Авіаційна навігація стосується методик і технологій, які використовуються для визначення положення та курсу літального апарата під час польоту. Ефективна навігація гарантує, що літальний апарат досягне пункту призначення безпечно та ефективно. Нижче наведено деякі ключові компоненти та методи, задіяні в авіаційній навігації: інерціальні навігаційні системи (INS), глобальні навігаційні супутникові системи (GNSS) тощо. Ми підготували для вас повне випробування в повітрі.
В SBG Systems існує культура інновацій, тому коли виникла ідея щодо інтенсивного польоту з метою оцінки продуктивності наших систем Ellipse та Quanta Micro в реальних умовах, вагань не було. Для реалізації цих випробувань знадобилися час і ресурси, але результат того вартий. Щиро дякуємо компанії Apache aviation за допомогу в цьому проєкті.
Інерціальні навігаційні системи (INS) відіграють вирішальну роль у наданні точної інформації про позиціонування та навігацію для додатків авіаційної навігації. Ми випробували їх у реальних умовах, щоб оцінити їхню надійність.
Виняткова серія випробувань у галузі повітряної навігації
Окрім складнощів, пов’язаних із проведенням випробувань у аерокосмічній галузі (нормативні вимоги, обмежений простір тощо), ці випробування є особливо винятковими, оскільки дали нам відповіді на певні питання, які мало хто з виробників INS мав можливість перевірити в реальних умовах:
- Нашою початковою метою було розширення нашої бази даних тестів з акцентом на постійне вдосконалення наших алгоритмів. Зазвичай багато тестів проводяться в «2D»-середовищі (наприклад, автомобілі, човни), тоді як «3D»-тести зустрічаються відносно рідко.
- Клієнти, які використовують продукцію в аерокосмічній 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 4g.
- Крім того, це дало нам змогу оцінити продуктивність нашого обладнання в складних умовах GNSS, де спостерігаються значні перекриття сигналів через різкі зміни орієнтації або навіть повне перевертання літака (польоти догори дригом).
Ефект «заклинювання карданного підвісу»
Ці польоти також дали нам змогу перевірити всі можливі орієнтації, деякі з яких викликають ефект «блокування карданного підвісу», що традиційно створює труднощі для певних алгоритмів навігації, коли кут повороту осі « pitch » наближається до 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 взяти ноутбук на борт важко, якщо не неможливо. З огляду на наявність усіх датчиків, перед початком льотних випробувань все потрібно було налаштувати та двічі перевірити.
Випробувальна 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
З метою всебічної оцінки експлуатаційних характеристик пристроїв « INS » заплановано два польоти, кожен із яких відображає різні сценарії, що можуть траплятися під час навігаційних операцій у повітрі:
- Типовий політ із менш динамічними маневрами та в режимі прямолінійного горизонтального польоту
- Пілотажний політ для стимуляції пристроїв у різних положеннях та 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 випробувано два продукти: Ellipse-D та Quanta Micro. Еталоном для цієї оцінки служила система Apogee-D після обробки (тісно зв'язана PPK з обробкою вперед і назад). І всі вони впоралися дуже добре, набагато краще, ніж сама команда SBG Systems.
Рейс 1: Типовий профіль польоту
Головною метою польоту № 1 є оцінка характеристик пристроїв у типовому профілі польоту, що охоплює маневри з низькою динамікою та умови прямолінійного горизонтального польоту.
Цей політ забезпечує базові показники для порівняння та дозволяє оцінити точність і стабільність пристроїв 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, маневри « pitch » вгору та вниз…
Політ № 2: Пілотажні фігури
Під час польоту № 2 пристрої « INS » піддаються серії фігур вищого пілотажу з метою перевірки їхніх можливостей у екстремальних положеннях та при екстремальних прискореннях. Фігури вищого пілотажу, що характеризуються швидкими та різкими рухами, становлять серйозні виклики для систем навігації під час польоту.
Симулюючи ці вимогливі умови, ми можемо оцінити надійність та точність пристроїв INS у реальних сценаріях, де точне позиціонування є життєво необхідним.
План польоту складається з низки фігур, таких як набір висоти, стандартні та круті віражі, порожнистий крен, фугоїд, маневри з використанням елеронів roll, «бочка» roll, «4-точка» roll, «Іммельман», S-подібний віраж, прискорення та уповільнення, pitch вгору та вниз…
Пристрої, що тестуються
Двома пристроями INS, обраними для оцінки, є Ellipse-D та Quanta Micro. Ekinox Micro також оцінюється опосередковано через 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 версія |
| 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 в цьому випробуванні не використовувалося точне апаратне забезпечення Ekinox Micro, воно є захищеною версією Quanta Micro і поводиться абсолютно так само. Тому результати цього випробування повністю застосовні до Ekinox Micro.
Одиниця відліку
Пристрій Apogee-D з Qinertia PPK (тісно зв'язаний PPK з обробкою вперед і назад) слугує еталоном для тесту.
Результати тестування
Перше випробування: типовий політ
Друге випробування: пілотажні польоти
Одинарна антена проти подвійної антени
На графіку нижче показано продуктивність Quanta Micro в реальному часі в конфігурації з однією антеною порівняно з субоптимальною конфігурацією з двома антенами (з різними типами антен).
Початок польоту — це прямолінійний рух із низькою динамікою протягом понад 7 хвилин, без будь-яких попередніх маневрів із високою динамікою. Хоча це далеко від оптимальних умов, система з однією антеною працює належним чином, проте з вищою похибкою.
Така ситуація явно є перевагою для конфігурації з двома антенами, здатною забезпечувати точні вимірювання навіть в умовах низької динаміки.
Якщо виключити цей початковий прямий відрізок з аналізу похибок, ми побачимо, що ефективність конфігурації з однією антеною еквівалентна ефективності системи з двома антенами.
Аналіз результатів
Порівняння результатів Ellipse-D зі специфікаціями
| Одиниця виміру | Цільове значення (RMS) | Фактичне значення, типовий політ (RMS) | 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, Ellipse-D, використана у випробуванні, продемонструвала винятковий рівень продуктивності, перевищивши очікування.
Хоча всі наші IMU відповідають своїм заявленим характеристикам, деякі можуть навіть перевершувати їх. Ellipse-D вирізняється як приклад такої виняткової продуктивності, заслуживши звання «Найкращий Ellipse в історії» та займаючи особливе місце на нашій полиці.
Порівняння результатів Quanta Micro / Ekinox Micro зі специфікаціями
| Одиниця виміру | Цільове значення (RMS) | Фактичне значення, типовий політ (RMS) | 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 типового льотного випробування як Ellipse-D, так і Quanta Micro / Ekinox Micro перевищили свої специфікації в умовах реального часу для однієї точки. Випробування на вищий пілотаж також показало, що Ellipse-D та Quanta Micro / Ekinox Micro забезпечили виняткову продуктивність, не показали жодних помилок і тісно відповідали зазначеним значенням, які зазвичай застосовуються для нормальних умов польоту.
Ці випробування підкреслюють, що INS від SBG є надзвичайно надійними та точними інструментами для бортових навігаційних додатків в умовах однієї точки. Вони незмінно демонструють видатну продуктивність, гарантуючи надійність у складних сценаріях.
