Cette campagne d'essais a été menée afin de valider l'intégration et les performances de l'un de nos INS (Ekinox Micro), à l'aide du pilote PX4 dans des conditions de vol réelles avec un drone. L'objectif était de reproduire aussi fidèlement que possible une configuration similaire à celle d'un client et d'évaluer le comportement du système dans plusieurs scénarios d'exploitation représentatifs. Nous adressons nos sincères remerciements au Drones Center, situé près de Paris, pour avoir accueilli ces essais et pour son précieux soutien et son assistance technique tout au long de la campagne de vol.
Le pilote automatique Orange Cube a été choisi comme plateforme de test. Cependant, la méthodologie et les résultats sont applicables à tout matériel fonctionnant avec le micrologiciel PX4. Afin d'évaluer pleinement l'interaction entre les données de navigation SBG et l'estimateur PX4, trois configurations d'intégration ont été évaluées :
1 – Intégration positionnelle uniquement (Ekinox Micro GNSS )
- Notre INS fournit uniquement la position et la vitesse, émulant un récepteur GNSS externe.
- L'estimateur interne de PX4 effectue 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 complète)
- Notre INS fournit des sorties de navigation fusionnées (position, vitesse).
- L'estimateur de PX4 est désactivé pour la navigation.
- PX4 reste responsable de la stabilisation de bas niveau à l'aide des données de son IMU interne.
3 – Intégration complète de l'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 plus haut niveau d'intégration.
Ces tests ont été rendus possibles grâce au driver 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 résume les conditions environnementales, GNSS et de configuration du système embarqué utilisées pour évaluer les performances de navigation pendant les essais en vol.
| Paramètre | Description |
|---|---|
| Météo | Ciel dégagé, vent faible. |
| 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 connecté via le driver SBG à Orange Cube (UART). Antennes GNSS externes montées sur le dessus du drone. |
| Alimentation | Configuration à double batterie. |
| Enregistrement | Enregistrement des logs binaires Ekinox Micro + logs de vol Orange Cube *.ulg. |
Configuration de la 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 de pré-vol
Des vérifications complètes ont été effectuées avant chaque vol afin de garantir un fonctionnement sûr et fiable dans des modes de vol progressivement complexes. Ces vérifications comprenaient l'étalonnage du magnétomètre, le GNSS, la communication et les tests de saut.
| Paramètre | Description | Résultat |
|---|---|---|
| Calibrage du magnétomètre | Drone pivoté autour de tous les axes. | ✅ Réussi |
| Acquisition GNSS | Qualité de la position et verrouillage satellite vérifiés dans QGroundControl. | ✅ Fixe stable |
| Test de communication | Flux de données INS en temps réel confirmé via le driver SBG. | ✅ Opérationnel |
| Test de saut | Réponse de base de l'accélérateur et de la gouverne. | ✅ 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 avec 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. Ensuite, nous sommes passés en mode Stabilisé, où le pilote utilise toujours la télécommande, mais l'attitude du drone est contrôlée à l'aide des données d'attitude fournies par les capteurs. Ensuite, en mode Altitude, l'axe vertical est en outre 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 avec le mode Position, qui nécessite des données GNSS fiables pour maintenir la position et aider le pilote à maintenir un vol stationnaire stable.
Scénarios de vol
Cette section présente les scénarios de vol conçus pour évaluer les performances du système de navigation SBG dans les modes d'intégration partiels (EKF2 activé) et complets (EKF2 désactivé), couvrant les balayages en mode manuel, les missions autonomes et les tests complets de navigation et de stabilisation.
EKF2 activé – Position et vitesse GNSS de 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
Test acro, passage en mode stabilisé puis altitude et enfin position pendant 1 minute chacun.
Vol 2 – Mission autonome (trajet carré)
Le drone a exécuté une mission carrée automatisée prédéfinie. Les données GNSS de notre INS ont assuré un suivi de trajectoire fluide et des transitions de waypoint stables.
La mission commence par une phase stabilisée, puis une phase de position, pour effectuer une course libre, au cours de laquelle nous effectuons 8 figures pour initialiser et aligner le filtre, puis commence une mission, en suivant des waypoints qui forment un carré, puis effectue une ligne droite aller-retour.
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 utilise ses IMU uniquement pour la stabilisation de bas niveau.
Vol 3 – Balayage complet des modes
L'objectif de ce vol était de vérifier que les comportements réalisables avec l'EKF2 sur l'autopilote peuvent également être obtenus avec le filtre de Kalman étendu (EKF) de SBG, sans aucune différence notable du point de vue du pilote. Pour ce faire, 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 acquis une certaine confiance dans notre intégration, nous sommes passés en mode mission, en ordonnant au drone de suivre des waypoints, qui commencent par une ligne droite aller-retour, puis en suivant une forme carrée et en atterrissant.
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 claire des défis des utilisateurs, nous permettant de créer un guide d'intégration pratique et basé sur l'expérience.
- Excellente compatibilité entre les capteurs SBG Systems et PX4/Orange Cube.
- Une implémentation fiable du driver permettant une communication MAVLink transparente.
- Robustesse du filtre de Kalman étendu (EKF) de SBG pour les modes manuel et autonome.
- Un comportement fluide, même avec une dépendance réduite aux capteurs PX4 embarqués.
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 de la mission et une plus grande confiance globale dans le 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 driver PX4 et notre capacité à fournir à nos clients des meilleures pratiques éprouvées et testées sur le terrain. Nous leur donnons les moyens 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 les intégrateurs de drones à la recherche d'une navigation robuste et de haute précision dans des environnements opérationnels exigeants.
