WIKI de Bertrand VANDEPORTAELE

Après étude, il est apparu qu'une trajectoire de l'uav adpatée à la cartographie consiste en une série de droites parallèles (appelées rails dans la suite du document). Le système paparazzi propose des trajectoires de ce type mais avec un paramétrage très limité: les rails doivent être alignés avec une des directions Nord/Sud ou Est/Ouest, il n'y a pas de contrôle du point d'entrée dans la zone à cartographier et pas de possibilité de garantir que le virage entre 2 rails est bien effectué hors de la zone à cartographier.

Le système Paparazzi étant Open Souce, des équipes de développeurs proposent également des fonctions de navigation. L'équipe OSAM (College of Engineering de l'université de l'état d'Utah) a développé des fonctions pour le survol d'un polygone convexe définis par un maximum de dix coins. Alors que nous pensions utiliser ces fonctions, elles se sont avérées inadaptées et buggées. Il a donc été nécessaire de développer nos propres fonctions de navigation.

Les fonctions développées s'appuient sur la définition d'une zone à partir de trois points correspondant à trois coins d'un losange qui englobe la zone à cartographier. La direction des rails est définie par le vecteurs reliant les deux premiers points. Le vecteur reliant les seconds et troisièmes points définissent quant à eux les débuts des rails. Les paramètres réglables sont l'écartement entre les rails ainsi que la distances que doit parcourir l'uav après un rail avant d'entreprendre un virage. Le programme génère des ordres d'acquisition d'images dans les zones à cartographier. Ces ordres sont émis par la Tiny à son modem et à la cpu vision afin de déclencher l'enregistrement et le traitement des images uniquement lorsque l'uav est à en train de parcourir un rail. L'uav effectue les virages hors de la zone à cartographier et le rayon de virage est indépendant de l'écartement entre les raies. L'uav peut refaire le parcours sur un rail qui aurait été mal acquis, par exemple à cause d'une rafale de vent qui l'aurait fait dévier de se trajectoire.

Voici les différentes étapes de l'exécution pour un bloc (ordre pour l'autopilote paparazzi) cartographie:

1. calculer les coordonnées du 4° coin du losange (pour la visualisation)
2. amener l'uav jusqu'au point d'entrée du 1° rail
3. amener l'uav jusqu'au point de sortie du 1° rail
4. faire un virage autour du point situé entre le point de sortie du rail terminé et le point d'entré du rail suivant. Si la distance entre ces deux points est inférieur à un seuil, effectuer un virage en arc de cercle, sinon aller au second point en ligne droite
5. itérer en 3 jusqu'au dernier rail
6. passer au bloc suivant

Il est possible d'enchainer dans le plan de vol de l'uav 2 blocs cartographies pour effectuer des rails dans la direction définies par les seconds et troisièmes points de la zone à cartographier. Ceci permet d'obtenir des séquences d'images permettant de reboucler les cartes en assurant leur cohérence géométrique. Le paramètre de réglage de la distance entre les rails est réglé à 0 pour spécifier que l'uav doit juste parcourir deux rails à l'extrémité du losange.

Les cartographies de la zone de convoyage et de la zone d'opération sont effectuées par deux blocks différents utilisant des points de passage (waypoints) ainsi que des paramètres (distances entre rails, altitude…) différents.

Cette fonction de navigation a été testée de manière intensive, en simulation et sur site à Muret et Fontevraux. Elle a été utilisée lors de la démonstration.

L'uav utilisé pendant la démo (nirvana) a été équipé d'un appareil photographique numérique représentant un surpoids de 30% et a volé par vent fort. Les images suivantes montrent la trajectoire de l'uav lors du vol du 8 juillet 2009 à 9h49.

image1: Le lancement du bloc cartographie peut être demandé à n'importe quel moment. L'UAV se dirige alors de sa position actuelle vers le point d'entrée du premier rail, localisé hors de la zone à cartographier (définie par les points S1,S2,S3 sur les figures suivantes, les points SP1,SP2, SP3 définissant une autre zone à cartographier, avec une meilleure résolution).

Image 2: L'UAV effectue le trajet du premier rail. Il dévie légèrement à cause du vent de face (estimation par le système visible en haut à gauche, vent réel plus fort que l'estimation), mais respecte globalement la trajectoire demandée. Il arrive au point SP2 et s'apprête à continuer la ligne droite hors de la zone à cartographier, pour effectuer le virage hors de la zone.

Image 3: L'UAV a effectué le virage et commence le second rail.

Image 4: L'UAV a parcouru le second rail, avec un vent de dos cette fois, ce qui perturbe bien moins sa trajectoire.

Image 5: L'UAV a parcouru deux rails supplémentaires.

Image 6: A cause d'une forte rafale vent arrière l'UAV est allé trop loin sur ce quatrième rail, il effectue donc le virage largement hors zone. L'autopilote change également le sens du virage de l'avion pour que celui-ci se retrouve bien dans la bonne position afin de démarrer le prochain rail. (Il aurait du tourner dans le sens contre-horaire, et tourne finalement dans le sens horaire.) Il effectuera par la suite le dernier rail avant de passer au bloc suivant.