L’expression “Système de guidage” fait référence à un ensemble de commandes envoyées au contrôleur l’aéronef afin de lui permettre de réaliser une certaine tâche. Celle-ci pourrait être de suivre une ligne, monter, atterrir, maintenir l’état actuel etc…

Veronte Pipe permet de combiner différents guidages pour créer des phases de vol personnalisées, qui permettront à l’aéronef de réaliser une tâche bien précise. Par exemple, pour créer une phase de décollage, le guidage à inclure pourrait être une Piste (Runway), qui défini une ligne au dessus de la piste réelle pour que l’avion suive celle-ci, ainsi qu’un guidage “Hold” qui conservera le roulis et le tangage à zéro pour garder l’aéronef à plat lors de l’accélération sur la piste.

Chaque guidage contient différents paramètres à configurer. Ils se présentent tous comme suit:

HOLD

Le guidage HOLD (Tenir) permet d’imposer au système de conserver une certaine variable à une valeur définie par l’utilisateur. Ce guidage est différent des autres guidages, dans le sens où l’utilisateur peut déterminer un chemin à suivre, mais le cap qui permet à l’aéronef de suivre ce chemin est alors déterminé par ce chemin et non par l’utilisateur.

Guidage Hold

Il y a 4 moyens de déterminer dans comment une variable est introduite dans le contrôleur dans le cas d’un guidage Hold:

  • None: Une seule valeur est spécifiée. Dès que l’aéronef entre dans une phase qui possède ce guidage Hold, la variable désirée prendra la valeur spécifiée ici. Il est possible de définir une valeur constante, ou de prendre la valeur d’une autre variable à l’instant où celui-ci entre dans cette phase. Par exemple : Pour que l’aéronef garde le cap qu’il avait lors du changement de phase, sélectionnez Desired Heading comme variable à tenir, puis choisissez Heading.
  • Time (Ramp Time): Dans ce cas, la variable introduite dans le contrôleur prendra la première valeur introduite définie. La variable atteindra cette valeur après un temps spécifié.
  • Slope (Ramp Rate): Similaire au cas précédent, mais cette fois-ci le temps entre deux valeurs ou la pente de la rampe peuvent être indiqués.
  • Ewma (TAU): La valeur de la variable croît de manière exponentielle.

CLIMBING

Le guidage Climbing (Monter), permet de faire monter l’aéronef de l’altitude au début de la phase à une autre altitude. Ce guidage est utilisé en général après le décollage pour monter à l’altitude de croisière, mais peut être utilisé différemment par l’utilisateur.

Guidage Climbing

Tous les paramètres apparaissant dans la figure précédente régissent la montée de l’aéronef. Ils sont présentés comme suit:

  • Line attraction: Ce paramètre détermine la manière dont l’aéronef est attiré vers la trajectoire qu’il doit suivre. La valeur spécifiée représente la distance par rapport à la trajectoire à partir de laquelle l’aéronef rejoindra la trajectoire demandée avec un angle d’interception de 45°. Lorsqu’il est plus proche, l’angle d’interception sera plus faible, et inversement. Une valeur faible aura pour effet que l’aéronef rejoindra la trajectoire avec un angle d’interception élevé pendant longtemps, tandis qu’une valeur élevée implique moins d’attraction, car l’aéronef rejoindra la trajectoire à des angles inférieurs à 45°.line_attractionDans la phase de montée, la trajectoire n’est pas directement indiquée par l’utilisateur comme dans la phase de croisière (Cruise, définie das le menu Mission), mais cette valeur reste importante car les paramètres de la trajectoire sont tout de même définis, comme nous le verrons plus loin. Les valeurs communes pour ce champ sont entre 20 et 40 pour les avions et 15 pour les multicoptères. Ce paramètre ne devrait être changé que par des utilisateurs avancés.
  • Acceleration proportional gain: Ce paramètre est utilisé pour un nouveau système développé par Embention, qui permet de faire travailler la gouverne de profondeur et la propulsion ensemble pour le contrôle en tangage et de la poussée.
  • Set limit acceleration:
    C’est ici que sont définies les limites pour l’accélération (positive ou négative) de l’aéronef lors de la montée. Normalement, les limites spécifiées ici sont dues à la structure ou pour éviter les manœuvres extrêmes de l’aéronef.
  • Set Speed: Cette option défini la vitesse de l’aéronef lors de la montée. Cela peut être une IAS (Vitesse-air indiquée), ou Speed (vitesse sol). Normalement, l’IAS est utilisée pour les avions, et la vitesse sol pour les multicoptères. L’option Waypoint Reach permet de définir la vitesse à laquelle l’aéronef atteindra les waypoints. Il volera le long de la trajectoire avec la vitesse indiquée dans l’option “Cruise”, puis il accélèrera ou décélèrera pour atteindre la vitesse indiquée dans “Waypoint Reach”, puis il reprendra sa vitesse de croisière.
  • Hover Gain: Ce gain est utilisé par les multicoptères lorsqu’ils font du sur-place au-dessus d’un point. Lorsqu’une rafale de vent déplace l’aéronef, celui-ci reviendra au point en utilisant le gain spécifié ici.
  • Route: C’est ici que sont définis les paramètres qui définissent la route suivie par l’aéronef lorsque celui-ci est en montée vers une certaine altitude
    • Flight Path Angle: Angle de la trajectoire de montée avec l’horizontale.
    • Radius: La montée est réalisée en deux parties. Premièrement, l’aéronef décrit une trajectoire droite, puis circulaire, ce qui permet de monter en restant dans une certaine zone. Ce paramètres indique le rayon de cette route circulaire.
    • Distance:Distance entre le point où l’aéronef entre dans la phase contenant le guidage Climbing (Monter) et le début de la trajectoire circulaire.
    • Sense of arcs: Sens de rotation de l’aéronef sur la route circulaire.

YAW

Le guidage YAW (lacet) est utilisé dans les multicoptères pour indiquer le comportement de l’aéronef dans l’axe de lacet. Cette option est généralement utilisées en phase de croisière, car la trajectoire peut être suivie sans que le drone ne change sont orientation en lacet, ou sans que sont axe longitudinal soit parallèle à la trajectoire.

Landing Guidance

Les modes disponibles en guidage Yaw sont:

  • Current: Le multicoptère gardera l’angle de lacet qu’il avait lorsqu’il est entré dans la phase contenant la guidage Yaw.
  • Fixed: Le lacet est maintenu constant, à la valeur indiquée par l’utilisateur.
  • Heading: Le lacet prend la valeur du cap lorsque l’aéronef est entré dans la phase.
  • Position: Le lacet sera adapté pour que l’axe longitudinal pointe toujours vers un point défini par l’utilisateur dans le menu apparaissant dans la figure précédente (absolu ou relatif).

LANDING

Le guidage Landing (Atterrissage), permet de créer une route que l’aéronef suivra pour atterrir sur une certaine piste (définie par l’utilisateur).

 Guidage Landing

  • Line attraction: Comme pour les cas de la montée, ce paramètres détermine l’attraction de l’aéronef vers la trajectoire. Une valeur élevée implique une faible attraction.
  • Acceleration proportional gain: Similaire au guidage Climbing.
  • Set limit acceleration: Limites d’accélération (positive et négative).
  • Set speed: Détermine la vitesse de l’aéronef lors de l’atterrissage. Dans certains cas, si l’aéronef ne dispose pas de volets ou d’aérofreins, il peut être impossible d’atteindre la vitesse spécifiée, il faut donc être prudent avec cette valeur.
  • Route: La section Route du guidage Landing défini la route que l’aéronef suit pour rejoindre le point de contact avec le sol. Celle-ci se compose de deux parties: La première consiste à descendre depuis l’altitude de croisière jusqu’à une altitude où la manœuvre d’alignement avec la piste et d’atterrissage est possible, la deuxième partie est celle qui amène l’avion jusqu’au sol (piste). Si l’aéronef rentre dans la phase d’atterrissage à une altitude permettant d’atterrir sans effectuer la première manœuvre, celle-ci ne sera pas effectuée. Les paramètres régissant la trajectoire d’atterrissage sont les suivants:
    • Loiter descending: Centre de la trajectoire circulaire de descente. Indiqué en cliquant sur la carte.
    • Margin: Pourcentage de la longueur de la piste auquel l’aéronef va essayer de toucher le sol.
    • Flight path angle: Angle de descente pendant toute la phase d’atterrissage.
    • Horizontal distance for descending: Distance entre le début de la piste et le centre du virage permettant d’aligner l’aéronef avec la piste.
    • Radius of head turn: Rayon du virage permettant d’aligner l’aéronef avec la piste.
    • Radius of helix: Rayon de la trajectoire circulaire de descente permettant à l’aéronef d’atteindre une altitude compatible avec la manœuvre d’atterrissage.

La figure suivante représente tous les paramètres détaillés ci-dessus.

fig.108-landing-guidance-interface-05

Trajectoire d’atterrissage

Enfin, l’utilisateur doit définir la piste d’atterrissage. Il existe deux manières différentes d’indiquer la piste utilisée pour l’atterrissage. La première est de définir directement sur la carte deux points. Avec (1), l’utilisateur clique sur la carte pour indiquer la début de la piste (2 dans notre cas). Le point de fin de piste est défini de la même manière (Position 3). La direction de l’atterrissage est indiquée avec les flèches visibles sur la figure ci-dessous. L’option Auto choisi la direction en fonction de la position de l’aéronef lorsqu’il entre dans la phase d’atterrissage (plus courte trajectoire).

landing

Panneau du guidage Landing

L’autre méthode pour indiquer une piste est d’en sélectionner une depuis la base de données de Veronte Pipe.

CRUISE

La phase de croisière permet de faire suivre à l’aéronef une route créée par l’utilisateur dans le menu Mission. C’est l’utilisation principale de ce mode de guidage, mais il peut aussi être utilisé en faisant aller l’aéronef à un certain endroit, sans forcément indiquer la route à suivre. Quelques exemples seront détaillés plus tard, mais d’abord nous allons définir tous les paramètres du guidage Cruise.

Guidage Cruise

  • Line attraction: Même paramètre que pour le guidage Climbing.
  • Patch: Dans Pipe, un chemin est défini comme la ligne reliant deux points. Cette option est utilisée pour forcer l’aéronef à aller à un certain endroit lorsqu’il entre dans la phase de croisière. Par exemple, si la mission créée par l’utilisateur comporte 4 lignes (carré), cette option peut être utilisée pour forcer l’aéronef à suivre l’une des lignes (patch) en premier.cruise-1Dans l’illustration ci-dessus, si la ligne qui commence par la point jaune doit être suivie en première, cliquez sur 1 permettra à l’utilisateur de sélectionner cette ligne (en sélectionnant son point de départ et une direction). La numérotation des différents segments suit leur ordre de création. Si le Waypoint sélectionné dans “Patch” est seul (pas une ligne), l’aéronef ira à ce point puis tournera autour. Pour résumer, si le segment sélectionné fait partie d’une route qui comporte plus d’une ligne, l’aéronef rejoindra cette ligne puis continuera se route. D’un autre côté, si la trajectoire sélectionnée est un point unique, l’aéronef tournera autour de celui-ci (ou sur-place dans le cas d’un multicoptère).
  • Acceleration proportional gain: Expliqué dans le guidage Climbing.
  • Set height mode: Le mode height indique comment l’aéronef réalisera la route. Si le mode 2D est sélectionné, l’aéronef suivra la trajectoire prédéfinie sans prendre en compte l’altitude des Waypoints, en gardant l’altitude qu’il avait au moment d’entrer dans le mode. Le mode 2.5D est utilisé seulement pour les multicoptères. Dans ce cas, le véhicule montera verticalement jusqu’à l’altitude du premier Waypoints, puis commencera sa route. Finalement, dans le mode 3D, l’aéronef rejoindra l’altitude de croisière avec une trajectoire diagonale (trajectoire 3D reliant deux points).
  • Set limit acceleration: Limitation de l’accélération (Positive ou négative) pour accroitre la sécurité des opérations.
  • Set speed: C’est ici que la vitesse lors de la croisière est définie. Elle peut être une vitesse-air indiquée (IAS) ou une vitesse-sol.
  • Hover Gain: Expliqué dans le guidage Climbing.

VTOL

Le guidage VTOL (Vertical take-off and landing), est utilisé dans les multicoptères pour le décollage et l’atterrissage. Ce guidage créé une ligne verticale qui commence au point où l’aéronef entre dans cette phase.

Guidage VTOL

  • Line Attraction: Expliqué dans le guidage Climbing.
  • Acceleration proportional gain: Paramètre défini dans le guidage Climbing.
  • Set limit acceleration: Limitation de l’accélération (Positive ou négative) pour accroitre la sécurité des opérations.
  • Set Speed: Vitesse maintenue par le quadricoptère lors de la montée ou de la descente.
  • Hover Gain: Expliqué dans le guidage Climbing.
  • Route: Ce paramètre permet d’indiquer la route suivie par le multicoptère pendant le décollage ou l’atterrissage. La trajectoire consiste en une ligne verticale débutant à l’endroit où l’aéronef entre dans cette phase. Dans le cas du décollage, la ligne part du sol et monte en ligne droite jusqu’à l’altitude indiquée par l’utilisateur. Cette altitude peut être relative (en fonction du point initial de la route) ou absolue (MSL, AGL ou WGS84). Par exemple, dans le cas du décollage, une altitude de 10 000 mètres peut être indiquée comme le point final de la route, il sera donc certain que le multicoptère continuera de monter jusqu’au début de la phase suivante. La même procédure peut être suivie pour l’atterrissage , en indiquant une distance relative énorme (par exemple 100 mètres à partir du point de départ), il sera donc certain que l’aéronef atteindra le sol. Une automation est programmée pour ralentir l’aéronef lorsqu’il touche la surface.

RUNWAY

Le guidage Runway est utilisé pour créer une trajectoire linéaire suivie par l’aéronef. Ce guidage est généralement utilisé en phase de décollage, où l’aéronef doit garder l’axe de la piste lors de l’accélération jusqu’à la rotation.

Guidage Runway

La piste est créée de la même manière que dans le guidage Landing. Cliquer sur la carte pour définir les points de début et de fin permet d

  • Line attraction: valeur qui décrit l’attraction de l’aéronef vers la trajectoire voulue. Une valeur plus élevée implique une attraction plus faible.
  • Speed: Vitesse-sol qu’aura l’aéronef lors du déplacement le long de la trajectoire définissant la piste.
  • Acceleration proportional gain: Expliqué dans le guidage Climbing.

GUIDANCE VARIABLES

Les guidages contenus dans Veronte génèrent une série de variables utilisées plus tard dans le système de contrôle comme entrée des PIDs. Dans le guidage Hold, c’est l’utilisateur qui sélectionne les variables générées désirées. Un guidage créant des trajectoires génère les variables suivantes:

  • Desired Heading (cap désiré)
  • Desired Flight Path Angle (pente de la trajectoire avec le sol désirée)
  • Desired Front GS (vitesse sol désirée)
  • Desired Ground Speed Down (vitesse verticale désirée)
  • Desired Lateral GS (vitesse-sol latérale désirée)
  • Desired Vertical Error (erreur verticale désirée)
  • Desired Along-Track Position Error (erreur le long de la trajectoire désirée)

Le guidage Yaw génère uniquement la variable Desired Yaw (Lacet désiré). Le guidage Runway génère les variables Desired Heading (cap désiré) et Desired Yaw (lacet désiré).

Note: Dans les sections 12.1.1.2 et 12.1.2.2  vous trouverez des exemples de combinaison de guidages pour créer de phases communes pour un avion(Mentor) ou une aile volante (W210).