Ellipse-D INS/GNSS kompatibel mit Cobham Aviator UAV 200

Die Kompatibilität zwischen Ellipse-D und Aviator UAV 200 wird von der CNES für die Antennenausrichtung angegeben.

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 für Weltraumstudien, die den Ministerien für Wirtschaft, Verteidigung und Forschung unterstellt ist. Eine seiner Aufgaben ist es, das französische Raumfahrtprogramm zu entwickeln, der nationalen Regierung vorzustellen und auszuführen. 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 Satcom in allen neuen Anwendungsbereichen zu verbreiten und zu steigern. CESARS steht Unternehmen, Labors und Kollektiven offen, um sie zu beraten, ihnen Feedback zu Technologien zu geben, sie bei der Durchführung von Tests zu unterstützen und ihnen Zugang zur technischen Plattform einschließlich der Hardware zu gewähren.

 

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

Bevor ein Projekt in Angriff genommen wird, führt das Team des CESARS-Zentrums normalerweise Tests am Boden durch, um die Ausrüstung zu prüfen und zu verifizieren. Hier ging es darum, die Kompatibilität zwischen dem AVIATOR UAV 200 von Cobham und dem Trägheitsnavigationssystem SBG SystemsEllipse -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 dieses INS/GNSS ausgiebig getestet und bei Temperaturen von -40°C bis 85°C kalibriert, um optimale Leistung zu gewährleisten.

Der AVIATOR UAV 200 ist ein kompaktes All-in-One-Satcom-Terminal (einschließlich 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. Cobhams Lösung kann verwendet werden, um Informationen, wie z.B. Videos, mit einer sehr niedrigen Datenrate (200kbps) vom UAV zur Bodenkontrolle zu senden. Das AVIATOR UAV 200 ermöglicht es dem UAV, mittels BLOS-Kommunikation (Beyond Line of Sight) länger und weiter vom Kontrollraum entfernt zu 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. Diese Daten werden dann verwendet, um den Antennenstrahl des AVIATOR UAV 200 auf einen Telekommunikationssatelliten auszurichten und ihn kontinuierlich und präzise zu verfolgen, um eine optimale Datenübertragung zu gewährleisten. Je genauer die Antennenausrichtung ist, desto stabiler ist die Satellitenverbindung.

Dank seines GNSS-Empfängers mit zwei Antennen kann der Ellipse-D in der Lage, eine präzise und zuverlässige Richtung zum Startzeitpunkt zu liefern, was für diese Art von Anwendungen entscheidend ist. Während des Fluges liefert das Trägheitsnavigationssystem Bewegungs- und Positionsinformationen, die dem AVIATOR UAV 200 dabei helfen, die Verbindung zum Satelliten anzupassen und aufrechtzuerhalten. 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 verwendete die CNES die Software sbgcenter, die mit dem Ellipse -D INS/GNSS geliefert wird, um das Gerät so zu konfigurieren, dass es am besten für ihre Anwendung geeignet ist. 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 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 (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 besteht aus Geraden und Kreisverkehren und konnte mit einer Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h befahren werden.
Beim ersten Test zeigte sich, dass die Einstellungen angepasst werden mussten, insbesondere die Übertragungsfrequenz, die zu hoch eingestellt war.
Beim zweiten Test war die Verbindung stabil, auch bei Richtungswechseln, 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 Schnittstelle Aviator UAV 200 funktionierte alles (Signalpegel >50dbHz, GPS-Fix).

Durch die Aufzeichnung der Testsitzungen können die Sequenzen durch verschiedene Optionen auf dem sbgcenter 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 SystemsEllipse -D Trägheitsnavigationssystem mit dem AVIATOR UAV 200 Terminal von Cobham in einer "Boden"-Konfiguration kompatibel ist. Dieser abschließende Test eröffnet den Nutzern von UAVs ein breites Spektrum an 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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