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 au gouvernement national le programme spatial français 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 Satcoms dans tout nouveau type d'application. Le CESARS accueille librement les entreprises, les laboratoires, les collectivités, pour leur donner des conseils, un retour d'expérience sur les technologies, les assister en effectuant des tests, et en 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 d'aller au bout d'un projet, l'équipe du centre CESARS a l'habitude de faire des tests au sol pour vérifier et contrôler le matériel. Ici, l'objectif était de confirmer la compatibilité entre l'AVIATOR UAV 200 de Cobham et la centrale inertielle de navigation Ellipse-D de SBG Systems.
L'Ellipse-D est une centrale inertielle de navigation miniature à double antenne qui fournit des données de navigation et d'orientation très précises, même dans les environnements les plus difficiles. Comme tous les capteurs de SBG, ce INS/GNSS est testé et calibré de manière extensive de -40°C à 85°C pour assurer une performance optimale.
L'AVIATOR UAV 200 est un terminal Satcom compact tout-en-un (antenne + modem inclus) qui tient dans un petit UAV. Il permet la connexion entre un UAV et un satellite, qui sert d'intermédiaire entre le UAV et le contrôle au sol. La solution de Cobham peut être utilisée pour envoyer des informations, comme des vidéos, à un très faible débit (200kbps), du UAV au contrôle au sol. L'AVIATOR UAV 200 permet au UAV de voler plus longtemps et plus loin de la salle de contrôle grâce à la communication BLOS (Beyond Line of Sight).
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, l'Ellipse-D est capable de fournir un cap précis et fiable au moment du départ, ce qui est critique pour ce type d'applications. Pendant le vol, la centrale inertielle de navigation fournira les informations de mouvement et de position de l'UAV pour aider l'AVIATOR UAV 200 à ajuster et à maintenir le lien avec le satellite. En cas de leurrage, l'INS aidera à maintenir un cap robuste grâce au filtre de Kalman étendu.
Essais stationnaires et OTM (On-The-Move) en configuration terrestre
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 de l'adapter au mieux à son application. Ce logiciel fournit différents profils de mouvement pour ajuster le paramètre du filtre de Kalman étendu et fournir les meilleures performances pour les conditions d'utilisation.
Paramètres choisis sur le logiciel sbgcenter :
- Choix du profil : "usage général". Il était le plus adapté au comportement du camion Oscar. Pour une intégration sur un UAV, un profil UAV doit être choisi.
- Configuration des 2 antennes GNSS : elles doivent se trouver à plus de 45 cm du terminal Cobham, et dans un "environnement" similaire (suffisamment proche, sans obstacle entre elles, doit subir la même dynamique).
- Alignement du véhicule par rapport à l'unité de commande saisie (dans notre cas, ils sont orientés selon le 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 "principal") 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 50Hz maximum.
Intégration et test OTM
Deux tests "On-The-Move" ont été effectués sur le même circuit. Le circuit de test 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 réglages étaient nécessaires, notamment la fréquence de transmission qui était réglée trop haut.
Lors du second test, la connexion était stable, même en changeant de direction, validant ainsi les réglages. Le ping est passé correctement, et les plus longues latences observées sont celles qui suivent un passage près d'un bâtiment (masquage possible de la LOS). Sur l'interface Aviator UAV 200, tout a fonctionné (niveau de signal >50dbHz, localisation 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 : Une interface utilisateur graphique avec visualisation des données du transporteur orientation .
Conclusion
Après tous ces tests, l'équipe du centre Cesars du CNES est arrivée à la conclusion que la centrale inertielle de navigation de SBG Systems, l'Ellipse-D est compatible avec le terminal AVIATOR UAV 200 de Cobham, dans une configuration "sol". Ce test concluant apporte un large panel d'opportunités aux utilisateurs d'UAV .
Ellipse-D
INS RTK double antenne
- 0.05° roulis et tangage (RTK)
- 0.2° cap (RTK GNSS à double antenne)
- Immunité aux distorsions magnétiques
- Position RTK GNSS centimétrique
- Module OEM disponible
- Post-traitement avec le logiciel PPK Qinertia
- Développement complet
- Pilote ROS