Analyse de vol de drone avec un capteur inertiel miniature
Découvrez l'analyse de vol de drone pour la mesure précise du vent.
« L'Ellipse-N a été choisi car il répond à toutes les exigences et offre un équilibre unique entre précision, taille et poids. » | Dr.-Ing. Uwe Putze, Eberhard Karls Universität
Drone porteur de capteurs aéroportés polyvalents
MASC est un petit drone développé pour la recherche sur la couche limite atmosphérique. De plus, il a été conçu et est exploité par le groupe de physique environnementale de l'Université Eberhard Karls de Tübingen, en Allemagne. L'équipe a choisi l'Ellipse-N pour enregistrer la position du drone, sa vitesse sol et ses angles d'attitude. En outre, la vitesse et la direction du vent peuvent être calculées avec précision en tenant compte de l'écoulement d'air.
Toutefois, le calcul du vent en vol s'avère complexe car la sonde aérodynamique nécessite une compensation liée au comportement du drone.
Une mesure inertielle précise devient donc indispensable pour mener à bien l'analyse de vol.
La charge utile type de ce drone consiste en un système de mesure météorologique conçu pour calculer les flux turbulents.
Comparé aux systèmes terrestres ou aux aéronefs, le drone MASC constitue un outil précieux et économique pour des applications telles que l'évaluation de sites d'implantation d'éoliennes en terrain complexe.
Calcul de la vitesse du vent « en vol »
Le calcul du vent en vol présente des difficultés car la sonde de flux d'air intégrée nécessite une compensation du comportement du UAV. De plus, la soustraction de la vitesse sol et de l'attitude du UAV du vecteur de flux d'air permet de calculer la vitesse et la direction du vent. Par conséquent, une unité de mesure inertielle précise devient essentielle pour une analyse fiable du vol du UAV.
Notre Ellipse-N : l'INS miniature assisté par GPS
Turbulence plays an important role in the transport and exchange of energy in the lower atmosphere.
A high data rate is required to record these very fast fluctuations in the wind speed. “We were looking for a precise inertial measurement unit. Required specifications were an accuracy in attitude angles of <1°, and a high data output rate” declares Uwe Putze, Dr.-Ing. at the Eberhard Karls Universität Tübingen.
As the unit had to be mounted in a small unmanned aerial vehicle, small size and low weight were also important for the project. “The Ellipse-N was selected because it fulfills all the requirements and provides a unique balance of accuracy, size and weight”, adds the Project Engineer.
De petite taille et léger, l'Ellipse-N offre bien plus qu'une mesure d'attitude et de cap. Il associe les données inertielles aux informations d'un GPS et d'un capteur de pression pour fournir une position robuste et une précision d'altitude accrue.
Le rapport montrant l'étalonnage dynamique du capteur sur toute la plage de température a renforcé la confiance de l'équipe quant à la capacité du système à respecter les spécifications annoncées.
Données de haute qualité de l'Ellipse-N
L'Ellipse-N s'est intégré sans heurts dans l'ordinateur de mesure embarqué via une interface série. De plus, cette connexion fluide a permis une transmission efficace des données.
Tandis que la sonde de flux d'air mesurait la vitesse anémométrique et les angles d'incidence, l'Ellipse-N enregistrait la position du drone, sa vitesse sol et ses angles d'attitude. En outre, l'ordinateur stockait les données brutes pour une utilisation ultérieure. Par ailleurs, une liaison de télémétrie permettait un affichage en temps réel sur la station au sol.
En utilisant ce capteur, le système a mesuré la vitesse du vent avec une précision de ±0,5 m/s sur les trois axes. De plus, il a enregistré les variations de vitesse jusqu'à 20 Hz, tandis que le taux de sortie à 200 Hz a éliminé le besoin d'interpolation.
Découvrez notre Ellipse-N
Ellipse-N est un système de navigation inertielle (INS) RTK compact et performant, doté d'un récepteur GNSS bi-bande et Quad Constellations intégré. Il fournit le roulis, le tangage, le cap et le pilonnement, ainsi qu'une position GNSS centimétrique.
Le capteur Ellipse-N est particulièrement performant dans les environnements dynamiques et les conditions GNSS difficiles. De plus, il fonctionne également dans les applications moins dynamiques avec un cap magnétique.
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Bienvenue dans notre section FAQ ! Vous y trouverez les réponses aux questions les plus fréquemment posées concernant les applications que nous présentons. Si vous ne trouvez pas ce que vous cherchez, n'hésitez pas à nous contacter directement !
Comment contrôler les retards de sortie lors des opérations de drone (UAV) ?
Le contrôle des retards de sortie lors des opérations de drone (UAV) est essentiel pour garantir des performances réactives, une navigation précise et une communication efficace, en particulier dans les applications de défense ou critiques.
La latence de sortie est un paramètre essentiel dans les applications de contrôle en temps réel, où une latence de sortie élevée peut dégrader les performances des boucles de régulation. Le logiciel embarqué de notre INS a été conçu pour minimiser cette latence : une fois les données des capteurs échantillonnées, le Filtre de Kalman étendu (EKF) effectue des calculs réduits et à temps constant avant la génération des sorties. Généralement, le délai de sortie observé est inférieur à une milliseconde.
La latence de traitement doit être additionnée à la latence de transmission des données pour obtenir le délai total. Cette latence de transmission varie d'une interface à l'autre. Par exemple, un message de 50 octets envoyé sur une interface UART à 115 200 bps nécessitera 4 ms pour une transmission complète. Envisagez des débits en bauds plus élevés pour minimiser la latence de sortie.
Les drones utilisent-ils le GPS ?
Les véhicules aériens sans pilote (UAV), communément appelés drones, utilisent généralement la technologie du système de positionnement global (GPS) pour la navigation et le positionnement.
Le GPS est un élément essentiel du système de navigation d'un UAV, fournissant des données de localisation en temps réel qui permettent au drone de déterminer sa position avec précision et d'exécuter diverses tâches.
Ces dernières années, ce terme a été remplacé par un nouveau terme, le GNSS (Global Navigation Satellite System). Le GNSS désigne la catégorie générale des systèmes de navigation par satellite, qui englobe le GPS et divers autres systèmes. En revanche, le GPS est un type spécifique de GNSS développé par les États-Unis.
Qu'est-ce que le géorepérage des UAV ?
Le géorepérage (geofencing) des UAV est une barrière virtuelle qui définit des limites géographiques spécifiques dans lesquelles un véhicule aérien sans pilote (UAV) peut évoluer.
Cette technologie joue un rôle essentiel pour renforcer la sûreté, la sécurité et la conformité des opérations de drones, en particulier dans les zones où les activités de vol peuvent présenter des risques pour les personnes, les biens ou l'espace aérien réglementé.
Dans des secteurs tels que la livraison, la construction et l'agriculture, le géorepérage contribue à garantir que les drones opèrent dans des zones sûres et légales, évitant ainsi les conflits potentiels et améliorant l'efficacité opérationnelle.
Les forces de l'ordre et les services d'urgence peuvent utiliser le géorepérage pour gérer les opérations d'UAV lors d'événements publics ou de situations d'urgence, en s'assurant que les drones ne pénètrent pas dans des zones sensibles.
Le géorepérage peut être employé pour protéger la faune et les ressources naturelles en restreignant l'accès des drones à certains habitats ou zones de conservation.
Qu'est-ce qu'une charge utile ?
Une charge utile désigne tout équipement, dispositif ou matériel transporté par un véhicule (drone, navire...) pour accomplir sa mission au-delà de ses fonctions de base. La charge utile est distincte des composants nécessaires au fonctionnement du véhicule, tels que ses moteurs, sa batterie et son châssis.
Exemples de charges utiles :
- Caméras : caméras haute résolution, caméras d'imagerie thermique...
- Capteurs : LiDAR, capteurs hypersspectraux, capteurs chimiques…
- Équipement de communication : radios, répéteurs de signal…
- Instruments scientifiques : capteurs météorologiques, échantillonneurs d'air…
- Autre équipement spécialisé
