L'INS Ellipse-D de SBG présente une remarquable compacité qui permettra aux industriels du drone d'améliorer et de développer les services qu'ils proposent ; c'est le savoir-faire français qui est à la pointe de l'innovation.

L'équipe du centre Cesars du CNES

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 aux études spatiales qui opère sous la tutelle des ministères de l'Économie, de la Défense et de la Recherche. L'une de ses missions est d'élaborer et de présenter le programme spatial français au gouvernement national et de l'exécuter. 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 une commande en temps réel améliorée pour la navigation UAV

Avant de se lancer dans un projet, l'équipe du centre CESARS effectue généralement des tests au sol pour contrôler et vérifier l'équipement. 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, ce 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 + modem inclus) 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 peut être utilisée pour envoyer des informations, telles que des vidéos, à un débit très faible (200kbps), du drone vers le contrôle au sol. 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).

Ellipse-D_INS-GNSS
Crédit photo : Sandra Dusses

 

Comment fonctionnent-ils ensemble ?

Le capteur inertiel envoie des données d'entrée ( roulis, tangage, lacet, cap et position) à l'AVIATOR UAV 200. Ces données sont ensuite utilisées pour orienter le faisceau d'antenne de l'AVIATOR UAV 200 vers un satellite de télécommunication, et le suivre de façon continue et précise, afin de maintenir une transmission de données optimale. Plus le pointage de l'antenne est précis, plus la liaison par satellite est stable.

Grâce à son récepteur GNSS à double antenne, le Ellipse-D est capable de fournir une adresse cap précise et fiable au moment du démarrage, ce qui est essentiel pour ce type d'applications. Pendant le vol, le système de navigation inertielle fournit des informations sur le mouvement et la position du drone pour aider l'AVIATOR UAV 200 à s'ajuster et à maintenir la liaison avec le satellite. En cas de leurrage, le système de navigation inertielle aidera à maintenir un 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).
Dans un premier temps, le matériel et le logiciel ont été pris en main en laboratoire. Le matériel a ensuite été intégré dans le camion Oscar (OSCAR est un "laboratoire mobile" sur lequel les antennes OTM sont posées et testées, sur les routes). Après avoir vérifié le bon fonctionnement en mode stationnaire, des tests OTM à l'intérieur du CNES ont été effectués 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 INS/GNSSEllipse-D pour configurer l'équipement afin qu'il corresponde au mieux à son 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 (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.

 

Crédit photo : Sandra Dusses

 

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, en particulier la fréquence de transmission qui était réglée trop haut.
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 consécutives à 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.

 

Crédit photo : Google Image, SBGcenter

 

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 apporte un large panel d'opportunités 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
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