Esta campaña de pruebas se llevó a cabo para validar la integración y el rendimiento de uno de nuestros productos INS (Ekinox Micro) utilizando el controlador PX4 en condiciones de vuelo reales de drones. 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. Agradecemos sinceramente 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.
El piloto automático Orange Cube se seleccionó como plataforma de pruebas. Sin embargo, la metodología y los resultados son aplicables a cualquier hardware que ejecute el firmware PX4. Para evaluar a fondo la interacción entre los datos de navegación de SBG y el estimador de PX4, se evaluaron tres configuraciones de integración:
1 – Integración exclusiva de posición (Ekinox Micro como fuente GNSS)
- Nuestro INS proporciona únicamente posición y velocidad, emulando un receptor GNSS externo.
- El estimador interno de PX4 realiza la fusión completa de los sensores.
- La estabilización de actitud es manejada enteramente por PX4 utilizando sus propias IMU.
2 – Integración de posición fusionada (Ekinox Micro como fuente de navegación completa)
- Nuestro INS proporciona datos de navegación fusionados (posición, velocidad).
- El estimador de PX4 está desactivado 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 y posición (Ekinox Micro controlando la navegación y la estabilización)
- Nuestro INS proporciona tanto actitud como 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 controlador SBG para PX4, disponible en el repositorio oficial de GitHub de PX4.
El controlador garantiza una capa de comunicación fluida entre los sistemas de navegación de SBG y los pilotos automáticos basados en PX4, admitiendo el intercambio de datos MAVLink a alta velocidad y múltiples estrategias de integración según la arquitectura del cliente y los requisitos de fusión.
Condiciones de prueba
La siguiente tabla resume las condiciones ambientales, de GNSS y de configuración del sistema de a bordo utilizadas para evaluar el rendimiento de la navegación durante las pruebas de vuelo.
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| Clima | Cielo despejado, viento ligero. |
| Altitud sobre el terreno | ~33 m sobre el nivel del mar. |
| Condiciones GNSS | Buena visibilidad del cielo, entorno de multitrayecto bajo. |
| Configuración del hardware | Ekinox Micro conectado mediante el controlador SBG a Orange Cube (UART). Antenas GNSS externas montadas en la parte superior del drone. |
| Fuente de alimentación | Configuración de doble batería. |
| Registro de datos | Registro de los logs binarios de Ekinox Micro y los logs de vuelo *.ulg de Orange Cube. |
Configuración de navegación del UAV
Las pruebas de vuelo se llevaron a cabo utilizando una plataforma de dron multirrotor Quad 450 equipada con un sistema de navegación inercial Ekinox Micro. El INS funcionó con la versión de firmware 5.3. El control del vehículo y la gestión del vuelo estuvieron a cargo de un autopiloto 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 de complejidad progresiva. Estas comprobaciones incluyeron la calibración del magnetómetro, pruebas de GNSS, de comunicación y de saltos de frecuencia.
| Parámetro | Descripción | Resultado |
|---|---|---|
| Calibración del magnetómetro | El dron se rotó alrededor de todos los ejes. | ✅ Éxito |
| Adquisición de GNSS | Se verificó el bloqueo de satélites y la calidad de la posición en QGroundControl. | ✅ Posición fija estable |
| Prueba de comunicación | Transmisión confirmada de datos del INS en tiempo real a través del controlador SBG. | ✅ Operativo |
| Prueba de salto | Respuesta básica del acelerador y de las superficies de control. | ✅ Aprobado |
Para cada configuración descrita a continuación, se evaluaron múltiples modos de vuelo y comportamientos. El nivel de autonomía aumentó gradualmente, comenzando siempre por el modo más permisivo.
Comenzamos con el modo Acro, gestionado íntegramente por el piloto. En este modo, no se aplican restricciones dinámicas y no se utilizan las entradas de los sensores. A continuación, pasamos al modo Estabilizado, en el que el piloto sigue utilizando el control remoto, pero la actitud del dron se controla mediante los datos de actitud proporcionados por los sensores. Después, en el modo Altitud, el eje vertical se estabiliza adicionalmente, por lo general mediante datos barométricos o telemetría, lo que permite al autopiloto mantener una altitud constante. Por último, concluimos esta serie de pruebas manuales con el modo Posición, que requiere datos GNSS fiables para mantener la posición y ayudar al piloto a conservar un vuelo estacionario estable.
Escenarios de vuelo
Esta sección presenta los escenarios de vuelo diseñados para evaluar el rendimiento del sistema de navegación de SBG tanto en modos de integración parcial (con EKF2 habilitado) como completa (con EKF2 deshabilitado), abarcando barridos en 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 que el EKF interno del piloto automático permanece activo.
Vuelo 1: Evaluación de modos manuales
Pruebe el modo acrobático, cambie al modo estabilizado, luego al de altitud y finalmente al de posición durante 1 minuto cada uno.
Vuelo 2 – Misión autónoma (trayectoria cuadrada)
El dron ejecutó una misión cuadrada automatizada predefinida. Los datos GNSS de nuestro INS garantizaron un seguimiento fluido de la trayectoria y transiciones estables entre puntos de referencia.
La misión comienza con una fase estabilizada, seguida de la posición para realizar una marcha libre (free running), durante la cual ejecutamos 8 en forma de ocho para inicializar y alinear el filtro; a continuación comienza la misión siguiendo puntos de ruta (way points) que forman un cuadrado, para luego realizar 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 de navegación completos (actitud, velocidad, posición). PX4 utiliza sus IMU únicamente 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 autopiloto también pueden alcanzarse con el filtro de Kalman extendido (EKF) de SBG, sin ninguna diferencia perceptible desde la perspectiva del piloto. Para garantizar esto, se probaron secuencialmente todos los modos de vuelo relevantes, cambiando de un modo al siguiente después de aproximadamente un minuto y concluyendo con maniobras de movimiento libre.
Vuelo 4: Misión autónoma
Tras adquirir cierta confianza en nuestra integración, cambiamos al modo de misión ordenando al dron seguir waypoints, comenzando con una línea recta de ida y vuelta para luego seguir una trayectoria cuadrada y realizar el aterrizaje.
Vuelo 5 – Integración completa de 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. Por lo tanto, redujimos la prioridad de las IMU del Orange Cube para hacer que la nuestra fuera la más alta. Y volamos en modo estabilizado.
Resultados y conclusiones
Todos los niveles de integración se validaron 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 comprensión clara de los desafíos del usuario, lo que nos permite elaborar una guía de integración práctica basada en la experiencia.
- Excelente compatibilidad entre los sensores de SBG Systems y PX4/Orange Cube.
- Implementación de controlador fiable que permite una comunicación MAVLink fluida.
- Robustez del filtro de Kalman extendido (EKF) de SBG tanto para modos manuales como autónomos.
- Comportamiento fluido incluso con una menor dependencia de los sensores a bordo de PX4.
Esta campaña de pruebas destaca la gran sinergia entre las tecnologías de navegación de SBG Systems y el ecosistema PX4. En todos los niveles de integración, nuestras soluciones de INS proporcionaron datos de navegación fiables y de alta calidad, lo que permitió un control más fluido, una mayor consistencia en las misiones y una mayor confianza general en el vuelo. Al validar configuraciones que van desde una simple mejora de GNSS hasta el control total de la navegación y la estabilización, demostramos la adaptabilidad de los productos de SBG a una amplia variedad de arquitecturas de vehículos no tripulados (UAV) y perfiles de misión.
Estos resultados también confirman la madurez de nuestro controlador PX4 y nuestra capacidad para ofrecer a los clientes las mejores prácticas probadas en el mundo real. Les ayudamos a reducir el tiempo de integración, mejorar el rendimiento y acelerar el despliegue. SBG Systems sigue posicionándose como un socio de confianza para los fabricantes e integradores de UAV que buscan una navegación robusta y de alta precisión en entornos operativos exigentes.
