Ellipse kompatibel mit Cobham Satcom
Die Kompatibilität zwischen Ellipse-D und dem Aviator UAV 200 wurde vom CNES für die Antennenausrichtung bestätigt. „Das Ellipse-D INS von SBG zeichnet sich durch ein remarkably kompaktes Design aus, das UAV-Herstellern die Verbesserung und Entwicklung ihrer Dienstleistungen ermöglicht; dies ist französisches Know-how an der Spitze der Innovation.“ – Team des Zentrums Cesars des CNES
Das CNES, auch Nationales Zentrum für Weltraumforschung genannt, ist eine französische Behörde, die sich der Weltraumforschung widmet. Sie untersteht sowohl dem Wirtschafts- als auch dem Verteidigungs- und Forschungsministerium.
Das CESARS-Zentrum des CNES erleichtert den Zugang zur Satellitenkommunikation
Eine seiner Aufgaben besteht darin, das französische Raumfahrtprogramm für die nationale Regierung zu entwickeln, vorzustellen und umzusetzen. Das CNES konzentriert sich auf fünf strategische Bereiche: Ariane (Trägerraketen), Wissenschaft, Erdbeobachtung, Telekommunikation und Verteidigung.
Das CNES hat das Zentrum CESARS gegründet, um die Nutzung von Satellitenkommunikation in neuen Anwendungsbereichen zu verbreiten und zu fördern.
CESARS steht Unternehmen, Laboren und Kommunen offen zur Verfügung, um sie zu beraten, Feedback zu Technologien zu geben, sie bei der Durchführung von Tests zu unterstützen und ihnen Zugang zur technischen Plattform selbst, einschließlich der Hardware, zu gewähren.
Eine kombinierte Lösung für eine verbesserte Echtzeitsteuerung bei der UAV-Navigation
Das CESARS-Team testet und verifiziert Geräte üblicherweise am Boden, bevor es mit einem Projekt fortfährt. Hier bestand das Ziel darin, die Kompatibilität zwischen Cobhams AVIATOR UAV 200 und dem Ellipse-D Trägheitsnavigationssystem von SBG Systems zu bestätigen.
Ellipse-D ist ein miniaturisiertes Dual-Antennen-Trägheitsnavigationssystem, das selbst in den anspruchsvollsten Umgebungen hochgenaue Navigations- und Orientierungsdaten liefert.
Wie alle SBG-Sensoren wird Ellipse-D INS/GNSS umfassenden Tests von -40°C bis 85°C unterzogen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Darüber hinaus wird es sorgfältig kalibriert, um Zuverlässigkeit unter allen Bedingungen zu garantieren.
Der AVIATOR UAV 200 ist ein kompaktes All-in-One-Satcom-Terminal (Antenne und Modem), das in eine kleine UAV passt. Es ermöglicht die Verbindung zwischen einer UAV und einem Satelliten, der als Vermittler zwischen der UAV und der Bodenkontrolle fungiert.
Cobhams Lösung überträgt Informationen, wie Videos, von der UAV zur Bodenkontrolle mit einer sehr niedrigen Datenrate (200kbps). Der AVIATOR UAV 200 ermöglicht es der UAV, länger und weiter von der Kontrollzentrale entfernt zu fliegen, mittels BLOS-Kommunikation (Beyond Line of Sight).
Wie arbeiten sie zusammen?
Der Inertialsensor sendet Eingaben zu Roll-, Nick-, Gier-, Kurs- und Positionsdaten an die AVIATOR UAV 200. Wir nutzen diese Daten, um den Antennenstrahl der AVIATOR UAV 200 präzise auf einen Telekommunikationssatelliten auszurichten und zu verfolgen.
Dies trägt im Anschluss dazu bei, eine optimale Datenübertragung aufrechtzuerhalten. Je genauer die Antennenausrichtung ist, desto stabiler ist die Satellitenverbindung.
Das Ellipse-D INS/GNSS liefert dank seines Dual-Antennen-GNSS-Empfängers, der für diese Anwendungen entscheidend ist, beim Start einen präzisen und zuverlässigen Kurs. Der INS-Sensor liefert Bewegungs- und Positionsdaten, um der AVIATOR UAV 200 dabei zu helfen, die Satellitenverbindung während des Fluges aufrechtzuerhalten.
Im Falle von Spoofing unterstützt das INS mithilfe des erweiteten Kalman-Filters (Extended Kalman Filter) die Aufrechterhaltung eines robusten Kurses.
Stationäre und fahrende Tests in Bodenkonfiguration
Im Oktober 2020 führte das CNES einige Tests innerhalb des CST (Centre Spatial de Toulouse) durch.
Zuerst bereitete das Team die Hardware und Software im Labor vor. Darüber hinaus integrierten sie die Hardware in den Oscar-LKW. Oscar, ein mobiles Labor, transportiert und testet OTM-Antennen direkt auf den Straßen. Nach Bestätigung des ordnungsgemäßen stationären Betriebs führte das Team OTM-Tests innerhalb des CNES durch.
Schließlich bestätigten diese Tests die Kompatibilität zwischen dem Inertialsensor und dem Terminal.
Konfiguration der Anlage
Während des Tests im stationären Modus im Labor nutzte die CNES die im Lieferumfang des Ellipse-D INS/GNSS enthaltene Software sbgCenter, um das Gerät optimal an ihre Anwendung anzupassen.
Diese Software bietet verschiedene Bewegungsprofile zur Anpassung der Parameter des Extended Kalman Filters, um unter den jeweiligen Einsatzbedingungen die beste Leistung zu erzielen.
Ausgewählte Einstellungen in der sbgCenter-Software:
- Profilwahl: „General Purpose“ (Allgemeine Verwendung). Dies war am besten für das Verhalten des Oscar-Lkw geeignet. Für die Integration in ein UAV muss ein UAV-Profil ausgewählt werden.
- Konfiguration der beiden GNSS-Antennen: muss mehr als 45 cm vom Cobham-Terminal entfernt sein und sich in einer ähnlichen “Umgebung” befinden (ausreichend nah beieinander, keine Hindernisse dazwischen und denselben Dynamiken ausgesetzt sein).
- Ausrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf die eingegebene Steuereinheit (in unserem Fall sind sie entlang derselben Achse ausgerichtet).
- Wenn weitere Sensoren am Träger angebracht sind, können diese ebenfalls eingegeben werden (Pitotrohr, Beschleunigungsmesser…).
- Der COM-Port A des Ellipse-D INS/GNSS (das Hauptgerät) ist mit dem PC verbunden, um die im sbgcenter empfangenen Informationen zu visualisieren. Port E ist mit dem Cobham-Terminal verbunden. Beide sind mit 115200 Baud konfiguriert.
- Was die Datenausgabe betrifft, so darf die Übertragungsfrequenz der AT_ITINS-Meldungen maximal 50 Hz betragen.
Integration und OTM-Test
Auf demselben Rundkurs wurden zwei „On-The-Move“-Tests durchgeführt. Der Testkurs umfasst Geraden und Kreisverkehre, und die Höchstgeschwindigkeit für die Absolvierung betrug 30 km/h.
Der erste Test ergab, dass Anpassungen der Einstellungen erforderlich waren, insbesondere bei der Übertragungsfrequenz, die zu hoch eingestellt war. Während des zweiten Tests war die Verbindung auch bei Richtungswechseln stabil, womit die Einstellungen bestätigt wurden.
Der Ping verlief korrekt, und die längsten beobachteten Latenzen traten nach der Passage in der Nähe eines Gebäudes auf (mögliche Abschattung der Sichtverbindung / LOS). Auf der Benutzeroberfläche des Aviator UAV 200 funktionierte alles (Signalpegel > 50 dBHz, GPS-Fix). Durch Aufzeichnen der Testsitzungen können die Sequenzen über verschiedene Optionen im SBGcenter erneut abgespielt werden:
- Positionsansicht: Hier wird eine Abbildung mit Animationen angezeigt, anhand derer Sie die Fahrbahn des Fahrzeugs verfolgen können.
- Cockpit-Ansicht: Eine grafische Benutzeroberfläche mit Darstellung der Fluglagendaten des Flugzeugs.
Fazit
Nach all diesen Tests kam das Team des Cesars-Zentrums der CNES zu dem Schluss, dass das Trägheitsnavigationssystem Ellipse-D von SBG Systems mit dem Cobham Aviator UAV 200 Terminal in einer „Boden“-Konfiguration kompatibel ist.
Dieser abschließende Test eröffnet UAV-Nutzern eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Ellipse-D
Das Ellipse-D ist ein Inertiales Navigationssystem mit integriertem Dual-Antennen- und Dual-Frequenz-RTK-GNSS, das mit unserer Post-Processing-Software Qinertia kompatibel ist.
Es wurde für Roboter- und Geodäsie-Anwendungen entwickelt und kann Odometriedaten mit Pulse oder CAN OBDII kombinieren, um die Koppelungsnavigation (Dead Reckoning) zu präzisieren.
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Haben Sie Fragen?
Willkommen in unserem FAQ-Bereich! Hier finden Sie Antworten auf die häufigsten Fragen zu den von uns vorgestellten Anwendungen. Sollten Sie nicht fündig werden, können Sie sich gerne direkt an uns wenden!
Verwenden UAVs GPS?
Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), gemeinhin als Drohnen bekannt, nutzen typischerweise die Technologie des Global Positioning System (GPS) zur Navigation und Positionierung.
GPS ist ein wesentlicher Bestandteil des Navigationssystems eines UAVs und liefert Echtzeit-Standortdaten, die es der Drohne ermöglichen, ihre Position genau zu bestimmen und verschiedene Aufgaben auszuführen.
In den letzten Jahren wurde dieser Begriff durch einen neuen Begriff, GNSS (Global Navigation Satellite System), ersetzt. GNSS bezeichnet die allgemeine Kategorie von Satellitennavigationssystemen, die GPS und verschiedene andere Systeme umfasst. Im Gegensatz dazu ist GPS ein spezifischer Typ von GNSS, der von den Vereinigten Staaten entwickelt wurde.
Wie lassen sich Ausgabeverzögerungen beim Einsatz von UAVs kontrollieren?
Die Steuerung von Ausgangsverzögerungen beim Einsatz von UAVs ist unerlässlich, um eine reaktionsschnelle Leistung, präzise Navigation und effektive Kommunikation zu gewährleisten, insbesondere in Verteidigungs- oder missionskritischen Anwendungen.
Die Ausgangsverzögerung ist ein wichtiger Aspekt bei Echtzeit-Regelanwendungen, bei denen eine höhere Ausgangsverzögerung die Leistung von Regelkreisen beeinträchtigen könnte. Unsere eingebettete Software „ INS “ wurde entwickelt, um die Ausgangsverzögerung zu minimieren: Sobald die Sensordaten erfasst wurden, führt der Extended Kalman Filter (EKF) kleine Berechnungen mit konstanter Laufzeit durch, bevor die Ausgangssignale erzeugt werden. In der Regel beträgt die beobachtete Ausgangsverzögerung weniger als eine Millisekunde.
Um die Gesamtverzögerung zu ermitteln, muss die Verarbeitungsverzögerung zur Datenübertragungsverzögerung addiert werden. Diese Übertragungsverzögerung variiert je nach Schnittstelle. So dauert beispielsweise die vollständige Übertragung einer 50-Byte-Nachricht, die über eine UART-Schnittstelle mit 115.200 bps gesendet wird, 4 ms. Um die Ausgabeverzögerung zu minimieren, sollten höhere Baudraten in Betracht gezogen werden.
Was ist UAV-Geofencing?
Das Geofencing für UAVs ist eine virtuelle Barriere, die bestimmte geografische Grenzen festlegt, innerhalb derer ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) operieren darf.
Diese Technologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Sicherheit und der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften beim Drohnenbetrieb, insbesondere in Bereichen, in denen Flugaktivitäten Risiken für Menschen, Sachwerte oder gesperrte Lufträume darstellen können.
In Branchen wie Lieferdiensten, dem Bauwesen und der Landwirtschaft trägt Geofencing dazu bei, dass Drohnen innerhalb sicherer und gesetzeskonformer Bereiche eingesetzt werden, wodurch potenzielle Konflikte vermieden und die betriebliche Effizienz gesteigert werden.
Strafverfolgungs- und Rettungsdienste können Geofencing nutzen, um den Einsatz von Drohnen bei öffentlichen Veranstaltungen oder in Notfällen zu steuern und so sicherzustellen, dass Drohnen nicht in sensible Bereiche eindringen.
Geofencing kann eingesetzt werden, um Wildtiere und natürliche Ressourcen zu schützen, indem der Drohnenzugang zu bestimmten Lebensräumen oder Schutzgebieten eingeschränkt wird.
Was ist eine Nutzlast?
Unter Nutzlast versteht man jegliche Ausrüstung, jedes Gerät oder Material, das ein Fahrzeug (Drohne, Wasserfahrzeug …) mitführt, um über seine Grundfunktionen hinaus seinen vorgesehenen Zweck zu erfüllen. Die Nutzlast unterscheidet sich von den für den Betrieb des Fahrzeugs erforderlichen Komponenten wie Motoren, Akku und Rahmen.
Beispiele für Nutzlasten:
- Kameras: hochauflösende Kameras, Wärmebildkameras…
- Sensoren: LiDAR, hyperspektrale Sensoren, chemische Sensoren…
- Kommunikationsgeräte: Funkgeräte, Signalverstärker…
- Wissenschaftliche Instrumente: Wettersensoren, Luftprobenehmer…
- Sonstige Spezialausrüstung
