Questa campagna di test è stata condotta per validare l'integrazione e le prestazioni di uno dei nostri prodotti INS (Ekinox Micro), utilizzando il driver PX4 in condizioni di volo reali per UAV. L'obiettivo era riprodurre una configurazione simile a quella del cliente nel modo più accurato possibile e valutare il comportamento del sistema in diversi scenari operativi rappresentativi. Estendiamo i nostri più sinceri ringraziamenti a 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.
Il pilota automatico Orange Cube è stato scelto come piattaforma di test. Tuttavia, la metodologia e i risultati sono applicabili a qualsiasi hardware che esegua il firmware PX4. Per valutare appieno l'interazione tra i dati di navigazione SBG e l'estimatore PX4, sono state valutate tre configurazioni di integrazione:
1 – Integrazione basata solo sulla posizione (Ekinox Micro come sorgente 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 tramite le sue IMU.
2 – Integrazione a posizione fusa (Ekinox Micro come sorgente di navigazione completa)
- Il nostro sistema di controllo di posizione ( INS ) fornisce dati di navigazione fusi (posizione, velocità).
- L'estimatore di PX4 è disabilitato per la navigazione.
- PX4 rimane responsabile della stabilizzazione a basso livello utilizzando i dati della sua IMU interna.
3 – Integrazione completa di assetto e posizione (Ekinox Micro che controlla navigazione e stabilizzazione)
- Il nostro sistema di rilevamento della posizione e dell'assetto ( INS ) fornisce sia i dati relativi all'assetto che quelli relativi alla posizione.
- Il pilota automatico utilizza i dati dei sensori SBG come fonte primaria per la navigazione e la stabilizzazione.
- Questa configurazione rappresenta il massimo 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 continuo tra i sistemi di navigazione SBG e i piloti automatici basati su PX4, supportando lo scambio di dati MAVLink ad alta frequenza e molteplici strategie di integrazione a seconda dell'architettura del cliente e dei requisiti di fusione.
Condizioni di prova
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 con basso livello di propagazione multipath. |
| Configurazione hardware | Ekinox Micro collegato tramite SBG Driver a Orange Cube (UART). Antenne GNSS esterne montate sulla parte superiore del drone. |
| Alimentazione elettrica | Configurazione a doppia batteria. |
| Registrazione | Registrazione dei log binari di Ekinox Micro + log di volo Orange Cube * .ulg. |
Configurazione della navigazione dell'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 azionato utilizzando 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
Prima di ogni volo sono stati eseguiti controlli completi per garantire un funzionamento sicuro e affidabile attraverso modalità di volo progressivamente complesse. Questi controlli comprendevano la calibrazione del magnetometro, il GNSS, la comunicazione e i test di salto (hop test).
| Parametro | Descrizione | Risultato |
|---|---|---|
| Taratura del magnetometro | Il drone ha effettuato una rotazione attorno a tutti gli assi. | ✅ Riuscito |
| Acquisizione GNSS | Verifica dell'acquisizione del segnale satellitare e della qualità della posizione in QGroundControl. | ✅ Correzione stabile |
| Test di comunicazione | Streaming confermato dei dati in tempo reale di INS tramite il driver SBG. | ✅ Operativo |
| Test dell'hop | Risposta di base dell'acceleratore e delle superfici di controllo. | ✅ Superato |
Per ciascuna configurazione, descritta di seguito, sono state valutate diverse modalità di volo e comportamenti. Il livello di autonomia è aumentato gradualmente, partendo sempre dalla modalità più permissiva.
Abbiamo iniziato con la modalità Acro, gestita interamente dal pilota. In questa modalità non vengono applicati vincoli dinamici e non vengono utilizzati gli input dei sensori. Siamo poi passati alla modalità Stabilizzata, in cui il pilota utilizza ancora il telecomando, ma l'assetto del drone viene controllato tramite i dati di assetto forniti dai sensori. Successivamente, nella modalità Altitudine, l'asse verticale viene ulteriormente stabilizzato, tipicamente utilizzando dati barometrici o telemetria, consentendo al pilota automatico di mantenere un'altitudine costante. Infine, abbiamo concluso questa serie di test manuali con la modalità Posizione, che richiede dati GNSS affidabili per mantenere la posizione e assistere il pilota nel mantenere un volo stazionario stabile.
Scenari di volo
Questa sezione presenta gli scenari di volo progettati per valutare le prestazioni del sistema di navigazione SBG sia in modalità di integrazione parziale (con EKF2 abilitato) che completa (con EKF2 disabilitato), comprendenti voli 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
: prova acrobatica, passaggio alla modalità stabilizzata, poi altitudine e infine posizione, per 1 minuto ciascuna.
Volo 2 – Missione autonoma (percorso quadrato)
Il drone ha eseguito una missione automatizzata predefinita a forma di quadrato. 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 di stabilizzazione, seguita da una fase di posizionamento, per poi passare a una fase di funzionamento libero, durante la quale vengono eseguite 8 figure per inizializzare e allineare il filtro; successivamente ha inizio la missione vera e propria, seguendo i waypoint che formano un quadrato, per poi percorrere una linea retta avanti e indietro.
EKF2 disattivato – Navigazione completa tramite il nostro filtro di Kalman esteso (EKF)
In questa configurazione, l'unità Ekinox Micro fornisce dati di navigazione completi (assetto, velocità, posizione). PX4 utilizza le sue IMU solo per la stabilizzazione a basso livello.
Volo 3 – Prova completa delle modalità di volo
Lo scopo di questo volo era verificare che i comportamenti ottenibili con l’EKF2 sull’autopilota potessero essere raggiunti anche con il Filtro di Kalman Esteso (EKF) di SBG, senza alcuna differenza percepibile dal punto di vista del pilota. Per assicurarlo, tutte le modalità di volo rilevanti sono state testate in sequenza, passando da una modalità all’altra dopo circa un minuto e concludendo con manovre di movimento libero.
Volo 4 – Missione autonoma
Dopo aver acquisito una certa sicurezza riguardo alla nostra integrazione, siamo passati alla modalità missione, ordinando al drone di seguire dei waypoint: inizialmente una linea retta avanti e indietro, poi un percorso a forma di quadrato e infine l’atterraggio.
Volo 5 – Integrazione INS completa (navigazione + stabilizzazione)
Per l'ultimo volo, per noi era importante testare tutti i livelli di integrazione gestendo non solo la parte di navigazione, ma anche la stabilizzazione. Abbiamo quindi abbassato la priorità delle IMU di Orange Cube per dare la precedenza alla nostra e volare 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 completa. Questi risultati confermano:
- Una chiara comprensione delle difficoltà degli utenti, che ci permette di redigere 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 garantisce una comunicazione MAVLink senza interruzioni.
- Robustezza del filtro di Kalman esteso (EKF) di SBG sia in modalità manuale che autonoma.
- Comportamento fluido anche con una minore dipendenza dai sensori di bordo PX4.
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 delle missioni e una maggiore sicurezza di volo complessiva. Validando configurazioni che vanno dalla semplice integrazione GNSS al controllo completo della navigazione e della stabilizzazione, abbiamo dimostrato l'adattabilità dei prodotti SBG a un'ampia varietà di architetture UAV e profili di missione.
Questi risultati confermano inoltre la maturità del nostro driver PX4 e la nostra capacità di offrire ai clienti best practice collaudate sul campo. Li aiutiamo a ridurre i tempi di integrazione, migliorare le prestazioni e accelerare il deployment. SBG Systems continua a posizionarsi come partner di fiducia per i produttori e gli integratori di UAV che cercano una navigazione robusta e ad alta precisione in ambienti operativi esigenti.
