El Ellipse-D INS de SBG tiene un notable diseño compacto que permitirá a los industriales de UAV mejorar y desarrollar los servicios que ofrecen; este es el saber hacer francés a la vanguardia de la innovación.

Equipo del centro Cesars del CNES

El Centro CESARS del CNES facilita el acceso a las comunicaciones por satélite

El CNES, también llamado Centro Nacional de Estudios Espaciales, es una agencia francesa dedicada a los estudios espaciales que opera bajo la supervisión de los Ministerios de Economía, Defensa e Investigación. Una de sus misiones es desarrollar y presentar al gobierno nacional el Programa Espacial Francés y ejecutarlo. El CNES se centra en 5 áreas estratégicas: Ariane (lanzadores), Ciencias, Observación, Telecomunicaciones y Defensa. El CNES creó el centro CESARS con el fin de difundir y aumentar el uso de Satcom en cualquier nuevo tipo de aplicación. CESARS acoge libremente a empresas, laboratorios y colectividades para asesorarles, darles su opinión sobre las tecnologías, ayudarles realizando pruebas y darles acceso a la plataforma técnica en sí, incluido el hardware.

 

Una solución combinada para mejorar el control en tiempo real de la navegación UAV

Antes de seguir adelante con un proyecto, el equipo que trabaja en el centro CESARS suele realizar pruebas en tierra para comprobar y verificar el equipo. En este caso, el objetivo era confirmar la compatibilidad entre el AVIATOR UAV 200 de Cobham y el sistema de navegación inercial SBG Systems' Ellipse-D.

Ellipse-D es un sistema de navegación inercial de doble antena en miniatura que proporciona datos de navegación y orientación de gran precisión incluso en los entornos más exigentes. Como todos los sensores de SBG, este INS/GNSS se somete a pruebas exhaustivas y se calibra entre -40 °C y 85 °C para garantizar un rendimiento óptimo.

El AVIATOR UAV 200 es un terminal Satcom compacto todo en uno (antena + módem incluidos) que cabe en un pequeño UAV. Permite la conexión entre un UAV y un satélite, que actúa como intermediario entre el UAV y el control de tierra. La solución de Cobham puede utilizarse para enviar información, como vídeos, a una velocidad de transmisión de datos muy baja (200kbps), desde el UAV hasta el control de tierra. El AVIATOR UAV 200 permite al UAV volar más lejos y a mayor distancia de la sala de control a través de la comunicación BLOS (Beyond Line of Sight).

Ellipse-D_INS-GNSS
Crédito de la foto: Sandra Dusses

 

¿Cómo trabajan juntos?

El sensor inercial envía datos de balanceo, cabeceo, guiñada, cabo, y posición al AVIATOR UAV 200. Estos datos se utilizan entonces para dirigir el haz de antena del AVIATOR UAV 200 hacia un satélite de telecomunicaciones, y seguirlo de forma continua y precisa, para mantener una transmisión de datos óptima. Cuanto más preciso sea el apuntamiento de la antena, más estable será el enlace con el satélite.

Gracias a su receptor de doble antena GNSS , el Ellipse-D es capaz de proporcionar una cabo precisa y fiable en el momento del despegue, lo que resulta crítico para este tipo de aplicaciones. Durante el vuelo, el sistema de navegación inercial proporcionará la UAV información de movimiento y posición para ayudar al AVIATOR UAV 200 a ajustar y mantener el enlace con el satélite. En caso de suplantación, el INS ayudará a mantener un cabo robusto gracias al Filtro Kalman Extendido.

Pruebas estacionarias y en movimiento en configuración de tierra

En octubre de 2020, el CNES realizó algunas pruebas en el CST (Centro Espacial de Toulouse).
En primer lugar, se tomaron en mano el hardware y el software en el laboratorio. A continuación, el hardware se integró en el camión Oscar (OSCAR es un "laboratorio móvil" en el que se instalan y prueban las antenas OTM, en las carreteras). Tras comprobar que funcionaba correctamente en modo estacionario, se realizaron pruebas OTM dentro del CNES para atestiguar la compatibilidad entre el sensor inercial y el terminal.

 

Configuración del equipo

Durante la prueba en modo estacionario en el laboratorio, el CNES utilizó el software sbgcenter que viene con el Ellipse-D INS/GNSS para configurar el equipo de forma que se ajustara mejor a su aplicación. Este software proporciona diferentes perfiles de movimiento para ajustar el parámetro del filtro de Kalman ampliado y ofrecer el mejor rendimiento para las condiciones de uso.

Ajustes elegidos en el software sbgcenter:

  • Elección del perfil: "uso general". Era el más adecuado para el comportamiento del camión Oscar. Para una integración en un UAV, debe elegirse un perfil UAV .
  • Configuración de las 2 antenas GNSS : deben estar a más de 45 cm del terminal Cobham, y en un "entorno" similar (suficientemente cerca, sin obstáculos entre ellas, deben sufrir la misma dinámica).
  • Alineación del vehículo en relación con la unidad de control introducida (en nuestro caso están orientados a lo largo del mismo eje).
  • Si se colocan otros sensores en el soporte, también se pueden introducir (tubo pitot, acelerómetro...).
  • El puerto com A del Ellipse-D (el "principal") se conecta al PC para visualizar la información recibida en el sbgcenter. El puerto E está conectado al terminal Cobham. Ambos están configurados a 115200 baudios.
  • En cuanto a la salida de datos, la frecuencia de transmisión de los mensajes AT_ITINS debe ser de 50 Hz como máximo.

 

Crédito de la foto: Sandra Dusses

 

Pruebas de integración y OTM

Se realizaron dos pruebas "en marcha" en el mismo circuito. El circuito de pruebas incluye rectas y rotondas, y la velocidad máxima para completarlo era de 30 km/h.
La primera prueba reveló que era necesario ajustar la configuración, especialmente la frecuencia de transmisión, que estaba demasiado alta.
Durante la segunda prueba, la conexión se mantuvo estable, incluso al cambiar de dirección, lo que validó los ajustes. El ping pasó correctamente, y las latencias más largas observadas son las que siguen al paso cerca de un edificio (posible enmascaramiento de la LOS). En la interfaz Aviator UAV 200, todo funcionaba (nivel de señal >50dbHz, GPS fijo).

Al grabar las sesiones de prueba, las secuencias pueden reproducirse en el sbgcenter mediante distintas opciones:

  • Vista de posición: Muestra una figura con animaciones donde se puede seguir la trayectoria del vehículo.
  • Vista de cabina: Una interfaz gráfica de usuario con visualización de los datos de actitud del portaaviones.

 

Crédito de la foto: Google Image, sbgcenter

 

Conclusión

Tras todas esas pruebas, el equipo del centro Cesars del CNES llegó a la conclusión de que el sistema de navegación inercial SBG Systems' Ellipse-D es compatible con el terminal AVIATOR UAV 200 de Cobham, en una configuración "terrestre". Esta prueba concluyente aporta un amplio panel de oportunidades a los usuarios de UAV .

Ellipse-D

INS RTK de doble antena

  • Balanceo y cabeceo (RTK): 0,05°
  • Rumbo (GNSS RTK de doble antena): 0,2º
  • Inmune a las distorsiones magnéticas
  • Posición GNSS RTK de 1 cm
  • Pequeño módulo OEM disponible
  • Posprocesamiento con el software Qinertia PPK
  • Desarrollo completo
  • ROS Driver
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