Повітряна навігація — це сукупність методів і технологій, що використовуються для визначення положення та курсу літака під час польоту. Ефективна навігація гарантує безпечне та оперативне прибуття літака до пункту призначення. Ось деякі ключові компоненти та методи, що застосовуються в повітряній навігації: інерційні навігаційні системи (INS), глобальні навігаційні супутникові системи (GNSS) тощо. Ми підготували для вас повний тест повітряної навігації.
У SBG Systems панує культура інновацій, тому коли з’явилася ідея провести інтенсивний політ для оцінки характеристик наших приладів Ellipse Quanta Micro реальних умовах, ніхто не вагався. Для проведення цих тестів знадобився час і ресурси, але результат того вартий. Велика подяка компанії Apache Aviation за допомогу в реалізації цього проєкту.
Інерційні навігаційні системи (INS) відіграють вирішальну роль у забезпеченні точної інформації про місцезнаходження та навігацію для бортових навігаційних систем. Ми протестували їх у реальних умовах, щоб оцінити їхню надійність.
Виняткова серія випробувань у галузі повітряної навігації
Окрім складнощів, пов’язаних із проведенням випробувань в авіакосмічній галузі (нормативні вимоги, обмежений простір тощо), ці випробування є особливо винятковими, оскільки дали відповіді на певні питання, які мало хто INS мав можливість перевірити в реальних умовах:
- Нашою початковою метою було розширення нашої бази даних тестів з акцентом на постійному вдосконаленні наших алгоритмів. Зазвичай багато тестів проводяться в «двовимірному» середовищі (наприклад, автомобілі, човни), тоді як «тривимірні» тести зустрічаються відносно рідко.
- Клієнти, які використовують продукцію в авіакосмічній галузі, рідко надають дані, оскільки вони часто є конфіденційними.
- Ще одним питанням, яке ми прагнули вирішити, було підтвердження стійкості наших алгоритмів в умовах екстремальної динаміки, зокрема при значних вібраціях та прискореннях, що перевищують 4 g.
- Крім того, це дозволило нам оцінити ефективність роботи нашого обладнання в складних GNSS , коли спостерігаються значні перешкоди в прийомі сигналу через різкі зміни орієнтації або навіть повне розвороти літака (політ догори дригом).
Ефект блокування карданного підвісу
Ці польоти також дали нам змогу перевірити всі можливі орієнтації, деякі з яких викликають ефект «блокування карданного підвісу», що зазвичай створює труднощі для певних алгоритмів навігації, коли кут pitch 90°. Хоча наші алгоритми розроблені для вирішення цієї проблеми за допомогою кватерніонів, у таких умовах вони рідко стикаються з подібними викликами.
Нарешті, окрім аспектів надійності та функціональності, ми прагнули перевірити, чи можна зберегти ефективність навігації в цих екстремальних умовах.
Варто зазначити, що ці випробування проводилися «наосліп».
З міркувань безпеки принести ноутбук на борт важко, якщо не неможливо. З огляду на всі задіяні датчики, перед початком льотних випробувань все потрібно було налаштувати та двічі перевірити.
Тестова платформа мала бути повністю автономною для реєстрації даних, а для всього періоду підготовки та польотів була потрібна батарея з достатньою ємністю. Все це потрібно було інтегрувати в дуже обмеженому просторі.
Налаштування та план польоту
Для всебічної оцінки характеристик INS заплановано два польоти, кожен з яких відтворює різні ситуації, що можуть виникнути під час навігації в повітрі:
- Типовий політ із менш інтенсивними маневрами та в режимі прямолінійного горизонтального польоту
- Політ з виконаннями фігур вищого пілотажу, що передбачає навантаження на прилади в різних положеннях та при різних прискореннях
- Це дозволило нам переконатися, що як у звичайних, так і в складних умовах ці продукти забезпечують заявлений рівень продуктивності в режимі реального часу.
Було протестовано два продукти: Ellipse та Quanta Micro. В якості еталону для цієї оцінки використовували Apogee з постобробкою (тісно пов’язана PPK з прямим та зворотним обчисленням). І всі вони показали дуже хороші результати, набагато кращі, ніж екіпаж SBG Systems.
Рейс 1: Типовий профіль польоту
Головною метою польоту № 1 є оцінка характеристик приладів у типовому режимі польоту, що включає маневри з невеликими перепадами висоти та політ по прямій на горизонтальному рівні.
Цей політ слугує базовим еталоном для порівняння та дозволяє оцінити точність і стабільність INS під час звичайних польотів.
Дані, зібрані під час цього польоту, допомогли встановити еталон для оцінки їхніх характеристик у більш складних умовах повітряної навігації.
План польоту складається з низки елементів, таких як набір висоти, стандартні та круті віражі, пологий крен, фугоїд, прискорення та уповільнення, pitch і опускання pitch літака…
Політ 2: Пілотажні фігури
Під час польоту № 2 INS піддаються серії пілотажних маневрів для перевірки їхньої працездатності в умовах екстремальних орієнтацій та прискорень. Пілотажні маневри, що характеризуються швидкими та різкими рухами, створюють серйозні труднощі для систем навігації під час польоту.
Моделюючи ці складні умови, ми можемо оцінити надійність і точність INS у реальних ситуаціях, де точне визначення місцезнаходження має вирішальне значення.
План польоту складається з низки фігур, таких як набір висоти, стандартні та круті віражі, порожнистий крен, фугоїд, roll елеронах, бочковий roll, чотириточковий roll, іммельман, S-подібний віраж, прискорення та уповільнення, pitch і опускання pitch літака…
Пристрої, що тестуються
Два INS , обрані для оцінки, — це Ellipse та Quanta Micro. Ekinox Micro такожMicro опосередковано на основі даних Quanta Micro.
| Одиниця | Апаратний код | Версія апаратного забезпечення | Серійний номер | Прошивка |
|---|---|---|---|---|
| EUT#1 | ELLIPSE-D-G4A3-B1 | 3.3.00 | 000043763 | 2.5.169-стабільна |
| EUT#2 | QUANTA-USG | 1.1.0.0 | 000042492 | 4.2.228-бета |
| Оцінено за дорученням | Ekinox Micro | 0.1 | 000046860 | 5.0.1945-бета |
Хоча саме Ekinox Micro не брав участі в цьому тесті, він є посиленою версією Quanta Micro працює абсолютно так само. Тому результати цього тесту повністю стосуються і Ekinox Micro.
Еталонна одиниця
Пристрій Apogee з Qinertia PPK (тісно інтегрована система PPK з прямим та зворотним обробленням даних) використовується як еталон у ході тестування.
Результати тестування
Перше випробування: типовий політ
Друге випробування: пілотажна польота
Одинарна антена проти подвійної антени
На графіку нижче показано продуктивність Quanta Micro часу при використанні однієї антени в порівнянні з неоптимальною конфігурацією з двома антенами (з використанням різних типів антен).
Початок польоту — це пряма лінія з низькою динамікою протягом більше ніж 7 хвилин без попередніх маневрів з високою динамікою. Хоча це значно нижче оптимальних умов, конфігурація з однією антеною працює належним чином, але з більшою похибкою.
У такій ситуації явно виграє конфігурація з двома антенами, здатна забезпечувати точні вимірювання навіть за умов низької динаміки.
Якщо виключити цю початкову пряму лінію з аналізу похибок, можна побачити, що продуктивність однієї антени еквівалентна продуктивності двох антен.
Аналіз результатів
Порівняння результатів Ellipse із технічними характеристиками
| Показник | Цільове значення (RMS) | Фактичне значення, типовий політ (середньоквадратичне значення) | Фактичне значення, акробатичний політ (RMS) | Статус, виходячи з типового польоту |
|---|---|---|---|---|
| Горизонтальне положення | 1.2 m | 0.574 m | 0.647 m | Гаразд |
| Висота над рівнем моря | 1.5 m | 1.012 m | 1.050 m | Гаразд |
| Рулон | 0.1° | 0.041° | 0.064° | Гаразд |
| Презентація | 0.1° | 0.041° | 0.043° | Гаразд |
| Заголовок | 0,2° (базова лінія > 2 м) | 0.147° | 0.127° | Гаразд |
До речі, модель Ellipse, яка використовувалася в тесті, продемонструвала виняткову продуктивність, що перевершила очікування.
Хоча всі наші інерційні вимірювальні блоки (IMU) відповідають заявленим технічним характеристикам, деякі з них навіть перевершують їх. Ellipse є яскравим прикладом такої виняткової продуктивності, що дозволило йому заслужити звання «Найкращого Ellipse та посісти особливе місце на нашій полиці.
ПорівнянняMicro Quanta Micro Ekinox Micro з технічними характеристиками
| Показник | Цільове значення (RMS) | Фактичне значення, типовий політ (середньоквадратичне значення) | Фактичне значення, акробатичний політ (RMS) | Статус, виходячи з типового польоту |
|---|---|---|---|---|
| Горизонтальне положення | 1.2 m | 0.688 m | 0.689 m | Гаразд |
| Висота над рівнем моря | 1.5 m | 1.204 m | 1.049 m | Гаразд |
| Рулон | 0.03° | 0.023° | 0.049° | Гаразд |
| Презентація | 0.03° | 0.027° | 0.036° | Гаразд |
| Заголовок | 0.1° | 0.109° | 0.146° | Гаразд |
Висновок
Під час типових льотних випробувань як Ellipse, так і Quanta Micro / Ekinox Micro свої технічні характеристики в режимі реального часу в умовах польоту з однією точкою. Льотні випробування з виконання фігур вищого пілотажу також показали, що Ellipse та Quanta Micro Ekinox Micro виняткову продуктивність, не показали жодних помилок і точно відповідали заданим значенням, які зазвичай застосовуються для нормальних умов польоту.
Ці випробування підкреслюють, що INS від SBG INS надзвичайно надійними та точними інструментами для навігації в повітрі в умовах одиночної точки. Вони стабільно демонструють видатну продуктивність, забезпечуючи надійність у складних сценаріях.
