随着eVTOL产品研发的深入，越来越多的人逐渐意识到eVTOL对机载导航系统的需求存在特殊性，市面上几乎没有很好适配eVTOL机型的导航产品。即使能够找到支持前期开发和试飞活动的产品，但也或多或少存在成本过高、重量太大、功耗太高、功能不适配等问题，并且，对于长期的适航取证和自动驾驶也未必能够支持。
为了帮助eVTOL主机厂加快研发进程，助力eVTOL行业快速起飞，边界智控联手全球领先高性能MEMS供应商华芯智能共同推出eVTOL机载组合导航产品BN100。
创立于2019年的华芯智能，聚集了国内顶尖高性能MEMS惯性器件设计团队和顶级组合导航研发团队，拥有全国一流的MEMS 惯性传感器件研发中心和专用封测生产基地，拥有的多项自主知识产权，可填补国内惯性产品多项空白。
边界智控团队中许多成员拥有10年以上的机载导航系统研发经验，公司兼具惯导和飞控开发集成能力，整机惯导系统集成和调试经验丰富，能够对eVTOL场景对惯导策略进行充分优化以及设计完整容错和故障降级模式。
目前边界智控与华芯智能签订战略合作协议，正式达成战略合作伙伴关系，联合打造面向适航的eVTOL机载组合导航系统，其中核心部件IMU采用了华芯智能提供的高性能MEMS产品。目前该产品已经完成研发，并获得首家eVTOL主机厂客户的订单。双方将继续在完善产品、市场推广、适航取证等方面持续合作，力争早日为更多客户服务。
eVTOL与其他平台的导航需求差异
eVTOL vs 民航客机
大型民航客机上导航系统早有成熟产品，能够经过时间的考验，且具有高可靠性与安全性。但和eVTOL相比，民航的导航系统要复杂得多，大量依赖传统的地面无线电导航设备，比如VOR(Very High Frequency Omni-Directional Range), DME(Distance Measuring Equipment)等，且存在过度设计，动辄上百万的价格，让众多eVTOL厂商望而却步。
eVTOL vs 通航飞机
虽然eVTOL和通航飞机基本属于同一级别，但却无法直接抄作业：通航飞机大多没有电传飞控，操纵方式多以飞行员手动操纵为主，因此对导航系统的需求只是仪表显示基本数据即可，无法为飞控和飞管系统提供足够的输入，也无法满足eVTOL 对SVO(Simplified Vehicle Operation)的需求。
eVTOL vs 工业级组合导航
由全球定位系统GNSS与惯性测量单元IMU所组成的传统工业级组合导航设备在市场上日趋成熟，广泛应用于汽车自动驾驶、轮船自动驾驶、机器人导航、测绘遥感等领域。然而，工业级组合导航性能的局限性使其无法直接用在eVTOL上。首先，精度难以保证，大多数传统组合的导航系统没有航空等级的连续自检测、导航降级等功能，无法保证导航结果的完好性。其次，飞机的导航系统优先保证姿态的可用性和连续性，与工业级组合导航的侧重点不同。此外，除了基本的PVAT数据信息(Position, Velocity, Attitude, Time)，飞机导航系统还需包含大气信息和考虑复杂的地球模型影响等。最后，用于客运的eVTOL属于载人飞行器，其机载导航系统是需要严格按照符合适航要求的研制保证体系进行设计、制造和使用的。
eVTOL对机载导航系统的需求
由于存在以上差异，我们有针对性地重新梳理了eVTOL对机载导航系统的需求，主要有以下几点：
针对eVTOL的专门设计
eVTOL导航系统应包含大气数据系统、磁罗盘、GNSS接收机和惯性测量单元。大气数据系统能够测量大气总温、静压和总压。磁罗盘测量实时磁场三维矢量信息用以修正航向。GNSS接收机采用航向测量功能板卡，保证快速完成导航系统初始化并进入最优性能。组合导航算法需要针对eVTOL空中运动进行动态优化。滤波器应具备高稳定、高性能与对准模式等不同构型，自带故障诊断和容错降级的功能，能够监测并识别传感器故障，能够很好的解决eVTOL机型罗盘易受干扰，大气高度计算受地面效应影响严重等问题。
此外，导航产品在设计时也需要充分考虑与eVTOL多余度飞控系统以及飞管系统的接口关系与数据交联，做到很好地适配市场上常见的多余度飞控系统。
面向适航的研制过程
为了满足eVTOL适航取证的要求，eVTOL的导航系统自产品研发之初，就需要考虑适航审定的要求，以中长期规划完成导航系统适航审定过程。以航空业标准DO-254、DO-178C、ARP4754A作为硬件、软件研制以及总体研制过程的指导标准；以DO-334、DO-384作为导航系统的研制指导标准。根据DO-334标准，在不考虑GNSS定位修正的情况下，导航产品应满足A3-H3-T7等级类别。根据DO-384 GNSS辅助惯性导航标准，导航产品应满足Category C-Subcategory 2级别。
高完好性和高可靠性
高完好性和高可靠性的需求同样来自eVTOL适航的要求，根据传感器观测值的不同，划定不同的导航模式，限定各个输出导航信息的有效性。必要时候，系统进行导航降级或重新初始化，优先保证姿态与速度信息的有效性与可靠性。关于组合导航算法框架、导航降级、故障检测的更多内容，请参考：“组合导航，让eVTOL在城市上空不迷路”。
高性价比的器件选型
市场上大多数eVTOL机型对高性价比的机载导航设备有迫切的需求，一方面eVTOL的成本结构无法承受民航级别的导航价格，另一方面越低的成本也就意味着越大的市场。工业级组合导航普及度高而且供应链完善，成本相对较低，近年来高性能工业级器件日益成熟，将是解决成本问题的一个不错的思路。
面向适航的eVTOL机载组合导航系统——BN100
BN100机载组合导航系统针对eVTOL机型进行设计，是一款面向适航的融合多源传感器的新型轻量级组合导航系统。边界智控通过融合算法从IMU、GNSS、磁罗盘、大气数据的组合中调整导航系统至最佳性能并保持高可靠性，采用Kalman滤波Phi-model，输出完整的飞行器姿态、航向、三维速度、三维位置信息和对应的精度指标。轻量级的大气、温度、磁场信息，以及输出飞控定制化导航数据，帮助eVTOL等机型在高楼林立的城市、森林和隧道等复杂地区上空稳定飞行，并优化飞行轨迹。除了eVTOL机型之外，也可以满足23部飞机、吨级大型无人机等其他机型的导航需求。
华芯智能为BN100提供高性能MEMS惯性器件。使用MEMS替代激光陀螺/光纤陀螺，极大降低导航系统的成本，并减少维护难度。采用国产的兼容多星座多频率的新一代GNSS高精度定位模组作为组合导航的必备组成部分。成熟的GNSS定位处理技术均可移植于飞行器导航，如RTK、PPP、双天线基线/航向测量功能等。
此外，边界智控还计划在不久的将来把视觉/LIDAR融入机载组合导航系统。在计算机视觉、SLAM等技术发展的促进下，视觉/LIDAR用于定位传感器在近十年发展迅速，从实验室向市场演进。在GNSS信号不稳定、多路径/非直线传播（NLOS）效应明显的城市里，我们相信视觉里程计/视觉惯性里程计会成为重要的导航定位手段，可以支撑起飞降落阶段分米/厘米级定位要求，将导航系统GPS失效后精度控制在里程精度的3%以内。
BN100产品的主要特点：
功能与传感器
以惯性器件IMU为主的，融合GNSS、大气数据单元、磁感应单元的多源组合导航
全系统全频率GNSS高精度定位定向模组，高性能MEMS IMU器件
丰富的大气数据与地球磁场传感器，耦合内部地磁场修正模型
定制化波特率与消息输出频率，可选择的消息输出类型
支持外源GNSS、IMU数据注入
可靠性与完好性
系统不同层级（硬件、软件、算法）的PBIT，CBIT覆盖
完善的故障检测与告警系统，实时监测飞行器导航状态，实现较高导航完好性水平
拥有多层级的导航降级算法，应对复杂的外部环境
环境适应性与维护性
轻量级、小体积、低功耗
满足DO-160G环境适应性需求
允许更换外部设备模块
兼容性
参考航空工业的导航输出标准，与边界智控系列飞行控制系统、飞行管理系统完美兼容
多套BN100导航系统允许在飞行控制系统进行余度处理
