було б просто оманливим.
Ця коротка стаття пояснює, чому цей підхід має значення і на що слід звернути увагу при інтерпретації звіту про випробування в умовах denied GNSS. Мета полягає в тому, щоб допомогти вам приймати обґрунтовані рішення при виборі правильного рішення для вашого застосування.
Чому б не показати лише одне переривання GNSS, як усі інші
Насправді навігація БПЛА в умовах відсутності GNSS (GNSS denied) із допомогою даних про повітряне середовище — це не така проста справа. Умови навколишнього середовища мають дуже велике значення, яке слід враховувати.
Деякі причини, чому опора на один ідеальний збій є оманливою картиною:
Стабільний повітряний потік = найкращий випадок: Коли потік повітря навколо літального апарата є стабільним, динамічне середовище є плавним, і INS поводиться краще. Але це не відображає всі місії.
Відсутність вібрації = найкращий випадок: Вібрації погіршують стабільність інерціального датчика та оцінку зміщення. Політ із низьким рівнем вібрації або добре демпфована система є набагато простішими.
Петлі та повороти природним чином приховують дрейф heading: Повороти компенсують дрейф heading та штучно покращують похибку положення. Це також робить цифри чудовими. Вражаюче, звісно… але продуктивність під час польоту по прямій досі невідома. Прискорення та обертання допомагають оцінити зміщення. У місії по прямій лінії INS має складнішу роботу, але саме тут продуктивність має значення для багатьох клієнтів і саме це відрізняє одні INS від інших.
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 зоні комфорту, створюючи занадто оптимістичну картину. Але реальні місії включають: швидкі перепади температур (зліт на висоту), холодне розріджене повітря на великій висоті, спекотне середовище поблизу двигунів.
Що ви отримаєте, коли всі умови будуть виконані?
Коли всі умови нарешті ідеально збігаються — ідеально затухлі вібрації, плавний потік повітря, стабільна температура — INS демонструє свій найкращий результат. Той тип продуктивності, від якого інженери чухають потилиці, міркуючи, як повторити це знову… і змушує наших клієнтів усміхатися від вуха до вуха: Ellipse з його IMU промислового класу поводиться як INS тактичного класу, зсуваючись лише на 0,56% від пройденої відстані — приблизно 30 м на 5 км. Ekinox Micro підіймає планку ще вище, зменшуючи дрейф до 0,13% DT, що становить близько 7,2 м. А Apogee? Ледь зміщується на 2 м на тій самій дистанції 5 км.
Як інтерпретувати звіт про випробування в умовах GNSS-denied?
Коли ви оцінюєте продуктивність dead reckoning, починайте не з кінцевих показників похибки, а з траєкторії.
Ось покроковий посібник із 6 кроків, якого варто дотримуватися:
1 – Спершу перевірте траєкторію
Геометрія польоту визначає, чи є тест складним, чи штучно простим. Багато «маркетингових тестів» використовують: короткі петлі, іподромну схему або повторювані сегменти розвороту. Ці траєкторії компенсують інерційні похибки та роблять продуктивність нереалістично високою.
2 – Перевірте кількість переривань (outages)
Окреме переривання — це лише один вимір. Він може здаватися чудовим — або жахливим — просто випадково.
3 – Зважайте на тривалість переривання, а не лише на пройдену відстань і швидкість
Звіт, у якому вказано лише 10–20 секундні переривання, нічого не говорить про те, як INS поводиться під час тривалішого переривання GNSS.
4 – Проаналізуйте, як подається похибка
Деякі специфікації містять лише середню похибку, що може ввести в оману та не відображати реальну продуктивність. Більш показові оцінки зазвичай зосереджуються на похибці наприкінці переривання, яка відображає справжній дрейф, що накопичується під час переривання GNSS або в denised середовищі. Також важливо перевірити, чи виражається похибка по кожній осі та чи використовується 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 переривання, а не покладатися на одне узагальневе значення.
5 – Зважайте на умови довкілля (рідко згадуються, але мають вирішальне значення)
Продуктивність INS чутлива до реальних збурень: вібрацій, температурних градієнтів, спотворень повітряного потоку та зміни магнітних умов (для систем із підтримкою магнітометра).
6 – Перевірте форму кривої похибки INS. Вона повинна демонструвати лінійне або експоненційне зростання, а не синусоїдальну поведінку.
Жовта та синя криві відображають типовий дрейф INS, коли платформа рухається по прямій лінії без GNSS. Похибка стабільно зростає з часом лінійно або експоненційно, що є очікуваним. Натомість зелена крива (форма) не відображає типовий дрейф INS. Похибка, яка спочатку зростає (лінійно або експоненційно), потім утворює «виступ» і починає зменшуватися, вказує на те, що траєкторія не є прямою.
Ця закономірність показує, що стався поворот або зміна напрямку, що призводить до того, що похибка частково нівелюється, а не зростає монотонно.
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 оприлюднюємо статистично репрезентативні результати — а головне, ми надаємо ці результати безпосередньо нашим клієнтам. 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