Esta campaña de pruebas se llevó a cabo para validar la integración y el rendimiento de uno de nuestros INS (Ekinox Micro), utilizando el controlador PX4 en condiciones reales de vuelo con UAV. El objetivo era reproducir una configuración similar a la de un cliente con la mayor precisión posible y evaluar el comportamiento del sistema en varios escenarios operativos representativos. Queremos expresar nuestro más sincero agradecimiento a Drones Center, con sede cerca de París, por acoger estas pruebas y por su valioso apoyo y asistencia técnica durante toda la campaña de vuelo.
Se seleccionó el piloto automático Orange Cube como plataforma de prueba. Sin embargo, la metodología y los resultados son aplicables a cualquier hardware que ejecute el firmware PX4. Para evaluar completamente la interacción entre los datos de navegación SBG y el estimador PX4, se evaluaron tres configuraciones de integración:
1 – Integración solo de posición (Ekinox Micro GNSS )
- Nuestro INS proporciona solo posición y velocidad, emulando un receptor GNSS externo.
- El estimador interno de PX4 realiza la fusión completa de sensores.
- La estabilización de actitud es gestionada completamente por PX4 utilizando sus propias IMUs.
2 – Integración de posición fusionada (Ekinox Micro como fuente de navegación completa)
- Nuestro INS proporciona salidas de navegación fusionadas (posición, velocidad).
- El estimador de PX4 está deshabilitado para la navegación.
- PX4 sigue siendo responsable de la estabilización de bajo nivel utilizando sus datos internos de la IMU.
3 – Integración completa de actitud + posición (Ekinox Micro controlando la navegación y la estabilización)
- Nuestro INS proporciona tanto la actitud como la posición.
- El piloto automático utiliza los datos del sensor de SBG como fuente principal para la navegación y la estabilización.
- Esta configuración representa el nivel de integración más alto.
Estas pruebas fueron posibles gracias al driver SBG PX4, disponible en el repositorio oficial de PX4 en GitHub.
El driver garantiza una capa de comunicación fluida entre los sistemas de navegación SBG y los pilotos automáticos basados en PX4, soportando el intercambio de datos MAVLink de alta velocidad y múltiples estrategias de integración dependiendo de la arquitectura del cliente y los requisitos de fusión.
Condiciones de prueba
La tabla a continuación resume las condiciones de configuración del sistema ambiental, GNSS y a bordo utilizadas para evaluar el rendimiento de navegación durante las pruebas de vuelo.
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| Clima | Cielo despejado, viento ligero. |
| Altitud del terreno | ~33 m sobre el nivel del mar. |
| Condiciones GNSS | Buena visibilidad del cielo, entorno de baja multitrayectoria. |
| Configuración del hardware: Ekinox Micro conectado a través del driver SBG a Orange Cube (UART). Antenas GNSS externas montadas en la parte superior del dron. | Ekinox Micro conectado a través del driver SBG a Orange Cube (UART). Antenas GNSS externas montadas en la parte superior del dron. |
| Fuente de alimentación | Configuración de doble batería. |
| Registro | Registro de logs binarios de Ekinox Micro y logs de vuelo .ulg de Orange Cube. |
Configuración de navegación de UAV
Las pruebas de vuelo se realizaron utilizando una plataforma de dron multirotor Quad 450 equipada con un sistema de navegación inercial Ekinox Micro. El INS se operó con la versión de firmware 5.3. El control del vehículo y la gestión del vuelo fueron gestionados por un piloto automático Orange Cube con la versión de firmware PX4 1.16.0-Alpha.
Procedimientos previos al vuelo
Se realizaron comprobaciones exhaustivas antes de cada vuelo para garantizar un funcionamiento seguro y fiable en modos de vuelo progresivamente complejos. Estas comprobaciones incluyeron la calibración del magnetómetro, GNSS, comunicación y pruebas de salto.
| Parámetro | Descripción | Resultado |
|---|---|---|
| Calibración del magnetómetro | Dron girado alrededor de todos los ejes. | ✅ Correcto |
| Adquisición GNSS | Se verificó el bloqueo de satélites y la calidad de la posición en QGroundControl. | ✅ Fijación estable |
| Prueba de comunicación | Se confirmó la transmisión de datos INS en tiempo real a través del driver de SBG. | ✅ Operativo |
| Prueba de salto | Respuesta básica del acelerador y de las superficies de control. | ✅ Superado |
Para cada configuración, descrita a continuación, se evaluaron múltiples modos de vuelo y comportamientos. El nivel de autonomía aumentó gradualmente, comenzando siempre con el modo más permisivo.
Comenzamos con el modo Acro, que es totalmente gestionado por el piloto. En este modo, no se aplican restricciones dinámicas y no se utilizan las entradas de los sensores. Luego cambiamos al modo Estabilizado, donde el piloto sigue utilizando el control remoto, pero la actitud del dron se controla utilizando los datos de actitud proporcionados por los sensores. A continuación, en el modo Altitud, el eje vertical se estabiliza adicionalmente, típicamente utilizando datos barométricos o telemetría, lo que permite al piloto automático mantener una altitud constante. Finalmente, concluimos esta serie de pruebas manuales con el modo Posición, que requiere datos GNSS fiables para mantener la posición y ayudar al piloto a mantener un vuelo estacionario estable.
Escenarios de vuelo
Esta sección presenta los escenarios de vuelo diseñados para evaluar el rendimiento del sistema de navegación SBG tanto en modos de integración parcial (EKF2 habilitado) como completa (EKF2 deshabilitado), cubriendo barridos de modo manual, misiones autónomas y pruebas completas de navegación y estabilización.
EKF2 habilitado – posición y velocidad GNSS de nuestro INS
Nuestro Ekinox Micro proporciona únicamente posición y velocidad GNSS. Mientras el EKF interno del piloto automático permanece activo.
Vuelo 1 – Evaluación de modos manuales
Probar acro, cambiar a modo estabilizado, luego altitud y finalmente posición durante 1 minuto cada uno.
Vuelo 2 – Misión autónoma (ruta cuadrada)
El dron ejecutó una misión cuadrada automatizada predefinida. Los datos GNSS de nuestro INS aseguraron un seguimiento de trayectoria fluido y transiciones estables entre waypoints.
La misión comienza con una fase estabilizada, luego de posicionamiento, para realizar un funcionamiento libre, durante el cual realizamos 8 figuras para inicializar y alinear el filtro, luego comienza una misión, siguiendo waypoints que forman un cuadrado, y luego recorre una línea recta de ida y vuelta.
EKF2 deshabilitado – Navegación completa mediante nuestro Filtro de Kalman Extendido (EKF)
En esta configuración, el Ekinox Micro proporciona datos completos de navegación (actitud, velocidad, posición). PX4 utiliza sus IMU solo para la estabilización de bajo nivel.
Vuelo 3 – Barrido completo de modos
El propósito de este vuelo fue verificar que los comportamientos logrables con EKF2 en el piloto automático también pueden lograrse con el Filtro de Kalman Extendido (EKF) de SBG, sin ninguna diferencia perceptible desde la perspectiva del piloto. Para asegurar esto, todos los modos de vuelo relevantes fueron probados secuencialmente, cambiando de un modo al siguiente después de aproximadamente un minuto, y concluyendo con maniobras de movimiento libre.
Vuelo 4 – Misión autónoma
Después de ganar confianza en nuestra integración, cambiamos al modo misión, ordenando al dron seguir waypoints, que comienzan con una línea recta de ida y vuelta y luego siguen una forma cuadrada y aterrizan.
Vuelo 5 – Integración completa del INS (navegación + estabilización)
Para el último vuelo, era importante para nosotros probar todos los niveles de integración, manejando no solo la parte de navegación, sino también la estabilización. Así que, bajamos la prioridad de las IMU del Orange Cube, para que la nuestra fuera la más alta. Y volamos en modo estabilizado.
Resultados y conclusiones
Todos los niveles de integración fueron validados con éxito. El Ekinox Micro proporcionó datos de navegación estables, fiables y de alta calidad en todas las configuraciones, desde la inyección básica de GNSS hasta la navegación y estabilización completas. Estos resultados confirman:
- Una clara comprensión de los desafíos del usuario, lo que nos permite construir una guía de integración práctica y basada en la experiencia.
- Excelente compatibilidad entre los sensores de SBG Systems y PX4/Orange Cube.
- Implementación fiable del driver que permite una comunicación MAVLink sin interrupciones.
- Robustez del Filtro de Kalman Extendido (EKF) de SBG tanto para modos manuales como autónomos.
- Comportamiento fluido incluso con una dependencia reducida de los sensores PX4 a bordo.
Esta campaña de pruebas destaca la fuerte sinergia entre las tecnologías de navegación de SBG Systems y el ecosistema PX4. En todos los niveles de integración, nuestras soluciones INS proporcionaron datos de navegación fiables y de alta calidad, permitiendo un control más suave, una mayor consistencia de la misión y una mayor confianza general en el vuelo. Al validar configuraciones que van desde la simple aumentación GNSS hasta la toma de control completa de la navegación y estabilización, demostramos la adaptabilidad de los productos SBG a una amplia variedad de arquitecturas de UAV y perfiles de misión.
Estos resultados también confirman la madurez de nuestro driver PX4 y nuestra capacidad para proporcionar a los clientes las mejores prácticas probadas en campo. Les permitimos reducir el tiempo de integración, mejorar el rendimiento y acelerar el despliegue. SBG Systems continúa posicionándose como un socio de confianza para fabricantes e integradores de UAV que buscan una navegación robusta y de alta precisión en entornos operativos exigentes.
