Esta campanha de testes foi realizada 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 UAV. O objetivo foi reproduzir uma configuração semelhante à de um cliente da forma mais precisa possível e avaliar o comportamento do sistema em diversos cenários operacionais representativos. 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 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 totalmente gerenciada pelo PX4 usando suas próprias IMUs.
2 – Integração de posição fundida (Ekinox Micro como fonte de navegação completa)
- Nosso INS fornece saídas de navegação fundidas (posição, velocidade).
- O estimador do PX4 é desativado para navegação.
- O PX4 permanece responsável pela estabilização de baixo nível utilizando seus dados internos de IMU.
3 – Integração completa de atitude + posição (Ekinox Micro controlando navegação e estabilização)
- Nosso INS fornece tanto atitude quanto posição.
- O piloto automático utiliza os dados do sensor da SBG como fonte primária para navegação e estabilização.
- Esta configuração representa o mais alto nível 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 pilotos automáticos baseados em PX4, suportando troca de dados MAVLink de alta taxa e múltiplas estratégias de integração, dependendo da arquitetura do cliente e dos requisitos de fusão.
Condições de teste
A tabela abaixo resume as condições de configuração ambiental, GNSS e do sistema embarcado utilizadas para avaliar o desempenho da navegação durante os testes de voo.
| Parâmetro | Descrição |
|---|---|
| Clima | Céu limpo, vento fraco. |
| Altitude do solo | ~33 m acima do nível do mar. |
| Condições do GNSS | Boa visibilidade do céu, ambiente com baixo multipath. |
| Configuração de hardware | Ekinox Micro conectado via SBG Driver ao Orange Cube (UART). Antenas GNSS externas montadas na parte superior do drone. |
| Fonte de alimentação | Configuração de bateria dupla. |
| Logging | Logging dos logs binários do Ekinox Micro + logs de voo *.ulg do Orange Cube. |
Configuração de navegação do UAV
Os testes de voo foram realizados utilizando uma plataforma de drone multirotor Quad 450 equipada com um sistema de navegação inercial Ekinox Micro. O INS foi operado 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 a versão de firmware PX4 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 hop tests.
| Parâmetro | Descrição | Resultado |
|---|---|---|
| Calibração do magnetômetro | Drone girou em torno de todos os eixos. | ✅ Sucesso |
| Aquisição GNSS | Bloqueio de satélite e qualidade da posição verificados no QGroundControl. | ✅ Fix estável |
| Teste de comunicação | Streaming de dados INS em tempo real confirmado via SBG driver. | ✅ Operacional |
| Hop test | Resposta básica do acelerador e das superfícies de controle. | ✅ Aprovado |
Para cada configuração, descrita abaixo, múltiplos modos de voo e comportamentos foram avaliados. O nível de autonomia aumentou gradualmente, sempre começando com o modo mais permissivo.
Começamos com o modo Acro, que é totalmente gerenciado pelo piloto. Neste 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 auxiliar o piloto a manter um voo pairado estável.
Cenários de voo
Esta seção apresenta os cenários de voo projetados para avaliar o desempenho do sistema de navegação da SBG Systems tanto em modos de integração parcial (EKF2 ativado) quanto completa (EKF2 desativado), cobrindo varreduras de 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 de modos manuais
Testar acro, mudar para o modo estabilizado, depois altitude e finalmente posição por 1 minuto cada.
Voo 2 – Missão autônoma (caminho quadrado)
O drone executou uma missão quadrada automatizada predefinida. Dados GNSS do nosso INS garantiram um rastreamento de trajetória suave e transições estáveis entre waypoints.
A missão começa com uma fase estabilizada, depois posição, para realizar um voo livre, durante o qual realizamos 8 formas para inicializar e alinhar o filtro, então inicia uma missão, seguindo waypoints que formam um quadrado, e depois percorre uma linha reta de ida e volta.
EKF2 desativado – Navegação completa pelo nosso Filtro de Kalman Estendido (EKF)
Nesta configuração, o Ekinox Micro fornece dados completos de navegação (atitude, velocidade, posição). O PX4 usa suas IMUs apenas para estabilização de baixo nível.
Voo 3 – Varredura completa de modos
O objetivo deste voo foi verificar se os comportamentos alcançáveis com o EKF2 no piloto automático também podem ser alcançados com o Filtro de Kalman Estendido (EKF) da SBG Systems, sem qualquer diferença perceptível da perspectiva do piloto. Para garantir isso, todos os modos de voo relevantes foram testados sequencialmente, alternando de um modo para o próximo após aproximadamente um minuto, e concluindo com manobras de movimento livre.
Voo 4 – Missão autônoma
Após ganhar alguma confiança em nossa integração, mudamos para o modo de missão, ordenando que o drone seguisse waypoints, que começam com uma linha reta de ida e volta e depois seguem uma forma quadrada e pousam.
Voo 5 – Integração INS completa (navegação + estabilização)
Para o último voo, foi importante para nós testar todos os níveis de integração, lidando não apenas com a parte de navegação, mas também com a estabilização. Então, diminuímos a prioridade das IMUs do Orange Cube, para que a nossa fosse a mais alta. 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. Estes resultados confirmam:
- Uma compreensão clara dos desafios do usuário, permitindo-nos construir um guia de integração prático e baseado na experiência.
- Excelente compatibilidade entre os sensores da SBG Systems e o PX4/Orange Cube.
- Implementação de driver confiável possibilitando comunicação MAVLink sem falhas.
- Robustez do Filtro de Kalman Estendido (EKF) da SBG Systems para modos manuais e autônomos.
- Comportamento suave mesmo com dependência reduzida dos sensores PX4 embarcados.
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 INS forneceram dados de navegação confiáveis e de alta qualidade, permitindo um controle mais suave, consistência aprimorada da missão e maior confiança geral no voo. Ao validar configurações que variam desde a simples aumentação GNSS até a navegação e estabilização completas, demonstramos a adaptabilidade dos produtos da SBG Systems a uma ampla variedade de arquiteturas de UAV e perfis de missão.
Estes resultados também confirmam a maturidade do nosso driver PX4 e nossa capacidade de fornecer aos clientes as melhores práticas comprovadas e testadas em campo. Nós os capacitamos a reduzir o tempo de integração, aprimorar o desempenho e acelerar a implantação. A SBG Systems continua a se posicionar como um parceiro confiável para fabricantes e integradores de UAV que buscam navegação robusta e de alta precisão em ambientes operacionais exigentes.
