Questa campagna di test è stata condotta per convalidare l'integrazione e le prestazioni di uno INS nostri INS (Ekinox Micro), utilizzando il driver PX4 in condizioni di volo UAV reali. L'obiettivo era quello di riprodurre il più accuratamente possibile una configurazione simile a quella di un cliente e valutare il comportamento del sistema in diversi scenari operativi rappresentativi. Estendiamo i nostri sinceri ringraziamenti al Drones Center, con sede vicino a Parigi, per aver ospitato questi test e per il prezioso supporto e l'assistenza tecnica forniti durante tutta la campagna di volo.
Come piattaforma di prova è stato scelto l'autopilota Orange Cube. Tuttavia, la metodologia e i risultati sono applicabili a qualsiasi hardware che esegue il firmware PX4. Per valutare appieno l'interazione tra i dati di navigazione SBG e lo stimatore PX4, sono state valutate tre configurazioni di integrazione:
1 – Integrazione solo posizione (Ekinox Micro GNSS )
- Il nostro INS fornisce solo posizione e velocità, emulando un ricevitore GNSS esterno.
- L'estimatore interno di PX4 esegue la fusione completa dei sensori.
- La stabilizzazione dell'assetto è gestita interamente da PX4 utilizzando le proprie IMU.
2 – Integrazione della posizione fusa (Ekinox Micro come sorgente di navigazione completa)
- Il nostro INS fornisce output di navigazione fusi (posizione, velocità).
- L'estimatore di PX4 è disabilitato per la navigazione.
- PX4 rimane responsabile della stabilizzazione di basso livello utilizzando i dati della sua IMU interna.
3 – Integrazione completa di assetto + posizione (Ekinox Micro che controlla la navigazione e la stabilizzazione)
- Il nostro INS fornisce sia l'assetto che la posizione.
- L'autopilota utilizza i dati dei sensori di SBG come fonte primaria per la navigazione e la stabilizzazione.
- Questa configurazione rappresenta il più alto livello di integrazione.
Questi test sono stati resi possibili dal driver SBG PX4, disponibile nel repository GitHub ufficiale di PX4.
Il driver garantisce un livello di comunicazione senza interruzioni tra i sistemi di navigazione SBG e gli autopiloti basati su PX4, supportando lo scambio di dati MAVLink ad alta velocità e molteplici strategie di integrazione a seconda dell'architettura del cliente e dei requisiti di fusione.
Condizioni di test
La tabella seguente riassume le condizioni ambientali, GNSS e di configurazione del sistema di bordo utilizzate per valutare le prestazioni di navigazione durante i test di volo.
| Parametro | Descrizione |
|---|---|
| Meteo | Cielo sereno, vento leggero. |
| Altitudine al suolo | ~33 m sul livello del mare. |
| Condizioni GNSS | Buona visibilità del cielo, ambiente a basso multipath. |
| Configurazione hardware | Ekinox Micro collegato tramite SBG Driver a Orange Cube (UART). Antenne GNSS esterne montate sulla parte superiore del drone. |
| Alimentazione | Configurazione a doppia batteria. |
| Logging | Logging dei log binari Ekinox Micro + log di volo Orange Cube * .ulg. |
Configurazione di navigazione UAV
I test di volo sono stati condotti utilizzando una piattaforma drone multirotore Quad 450 equipaggiata con un sistema di navigazione inerziale Ekinox Micro. L'INS è stato utilizzato con la versione firmware 5.3. Il controllo del veicolo e la gestione del volo sono stati gestiti da un autopilota Orange Cube con firmware PX4 versione 1.16.0-Alpha.
Procedure pre-volo
Sono stati eseguiti controlli completi prima di ogni volo per garantire un funzionamento sicuro e affidabile attraverso modalità di volo progressivamente complesse. Questi controlli includevano la calibrazione del magnetometro, GNSS, comunicazione e test di hop.
| Parametro | Descrizione | Risultato |
|---|---|---|
| Calibrazione del magnetometro | Drone ruotato su tutti gli assi. | ✅ Riuscito |
| Acquisizione GNSS | Blocco satellitare e qualità della posizione verificati in QGroundControl. | ✅ Fisso stabile |
| Test di comunicazione | Flusso di dati INS in tempo reale confermato tramite driver SBG. | ✅ Operativo |
| Hop test | Risposta di base dell'acceleratore e delle superfici di controllo. | ✅ Superato |
Per ogni configurazione, descritta di seguito, sono state valutate diverse modalità e comportamenti di volo. Il livello di autonomia è aumentato gradualmente, iniziando sempre con la modalità più permissiva.
Abbiamo iniziato con la modalità Acro, che è completamente gestita dal pilota. In questa modalità, non vengono applicati vincoli dinamici e gli input dei sensori non vengono utilizzati. Poi siamo passati alla modalità Stabilized, dove il pilota utilizza ancora il telecomando, ma l'assetto del drone è controllato utilizzando i dati di assetto forniti dai sensori. Successivamente, nella modalità Altitude, l'asse verticale è ulteriormente stabilizzato, tipicamente utilizzando dati barometrici o telemetria, consentendo all'autopilota di mantenere un'altitudine costante. Infine abbiamo concluso questa serie di test manuali con la modalità Position, che richiede dati GNSS affidabili per mantenere la posizione e assistere il pilota nel mantenere un hovering stabile.
Scenari di volo
Questa sezione presenta gli scenari di volo progettati per valutare le prestazioni del sistema di navigazione SBG Systems in modalità di integrazione parziale (EKF2 abilitato) e completa (EKF2 disabilitato), coprendo sweep in modalità manuale, missioni autonome e test completi di navigazione e stabilizzazione.
EKF2 abilitato – Posizione e velocità GNSS dal nostro INS
Il nostro Ekinox Micro fornisce solo posizione e velocità GNSS. Mentre l'EKF interno dell'autopilota rimane attivo.
Volo 1 – Valutazione delle modalità manuali
Test acro, passare alla modalità stabilizzata, quindi altitudine e infine posizione per 1 minuto ciascuna.
Volo 2 – Missione autonoma (percorso quadrato)
Il drone ha eseguito una missione quadrata automatizzata predefinita. I dati GNSS del nostro INS hanno garantito un tracciamento fluido della traiettoria e transizioni stabili tra i waypoint.
La missione inizia con una fase stabilizzata, poi di posizionamento, per eseguire un free running, durante la quale eseguiamo 8 forme per inizializzare e allineare il filtro, poi inizia una missione, seguendo waypoint che formano un quadrato, poi percorre una linea retta avanti e indietro.
EKF2 disabilitato – Navigazione completa tramite il nostro Filtro di Kalman Esteso (EKF)
In questa configurazione, l'Ekinox Micro fornisce dati di navigazione completi (assetto, velocità, posizione). PX4 utilizza le sue IMU solo per la stabilizzazione di basso livello.
Volo 3 – Scansione completa delle modalità
Lo scopo di questo volo era verificare che i comportamenti ottenibili con EKF2 sull'autopilota possano essere raggiunti anche con l'Extended Kalman Filter (EKF) di SBG, senza alcuna differenza percepibile dal punto di vista del pilota. Per garantire ciò, tutte le modalità di volo pertinenti sono state testate in sequenza, passando da una modalità all'altra dopo circa un minuto e concludendo con manovre a movimento libero.
Volo 4 – Missione autonoma
Dopo aver acquisito una certa fiducia nella nostra integrazione, siamo passati alla modalità missione, ordinando al drone di seguire dei waypoint, che iniziavano con una linea retta avanti e indietro per poi seguire una forma quadrata e atterrare.
Volo 5 – Integrazione INS completa (navigazione + stabilizzazione)
Per l'ultimo volo, era importante per noi testare tutti i livelli di integrazione gestendo non solo la parte di navigazione, ma anche la stabilizzazione. Quindi, abbiamo abbassato la priorità delle IMU dell'Orange Cube, per rendere la nostra la più alta. E abbiamo volato in modalità stabilizzata.
Risultati e conclusioni
Tutti i livelli di integrazione sono stati validati con successo. L'Ekinox Micro ha fornito dati di navigazione stabili, affidabili e di alta qualità in tutte le configurazioni, dall'iniezione GNSS di base alla navigazione e stabilizzazione complete. Questi risultati confermano:
- Una chiara comprensione delle sfide degli utenti, che ci permette di costruire una guida all'integrazione pratica e basata sull'esperienza.
- Eccellente compatibilità tra i sensori SBG Systems e PX4/Orange Cube.
- Implementazione affidabile del driver che consente una comunicazione MAVLink senza interruzioni.
- Robustezza dell'Extended Kalman Filter (EKF) di SBG per le modalità manuale e autonoma.
- Funzionamento regolare anche con una dipendenza ridotta dai sensori PX4 di bordo.
Questa campagna di test evidenzia la forte sinergia tra le tecnologie di navigazione di SBG Systems e l'ecosistema PX4. A tutti i livelli di integrazione, le nostre soluzioni INS hanno fornito dati di navigazione affidabili e di alta qualità, consentendo un controllo più fluido, una maggiore coerenza della missione e una maggiore fiducia generale nel volo. Validando configurazioni che vanno dalla semplice aumentazione GNSS al completo controllo di navigazione e stabilizzazione, abbiamo dimostrato l'adattabilità dei prodotti SBG Systems a un'ampia varietà di architetture UAV e profili di missione.
Questi risultati confermano anche la maturità del nostro driver PX4 e la nostra capacità di fornire ai clienti best practice comprovate e testate sul campo. Li mettiamo in condizione di ridurre i tempi di integrazione, migliorare le prestazioni e accelerare l'implementazione. SBG Systems continua a posizionarsi come partner affidabile per produttori e integratori di UAV che cercano una navigazione robusta e ad alta precisione in ambienti operativi esigenti.
