本試験キャンペーンは、実機UAV飛行環境下においてPX4ドライバーを使用したINS （Ekinox Micro）の統合性と性能を検証するために実施されました。目的は、顧客環境を可能な限り正確に再現し、複数の代表的な運用シナリオにおけるシステム挙動を評価することです。試験実施の場を提供し、飛行キャンペーン全体を通じて貴重な支援と技術的協力を賜りましたパリ近郊のDrones Centerに心より感謝申し上げます。
テストプラットフォームとしてOrange Cubeオートパイロットが選定された。ただし、本手法と結果はPX4ファームウェアを実行するあらゆるハードウェアに適用可能である。SBGナビゲーションデータとPX4推定器の相互作用を完全に評価するため、以下の3つの統合構成を評価した：
1 –位置情報のみの統合（Micro GNSS Micro ）
- 当社のINSは位置と速度のみを提供し、外部GNSS受信機をエミュレートします。
- PX4の内部推定器が完全なセンサーフュージョンを実行します。
- 姿勢安定化はPX4が完全に担当し、独自のIMUを使用します。
2 – 融合位置統合（完全なナビゲーションソースとしてのEkinox Micro）
- 当社のINSは融合されたナビゲーション出力（位置、速度）を提供します。
- PX4の推定器はナビゲーション用に無効化されます。
- PX4は内部IMUデータを使用して低レベルの安定化を引き続き担当します。
3 – 完全な姿勢＋位置統合（ナビゲーションと安定化を制御するEkinox Micro）
- 当社のINSは、姿勢と位置の両方を提供します。
- オートパイロットは、SBGのセンサーデータをナビゲーションと安定化の主要な情報源として使用します。
- この構成は、最高の統合レベルを表しています。
これらのテストは、公式PX4 GitHubリポジトリで公開されているSBG PX4ドライバーによって可能になりました。
このドライバーは、SBGナビゲーションシステムとPX4ベースのオートパイロット間のシームレスな通信レイヤーを確保し、顧客のアーキテクチャとフュージョン要件に応じて、高レートのMAVLinkデータ交換と複数の統合戦略をサポートします。
テスト条件
以下の表は、飛行試験中にナビゲーション性能を評価するために使用された環境、GNSS、およびオンボードシステムのセットアップ条件を要約しています。
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| 天候 | 快晴、微風。 |
| 地上高度 | 海抜約33 m。 |
| GNSS条件 | 良好なスカイビュー、低マルチパス環境。 |
| ハードウェア構成 | Ekinox MicroはSBGドライバーを介してOrange Cube (UART) に接続。 外部GNSSアンテナはドローンの上部に搭載。 |
| 電源 | デュアルバッテリー構成。 |
| ロギング | Ekinox Microのバイナリログ + Orange Cubeの*.ulgフライトログをロギング。 |
UAVナビゲーション設定
飛行試験は、Ekinox Micro慣性ナビゲーションシステムを搭載したQuad 450マルチロータードローンプラットフォームを使用して実施されました。INSはファームウェアバージョン5.3で動作しました。機体制御と飛行管理は、PX4ファームウェアバージョン1.16.0-Alphaを実行するOrange Cubeオートパイロットによって行われました。
飛行前手順
各飛行前に、段階的に複雑になる飛行モード全体で安全かつ信頼性の高い運用を確保するため、包括的なチェックが実施されました。これらのチェックには、磁力計のキャリブレーション、GNSS、通信、およびホップテストが含まれていました。
| 項目 | 説明 | 成果 |
|---|---|---|
| 磁力計のキャリブレーション | ドローンが全軸を中心に回転した。 | ✅ 成功 |
| GNSS捕捉 | QGroundControlで衛星ロックと位置品質を確認した。 | ✅ 安定したFix |
| 通信テスト | SBGドライバーを介したリアルタイムINSデータストリーミングを確認した。 | ✅ 動作可能 |
| ホップテスト | 基本的なスロットルと操縦翼面の応答。 | ✅ 合格 |
以下に説明する各構成について、複数のフライトモードと挙動が評価されました。自律性のレベルは、常に最も許容度の高いモードから開始し、徐々に引き上げられました。
まず、パイロットが完全に操作するAcroモードから開始しました。このモードでは、動的な制約は適用されず、センサー入力も使用されません。次に、パイロットが引き続きリモートコントロールを使用するものの、ドローンの姿勢がセンサーから提供される姿勢データを使用して制御されるStabilizedモードに切り替えました。続いて、Altitudeモードでは、通常、気圧データまたはテレメトリーを使用して垂直軸が追加で安定化され、オートパイロットが一貫した高度を維持できるようになります。最後に、この一連の手動テストをPositionモードで締めくくりました。このモードでは、位置を保持し、パイロットが安定したホバリングを維持するのを補助するために、信頼性の高いGNSSデータが必要です。
フライトシナリオ
このセクションでは、SBGナビゲーションシステムの性能を、部分統合モード（EKF2有効）と完全統合モード（EKF2無効）の両方で評価するために設計されたフライトシナリオを提示します。これには、手動モードスイープ、自律ミッション、および完全なナビゲーションと安定化テストが含まれます。
EKF2有効 – 当社のINSからのGNSS位置と速度
当社のEkinox MicroはGNSSの位置と速度のみを提供します。オートパイロットの内部EKFは引き続きアクティブです。
フライト1 – 手動モード評価
アクロモードをテストし、その後スタビライズドモード、高度モード、最後にポジションモードにそれぞれ1分間ずつ切り替えます。
フライト2 – 自律ミッション（四角形経路）
ドローンは事前に定義された自動四角形ミッションを実行しました。当社のINSからのGNSSデータにより、スムーズな軌道追跡と安定したウェイポイント遷移が保証されました。
ミッションは安定化フェーズから始まり、次にポジションモードに移行してフリーランニングを実行します。この間にフィルターを初期化およびアラインするために8つの形状を実行し、その後、四角形を形成するウェイポイントに沿ってミッションを開始し、直線経路を往復します。
EKF2無効 – 当社の拡張カルマンフィルター（EKF）による完全ナビゲーション
この構成では、Ekinox Microが完全なナビゲーションデータ（姿勢、速度、位置）を提供します。PX4は、低レベルの安定化にのみIMUを使用します。
フライト3 – 完全モードスイープ
このフライトの目的は、オートパイロットのEKF2で達成可能な挙動が、SBGの拡張カルマンフィルター（EKF）を使用しても、パイロットの視点から見て目立った違いなく達成できることを検証することでした。これを確実にするため、すべての関連するフライトモードが順次テストされ、約1分ごとに次のモードに切り替え、最後に自由移動マニューバで締めくくられました。
フライト4 – 自律ミッション
統合に対するある程度の確信を得た後、ミッションモードに切り替え、ドローンにウェイポイントを追従させました。これは直線往復から始まり、その後四角形をたどり、着陸します。
フライト5 – 完全INS統合（ナビゲーション + 安定化）
最後のフライトでは、ナビゲーション部分だけでなく、安定化も処理することで、すべての統合レベルをテストすることが重要でした。そのため、Orange CubeのIMUの優先度を下げ、当社のIMUを最高に設定しました。そして、安定化モードで飛行しました。
結果と結論
全ての統合レベルが正常に検証されました。Ekinox Microは、基本的なGNSSインジェクションから完全なナビゲーションおよび安定化まで、あらゆる構成において、安定した信頼性の高い高品質なナビゲーションデータを提供しました。これらの結果は以下を裏付けています。
- ユーザーの課題を明確に理解し、実用的で経験に基づいた統合ガイドを構築できること。
- SBG SystemsのセンサーとPX4/Orange Cube間の優れた互換性。
- シームレスなMAVLink通信を可能にする、信頼性の高いドライバー実装。
- 手動モードと自律モードの両方における、SBGの拡張カルマンフィルター（EKF）の堅牢性。
- オンボードPX4センサーへの依存度を下げた場合でもスムーズな動作。
このテストキャンペーンは、SBG Systemsのナビゲーション技術とPX4エコシステム間の強力な相乗効果を浮き彫りにしています。全ての統合レベルにおいて、当社のINSソリューションは信頼性の高い高品質なナビゲーションデータを提供し、よりスムーズな制御、ミッションの一貫性の向上、そして全体的な飛行信頼性の向上を可能にしました。シンプルなGNSS拡張から完全なナビゲーションおよび安定化の引き継ぎまで、幅広い構成を検証することで、SBG製品が多種多様なUAVアーキテクチャとミッションプロファイルに適応できることを実証しました。
これらの結果は、当社のPX4ドライバーの成熟度と、実績のある現場でテスト済みのベストプラクティスをお客様に提供する能力も裏付けています。これにより、お客様は統合時間の短縮、パフォーマンスの向上、展開の加速を実現できます。SBG Systemsは、要求の厳しい運用環境で堅牢かつ高精度なナビゲーションを求めるUAVメーカーおよびインテグレーターにとって、信頼できるパートナーとしての地位を確立し続けています。
