开展此次测试活动是为了验证其中一款 INS 产品 (Ekinox Micro) 在真实世界无人机飞行条件下的集成和性能，使用的是 PX4 驱动程序。其目标是尽可能准确地复制类似客户的设置，并在几个具有代表性的操作场景中评估系统行为。我们对位于巴黎附近的 Drones Center 主办这些测试，并在整个飞行活动中提供宝贵的支持和技术协助，表示最诚挚的感谢。
橙色立方体 (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运行 PX4 固件的任何硬件。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 – 仅限位置的集成（将 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 仍然使用其内部的 IMU 数据负责低级稳定控制。
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。
该驱动程序在 SBG 导航系统和基于 PX4 的自动驾驶仪之间提供无缝通信层，支持高速 MAVLink 数据交换以及多种集成策略，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 | 通过 SBG 驱动程序连接的 Ekinox Micro 至 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
飞行测试使用配备 Ekinox Micro 惯性导航系统的 Quad 450 多旋翼无人机平台进行。INS 运行固件版本 5.3。车辆控制和飞行管理由运行 PX4 固件版本 1.16.0-Alpha 的 Orange Cube 自动驾驶仪处理。
飞行前程序
硬件设置
| 参数 | 描述 | 结果 |
|---|---|---|
| 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 | 已通过 SBG 驱动程序确认实时 INS 数据流。 | ✅ 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。
我们从完全由飞行员控制的特技模式 (Acro mode)开始。在此模式下，不施加动态约束，也不使用传感器输入。然后我们切换到增稳模式 (Stabilized mode)，此时飞行员仍在使用遥控器，但无人机的姿态是通过传感器提供的姿态数据来控制的。接下来，在定高模式 (Altitude mode)下，垂直轴会得到额外的稳定（通常使用气压数据或遥测数据），使自动驾驶仪能够维持稳定的高度。最后，我们以定位模式 (Position mode)结束了一系列手动测试，该模式需要可靠的 GNSS 数据来保持位置并辅助飞行员维持稳定的悬停。
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，涵盖手动模式扫描、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
测试特技模式，切换到增稳模式，然后是定高模式，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方形任务。我们 INS 的 GNSS 数据确保了平滑的轨迹跟踪和稳定的航点过渡。
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 仅将 IMU 用于低级稳定控制。
飞行 3 – 完整模式扫描
此飞行的目的是验证在自动驾驶仪上使用 EKF2 所实现的性能表现，使用 SBG 扩展卡尔曼滤波 (EKF) 同样可以实现，且从飞行员的角度来看没有任何明显差异。为确保这一点，所有相关的飞行模式都经过了顺序测试，大约一分钟后从一种模式切换到另一种模式，最后以自由机动结束。
飞行 4 – 自主任务
在对我们的集成更有信心之后，我们切换到了任务模式，通过命令无人机跟随航点，首先是来回直线飞行，然后是跟随方形形状并降落。
飞行 5 – 完全 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不仅处理导航部分，还处理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，以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 在各种配置（从基本的 GNSS 注入到完整的导航和稳定）下均能提供稳定、可靠且高质量的导航数据。这些结果证实了：
- 对用户挑战的清晰理解，使我们能够构建实用的、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。
此测试活动突显了 SBG Systems 的导航技术与 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，从而实现了更平滑的控制、更高的任务一致性以及更大的整体飞行信心。通过验证从简单的 GNSS 增广到完全的导航和稳定接管的各种配置，我们证明了 SBG 产品对各种无人机架构和任务剖析的适应性。
这些结果也证实了我们的 PX4 驱动程序的成熟度，以及我们为客户提供经过实践检验的最佳实践的能力。我们赋能他们缩短集成时间、增强性能并加速部署。SBG Systems 继续将自己定位为寻求在苛刻运营环境中实现稳健、高精度导航的无人机制造商和集成商的可靠合作伙伴。
