本次测试活动旨在利用真实 UAV 飞行条件下的 PX4 驱动程序，验证我们的一款 INS 产品（Ekinox Micro）的集成度和性能。其目标是尽可能准确地复现客户般的设置，并评估系统在几个具代表性的运行场景中的表现。我们衷心感谢总部位于巴黎附近的 Drones Center 主办这些测试，并感谢他们在整个飞行活动中提供的宝贵支持和技术协助。
测试平台选用 Orange Cube 自动驾驶仪。不过，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 接收机。
- 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 利用其自身的 IMU 处理。
2 – 融合位置集成（Ekinox Micro 作为完整导航源）
- 我们的INS 提供融合后的导航输出（位置、速度）。
- 禁用了 PX4 用于导航的估计器。
- PX4 仍负责使用其内部 IMU 数据进行底层稳定。
3 – 完整姿态 + 位置集成（Ekinox Micro 控制导航与稳定）
- 我们的INS 可同时提供姿态和位置数据。
- 自动驾驶系统将SBG的传感器数据作为导航和稳定控制的主要数据来源。
- 该配置代表了最高级别的集成。
这些测试得益于官方 PX4 GitHub 仓库中提供的 SBG PX4 驱动程序。
该驱动程序在 SBG 导航系统与基于 PX4 的自动驾驶仪之间建立了无缝通信层，支持高速 MAVLink 数据交互，并可根据客户的架构和融合需求支持多种集成策略。
测试条件
下表总结了用于评估飞行测试期间导航性能的环境、GNSS 和机载系统设置条件。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 天气 | 晴朗，微风。 |
| 地面高度 | 海拔约33米。 |
| GNSS 条件 | 天空视野良好，多径效应较弱。 |
| 硬件设置 | 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。 |
| 日志记录 | 记录 Ekinox Micro 二进制日志 + Orange Cube *.ulg 飞行日志。 |
无人机导航设置
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。
起飞前程序
每次飞行前都会执行全面的检查，以确保在逐步复杂的飞行模式下实现安全可靠的操作。这些检查包括磁力测定校准、GNSS、通信和跳频测试。
| 参数 | 描述 | 结果 |
|---|---|---|
| 磁力计校准 | 无人机沿所有轴向旋转。 | ✅ 成功 |
| GNSS 捕获 | 已在 QGroundControl 中验证了卫星锁定状态和位置精度。 | ✅ 稳定版修复 |
| 通信测试 | 已确认通过 SBG 驱动程序流式传输INS 的实时数据。 | ✅ 运行中 |
| 啤酒花测试 | 油门和控制面的基本响应。 | ✅ 通过 |
对于下文所述的每种配置，均评估了多种飞行模式和行为。自主程度逐渐提高，始终从最宽松的模式开始。
我们从特技模式 (Acro mode) 开始，该模式完全由飞行员掌控。在此模式下，不施加动态约束，并且不使用传感器输入。然后我们切换到自稳模式 (Stabilized mode)，飞行员仍然使用遥控器，但无人机的姿态是使用传感器提供的姿态数据来控制的。接下来，在定高模式 (Altitude mode)中，垂直轴会得到额外稳定，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 (Position mode)结束了一系列手动测试，该模式需要可靠的 GNSS 数据来保持位置并协助飞行员保持稳定的悬停。
飞行场景
本节介绍了旨在评估SBG导航系统在部分集成模式（启用EKF2）和完全集成模式（禁用EKF2）下性能的飞行场景，涵盖手动模式扫掠、自主飞行任务以及完整的导航和稳定测试。
EKF2 已启用 – 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 保持激活状态。
飞行1——手动模式评估
测试特技飞行，切换至稳定模式，随后分别进行高度控制和位置控制，每种模式各持续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。我们 INS 的 GNSS 数据确保了平稳的轨迹跟踪和稳定的航点转换。
任务首先进入稳定阶段，随后进行定位，以执行自由飞行；在此期间，我们将执行8种飞行队形以初始化并校准滤波器，随后开始任务，沿构成正方形的航点飞行，最后沿直线来回飞行。
EKF2 已禁用——由我们的扩展卡尔曼滤波器（EKF）实现的完整导航
在此配置中，Ekinox Micro 提供完整的导航数据（姿态、速度、位置）。PX4 仅将其 IMU 用于底层稳定。
第3次飞行——完整模式扫描
本次飞行的目的是验证：自动驾驶仪上使用EKF2所能实现的飞行行为，是否也能通过SBG扩展卡尔曼滤波器（EKF）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，依次测试了所有相关飞行模式，每种模式运行约一分钟后切换至下一模式，最后进行自由飞行机动。
第4次飞行——自主飞行任务
在对系统集成有了些许信心后，我们切换到了任务模式，命令无人机沿航点飞行：起初是沿直线往返飞行，随后沿正方形路线飞行，最后着陆。
飞行 5 – 完整 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 IMU 的优先级，以提高我们 IMU 的优先级，并在稳定模式下飞行。
结果与结论
所有集成级别均已成功验证。从基础的 GNSS 注入到完整的导航与稳定，Ekinox Micro 在各种配置下均能提供稳定、可靠且高质量的导航数据。这些结果证明了以下几点：
- 对用户面临的挑战有清晰的了解，这使我们能够编写一份实用且基于实际经验的集成指南。
- SBG Systems 传感器与 PX4/Orange Cube 之间具有出色的兼容性。
- 可靠的驱动程序实现，可实现无缝的MAVLink通信。
- SBG扩展卡尔曼滤波器（EKF）在手动模式和自动模式下的鲁棒性。
- 即使减少对机载 PX4 传感器的依赖，也能保持平稳的行为。
此次测试活动彰显了 SBG Systems 的导航技术与 PX4 生态系统之间的强大协同效应。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、更高的任务一致性以及更强的整体飞行信心。通过验证从简单的 GNSS 增强到完整的导航和增稳接管等各种配置，我们展示了 SBG 产品对各种 UAV 架构和任务剖面高度的适应性。
这些结果也证实了我们的 PX4 驱动程序的成熟度，以及我们向客户提供经过实地验证的最佳实践的能力。我们赋能客户缩短集成时间、提升性能并加速部署。SBG Systems 将继续巩固其作为值得信赖的合作伙伴的地位，为在严苛运营环境中寻求强大、高精度导航的 UAV 制造商和集成商提供支持。
