Esta campanha de testes foi conduzida para validar a integração e o desempenho de um de nossos produtos INS (Ekinox Micro), utilizando o driver PX4 em condições reais de voo de VANT. O objetivo foi reproduzir uma configuração semelhante à do cliente com a máxima precisão e avaliar o comportamento do sistema em vários cenários operacionais representativos. Agradecemos sinceramente ao Drones Center, localizado perto de Paris, por sediar estes testes e por seu valioso apoio e assistência técnica durante toda a campanha de voo.
O piloto automático Orange Cube foi selecionado como plataforma de teste. No entanto, a metodologia e os resultados são aplicáveis a qualquer hardware que execute o firmware PX4. Para avaliar completamente a interação entre os dados de navegação da SBG e o estimador do PX4, três configurações de integração foram avaliadas:
1 – Integração apenas de posição (Ekinox Micro como fonte GNSS)
- Nosso INS fornece apenas posição e velocidade, emulando um receptor GNSS externo.
- O estimador interno do PX4 realiza a fusão completa dos sensores.
- A estabilização de atitude é tratada inteiramente pelo PX4 usando suas próprias IMUs.
2 – Integração de posição com fusão (Ekinox Micro como fonte de navegação completa)
- Nosso sistema de navegação e localização ( INS ) fornece saídas de navegação fusionadas (posição, velocidade).
- O estimador do PX4 é desativado para a navegação.
- O PX4 continua responsável pela estabilização de baixo nível usando seus dados internos de IMU.
3 – Integração completa de atitude + posição (Ekinox Micro controlando navegação e estabilização)
- Nosso sistema de medição de altitude e posição ( INS ) fornece tanto a altitude quanto a posição.
- O piloto automático utiliza os dados dos sensores da SBG como fonte principal para navegação e estabilização.
- Essa configuração representa o nível mais alto de integração.
Esses testes foram possibilitados pelo driver SBG PX4, disponível no repositório oficial do PX4 no GitHub.
O driver garante uma camada de comunicação perfeita entre os sistemas de navegação da SBG e os autopilotos baseados em PX4, oferecendo suporte a troca de dados MAVLink de alta taxa e a múltiplas estratégias de integração, de acordo com a arquitetura do cliente e os requisitos de fusão.
Condições de teste
A tabela abaixo resume as condições ambientais, de GNSS e de configuração do sistema embarcado usadas para avaliar o desempenho de navegação durante os testes de voo.
| Parâmetro | Descrição |
|---|---|
| Clima | Céu limpo, vento fraco. |
| Altitude em relação ao solo | ~33 m acima do nível do mar. |
| Condições GNSS | Boa visibilidade do céu, ambiente com baixo nível de multipath. |
| Configuração do hardware | Ekinox Micro conectado via SBG Driver ao Orange Cube (UART). Antenas GNSS externas montadas na parte superior do drone. |
| Fonte de alimentação | Configuração com duas baterias. |
| Exploração madeireira | Registrando logs binários do Ekinox Micro + logs de voo *.ulg do Orange Cube. |
Configuração da navegação do UAV
Os testes de voo foram conduzidos utilizando uma plataforma de drone multirrotor Quad 450 equipada com um sistema de navegação inercial Ekinox Micro. O INS operou com a versão de firmware 5.3. O controle do veículo e o gerenciamento de voo foram realizados por um piloto automático Orange Cube executando o firmware PX4 versão 1.16.0-Alpha.
Procedimentos pré-voo
Verificações abrangentes foram realizadas antes de cada voo para garantir uma operação segura e confiável em modos de voo progressivamente complexos. Essas verificações incluíram calibração do magnetômetro, GNSS, comunicação e testes de salto.
| Parâmetro | Descrição | Resultado |
|---|---|---|
| Calibração do magnetômetro | O drone girou em torno de todos os eixos. | ✅ Concluído com sucesso |
| Aquisição GNSS | Verificação da conexão com o satélite e da qualidade da posição no QGroundControl. | ✅ Correção estável |
| Teste de comunicação | Transmissão confirmada de dados em tempo real do INS por meio do driver SBG. | ✅ Em funcionamento |
| Teste do lúpulo | Resposta básica do acelerador e das superfícies de controle. | ✅ Aprovado |
Para cada configuração, descrita a seguir, foram avaliados diversos modos de voo e comportamentos. O nível de autonomia aumentou gradualmente, sempre começando pelo modo mais permissivo.
Começamos com o modo Acro, que é totalmente gerenciado pelo piloto. Nesse modo, nenhuma restrição dinâmica é aplicada e as entradas dos sensores não são utilizadas. Em seguida, mudamos para o modo Estabilizado, onde o piloto ainda usa o controle remoto, mas a atitude do drone é controlada usando os dados de atitude fornecidos pelos sensores. Depois, no modo Altitude, o eixo vertical é adicionalmente estabilizado, tipicamente usando dados barométricos ou telemetria, permitindo que o piloto automático mantenha uma altitude consistente. Finalmente, concluímos esta série de testes manuais com o modo Posição, que requer dados GNSS confiáveis para manter a posição e ajudar o piloto a manter um voo estacionário estável.
Cenários de voo
Esta seção apresenta os cenários de voo concebidos para avaliar o desempenho do sistema de navegação SBG tanto no modo de integração parcial (com o EKF2 ativado) quanto no modo de integração total (com o EKF2 desativado), abrangendo voos de teste no modo manual, missões autônomas e testes completos de navegação e estabilização.
EKF2 ativado – posição e velocidade GNSS do nosso INS
Nosso Ekinox Micro fornece apenas posição e velocidade GNSS, enquanto o EKF interno do piloto automático permanece ativo.
Voo 1 – Avaliação dos modos manuais
Teste o modo acro, altere para o modo estabilizado, depois altitude e por fim posição, mantendo cada um por 1 minuto.
Voo 2 – Missão autônoma (trajetória quadrada)
O drone executou uma missão quadrada automatizada predefinida. Os dados de GNSS do nosso INS garantiram o rastreamento suave da trajetória e transições estáveis entre waypoints.
A missão começa com uma fase estabilizada, seguida de posição para realizar um voo livre, durante o qual executamos curvas em formato de 8 para inicializar e alinhar o filtro. Em seguida, inicia-se a missão seguindo waypoints que formam um quadrado, finalizando com um trajeto de ida e volta em linha reta.
EKF2 desativado – Navegação completa pelo nosso Extended Kalman Filter (EKF)
Nesta configuração, o Ekinox Micro fornece dados completos de navegação (atitude, velocidade, posição). O PX4 utiliza suas IMUs apenas para a estabilização de baixo nível.
Voo 3 – Varredura completa de modos
O objetivo deste voo foi verificar se os comportamentos obtidos com o EKF2 no piloto automático também podem ser alcançados com o Extended Kalman Filter (EKF) da SBG, sem nenhuma diferença perceptível sob a perspectiva do piloto. Para garantir isso, todos os modos de voo relevantes foram testados sequencialmente, alternando de um modo para o outro após aproximadamente um minuto, e concluindo com manobras de movimento livre.
Voo 4 – Missão autônoma
Após ganhar certa confiança em nossa integração, mudamos para o modo de missão, ordenando que o drone seguisse waypoints, começando com uma linha reta de ida e volta, seguida por um formato quadrado e o pouso.
Voo 5 – Integração INS completa (navegação + estabilização)
Para o último voo, era importante para nós testar todos os níveis de integração lidando não apenas com a parte de navegação, mas também com a estabilização. Portanto, reduzimos a prioridade das IMUs do Orange Cube para priorizar a nossa. E voamos em modo estabilizado.
Resultados e conclusões
Todos os níveis de integração foram validados com sucesso. O Ekinox Micro forneceu dados de navegação estáveis, confiáveis e de alta qualidade em todas as configurações, desde a injeção básica de GNSS até a navegação e estabilização completas. Esses resultados confirmam:
- Uma compreensão clara dos desafios dos usuários, permitindo-nos construir um guia de integração prático baseado na experiência.
- Excelente compatibilidade entre os sensores da SBG Systems e o PX4/Orange Cube.
- Implementação de driver confiável que permite comunicação MAVLink perfeita.
- Robustez do Extended Kalman Filter (EKF) da SBG para os modos manual e autônomo.
- Comportamento suave, mesmo com menor dependência dos sensores embarcados do PX4.
Esta campanha de testes destaca a forte sinergia entre as tecnologias de navegação da SBG Systems e o ecossistema PX4. Em todos os níveis de integração, nossas soluções de INS entregaram dados de navegação confiáveis e de alta qualidade, permitindo um controle mais suave, maior consistência nas missões e maior confiança geral no voo. Ao validar configurações que variam desde a simples inserção de GNSS até a substituição completa de navegação e estabilização, demonstramos a adaptabilidade dos produtos SBG a uma grande variedade de arquiteturas de VANTs e perfis de missão.
Esses resultados também confirmam a maturidade do nosso driver para PX4 e nossa capacidade de fornecer aos clientes práticas recomendadas comprovadas e testadas em campo. Capacitamos nossos clientes a reduzir o tempo de integração, aprimorar o desempenho e acelerar a implantação. A SBG Systems continua a se posicionar como uma parceira de confiança para fabricantes e integradores de VANTs que buscam navegação robusta e de alta precisão em ambientes operacionais exigentes.
