Цю тестову кампанію було проведено для перевірки інтеграції та продуктивності одного з наших продуктів INS (Ekinox Micro) з використанням драйвера PX4 в реальних умовах польоту БПЛА. Метою було максимально точно відтворити конфігурацію, подібну до клієнтської, та оцінити поведінку системи в кількох репрезентативних робочих сценаріях. Ми висловлюємо щиру подяку компанії Drones Center, що базується поблизу Парижа, за проведення цих тестів та за їхню цінну підтримку й технічну допомогу під час усієї льотної кампанії.
Автопілот Orange Cube було обрано як тестову платформу. Проте методологія та результати застосовні до будь-якого апаратного забезпечення, що працює під управлінням мікропрограми PX4. Для повної оцінки взаємодії між навігаційними даними SBG та естиматором PX4 було оцінено три конфігурації інтеграції:
1 – Інтеграція лише за позицією (Ekinox Micro як джерело GNSS)
- Наша INS надає лише координати та швидкість, імітуючи зовнішній приймач GNSS.
- Внутрішній естиматор PX4 виконує повне злиття даних датчиків.
- Стабілізація просторового положення повністю виконується контролером PX4 за допомогою власних IMU.
2 – Інтеграція зі злиттям позицій (Ekinox Micro як повне джерело навігації)
- Наш пристрій « INS » забезпечує об’єднані вихідні дані навігації (координати, швидкість).
- Естиматор PX4 вимкнено для навігації.
- PX4 відповідає за стабілізацію нижнього рівня, використовуючи дані своїх внутрішніх IMU.
3 – Повна інтеграція кутів орієнтації та позиції (Ekinox Micro керує навігацією та стабілізацією)
- Наш прилад « INS » визначає як орієнтацію, так і положення.
- 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, який доступний в офіційному репозиторії PX4 на GitHub.
Драйвер забезпечує безшовний шар зв'язку між навігаційними системами SBG та автопілотами на базі PX4, підтримуючи високошвидкісний обмін даними MAVLink та безліч стратегій інтеграції залежно від архітектури клієнта та вимог до об'єднання даних.
Умови випробувань
У таблиці нижче узагальнено умови навколишнього середовища, GNSS та налаштування бортових систем, які використовувалися для оцінки ефективності навігації під час льотних випробувань.
| Параметр | Опис |
|---|---|
| Погода | Ясне небо, слабкий вітер. |
| Висота над рівнем землі | ~33 м над рівнем моря. |
| Умови GNSS | Хороша видимість неба, умови з низьким рівнем багатопроменевого поширення сигналу. |
| Налаштування обладнання | Ekinox Micro підключено через драйвер SBG до Orange Cube (UART). Зовнішні антени GNSS встановлені на верхній частині дрона. |
| Джерело живлення | Конфігурація з двома акумуляторами. |
| Ведення журналу | Збереження бінарних логів Ekinox Micro + польотних логів Orange Cube * .ulg. |
Налаштування навігації БПЛА
Льотні випробування проводилися з використанням платформи мультикоптера Quad 450, оснащеної інерціальною навігаційною системою Ekinox Micro. INS працювала під управлінням прошивки версії 5.3. Керування транспортним засобом та управління польотом здійснювалися автопілотом Orange Cube із прошивкою PX4 версії 1.16.0-Alpha.
Процедури перед польотом
Перед кожним польотом виконувалися ретельні перевірки для забезпечення безпечної та надійної роботи в умовах поступово складніших режимів польоту. Ці перевірки включали калібрування магнітометра, GNSS, зв'язку та тести обходу перешкод (hop tests).
| Параметр | Опис | Результат |
|---|---|---|
| Калібрування магнітометра | Дрон обертався навколо всіх осей. | ✅ Успішно |
| Захоплення GNSS | Перевірено з'єднання з супутником та якість визначення координат у QGroundControl. | ✅ Стабільне виправлення |
| Перевірка зв’язку | Підтверджено передачу даних у режимі реального часу з INS через драйвер SBG. | ✅ У експлуатації |
| Тест на хміль | Основні характеристики роботи 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 найширшими можливостями.
Ми почали з режиму Acro, який повністю контролюється пілотом. У цьому режимі динамічні обмеження не застосовуються, а вхідні дані з датчиків не використовуються. Потім ми перейшли в режим Stabilized, де пілот усе ще використовує пульт дистанційного керування, але просторова орієнтація (attitude) дрона контролюється за допомогою даних attitude, що надаються датчиками. Далі, в режимі Altitude, додатково стабілізується вертикальна вісь, зазвичай за допомогою барометричних даних або телеметрії, що дозволяє автопілоту підтримувати стабільну висоту. Нарешті, ми завершили цю серію ручних тестів режимом Position, який вимагає надійних даних GNSS для утримання позиції та допомоги пілоту в підтриманні стабільного зависання.
Сценарії польотів
У цьому розділі наведено 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.
EKF2 увімкнено – позиція та швидкість GNSS від нашої INS
Наш Ekinox Micro надає лише позицію та швидкість GNSS. Водночас внутрішній 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 (квадратна траєкторія)
Дрон виконав попередньо задану автоматизовану місію за квадратним маршрутом. Дані GNSS від нашої INS забезпечили плавне відстеження траєкторії та стабільні переходи між путевими точками.
Місія розпочинається 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 власне виконання місії, під час якої дрон рухається за маршрутними точками, що утворюють квадрат, а потім рухається по прямій лінії туди й назад.
EKF2 вимкнено — повна навігація за допомогою нашого розширеного фільтра Калмана (EKF)
У такій конфігурації Ekinox Micro надає повні навігаційні дані (орієнтацію, швидкість, позицію). PX4 використовує свої IMU лише для стабілізації нижнього рівня.
Політ 3 — Повний огляд режимів
Метою цього польоту було перевірити, чи можна досягти тих самих характеристик польоту за допомогою EKF2 на автопілоті, що й за допомогою розширеного фільтра 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 «
» Після того, як ми переконалися в надійності нашої інтеграції, ми перейшли в режим виконання місії, давши дрону команду слідувати за контрольними точками: спочатку — пряма лінія туди-назад, потім — маршрут у формі квадрата і, нарешті, посадка.
Політ 5 — Повна інтеграція INS (навігація + стабілізація)
Для останнього польоту нам було важливо протестувати всі рівні інтеграції, обробляючи не лише навігаційну частину, а й стабілізацію. Тому ми знизили пріоритет IMU Orange Cube, щоб підвищити наш власний. І виконали поїздку в режимі стабілізації.
Результати та висновки
Усі рівні інтеграції були успішно перевірені. Ekinox Micro надав стабільні, надійні та високоякісні навігаційні дані за всіх конфігурацій — від базового введення 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.
- Чудова сумісність між датчиками SBG Systems та PX4/Orange Cube.
- Надійна реалізація драйвера, що забезпечує безперебійний обмін даними через MAVLink.
- Надійність розширеного фільтра Калмана (EKF) компанії SBG як у ручному, так і в автономному режимах.
- Плавна поведінка навіть за умов зниженої залежності від бортових датчиків PX4.
Ця тестова кампанія підкреслює потужну синергію між навігаційними технологіями SBG Systems та екосистемою PX4. На всіх рівнях інтеграції наші рішення INS забезпечували надійні та високоякісні навігаційні дані, що дозволило досягти плавнішого керування, вищої стабільності виконання місій та більшої впевненості під час польотів. Шляхом перевірки конфігурацій від простого доповнення GNSS до повного перехоплення керування навігацією та стабілізацією ми продемонстрували адаптивність продукції SBG до найрізноманітніших архітектур БПЛА та профілів місій.
Ці результати також підтверджують зрілість нашого драйвера PX4 та нашу здатність надавати клієнтам перевірені на практиці найкращі рішення. Ми допомагаємо їм скоротити час інтеграції, підвищити продуктивність та прискорити розгортання. SBG Systems продовжує позиціювати себе як надійний партнер для виробників БПЛА та системних інтеграторів, які шукають надійну навігацію високої точності в складних умовах експлуатації.
