Ця серія випробувань була проведена з метою перевірки інтеграції та продуктивності одного з наших продуктів серії « INS » (Ekinox Micro ) із використанням драйвера PX4 в реальних умовах польоту БПЛА. Мета полягала в тому, щоб якомога точніше відтворити умови, близькі до реальних умов експлуатації клієнта, та оцінити поведінку системи в кількох типових сценаріях експлуатації. Ми висловлюємо щиру подяку компанії Drones Center, що базується поблизу Парижа, за організацію цих випробувань, а також за цінну підтримку та технічну допомогу протягом усієї серії польотів.
В якості тестової платформи було обрано автопілот Orange Cube. Однак методологія та результати можуть бути застосовані до будь-якого обладнання, на якому працює прошивка PX4. Для всебічної оцінки взаємодії між навігаційними даними SBG та оцінювачем PX4 було проаналізовано три конфігурації інтеграції:
1 – Інтеграція лише за координатами (Ekinox Micro GNSS )
- Наша INS лише дані про місцезнаходження та швидкість, імітуючи роботу зовнішнього GNSS .
- Вбудований алгоритм оцінювання PX4 здійснює повну інтеграцію даних з датчиків.
- Стабілізацією положення повністю займається PX4 за допомогою власних датчиків IMU.
2 – Інтеграція з використанням методу злиття координат (Ekinox Micro основне джерело навігації)
- Наша INS об'єднані навігаційні дані (координати, швидкість).
- Оцінювач PX4 вимкнено для навігації.
- PX4 продовжує відповідати за стабілізацію на низькому рівні, використовуючи IMU власного IMU .
3 – Повна інтеграція даних про орієнтацію та положення (Ekinox Micro навігацію та стабілізацію)
- Наша INS як орієнтацію, так і координати.
- Автопілот використовує дані датчиків SBG як основне джерело інформації для навігації та стабілізації.
- Ця конфігурація відповідає найвищому рівню інтеграції.
Ці тести стали можливими завдяки драйверу SBG PX4, доступному в офіційному репозиторії PX4 на GitHub.
Цей драйвер забезпечує безперебійний рівень взаємодії між навігаційними системами SBG та автопілотами на базі PX4, підтримуючи високошвидкісний обмін даними за протоколом MAVLink та різноманітні стратегії інтеграції залежно від архітектури замовника та вимог до об'єднання даних.
Умови випробувань
У таблиці нижче наведено узагальнені дані щодо умов навколишнього середовища, GNSS та налаштувань бортових систем, які використовувалися для оцінки навігаційних характеристик під час льотних випробувань.
| Параметр | Опис |
|---|---|
| Погода | Ясне небо, слабкий вітер. |
| Висота над рівнем землі | ~33 м над рівнем моря. |
| GNSS | Хороша видимість неба, умови з мінімальним багатопроменевим розсіюванням. |
| Налаштування обладнання | Ekinox Micro через драйвер SBG до Orange Cube (UART). Зовнішні GNSS , встановлені на верхній частині дрона. |
| Блок живлення | Конфігурація з двома акумуляторами. |
| Ведення журналу | Запис бінарних логів Ekinox Micro + польотних логів Orange Cube * .ulg. |
Налаштування навігації БПЛА
Випробувальні польоти проводилися на платформі мультироторного дрона Quad 450, оснащеного інерціальною навігаційною системою Ekinox Micro. INS працювала на мікропрограмі версії 5.3. Керування транспортним засобом та управління польотом здійснювалися автопілотом Orange Cube під управлінням мікропрограми PX4 версії 1.16.0-Alpha.
Процедури перед вильотом
Перед кожним польотом проводилися комплексні перевірки, щоб забезпечити безпечну та надійну роботу в умовах дедалі складніших режимів польоту. Ці перевірки включали калібрування магнітометра, тестування GNSS, систем зв’язку та тести на перехід між точками.
| Параметр | Опис | Результат |
|---|---|---|
| Калібрування магнітометра | Дрон обертався навколо всіх осей. | ✅ Успішно |
| GNSS | Перевірено фіксацію супутника та якість визначення координат у QGroundControl. | ✅ Виправлення, що забезпечує стабільність |
| Перевірка зв'язку | Підтверджена передача INS у режимі реального часу через драйвер SBG. | ✅ Працює |
| Тест на стрибки | Основні характеристики реакції дросельної заслінки та керуючих поверхонь. | ✅ Складено |
Для кожної з наведених нижче конфігурацій було оцінено кілька режимів польоту та моделей поведінки. Рівень автономності підвищувався поступово, завжди починаючи з режиму з найменшими обмеженнями.
Ми розпочали з режиму «Acro», який повністю керується пілотом. У цьому режимі не застосовуються жодні динамічні обмеження, а дані датчиків не використовуються. Потім ми перейшли до режиму «Stabilized», де пілот, як і раніше, керує пультом дистанційного керування, але положення дрона контролюється за допомогою даних про орієнтацію, що надходять від датчиків. Далі, у режимі Altitude вертикальна вісь додатково стабілізується, зазвичай за допомогою барометричних даних або телеметрії, що дозволяє автопілоту підтримувати постійну висоту. Нарешті, ми завершили цю серію ручних тестів режимом Position, який вимагає надійних GNSS для утримання позиції та допомоги пілотові в підтримці стабільного зависання.
Сценарії польотів
У цьому розділі представлено сценарії польотів, розроблені для оцінки характеристик навігаційної системи SBG як у режимі часткової інтеграції (з увімкненим EKF2), так і в режимі повної інтеграції (з вимкненим EKF2), що охоплюють польоти в ручному режимі, автономні місії, а також комплексні випробування систем навігації та стабілізації.
Функція EKF2 увімкнена — GNSS та швидкість за даними GNSS від нашої системи інерційного навігаційного приладу ( INS)
Наш Ekinox Micro лише GNSS та швидкість GNSS . При цьому внутрішній фільтр EKF автопілота залишається активним.
Політ 1 — Оцінка ручних режимів
Виконати акробатичні маневри, перейти в стабілізований режим, потім у режим утримання висоти і, нарешті, у режим утримання положення — по 1 хвилині в кожному режимі.
Політ 2 — Автономна місія (квадратний маршрут)
Дрон виконав заздалегідь задану автоматизовану місію у формі квадрата. GNSS з нашої INS плавне відстеження траєкторії та стабільний перехід між точками маршруту.
Місія починається зі стабілізаційної фази, після чого відбувається позиціонування для виконання вільного руху, під час якого ми виконуємо 8 фігур для ініціалізації та вирівнювання фільтра; потім починається основна частина місії, під час якої робот рухається за маршрутними точками, що утворюють квадрат, а потім курсує туди-сюди по прямій лінії.
EKF2 вимкнено — повна навігація за допомогою нашого розширеного фільтра Калмана (EKF)
У цій конфігурації Ekinox Micro надає повні навігаційні дані (орієнтацію, швидкість, положення). PX4 використовує свої ІМУ лише для низькорівневої стабілізації.
Політ 3 — Повний огляд режимів
Метою цього польоту було перевірити, чи можна досягти тих самих характеристик роботи, що й за допомогою EKF2 в автопілоті, використовуючи розширений фільтр Калмана (EKF) SBG, без будь-яких помітних відмінностей з точки зору пілота. Для цього послідовно було протестовано всі відповідні режими польоту, переходячи від одного режиму до іншого приблизно через хвилину, а на завершення — виконано маневри вільного руху.
Політ № 4 — Автономна місія
Отримавши певну впевненість у правильності налаштувань, ми перейшли в режим виконання місії, наказавши дрону слідувати за маршрутними точками: спочатку рухатися по прямій туди-сюди, потім — по квадрату, а потім здійснити посадку.
Політ № 5 — Повна INS (навігація + стабілізація)
Під час останнього польоту для нас було важливо перевірити всі рівні інтеграції, взявши на себе не лише навігацію, а й стабілізацію. Тому ми знизили пріоритет ІМУ Orange Cube, щоб надати найвищий пріоритет нашій системі, і здійснили політ у стабілізованому режимі.
Результати та висновки
Усі рівні інтеграції були успішно перевірені. Система Ekinox Micro стабільні, надійні та високоякісні навігаційні дані в усіх конфігураціях — від базового GNSS до повної навігації та стабілізації. Ці результати підтверджують:
- Чітке розуміння проблем користувачів, що дозволяє нам створити практичний посібник з інтеграції, заснований на реальному досвіді.
- Відмінна сумісність SBG Systems із PX4/Orange Cube.
- Надійна реалізація драйвера, що забезпечує безперебійний обмін даними через MAVLink.
- Надійність розширеного фільтра Калмана (EKF) від SBG як у ручному, так і в автономному режимах.
- Плавна робота навіть при зменшенні залежності від вбудованих датчиків PX4.
Ця серія випробувань підкреслює потужну синергію між навігаційними технологіями компанії « SBG Systems» та екосистемою PX4. На всіх рівнях інтеграції наші рішення « INS » забезпечували надійні та високоякісні навігаційні дані, що дозволило досягти більш плавного керування, підвищити узгодженість виконання місій та загальну надійність польотів. Проводячи перевірку конфігурацій — від простого доповнення даних за допомогою « GNSS » до повного перейняття функцій навігації та стабілізації — ми продемонстрували здатність продуктів SBG адаптуватися до широкого спектру архітектур БПЛА та профілів місій.
Ці результати також підтверджують зрілість нашого драйвера PX4 та нашу здатність надавати клієнтам перевірені на практиці найкращі рішення. Ми даємо їм можливість скоротити час інтеграції, підвищити продуктивність та прискорити впровадження. Компанія « SBG Systems » продовжує позиціонувати себе як надійний партнер для виробників та інтеграторів БПЛА, які потребують надійної та високоточної навігації у складних умовах експлуатації.
