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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.
Funcionan bajo la supervisión de los Ministerios de Economía, Defensa e Investigación.
Una de sus misiones es desarrollar, presentar y ejecutar el Programa Espacial francés para el gobierno nacional. El CNES se centra en 5 áreas estratégicas: Ariane (lanzadores), Ciencias, Observación, Telecomunicaciones y Defensa.
El CNES creó el centro CESARS para difundir y aumentar el uso de Satcom en cualquier nuevo tipo de aplicación.
CESARS acoge libremente a empresas, laboratorios, 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 de los UAV
El equipo de CESARS suele probar y verificar los equipos sobre el terreno antes de seguir adelante con un proyecto. En este caso, el objetivo era confirmar la compatibilidad entre el UAV 200 AVIATOR 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 difíciles.
Como todos los sensores de SBG, Ellipse-D INS/GNSS se somete a pruebas exhaustivas y se calibra de -40°C a 85°C para garantizar un rendimiento óptimo.
El AVIATOR UAV 200 es un terminal satcom compacto todo en uno (antena y módem) 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 terrestre.
La solución de Cobham transmite información, como vídeos, desde el UAV al control en tierra a una velocidad de datos muy baja (200kbps).
El AVIATOR UAV 200 permite al UAV volar durante más tiempo y a mayor distancia de la sala de control gracias a la comunicación BLOS (Beyond Line of Sight).
¿Cómo trabajan juntos?
El sensor inercial envía datos de balanceo, cabeceo, guiñada, cabo, y posición al UAV AVIATOR 200.
Utilizamos estos datos para dirigir el haz de antena del AVIATOR UAV 200 hacia un satélite de telecomunicaciones y seguirlo con precisión.
Después, esto contribuye a mantener una transmisión de datos óptima.
Cuanto más preciso sea el apuntamiento de la antena, más estable será el enlace por satélite.
Ellipse-D INS/GNSS proporciona una cabo precisa y fiable en el momento de la salida, gracias a su receptor GNSS de doble antena, fundamental para estas aplicaciones.
El sensor INS proporciona datos de movimiento y posición para ayudar al AVIATOR UAV 200 a mantener el enlace satelital durante el vuelo.
En caso de suplantación, el INS ayudará a mantener una cabo robusta gracias al filtro de 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, el hardware y el software se pusieron a punto 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 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 acompaña al Ellipse-D INS/GNSS para configurar el equipo de la forma más adecuada 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 de 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 INS/GNSS (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.
Prueba 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 era 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 a un 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.
Conclusión
Después de todas esas pruebas, el equipo del centro Cesars del CNES llegó a la conclusión de que SBG Systems' Ellipse-D Inertial Navigation System 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 vehículos aéreos no tripulados.
Ellipse-D
INS RTK de doble antena
- 0,05° Balanceo y cabeceo (RTK)
- 0,2° cabo (GNSS RTK de antena doble)
- Inmune a las distorsiones magnéticas
- 1 cm Posición GNSS RTK
- Pequeño módulo OEM disponible
- Postprocesado con el software Qinertia PPK
- Desarrollo completo
- Controlador ROS