Ta kampania testowa została przeprowadzona w celu sprawdzenia integracji i wydajności jednego z naszych INS (Ekinox Micro) przy użyciu sterownika PX4 w rzeczywistych warunkach lotu bezzałogowego statku powietrznego. Celem było jak najdokładniejsze odtworzenie konfiguracji zbliżonej do tej stosowanej przez klienta oraz ocena zachowania systemu w kilku reprezentatywnych scenariuszach operacyjnych. Składamy serdeczne podziękowania firmie Drones Center z siedzibą pod Paryżem za zorganizowanie tych testów oraz za cenne wsparcie i pomoc techniczną podczas całej kampanii lotniczej.
Jako platformę testową wybrano autopilota Orange Cube. Jednak metodologia i wyniki mają zastosowanie do każdego sprzętu z oprogramowaniem PX4. Aby w pełni ocenić interakcję między danymi nawigacyjnymi SBG a estymatorem PX4, oceniono trzy konfiguracje integracji:
1 – Integracja wyłącznie pozycji (Ekinox Micro GNSS )
- Nasz INS dostarcza jedynie pozycję i prędkość, emulując zewnętrzny odbiornik GNSS.
- Wewnętrzny estymator PX4 wykonuje pełną fuzję danych z czujników.
- Stabilizacja położenia jest w całości obsługiwana przez PX4, wykorzystując własne IMU.
2 – Integracja pozycji po fuzji (Ekinox Micro jako pełne źródło nawigacji)
- Nasz INS dostarcza zespolone dane nawigacyjne (pozycja, prędkość).
- Estymator PX4 jest wyłączony dla nawigacji.
- PX4 pozostaje odpowiedzialny za stabilizację niskiego poziomu, wykorzystując wewnętrzne dane IMU.
3 – Pełna integracja orientacji i pozycji (Ekinox Micro kontrolujący nawigację i stabilizację)
- Nasz INS dostarcza zarówno dane o orientacji, jak i pozycji.
- Autopilot wykorzystuje dane z czujników SBG jako główne źródło nawigacji i stabilizacji.
- Ta konfiguracja reprezentuje najwyższy poziom integracji.
Testy te były możliwe dzięki sterownikowi SBG PX4, dostępnemu w oficjalnym repozytorium PX4 na GitHubie.
Sterownik zapewnia płynną warstwę komunikacyjną między systemami nawigacyjnymi SBG a autopilotami opartymi na PX4, wspierając wymianę danych MAVLink z wysoką częstotliwością oraz wiele strategii integracji, w zależności od architektury klienta i wymagań dotyczących fuzji danych.
Warunki testowe
Poniższa tabela podsumowuje warunki środowiskowe, GNSS oraz konfigurację systemu pokładowego, wykorzystane do oceny wydajności nawigacji podczas testów w locie.
| Parametr | Opis |
|---|---|
| Pogoda | Czyste niebo, lekki wiatr. |
| Wysokość terenu | ~33 m n.p.m. |
| Warunki GNSS | Dobra widoczność nieba, środowisko o niskim poziomie wielodrożności. |
| Konfiguracja sprzętowa | Ekinox Micro podłączony przez sterownik SBG do Orange Cube (UART). Zewnętrzne anteny GNSS zamontowane na dronie. |
| Zasilanie | Konfiguracja z podwójną baterią. |
| Rejestrowanie danych | Rejestrowanie binarnych logów Ekinox Micro + logów lotu Orange Cube w formacie *.ulg. |
Konfiguracja nawigacji UAV
Testy w locie przeprowadzono przy użyciu platformy drona wielowirnikowego Quad 450, wyposażonej w inercyjny system nawigacyjny Ekinox Micro. INS działał z oprogramowaniem układowym w wersji 5.3. Sterowanie pojazdem i zarządzanie lotem były realizowane przez autopilota Orange Cube, działającego na oprogramowaniu układowym PX4 w wersji 1.16.0-Alpha.
Procedury przedlotowe
Przed każdym lotem przeprowadzono kompleksowe kontrole, aby zapewnić bezpieczną i niezawodną pracę w coraz bardziej złożonych trybach lotu. Kontrole te obejmowały kalibrację magnetometru, GNSS, komunikację oraz testy skokowe.
| Parametr | Opis | Wynik |
|---|---|---|
| Kalibracja magnetometru | Dron obracany wokół wszystkich osi. | ✅ Pomyślnie |
| Aktywacja GNSS | Zweryfikowano blokadę satelitarną i jakość pozycji w QGroundControl. | ✅ Stabilne ustalenie pozycji |
| Test komunikacji | Potwierdzono strumieniowanie danych INS w czasie rzeczywistym przez sterownik SBG. | ✅ Działa |
| Test podskoku | Podstawowa reakcja przepustnicy i powierzchni sterowych. | ✅ Zaliczone |
Dla każdej konfiguracji, opisanej poniżej, oceniono wiele trybów lotu i zachowań. Poziom autonomii wzrastał stopniowo, zawsze rozpoczynając od najbardziej liberalnego trybu.
Rozpoczęliśmy od trybu Acro, który jest w pełni zarządzany przez pilota. W tym trybie nie są stosowane żadne dynamiczne ograniczenia, a dane z czujników nie są wykorzystywane. Następnie przeszliśmy do trybu Stabilized, gdzie pilot nadal używa zdalnego sterowania, ale orientacja drona jest kontrolowana za pomocą danych o orientacji dostarczanych przez czujniki. Dalej, w trybie Altitude, oś pionowa jest dodatkowo stabilizowana, zazwyczaj za pomocą danych barometrycznych lub telemetrii, co umożliwia autopilotowi utrzymanie stałej wysokości. Na koniec zakończyliśmy tę serię testów manualnych trybem Position, który wymaga niezawodnych danych GNSS do utrzymania pozycji i wspomagania pilota w utrzymaniu stabilnego zawisu.
Scenariusze lotu
W tej sekcji przedstawiono scenariusze lotu zaprojektowane w celu oceny wydajności systemu nawigacyjnego SBG zarówno w trybach częściowej (EKF2-enabled), jak i pełnej (EKF2-disabled) integracji, obejmujące testy trybów manualnych, misje autonomiczne oraz kompletne testy nawigacji i stabilizacji.
EKF2 włączony – Pozycja i prędkość GNSS z naszego INS
Nasz Ekinox Micro dostarcza jedynie pozycję i prędkość GNSS. Wewnętrzny EKF autopilota pozostaje aktywny.
Lot 1 – Ocena trybów manualnych
Test trybu acro, następnie przełączenie na tryb stabilizowany, potem wysokość i na koniec pozycja, po 1 minucie każdy.
Lot 2 – Misja autonomiczna (ścieżka kwadratowa)
Dron wykonał predefiniowaną, zautomatyzowaną misję kwadratową. Dane GNSS z naszego INS zapewniły płynne śledzenie trajektorii i stabilne przejścia między punktami trasy.
Misja rozpoczyna się fazą stabilizowaną, następnie przechodzi w tryb pozycji, aby wykonać swobodny lot, podczas którego wykonujemy 8 kształtów w celu inicjalizacji i wyrównania filtra, a następnie rozpoczyna się misja, podążając za punktami trasy tworzącymi kwadrat, po czym następuje lot po linii prostej tam i z powrotem.
EKF2 wyłączony – Pełna nawigacja za pomocą naszego rozszerzonego filtru Kalmana (EKF)
W tej konfiguracji Ekinox Micro dostarcza pełne dane nawigacyjne (orientacja, prędkość, pozycja). PX4 wykorzystuje swoje IMU wyłącznie do stabilizacji niskopoziomowej.
Lot 3 – Pełne testowanie trybów
Celem tego lotu było zweryfikowanie, czy zachowania osiągalne z EKF2 na autopilocie mogą być również osiągnięte za pomocą rozszerzonego filtru Kalmana (EKF) SBG, bez zauważalnej różnicy z perspektywy pilota. Aby to zapewnić, wszystkie istotne tryby lotu zostały przetestowane sekwencyjnie, przełączając się z jednego trybu na następny po około jednej minucie i kończąc manewrami swobodnego ruchu.
Lot 4 – Misja autonomiczna
Po uzyskaniu pewności co do naszej integracji, przełączyliśmy się w tryb misji, nakazując dronowi podążanie za punktami trasy, które zaczynały się od prostej linii tam i z powrotem, a następnie podążania po kwadracie i lądowania.
Lot 5 – Pełna integracja INS (nawigacja + stabilizacja)
Podczas ostatniego lotu ważne było dla nas przetestowanie wszystkich poziomów integracji, obsługując nie tylko część nawigacyjną, ale także stabilizację. Obniżyliśmy więc priorytet IMU Orange Cube, aby nasz był najwyższy. I lot w trybie stabilizowanym.
Wyniki i wnioski
Wszystkie poziomy integracji zostały pomyślnie zweryfikowane. Ekinox Micro zapewnił stabilne, niezawodne i wysokiej jakości dane nawigacyjne we wszystkich konfiguracjach, od podstawowego wstrzyknięcia GNSS po pełną nawigację i stabilizację. Wyniki te potwierdzają:
- Jasne zrozumienie wyzwań użytkowników, co pozwoliło nam stworzyć praktyczny, oparty na doświadczeniu przewodnik integracji.
- Doskonała kompatybilność między czujnikami SBG Systems a PX4/Orange Cube.
- Niezawodna implementacja sterownika umożliwiająca płynną komunikację MAVLink.
- Solidność rozszerzonego filtru Kalmana (EKF) SBG dla trybów manualnego i autonomicznego.
- Płynne działanie nawet przy zmniejszonym poleganiu na pokładowych czujnikach PX4.
Ta kampania testowa podkreśla silną synergię między technologiami nawigacyjnymi SBG Systems a ekosystemem PX4. Na wszystkich poziomach integracji nasze rozwiązania INS dostarczały niezawodne, wysokiej jakości dane nawigacyjne, umożliwiając płynniejszą kontrolę, lepszą spójność misji i większą ogólną pewność lotu. Walidując konfiguracje od prostej augmentacji GNSS po pełne przejęcie nawigacji i stabilizacji, zademonstrowaliśmy adaptowalność produktów SBG do szerokiej gamy architektur UAV i profili misji.
Wyniki te potwierdzają również dojrzałość naszego sterownika PX4 oraz naszą zdolność do dostarczania klientom sprawdzonych, przetestowanych w terenie najlepszych praktyk. Umożliwiamy im skrócenie czasu integracji, zwiększenie wydajności i przyspieszenie wdrożenia. SBG Systems nadal pozycjonuje się jako zaufany partner dla producentów i integratorów UAV poszukujących solidnej, wysokoprecyzyjnej nawigacji w wymagających środowiskach operacyjnych.
