Documentation Logiciel DATADRONE et exemples traités

LE LOGICIEL DATA DRONE Présentation : Cet utilitaire permet de récupérer, lire et décrypter les données stockées sur l’enregistreur de vol DJI IOSD MARK II. Ce composant, véritable boîte noire, enregistre toutes les trames de données circulant sur le bus de communication reliant les différent composants d’un drone DJI. Le logiciel permet d’afficher les données décodées et surtout d’exporter ces données sous forme de fichiers facilement exploitables :  fichiers texte CSV (pour Excel par exemple),  fichiers de trajectoires GPS au format GPX ou KML (pour Google Earth par exemple). Les données récupérées peuvent être classées en trois grands types :  données provenant du GPS,  données provenant de la centrale inertielle,  données provenant des entrées/sorties du contrôleur de vol. Le logiciel est livré avec une documentation sur les différents protocoles de communication et stockage du bus CAN DJI. Cette documentation, en français, précise certains paramètres inédits jusqu’à présent. CD ressource DATADRONE 1/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Récupération des fichiers de données de vol sur l’IOSD MARK II : Consulter pour cela la documentation présente sur le CD ressource « Montage et utilisation de l’IOSD MARK II ». Utilisation du logiciel : Ouverture d’un fichier Data : Cliquer sur la touche pour accéder au répertoire de stockage des fichiers et choisir un fichier .DAT. Deux cas peuvent se produire alors :  Si les trames du fichier n’ont pas encore été décryptées, rien ne se passe et seule la touche « Décrypter les trames » est active.  Si le fichier a déjà fait l’objet d’un décryptage, l’ensemble des fonctions deviennent actives sauf la touche « Purger ». Décryptage de trames : Lors de sa première ouverture dans le logiciel, un fichier data doit être décrypté. Pour cela, cliquer sur la touche « Décrypter les trames ». La phase de décryptage commence. Vous pouvez suivre son avancement grâce à la barre bleue de défilement en bas de la fenêtre. Cette phase peut prendre un peu de temps si le fichier est volumineux. Compter une minute de traitement pour un fichier de 15 Méga‐octets correspondant à environ 2 minutes de vol. Lors du décryptage, le logiciel crée cinq fichiers désentrelacés différents portant les extensions .0A8 , .7F8 , .090 , .108 et .118 contenant les données chronologiques issues de chaque élément communiquant sur le bus DJI (voir documentation « Protocole du bus DJI NAZA »). Ces fichiers sont générés dans le même répertoire que le fichier Data. Ce sont ces fichiers qui sont ensuite utilisés par le logiciel DATADRONE. Purge des fichiers désentrelacés : En cliquant sur la touche « Purger », on supprime les cinq fichiers désentrelacés vus au paragraphe précédent, correspondants à un fichier de données de vol. Affichage des résultats : CD ressource DATADRONE 2/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Les données sont disponibles dans quatre onglets différents :  Infos GPS : concerne l’ensemble des données renvoyées par le GPS.  Infos NAZA : concerne les données d’entrées/sorties situées sur le contrôleur de vol NAZA.  Infos OSD : concerne les données issues de la télémétrie et de la centrale inertielle.  Infos Compas : renvoie uniquement les valeurs du compas. Pour afficher les données dans un onglet cliquer sur la touche « Afficher ». Les données sont affichées dans un tableau dont la première colonne représente le temps en secondes depuis le début de l’enregistrement. Le nombre d’enregistrements apparait en bas à gauche de la fenêtre. Le type et la présentation des résultats varie ensuite en fonction de chaque onglet. Il est possible de régler la fréquence d’affichage des lignes du tableau. Par défaut, cette valeur est de 10 lignes par seconde. Cette valeur peut être augmentée ou baissée suivant l’utilisation que l’on voudra faire des données récupérées. Onglet « Infos GPS » : Informations constantes :  Date GPS départ et heure GPS : affiche la date et l’heure de début d’enregistrement.  Firmware GPS : Affiche la version logicielle du GPS.  ID hardware GPS : Affiche l’identifiant matériel du GPS. CD ressource DATADRONE 3/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Options d’affichage : Résultats verrouillés seulement : Si cette option est cochée, seuls les enregistrements verrouillés c’est‐à‐dire correspondant aux conditions d’acquisition valides (nombre de satellites suffisant) sont affichés. Afficher toutes les données GPS : Affiche l’intégralité des données récupérées. Par défaut seules les données importantes sont affichées dans le tableau. Données du tableau : Nom Signification de la donnée Unité Nbsat Nombre de satellites détectés Verr Etat de verrouillage Longitude Longitude ° Latitude latitude ° Altitude Altitude GPS m Prec vert Précision verticale m Prec hor Précision horizontale m Vit Nord Vitesse NED vers le Nord m/s Vit Est Vitesse NED vers l’Est m/s Vit Bas Vitesse NED vers le bas m/s Dil Posi Dilution de précision de position % Dil Vert Dilution de précision verticale % Dil Nord Dilution de précision vers le Nord % Dil Est Dilution de précision vers l’Est % Statu Verr Drapeaux de statut du verrouillage Voir la documentation « Protocole du bus DJI NAZA » pour plus de renseignements sur les différentes données. Exportation de données : CSV : l’ensemble des données affichées est exporté dans un fichier texte où les champs sont délimités par un séparateur constant. Excel reconnait ce type de fichier. GPX : les données de longitude, latitude et hauteur GPS sont exportées. Les fichiers GPX sont reconnus par de nombreux logiciels permettant de tracer des trajectoires GPS 3D. Le logiciel libre Google Earth reconnait ce type de fichier. KML : type de fichier similaire au GPS. Les fichiers sont exportés dans le même répertoire que le fichier Data. Ils portent le même nom avec l’extension CSV, GPX ou KML suivant le cas. CD ressource DATADRONE 4/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Onglet « Infos NAZA » : Infos constantes :  Longitude de départ : affiche la longitude du point de décollage.  Latitude de départ : Affiche la latitude du point de décollage.  Altitude barométrique de départ : Affiche l’altitude au point de décollage donnée par le baromètre du NAZA. Options d’affichage : Afficher toutes les données GPS : Affiche l’intégralité des données récupérées. Par défaut, seules les données importantes sont affichées dans le tableau. CD ressource DATADRONE 5/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Données du tableau : Nom Lipo Mode Moteur1 Moteur2 Moteur3 Moteur4 Moteur5 Moteur6 Moteur7 Moteur8 Altibar Roulis Tangage Canal A Canal E Canal R Canal U Canal T Canal X1 Canal X2 Canal X3 Bec Volt Can Volt Vit Baro Signification de la donnée Charge de la batterie Mode de vol en cours GPS, ATTI, Manuel Puissance envoyée au moteur 1 Puissance envoyée au moteur 2 Puissance envoyée au moteur 3 Puissance envoyée au moteur 4 Puissance envoyée au moteur 5 Puissance envoyée au moteur 6 Puissance envoyée au moteur 7 Puissance envoyée au moteur 8 Altitude détectée par le baromètre NAZA Valeur signée de l’angle roulis Valeur signée de l’angle de tangage Valeur d’entrée du canal A du NAZA Valeur d’entrée du canal E du NAZA Valeur d’entrée du canal R du NAZA Valeur d’entrée du canal U du NAZA Valeur d’entrée du canal T du NAZA Valeur d’entrée du canal X1 du NAZA Valeur d’entrée du canal X2 du NAZA Valeur d’entrée du canal X3 CH8 du NAZA Tension du BEC PMU NAZA Tension sur bus can DJI Vitesse barométrique Unité V % P maxi % P maxi % P maxi % P maxi % P maxi % P maxi % P maxi % P maxi m ° ° V V m/s Voir la documentation « Protocole du bus DJI NAZA » pour plus de renseignements sur les différentes données. Exportation de données : CSV : l’ensemble des données affichées est exporté dans un fichier texte où les champs sont délimités par un séparateur constant. Excel reconnait ce type de fichier. Le fichier est exporté dans le même répertoire que le fichier Data. Il porte le même nom avec l’extension CSV. CD ressource DATADRONE 6/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Onglet « Infos OSD » : Options d’affichage : Afficher toutes les données enregistrées : Affiche l’intégralité des données récupérées. Par défaut, seules les données importantes sont affichées dans le tableau. CD ressource DATADRONE 7/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Données du tableau : Nom Signification de la donnée Unité AccelX Valeur de l’accéléromètre suivant l’axe X g AccelY Valeur de l’accéléromètre suivant l’axe Y g AccelZ Valeur de l’accéléromètre suivant l’axe Z g GyroX Valeur du gyroscope suivant l’axe X rad/s GyroY Valeur du gyroscope suivant l’axe Y rad/s GyroZ Valeur du gyroscope suivant l’axe Z rad/s MagnX Valeur calibrée du compas suivant l’axe X MagnY Valeur calibrée du compas suivant l’axe Y MagnZ Valeur calibrée du compas suivant l’axe Z AltiBar Altitude détectée par le baromètre NAZA m VitN Vitesse moyenne suivant la direction Nord m/s VitE Vitesse moyenne suivant la direction Est m/s VitD Vitesse moyenne verticale m/s Longitude Longitude rad Latitude Latitude rad AltiGPS Altitude renvoyées par le GPS m NbSat Nombre de satellites détectés Lacet Valeur du Lacet rad Module Module de calibrage compas Quater1 Valeur 1 du quaternion Quater2 Valeur 2 du quaternion Quater3 Valeur 3 du quaternion Quater4 Valeur 4 du quaternion Voir la documentation « Protocole du bus DJI NAZA » pour plus de renseignements sur les différentes données. Exportation de données : CSV : l’ensemble des données affichées est exporté dans un fichier texte où les champs sont délimités par un séparateur constant. Excel reconnait ce type de fichier. Le fichier est exporté dans le même répertoire que le fichier Data. Il porte le même nom avec l’extension CSV. CD ressource DATADRONE 8/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Onglet « Infos compas » : Données du tableau : Nom Signification de la donnée CompasX Valeur renvoyée par le compas suivant l’axe X CompasY Valeur renvoyée par le compas suivant l’axe Y CompasZ Valeur renvoyée par le compas suivant l’axe Z Exportation de données : Unité CSV : l’ensemble des données affichées est exporté dans un fichier texte où les champs sont délimités par un séparateur constant. Excel reconnait ce type de fichier. Le fichier est exporté dans le même répertoire que le fichier Data. Il porte le même nom avec l’extension CSV. Exemples d’exploitation : 


Exemple n° 1 : Exemple n° 2 : Exemple n° 3 : Vol avec déplacements dissociés. Comparaison des capteurs d’altitude (baromètre et GPS). Courbe de décharge de la batterie Lipo – consommation comparée des moteurs. Ces exemples d’exploitations ont été réalisés à partir de données de vols réalisés avec un Educadrone V1 de série dans sa version Kit de base équipé de la boîte noire IOSD MARK II. CD ressource DATADRONE 9/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Exemple 1 Phase A Phase B Phase C Phase E Phase D Phase F Phase G 70
% Puissance ou °
hauteur m
80
60
50
60
40
40
30
Moteur1
Moteur2
20
20
Moteur3
Moteur4
10
Roulis
0
33
38
Temps (s)
Tangage
43
48
53
58
63
68
73
78
0
Hautbar
o
‐20
‐10
CD ressource DATADRONE 10/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Coordonnées et sens des mouvements : Repère (X,Y,Z) : comme indiqué sur la figue ci‐contre. Si l’avant de l’appareil est dirigé vers le nord magnétique, le repère est confondu avec le repère NDE. Repère NDE : X vers le Nord, Y vers l’Est et Z vers le bas (Down). On définit ainsi les sens positifs et négatifs des roulis (Roll), tangage (Pitch) et lacet (Yaw). Position des moteurs sur l’Educadrone : La numérotation des moteurs est donnée sur la figure ci‐contre. Présentation : Le graphique des résultats de la page précédente regroupe les données récupérées lors d’un vol. Lors de ce vol, les accès aux commandes de la radiocommande ont été simplifiés au maximum (un seul mouvement à la fois) sur des séquences de plusieurs secondes de manière à identifier graphiquement le comportement des moteurs deux à deux lors des différents déplacements du drone.  Phase A : montée verticale du drone à pleine vitesse (manche des gaz à fond vers le haut).  Phase B : avancée à grande vitesse (manche droit de la radiocommande à fond vers le haut).  Phase C : à gauche toute (manche droit de la radiocommande à fond vers la gauche).  Phase D : recul à grande vitesse (manche droit de la radiocommande à fond vers le bas).  Phase E : à droite toute (manche droit de la radiocommande à fond vers la droite).  Phase F : rotation du drone sur lui‐même (manche des gaz à fond vers la droite).  Phase G : rotation du drone sur lui‐même en sens inverse (manche des gaz à fond vers la gauche). Analyse : Sur la phase A, les 4 moteurs poussent en même temps avec une puissance moyenne supérieure à 60% de la puissance totale. Lors de la phase B, le drone avançant à grande vitesse, les moteurs 3 et 4 doivent pousser davantage que les moteurs 1 et 2. Dans le même temps, un tangage négatif doit apparaitre. CD ressource DATADRONE 11/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples La phase C est plus difficile à analyser : en plus d’un roulis négatif indiquant le déplacement vers la gauche on remarque un tangage positif (vent ?). La phase D est caractéristique sur la fin : recul du quadrirotor donc moteurs 1 et 2 poussant plus que les 3 et 4, associé à un tangage positif. Lors de la phase E, le drone se déplaçant vers la droite, ce sont les moteurs 2 et 3 qui poussent le plus et le roulis est positif. La phase F montre un mouvement sinusoïdal du roulis et du tangage. On peut estimer que le drone a réalisé entre 3 et 4 tours autour de l’axe vertical. Les moteurs poussant le plus sont le 2 et le 4, deux moteurs opposés ce qui est normal si l’on veut augmenter le couple dû aux forces de trainée des hélices et créer ainsi le mouvement de rotation. Ces deux moteurs ont un sens de rotation horaire (inverse trigo) entrainant le drone en rotation en sens inverse horaire (trigo). La phase G montre le même mouvement sinusoïdal du roulis et tangage, mais les deux moteurs poussant le plus sont le 1 et le 3. Le sens de rotation du drone se trouve inversé. Analyse du vol à partir du fichier trajectoire Google Earth : Le fichier trajectoire exporté au format KLM et ouvert dans Google Earth permet d’identifier rapidement la trajectoire du vol et les différentes phases vu précédemment. On s’aperçoit en fait que la phase B n’a pas été réalisée correctement d’où le problème d’interprétation précédent. Le drone s’est déplacé à la fois sur la gauche mais aussi en arrière. Les fichiers relatifs à cet exemple sont disponibles sur le CD ressource. CD ressource DATADRONE 12/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Exemple 2 Le baromètre : Contrairement à un altimètre d’avion ou d’ULM, il n’existe pas de calage possible sur le baromètre intégré au contrôleur NAZA DJI. Celui‐ci indique, en mètres, la pression régnant autour du drone. Lors de son initialisation, le contrôleur récupère la pression au point de décollage et peut calculer ensuite l’élévation du drone au‐dessus du point de décollage. On obtient ici une hauteur équivalente au QFE avion. Le GPS : Outre la longitude et la latitude, un GPS peut indiquer aussi l’altitude du point où il se situe. Basée sur une triangulation satellite, cette altitude est celle calculée par rapport au niveau de la mer (QNH). La précision verticale obtenue par un GPS est moins bonne que celle obtenue par un baromètre. Elle s’améliore toutefois avec la durée du vol. En général les contrôleurs embarqués sur les drones calculent la hauteur de l’appareil à partir du capteur barométrique. Dans certains cas, une moyenne est faite entre les deux capteurs (faible % pour le GPS). La présence des deux capteurs permet cependant de corréler les résultats. Sur certains contrôreurs, une alarme peut même être déclenchée si l’écart entre les deux capteurs devient trop important. Données de vol : Le graphique ci‐dessous issu du fichier Excel des données exportées depuis DATADRONE, permet de comparer les hauteurs relevées avec les capteurs barométriques et GPS. 80
Hauteur BARO
70
Hauteur GPS
60
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
100
120
‐10
La hauteur GPS a été obtenue en soustrayant à la valeur renvoyées par le GPS la première hauteur GPS valide enregistrée avant le décollage du drone. Les fichiers relatifs à cet exemple sont disponibles sur le CD ressource. CD ressource DATADRONE 13/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Exemple 3 Ce troisième exemple permet de visualiser la décharge de la batterie LiPo lors du vol en croisant les données avec la puissance moyenne des 4 moteurs (% de la puissance totale) et la hauteur de vol. 160
17
% puissance ou altitude (m)
Tension (V)
140
Moyenne
16,5
Hauteur
120
Lipo
100
16
80
15,5
60
15
40
20
14,5
0
65
115
165
215
265
temps (s)
14
‐20
Le graphique ci‐dessous montre la répartition des puissances consommées par chaque moteur. Sur ce vol de 5 minutes on pourrait s’attendre à une puissance consommée équivalente sur chaque moteur. Ce n’est pas le cas : 100
% puissance
90
80
70
60
50
Moteur1
40
Moteur2
30
Moteur3
20
Moteur4
10
temps (s)
0
55
105
155
205
255
305
Moteur 1 54 Moteur 2 51 Moteur 3 57 Moteur 4 55 CD ressource DATADRONE 14/15 Logiciel DATADRONE ‐ Guide d’utilisation et exemples Le moteur 3 consomme d’avantage que le moteur 2 (plus de 10% d’écart). Après examen de l’Educadrone ayant réalisé le vol, on s’aperçoit facilement à la main que le moteur 3 présente un couple statique plus important que le moteur 1. Une manipulation peut consister à déterminer ce couple statique avec une ficelle enroulée autour du rotor du moteur brushless et des petits poids suspendus pour aller plus loin dans l’analyse. La copie d’écran ci‐dessous représente la trajectoire de vol dans Google Earth à partir du fichier exporté .KLM. Le profil en long sous la figure a pour abscisse la distance parcourue et pour ordonnée l’altitude par rapport au niveau de la mer. CD ressource DATADRONE 15/15