Ellipse kompatybilny z systemami satelitarnymi Cobham

CNES, znane również jako Narodowe Centrum Badań Kosmicznych, to francuska agencja zajmująca się badaniami kosmicznymi. Działa ona pod nadzorem ministerstw gospodarki, obrony i badań naukowych.

Centrum CESARS należące do CNES ułatwia dostęp do łączności satelitarnej

Jednym z zadań agencji jest opracowywanie, przedstawianie i realizacja francuskiego programu kosmicznego na zlecenie rządu krajowego. CNES koncentruje się na 5 obszarach strategicznych: Ariane (rakiety nośne), nauka, obserwacja, telekomunikacja i obrona.

CNES utworzyło centrum CESARS w celu upowszechniania i zwiększania wykorzystania komunikacji satelitarnej (Satcom) w wszelkiego rodzaju nowych zastosowaniach.

CESARS bezpłatnie przyjmuje przedsiębiorstwa, laboratoria i jednostki samorządowe, udzielając im porad, informacji zwrotnych na temat technologii, pomagając w przeprowadzaniu testów oraz zapewniając dostęp do samej platformy technicznej, w tym sprzętu.

Zintegrowane rozwiązanie zapewniające ulepszone sterowanie w czasie rzeczywistym w nawigacji bezzałogowych statków powietrznych (UAV)

Zespół CESARS zazwyczaj testuje i weryfikuje sprzęt na ziemi przed przystąpieniem do projektu. W tym przypadku celem było potwierdzenie kompatybilności między systemem AVIATOR UAV 200 firmy Cobham a systemem nawigacji inercyjnej Ellipse-D firmy SBG Systems.

Ellipse-D to miniaturowy system nawigacji inercyjnej z podwójną anteną, który dostarcza bardzo dokładne dane nawigacyjne i orientacyjne nawet w najbardziej wymagających środowiskach.

Podobnie jak wszystkie czujniki SBG, Ellipse-D INS/GNSS przechodzi intensywne testy w zakresie temperatur od -40°C do 85°C, aby zapewnić optymalną wydajność. Ponadto jest starannie kalibrowany, aby zagwarantować niezawodność w każdych warunkach.

AVIATOR UAV 200 to kompaktowy, zintegrowany terminal Satcom (antena i modem), który mieści się w małym UAV. Umożliwia połączenie między UAV a satelitą, który działa jako pośrednik między UAV a naziemną stacją kontroli.

Rozwiązanie firmy Cobham przesyła informacje, takie jak filmy, z UAV do naziemnej stacji kontroli z bardzo niską szybkością transmisji danych (200 kbps). AVIATOR UAV 200 umożliwia UAV dłuższy i dalszy lot od centrum kontroli dzięki komunikacji BLOS (Beyond Line of Sight).

Jak one ze sobą współpracują?

Czujnik inercyjny przesyła dane dotyczące roll, pitch, yaw, heading i pozycji do AVIATOR UAV 200. Wykorzystujemy te dane do sterowania wiązką anteny AVIATOR UAV 200 w kierunku satelity telekomunikacyjnego i precyzyjnego śledzenia go.

Następnie przyczynia się to do utrzymania optymalnej transmisji danych. Im dokładniejsze jest celowanie anteny, tym bardziej stabilne będzie łącze satelitarne.

Ellipse-D INS/GNSS zapewnia precyzyjny i niezawodny heading od momentu uruchomienia, dzięki dwuantenowemu odbiornikowi GNSS, który ma kluczowe znaczenie w tych zastosowaniach. Czujnik INS dostarcza dane o ruchu i pozycji, aby pomóc AVIATOR UAV 200 w utrzymaniu łącza satelitarnego podczas lotu.

W przypadku ataków spoofingowych, INS pomoże utrzymać stabilny heading dzięki rozszerzonemu filtrowi Kalmana.

Testy w warunkach stacjonarnych i w ruchu w konfiguracji naziemnej

W październiku 2020 roku CNES przeprowadził kilka testów w ramach CST (Toulouse Space Center).

Najpierw zespół przygotował sprzęt i oprogramowanie w laboratorium. Ponadto zintegrowano sprzęt z ciężarówką Oscar. Oscar, mobilne laboratorium, przewozi i testuje anteny OTM bezpośrednio na drogach. Po potwierdzeniu prawidłowego działania stacjonarnego, zespół przeprowadził testy OTM w CNES.

Ostatecznie, testy te potwierdziły kompatybilność między czujnikiem inercyjnym a terminalem.

Konfiguracja sprzętu

Podczas testu w trybie stacjonarnym w laboratorium CNES wykorzystał oprogramowanie sbgcenter dostarczane wraz z systemem INS/GNSS Ellipse-D do skonfigurowania sprzętu pod kątem jego optymalnego dopasowania do aplikacji.

Oprogramowanie to udostępnia różne profile ruchu pozwalające dostosować parametry rozszerzonego filtra Kalmana i zapewnić najlepszą wydajność w danych warunkach użytkowania.

Wybrane ustawienia w oprogramowaniu sbgCenter:

• Wybór profilu: „ogólnego przeznaczenia” („general purpose”). Był on najbardziej odpowiedni dla zachowania ciężarówki Oscar. W przypadku integracji na bezzałogowym statku powietrznym należy wybrać profil UAV.
• Konfiguracja 2 anten GNSS: muszą znajdować się w odległości większej niż 45 cm od terminala Cobham i w podobnym “środowisku” (wystarczająco blisko, bez przeszkód między nimi, muszą podlegać tej samej dynamice).
• Ustawienie pojazdu względem wprowadzonej jednostki sterującej (w naszym przypadku są one ustawione wzdłuż tej samej osi).
• Jeśli na nośniku zamontowane są inne czujniki, można je również wprowadzić (rurka Pitota, akcelerometr…).
• Port COM A urządzenia Ellipse-D INS/GNSS (głównego) jest podłączony do komputera PC w celu wizualizacji informacji odbieranych w sbgcenter. Port E jest podłączony do terminala Cobham. Oba są skonfigurowane na 115200 bodów.
• Jeśli chodzi o przesyłanie danych, częstotliwość transmisji komunikatów AT_ITINS musi wynosić maksymalnie 50 Hz.

Test integracji i test OTM

Przeprowadzono dwa testy „On-The-Move” na tym samym torze. Tor testowy obejmuje proste odcinki i ronda, a maksymalna prędkość jego pokonania wynosiła 30 km/h.

Pierwszy test wykazał, że konieczne były korekty ustawień, zwłaszcza częstotliwości transmisji, która została ustawiona zbyt wysoko. Podczas drugiego testu połączenie było stabilne, nawet przy zmianie kierunku, co potwierdziło poprawność ustawień.

Ping przeszedł poprawnie, a najdłuższe zaobserwowane opóźnienia to te następujące po przejściu w pobliżu budynku (możliwe zasłonięcie linii widoczności - LOS). Na interfejsie Aviator UAV 200 wszystko działało (poziom sygnału >50 dBHz, fix GPS). Rejestrując sesje testowe, sekwencje można odtwarzać w programie SBGcenter za pomocą różnych opcji:

• Widok pozycji: Przedstawia animowaną ilustrację, na której można śledzić trasę pojazdu.
• Widok z kokpitu: graficzny interfejs użytkownika z wizualizacją danych dotyczących położenia statku powietrznego.

Wnioski

Po wszystkich tych testach zespół centrum Cesars CNES doszedł do wniosku, że inercyjny system nawigacyjny Ellipse-D firmy SBG Systems jest kompatybilny z terminalem Cobham Aviator UAV 200 w konfiguracji naziemnej.

Ten rozstrzygający test otwiera szerokie spektrum możliwości dla użytkowników UAV.