Cette campagne d'essais a été menée pour valider l'intégration et les performances de l'un de nos produits de centrale inertielle (l'Ekinox Micro), en utilisant le pilote PX4 dans des conditions de vol de drone réelles. L'objectif était de reproduire aussi fidèlement que possible une configuration client et d'évaluer le comportement du système dans plusieurs scénarios d'exploitation représentatifs. Nous tenons à remercier chaleureusement Drones Center, basé près de Paris, pour avoir accueilli ces tests ainsi que pour leur aide précieuse et leur assistance technique tout au long de la campagne de vol.
L'autopilote Orange Cube a été retenu comme plateforme de test. Cependant, la méthodologie et les résultats sont applicables à tout matériel exécutant le micrologiciel PX4. Pour évaluer pleinement l'interaction entre les données de navigation SBG et l'estimateur PX4, trois configurations d'intégration ont été évaluées :
1 – Intégration de position uniquement (Ekinox Micro comme source GNSS)
- Notre INS fournit uniquement la position et la vitesse, émulant un récepteur GNSS externe.
- L'estimateur interne de PX4 réalise la fusion complète des capteurs.
- La stabilisation d'attitude est entièrement gérée par PX4 à l'aide de ses propres IMU.
2 – Intégration de la position fusionnée (Ekinox Micro comme source de navigation principale)
- Notre INS fournit des données de navigation fusionnées (position, vitesse).
- L'estimateur de PX4 est désactivé pour la navigation.
- PX4 reste responsable de la stabilisation à bas niveau en utilisant ses données IMU internes.
3 – Intégration complète attitude + position (Ekinox Micro contrôlant la navigation et la stabilisation)
- Notre INS fournit à la fois l'attitude et la position.
- Le pilote automatique utilise les données des capteurs de SBG comme source primaire pour la navigation et la stabilisation.
- Cette configuration représente le niveau d'intégration le plus élevé.
Ces tests ont été rendus possibles par le pilote SBG PX4, disponible dans le dépôt GitHub officiel de PX4.
Le pilote assure une couche de communication transparente entre les systèmes de navigation SBG et les autopilotes basés sur PX4, prenant en charge l'échange de données MAVLink à haut débit et de multiples stratégies d'intégration en fonction de l'architecture client et des exigences de fusion.
Conditions de test
Le tableau ci-dessous récapitule les conditions environnementales, GNSS et de configuration du système embarqué utilisées pour évaluer les performances de navigation lors des essais en vol.
| Paramètre | Description |
|---|---|
| Météo | Ciel dégagé, vent léger. |
| Altitude du sol | ~33 m au-dessus du niveau de la mer. |
| Conditions GNSS | Bonne visibilité du ciel, environnement à faible trajets multiples. |
| Configuration matérielle | Ekinox Micro connectée via le driver SBG à l'Orange Cube (UART). Antennes GNSS externes montées sur le dessus du drone. |
| Alimentation électrique | Configuration à double batterie. |
| Enregistrement | Enregistrement des logs binaires Ekinox Micro + logs de vol Orange Cube * .ulg. |
Configuration de navigation du drone
Les essais en vol ont été réalisés à l'aide d'une plateforme de drone multirotor Quad 450 équipée d'un système de navigation inertielle Ekinox Micro. L'INS a été utilisé avec la version 5.3 du firmware. Le contrôle du véhicule et la gestion du vol étaient assurés par un pilote automatique Orange Cube exécutant la version 1.16.0-Alpha du firmware PX4.
Procédures pré-vol
Des contrôles complets ont été effectués avant chaque vol pour garantir un fonctionnement sûr et fiable dans des modes de vol de plus en plus complexes. Ces contrôles comprenaient l'étalonnage du magnétomètre, le GNSS, la communication et des tests de saut.
| Paramètre | Description | Résultat |
|---|---|---|
| Étalonnage du magnétomètre | Drone pivoté autour de tous les axes. | ✅ Réussi |
| Acquisition GNSS | Verrouillage satellite et qualité de position vérifiés dans QGroundControl. | ✅ Fixation stable |
| Test de communication | Flux de données INS en temps réel confirmé via le pilote SBG. | ✅ Opérationnel |
| Test de saut (Hop test) | Réponse de base des gaz et des surfaces de contrôle. | ✅ Validé |
Pour chaque configuration, décrite ci-dessous, plusieurs modes de vol et comportements ont été évalués. Le niveau d'autonomie a augmenté progressivement, en commençant toujours par le mode le plus permissif.
Nous avons commencé par le mode Acro, qui est entièrement géré par le pilote. Dans ce mode, aucune contrainte dynamique n'est appliquée et les entrées des capteurs ne sont pas utilisées. Nous sommes ensuite passés au mode Stabilisé, où le pilote utilise toujours la télécommande, mais où l'attitude du drone est contrôlée à l'aide des données d'assiette fournies par les capteurs. Ensuite, en mode Altitude, l'axe vertical est également stabilisé, généralement à l'aide de données barométriques ou de télémétrie, ce qui permet au pilote automatique de maintenir une altitude constante. Enfin, nous avons conclu cette série de tests manuels par le mode Position, qui nécessite des données GNSS fiables pour maintenir la position et aider le pilote à conserver un vol stationnaire stable.
Scénarios de vol
Cette section présente les scénarios de vol conçus pour évaluer les performances du système de navigation SBG en modes d'intégration partielle (avec EKF2) et totale (sans EKF2), couvrant les balayages en mode manuel, les missions autonomes et les tests complets de navigation et de stabilisation.
EKF2 activé – Position et vitesse GNSS depuis notre INS
Notre Ekinox Micro fournit uniquement la position et la vitesse GNSS, tandis que l'EKF interne du pilote automatique reste actif.
Vol 1 – Évaluation des modes manuels
Tester le mode acro, passer au mode stabilisé, puis altitude et enfin position pendant 1 minute chacun.
Vol 2 – Mission autonome (trajectoire carrée)
Le drone a exécuté une mission carrée automatisée prédéfinie. Les données GNSS de notre INS ont garanti un suivi de trajectoire fluide et des transitions de waypoints stables.
La mission commence par une phase stabilisée, puis en mode position pour effectuer un vol libre, durant lequel nous réalisons des figures en 8 pour initialiser et aligner le filtre. Vient ensuite la mission proprement dite, suivant des points de passage formant un carré, puis des aller-retours en ligne droite.
EKF2 désactivé – Navigation complète par notre filtre de Kalman étendu (EKF)
Dans cette configuration, l'Ekinox Micro fournit des données de navigation complètes (attitude, vitesse, position). PX4 n'utilise ses IMU que pour la stabilisation à bas niveau.
Vol 3 – Balayage complet des modes
L'objectif de ce vol était de vérifier que les comportements réalisables avec l'EKF2 sur le pilote automatique peuvent également l'être avec le filtre de Kalman étendu (EKF) de SBG, sans différence perceptible du point de vue du pilote. Pour s'en assurer, tous les modes de vol pertinents ont été testés séquentiellement, en passant d'un mode à l'autre après environ une minute, et en concluant par des manœuvres en mouvement libre.
Vol 4 – Mission autonome
Après avoir gagné en confiance dans notre intégration, nous sommes passés en mode mission, en ordonnant au drone de suivre des points de passage, en commençant par un aller-retour en ligne droite, puis en suivant une trajectoire carrée avant d'atterrir.
Vol 5 – Intégration complète de l'INS (navigation + stabilisation)
Pour le dernier vol, il était important pour nous de tester tous les niveaux d'intégration en gérant non seulement la partie navigation, mais aussi la stabilisation. Nous avons donc abaissé la priorité des IMU d'Orange Cube, afin de donner la priorité à notre solution. Et vol en mode stabilisé.
Résultats et conclusions
Tous les niveaux d'intégration ont été validés avec succès. L'Ekinox Micro a fourni des données de navigation stables, fiables et de haute qualité dans toutes les configurations, de l'injection GNSS de base à la navigation et à la stabilisation complètes. Ces résultats confirment :
- Une compréhension approfondie des défis rencontrés par les utilisateurs, nous permettant de concevoir un guide d'intégration pratique et fondé sur l'expérience.
- Excellente compatibilité entre les capteurs SBG Systems et PX4/Orange Cube.
- Implémentation d'un pilote fiable permettant une communication MAVLink fluide.
- Robustesse du filtre de Kalman étendu (EKF) de SBG pour les modes manuel et autonome.
- Comportement fluide même en cas de dépendance réduite vis-à-vis des capteurs embarqués de PX4.
Cette campagne de tests met en évidence la forte synergie entre les technologies de navigation de SBG Systems et l'écosystème PX4. À tous les niveaux d'intégration, nos solutions INS ont fourni des données de navigation fiables et de haute qualité, permettant un contrôle plus fluide, une meilleure cohérence des missions et une plus grande confiance globale en vol. En validant des configurations allant de la simple augmentation GNSS à la prise en charge complète de la navigation et de la stabilisation, nous avons démontré l'adaptabilité des produits SBG à une grande variété d'architectures de drones et de profils de mission.
Ces résultats confirment également la maturité de notre pilote PX4 et notre capacité à fournir aux clients des bonnes pratiques éprouvées sur le terrain. Nous leur permettons de réduire le temps d'intégration, d'améliorer les performances et d'accélérer le déploiement. SBG Systems continue de se positionner comme un partenaire de confiance pour les fabricants et intégrateurs de drones recherchant une navigation robuste et de haute précision dans des environnements opérationnels exigeants.
