本次测试旨在验证我们一款 INS 产品 (Ekinox Micro) 在实际无人机飞行条件下使用 PX4 驱动的集成和性能。目标是尽可能准确地复现客户场景，并评估系统在多个典型操作场景下的行为。Orange Cube 自动驾驶仪被选为测试平台。然而，该方法和结果适用于任何运行 PX4 固件的硬件。为了全面评估 SBG 导航数据与 PX4 估计器之间的交互，评估了三种集成配置：
1 – 仅位置集成 (Ekinox Micro 作为 GNSS 源)
- 我们的 INS 仅提供位置和速度，模拟外部 GNSS 接收器。
- PX4 的内部估计器执行完整的传感器融合。
- 姿态稳定完全由 PX4 使用其自身的 IMU 处理。
2 – 融合位置集成 (Ekinox Micro 作为完整导航源)
- 我们的 INS 提供融合导航输出（位置、速度）。
- PX4 的估计器已禁用导航功能。
- PX4 仍负责使用其内部 IMU 数据进行低级稳定。
3 – 完整姿态 + 位置集成 (Ekinox Micro 控制导航和稳定)
- 我们的 INS 同时提供姿态和位置。
- 飞控系统使用 SBG 的传感器数据作为导航和稳定的主要来源。
- 这种配置代表了最高的集成度。
这些测试得益于 SBG PX4 驱动程序，该驱动程序可在官方 PX4 GitHub 仓库中获取。
该驱动程序确保了 SBG 导航系统与基于 PX4 的飞控系统之间的无缝通信层，支持高速 MAVLink 数据交换和多种集成策略，具体取决于客户的架构和融合要求。
测试条件
下表总结了飞行测试期间用于评估导航性能的环境、GNSS 和机载系统设置条件。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 天气 | 晴空，微风。 |
| 地面海拔 | 海拔约33米。 |
| GNSS 条件 | 天空能见度良好，低多径环境。 |
| 硬件设置 | Ekinox Micro 通过 SBG Driver 连接到 Orange Cube (UART)。 外部 GNSS 天线安装在无人机顶部。 |
| 下表总结了在飞行测试期间用于评估导航性能的环境、GNSS 和机载系统设置条件。 | 参数 |
| 天气 | 晴空，微风。 |
地面高度
GNSS 条件
天空视野良好，低多径环境。
硬件设置
| 参数 | 描述 | Ekinox Micro 通过 SBG 驱动程序连接到 Orange Cube (UART)。 外部 GNSS 天线安装在无人机顶部。 |
|---|---|---|
| 电源 | 双电池配置。 | ✅ 成功 |
| GNSS 信号捕获 | 在 QGroundControl 中验证了卫星锁定和位置质量。 | ✅ 稳定定位 |
| 通信测试 | 确认了通过 SBG driver 进行实时 INS 数据流传输。 | ✅ 运行正常 |
| 短距起降测试 | 基本的油门和控制面响应。 | ✅ 通过 |
对于下述的每种配置，我们评估了多种飞行模式和行为。自主性水平逐渐提高，始终从最宽松的模式开始。
我们首先从姿态模式开始，该模式完全由飞行员操控。在此模式下，不施加任何动态约束，也不使用传感器输入。然后我们切换到增稳模式，在此模式下，飞行员仍使用遥控器，但无人机的姿态通过传感器提供的姿态数据进行控制。接下来，在定高模式下，垂直轴会额外稳定，通常使用气压数据或遥测数据，使自动驾驶仪能够保持一致的高度。最后，我们以定位模式结束了这一系列手动测试，该模式需要可靠的 GNSS 数据来保持位置并辅助飞行员保持稳定悬停。
飞行场景
本节介绍了旨在评估 SBG 导航系统在部分集成（启用 EKF2）和完全集成（禁用 EKF2）模式下性能的飞行场景，涵盖了手动模式切换、自主任务以及完整的导航和稳定测试。
启用 EKF2 – 来自我们 INS 的 GNSS 位置和速度
我们的 Ekinox Micro 仅提供 GNSS 位置和速度。同时，自动驾驶仪的内部 EKF 保持活动状态。
飞行 1 – 手动模式评估
测试姿态模式，然后切换到增稳模式，接着是定高模式，最后是定位模式，每种模式持续 1 分钟。
飞行2 – 自主任务（方形路径）
无人机执行了预定义的自动化方形任务。来自我们 INS 的 GNSS 数据确保了平滑的轨迹跟踪和稳定的航点转换。
任务首先进入增稳阶段，然后是定位阶段，进行自由飞行，在此期间我们执行 8 种形状以初始化和校准滤波器，然后开始一项任务，沿着形成方形的航点飞行，接着进行来回直线飞行。
禁用 EKF2 – 由我们的扩展卡尔曼滤波器 (EKF) 提供完整导航
在此配置中，Ekinox Micro 提供完整的导航数据（姿态、速度、位置）。PX4 仅使用其 IMU 进行低级别稳定。
飞行 3 – 完整的模式切换
本次飞行的目的是验证自动驾驶仪上通过 EKF2 实现的行为也可以通过 SBG 扩展卡尔曼滤波器 (EKF) 实现，并且从飞行员的角度来看没有任何明显差异。为确保这一点，所有相关飞行模式都按顺序进行了测试，大约一分钟后从一种模式切换到下一种模式，最后以自由移动机动结束。
飞行 4 – 自主任务
在对我们的集成有了一定信心之后，我们切换到任务模式，指令无人机跟随航点，首先是来回直线飞行，然后沿着方形路径飞行并降落。
飞行 5 – 完整的 INS 集成（导航 + 稳定）
对于最后一次飞行，对我们来说重要的是通过处理导航部分和稳定部分来测试所有集成级别。因此，我们降低了 Orange Cube 的 IMU 优先级，使我们的优先级最高。并在增稳模式下飞行。
结果与结论
所有集成级别均已成功验证。Ekinox Micro 在所有配置下，从基本的 GNSS 注入到完整的导航和稳定，都提供了稳定、可靠和高质量的导航数据。这些结果证实：
- 对用户挑战的清晰理解，使我们能够构建实用且基于经验的集成指南。
- SBG Systems 传感器与 PX4/Orange Cube 之间具有卓越的兼容性。
- 可靠的驱动程序实现，实现了无缝的 MAVLink 通信。
- SBG 的扩展卡尔曼滤波器 (EKF) 在手动和自主模式下均表现出鲁棒性。
- 即使减少对机载 PX4 传感器的依赖，也能实现平稳运行。
本次测试活动突显了 SBG Systems 导航技术与 PX4 生态系统之间的强大协同作用。在所有集成级别上，我们的 INS 解决方案均提供了可靠、高质量的导航数据，从而实现了更平稳的控制、提高了任务一致性并增强了整体飞行信心。通过验证从简单的 GNSS 增强到完全导航和稳定接管的各种配置，我们展示了 SBG 产品对各种 UAV 架构和任务配置文件的适应性。
这些结果也证实了我们 PX4 驱动程序的成熟度以及我们为客户提供经过验证、现场测试的最佳实践的能力。我们使他们能够缩短集成时间、提高性能并加速部署。SBG Systems 继续将自己定位为在严苛操作环境中寻求鲁棒、高精度导航的 UAV 制造商和集成商的值得信赖的合作伙伴。
