Le centre CESARS du CNES facilite l'accès aux communications par satellite
Le CNES, également appelé Centre national d'études spatiales, est une agence française dédiée à l'étude de l'espace.
Ils opèrent sous la supervision des ministères de l'économie, de la défense et de la recherche.
L'une de ses missions est d'élaborer, de présenter et d'exécuter le programme spatial français pour le gouvernement national. Le CNES se concentre sur 5 domaines stratégiques : Ariane (lanceurs), Sciences, Observation, Télécommunications et Défense.
Le CNES a créé le centre CESARS afin de diffuser et d'accroître l'utilisation des télécommunications par satellite dans tout nouveau type d'application.
Le CESARS accueille librement des entreprises, des laboratoires, des collectivités, pour leur donner des conseils, des retours d'expérience sur les technologies, les assister en réalisant des tests, et en leur donnant accès à la plateforme technique en elle-même, y compris le matériel.
Une solution combinée pour un meilleur contrôle en temps réel de la navigation des drones
L'équipe CESARS a l'habitude de tester et de vérifier le matériel sur le terrain avant de poursuivre un projet. Ici, l'objectif était de confirmer la compatibilité entre l'AVIATOR UAV 200 de Cobham et le système de navigation inertielle SBG Systems'Ellipse-D .
Ellipse-D est un système de navigation inertielle miniature à deux antennes qui fournit des données de navigation et d'orientation extrêmement précises, même dans les environnements les plus difficiles.
Comme tous les capteurs SBG, Ellipse-D INS/GNSS est testé et calibré entre -40°C et 85°C pour garantir des performances optimales.
L'AVIATOR UAV 200 est un terminal Satcom compact tout-en-un (antenne et modem) qui tient dans un petit drone.
Il permet la connexion entre un drone et un satellite, qui sert d'intermédiaire entre le drone et le contrôle au sol.
La solution de Cobham transmet des informations, comme des vidéos, de l'UAV au contrôle au sol à un débit de données très faible (200kbps).
L'AVIATOR UAV 200 permet au drone de voler plus longtemps et plus loin de la salle de contrôle grâce à la communication BLOS (Beyond Line of Sight).
Comment travaillent-ils ensemble ?
Le capteur inertiel transmet au drone AVIATOR 200 les données suivantes : roulis, tangage, lacet, cap et position.
Nous utilisons ces données pour orienter le faisceau d'antenne de l'AVIATOR UAV 200 vers un satellite de télécommunication et le suivre avec précision.
Ensuite, cela contribue à maintenir une transmission optimale des données.
Plus le pointage de l'antenne est précis, plus la liaison satellite est stable.
Ellipse-D INS/GNSS fournit une information précise et fiable sur cap à l'heure de départ, grâce à son récepteur GNSS à double antenne, ce qui est essentiel pour ces applications.
Le capteur INS fournit des données de mouvement et de position pour aider le drone AVIATOR 200 à maintenir la liaison satellite pendant le vol .
En cas de leurrage, le système d'information géographique contribuera à maintenir une cap robuste grâce au filtre de Kalman étendu.
Essais stationnaires et OTM (On-The-Move) en configuration au sol
En octobre 2020, le CNES a effectué quelques tests au sein du CST (Centre spatial de Toulouse).
Tout d'abord, le matériel et le logiciel ont été pris en main dans le laboratoire. Le matériel a ensuite été intégré dans le camion Oscar (OSCAR est un "laboratoire mobile" sur lequel les antennes OTM sont installées et testées, sur les routes).
Après avoir vérifié son bon fonctionnement en mode stationnaire, des tests OTM à l'intérieur du CNES ont été réalisés pour attester de la compatibilité entre le capteur inertiel et le terminal.
Configuration de l'équipement
Lors du test en mode stationnaire en laboratoire, le CNES a utilisé le logiciel sbgcenter fourni avec le Ellipse-D INS/GNSS pour configurer l'équipement afin qu'il corresponde au mieux à leur application.
Ce logiciel propose différents profils de mouvement pour ajuster les paramètres du filtre de Kalman étendu et obtenir les meilleures performances dans les conditions d'utilisation.
Paramètres choisis sur le logiciel SBGcenter :
- Choix du profil : "general purpose". Il était le plus adapté au comportement du camion Oscar. Pour une intégration sur un drone, il faut choisir un profil drone.
- Configuration des 2 antennes GNSS : elles doivent être à plus de 45 cm du terminal Cobham, et dans un "environnement" similaire (suffisamment proche, pas d'obstacles entre elles, doivent subir la même dynamique).
- Alignement du véhicule par rapport à l'unité de contrôle introduite (dans notre cas, ils sont orientés le long du même axe).
- Si d'autres capteurs sont placés sur le support, ils peuvent également être saisis (tube de Pitot, accéléromètre...).
- Le port com A du Ellipse-D INS/GNSS (le "main") est connecté au PC pour visualiser les informations reçues sur le sbgcenter. Le port E est connecté au terminal Cobham. Les deux sont configurés à 115200 bauds.
- En ce qui concerne la sortie des données, la fréquence de transmission des messages AT_ITINS doit être de 50 Hz au maximum.
Intégration et test OTM
Deux tests "On-The-Move" ont été effectués sur le même circuit. Le circuit d'essai comprend des lignes droites et des ronds-points et la vitesse maximale pour le parcourir était de 30km/H.
Le premier test a révélé que des ajustements de paramètres étaient nécessaires, notamment la fréquence d'émission qui était trop élevée.
Lors du second test, la connexion est restée stable, même en cas de changement de direction, ce qui valide les réglages.
Le ping est passé correctement, et les latences les plus longues observées sont celles qui suivent un passage près d'un bâtiment (masquage possible de la LOS). Sur l'interface Aviator UAV 200, tout fonctionne (niveau de signal >50dbHz, fix GPS).
En enregistrant les sessions de test, les séquences peuvent être rejouées sur le SBGcenter grâce à différentes options :
- Vue de la position : Elle montre une figure avec des animations où vous pouvez suivre la trajectoire du véhicule.
- Vue du cockpit : Interface utilisateur graphique avec visualisation des données d'attitude du transporteur.
Conclusion
Après tous ces tests, l'équipe du centre Cesars du CNES a conclu que le système de navigation inertielle SBG Systems' est compatible avec le terminal AVIATOR UAV 200 de Cobham, dans une configuration "sol". Ellipse-D est compatible avec le terminal AVIATOR UAV 200 de Cobham, en configuration "sol".
Ce test concluant offre un large éventail de possibilités aux utilisateurs de drones.
Ellipse-D
RTK INS à double antenne
- 0,05° roulis et tangage (RTK)
- 0,2° cap (RTK GNSS à double antenne)
- Immunisé contre les distorsions magnétiques
- 1 cm Position RTK GNSS
- Petit module OEM disponible
- Post-traitement avec le logiciel Qinertia PPK
- Développement complet
- Pilote ROS