Das Ellipse-D INS von SBG verfügt über ein bemerkenswertes kompaktes Design, das es der UAV-Industrie ermöglicht, ihre Dienstleistungen zu verbessern und weiterzuentwickeln; hier steht das französische Know-how an der Spitze der Innovation.

Das Team des CNES-Zentrums Cesars

Das CESARS-Zentrum von CNES erleichtert den Zugang zur Satellitenkommunikation

Das CNES, auch Nationales Zentrum für Weltraumstudien genannt, ist eine französische Agentur, die sich mit Weltraumstudien beschäftigt.

Sie arbeiten unter der Aufsicht der beiden Ministerien für Wirtschaft, Verteidigung und Forschung.

Eine Aufgabe ist die Entwicklung, Präsentation und Ausführung des französischen Raumfahrtprogramms für die nationale Regierung. Das CNES konzentriert sich auf 5 strategische Bereiche: Ariane (Trägerraketen), Wissenschaft, Beobachtung, Telekommunikation und Verteidigung.

Das CNES hat das Zentrum CESARS gegründet, um die Nutzung von Satellitenkommunikation in allen neuen Anwendungsbereichen zu verbreiten und zu steigern.

CESARS begrüßt Unternehmen, Laboratorien und Kollektive, um sie zu beraten, ihnen Feedback zu Technologien zu geben, sie bei der Durchführung von Tests zu unterstützen und ihnen Zugang zur technischen Plattform an sich, einschließlich der Hardware, zu gewähren.

 

Eine kombinierte Lösung für eine verbesserte Echtzeitsteuerung für die UAV-Navigation

Normalerweise testet und prüft das CESARS-Team die Ausrüstung am Boden, bevor es mit einem Projekt fortfährt. In diesem Fall ging es darum, die Kompatibilität zwischen dem AVIATOR UAV 200 von Cobham und dem Trägheitsnavigationssystem SBG Systems' Ellipse-D zu bestätigen.

Ellipse-D ist ein Miniatur-Doppelantennen-Trägheitsnavigationssystem, das selbst in den schwierigsten Umgebungen hochpräzise Navigations- und Orientierungsdaten liefert.

Wie alle SBG-Sensoren wird auch Ellipse-D INS/GNSS bei Temperaturen von -40°C bis 85°C ausgiebig getestet und kalibriert, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Der AVIATOR UAV 200 ist ein kompaktes All-in-One-Satcom-Terminal (Antenne und Modem), das in ein kleines UAV passt.

Es ermöglicht die Verbindung zwischen einem UAV und einem Satelliten, der als Vermittler zwischen dem UAV und der Bodenkontrolle fungiert.

Die Lösung von Cobham überträgt Informationen, wie z. B. Videos, mit einer sehr niedrigen Datenrate (200kbps) vom UAV zur Bodenkontrolle.

Mit dem AVIATOR UAV 200 kann das UAV über BLOS-Kommunikation (Beyond Line of Sight) länger und weiter vom Kontrollraum entfernt fliegen.

Ellipse-D_INS-GNSS
Bildnachweis: Sandra Dusses

 

Wie arbeiten sie zusammen?

Der Trägheitssensor sendet rollen, nicken, Gier, richtung und Positionsdaten an das AVIATOR UAV 200.

Wir nutzen diese Daten, um den Antennenstrahl des AVIATOR UAV 200 auf einen Telekommunikationssatelliten zu lenken und ihn genau zu verfolgen.

Dies trägt anschließend dazu bei, eine optimale Datenübertragung zu gewährleisten.

Je genauer die Antennenausrichtung ist, desto stabiler ist die Satellitenverbindung.

Ellipse-D INS/GNSS bietet dank seines GNSS-Empfängers mit zwei Antennen eine präzise und zuverlässige richtung zur Startzeit, was für diese Anwendungen entscheidend ist.

Der INS-Sensor liefert Bewegungs- und Positionsdaten, damit das AVIATOR UAV 200 die Satellitenverbindung während des Fluges aufrechterhalten kann.

Im Falle von Spoofing hilft das INS dank des erweiterten Kalman-Filters, eine robuste richtung aufrechtzuerhalten.

Stationäre und OTM (On-The-Move) Tests in Bodenkonfiguration

Im Oktober 2020 führte das CNES einige Tests im CST (Toulouse Space Center) durch.

Zunächst wurden die Hardware und Software im Labor in die Hand genommen. Die Hardware wurde dann in den Oscar-Truck integriert (OSCAR ist ein "mobiles Labor", in dem OTM-Antennen auf der Straße aufgestellt und getestet werden).

Nach der Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion im stationären Modus wurden OTM-Tests im CNES durchgeführt, um die Kompatibilität zwischen dem Trägheitssensor und dem Terminal zu bestätigen.

 

Konfiguration des Geräts

Während des Tests im stationären Modus im Labor nutzte die CNES die Software sbgcenter, die mit dem Ellipse-D INS/GNSS geliefert wird, um das Gerät optimal für ihre Anwendung zu konfigurieren.

Diese Software bietet verschiedene Bewegungsprofile, um die Parameter des erweiterten Kalman-Filters anzupassen und die beste Leistung für die jeweiligen Einsatzbedingungen zu erzielen.

Gewählte Einstellungen in der SBGcenter-Software:

  • Wahl des Profils: "Allzweck". Es war das am besten geeignete für das Verhalten des Oscar-LKW. Für eine Integration in eine Drohne muss ein Drohnenprofil gewählt werden.
  • Konfiguration der beiden GNSS-Antennen: Sie müssen mehr als 45 cm vom Cobham-Terminal entfernt sein und sich in einer ähnlichen "Umgebung" befinden (nahe genug, keine Hindernisse zwischen ihnen, sie müssen der gleichen Dynamik unterliegen).
  • Ausrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf das eingegebene Steuergerät (in unserem Fall sind sie entlang derselben Achse ausgerichtet).
  • Wenn andere Sensoren auf dem Träger angebracht sind, können diese ebenfalls eingegeben werden (Staurohr, Beschleunigungsmesser...).
  • Der Com-Port A des Ellipse-D INS/GNSS (der "Main") ist mit dem PC verbunden, um die auf dem sbgcenter empfangenen Informationen zu visualisieren. Port E ist mit dem Cobham-Terminal verbunden. Beide sind auf 115200 Bauds konfiguriert.
  • Was die Datenausgabe anbelangt, so darf die Übertragungsfrequenz der AT_ITINS-Nachrichten maximal 50 Hz betragen.

 

Bildnachweis: Sandra Dusses

 

Integration und OTM-Test

Zwei "On-The-Move"-Tests wurden auf der gleichen Strecke durchgeführt. Die Teststrecke umfasst Geraden und Kreisverkehre, und die Höchstgeschwindigkeit betrug 30 km/h.

Der erste Test ergab, dass die Einstellungen angepasst werden mussten, insbesondere die Sendefrequenz, die zu hoch eingestellt war.

Beim zweiten Test war die Verbindung stabil, auch bei Richtungsänderungen, was die Einstellungen bestätigte.

Der Ping wurde korrekt übertragen, und die längsten Latenzen wurden nach einer Passage in der Nähe eines Gebäudes beobachtet (mögliche Maskierung der LOS). Auf der Aviator UAV 200-Schnittstelle funktionierte alles (Signalpegel >50dbHz, GPS-Fix).

Durch die Aufzeichnung der Testsitzungen können die Sequenzen auf dem SBGcenter mit verschiedenen Optionen wiedergegeben werden:

  • Positionsansicht: Sie zeigt eine Figur mit Animationen, in der Sie den Weg des Fahrzeugs verfolgen können.
  • Cockpit-Ansicht: Eine grafische Benutzeroberfläche mit Visualisierung der Daten des Luftfahrtunternehmens lage .

 

Bildnachweis: Google Image, SBGcenter

 

Schlussfolgerung

Nach all diesen Tests kam das Team des CNES-Zentrums Cesars zu dem Schluss, dass das SBG Systems' Ellipse-D Das Trägheitsnavigationssystem ist mit dem AVIATOR UAV 200 Terminal von Cobham in einer "Bodenkonfiguration" kompatibel.

Dieser abschließende Test eröffnet den Nutzern von UAVs eine Vielzahl von Möglichkeiten.

Ellipse-D

RTK INS mit zwei Antennen

  • 0,05° rollen und nicken (RTK)
  • 0,2° richtung (RTK GNSS mit zwei Antennen)
  • Unempfindlich gegen magnetische Verzerrungen
  • 1 cm RTK GNSS Position
  • Winziges OEM-Modul verfügbar
  • Nachbearbeitung mit Qinertia PPK Software
  • Vollständige Entwicklung
  • ROS-Treiber
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