Internet en TGV (2010) : Comment maintenir le pointage d antenne vers le satellite?

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Yolande Soucy
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1 Internet en TGV (2010) : Comment maintenir le pointage d antenne vers le satellite? 1

2 Matériels Recherches Internet GPS + Antenne 2 axes - élévation - orientation Mais : secret industriel! Objectif général : Analyser et comparer des Solutions qui maintiennent le pointage malgré les mouvements du train 2

Objectif général : Analyser et comparer des Solutions

3 Plan d exposé 1. Quelle précision de pointage? 2. Nos solutions de pointage - Accéléromètre (= Inclinomètre) - Boussole électronique - Gyromètre 3. Solutions à partir de l analyse du signal - Mesure de déphasage - Somme et différence de signaux 3

4 1- Quelle précision de pointage? Mon objectif : Déterminer quelle doit être la précision de pointage! Ma solution expérimentale : Antenne motorisée en azimut + «Satfinder» modifié + boîtier d acquisition USB 4

5 Manipulations : 1- réglage de l élévation 2- rotation à vitesse constante d Est en Ouest et acquisition Résultat : 4 satellites identifiés Arc des satellites géostationnaires Conclusion = cahier des charges Critère : Niveau : Écart de pointage Maxi : + ou 0,5 degré 5

identifiés Arc des satellites géostationnaires Conclusion = cahier

6 2- Nos solutions de maintien du pointage 2-1 Accéléromètre (= Inclinomètre) Objectif 1 : acquérir l angle d inclinaison du train Matériel : Accéléromètre 2 axes ADXL322 (25 ) θ = arcsin( AccY / g) θ = arccos( AccZ / g) 6

angle d inclinaison du train Matériel : Accéléromètre

7 Objectif 2 : réaliser un asservissement qui reproduit le pointage en élévation Angle pointage = Angle calcul GPS - Angle Inclinomètre Accéléromètre Moteur Direction de pointage à maintenir boîtier d acquisition USB

GPS - Angle Inclinomètre Accéléromètre Moteur Direction

8 Programmation de l asservissement Mon travail Manipulation : Mouvements oscillants Résultat de l asservissement Angle mesuré par l accéléromètre Angle moteur Conclusion : Le moteur compense bien les oscillations du support principe validé temps 8

mesuré par l accéléromètre Angle moteur Conclusion : Le

9 Problème : éliminer l effet de la force centrifuge (virages)! Ma démarche : Mesure Z accéléro : AccZ = g. cosθ + Accentrip. sinθ Mesure Y accéléro : AccY = g. sinθ Accentrip. cosθ Calcul de θ (en éliminant Accentrip) : AccY.sinθ + AccZ. cosθ = g résolution Labview θ = f(mesures : AccY, AccZ) Conclusion : Accéléromètre 2 axes = solution pertinente avec - Filtrage passe bas + - Traitement mathématique éliminant Accél. centripète 9

cosθ Calcul de θ (en éliminant Accentrip) : AccY.sinθ + AccZ.

10 2-2 Boussole électronique Boussole Lextronic CMPS03 (45 ) Objectif 1 : décoder le signal généré par la boussole Moyens du laboratoire : Programmation avec logiciel Labview boîtier d acquisition USB 6211 Boussole CMPS03 10

Moyens du laboratoire : Programmation avec logiciel

11 Signal boussole = largeur d impulsion variable : Angle = ( largeur impulsion (ms) -1 ) x 10 programmation graphique Logiciel LABVIEW Mon travail Temps cycle = 500 ms + moy. / 10 cycles Instrument virtuel de traitement du signal : «Mesure de largeur d impulsion» 11

LABVIEW Mon travail Temps cycle = 500 ms + moy.

12 Objectif 2 : réaliser un asservissement qui reproduit le pointage en orientation Angle pointage = Angle calcul GPS - Angle boussole 12

13 Montage mécanique : Le même que pour l accéléromètre, sauf moteur vertical Orientation à maintenir 13

14 - «Face avant» et Résultat d expérimentation : temps Angle mesuré boussole Angle moteur Conclusions : Le moteur compense bien la rotation du support validation du principe Mais grande variabilité (>> 0,5 ) car champ variable!! La boussole ne répond pas au cahier des charges 14

rotation du support validation du principe Mais grande variabilité

15 2-3 Gyromètre Objectif : traiter le signal du gyromètre (en vue de réaliser un asservissement de position) Matériel : Gyromètre MLX90609 (58 ) Banc identique au banc «boussole» Traitement de l information : Angle = ω. dt Mon travail 15

Matériel : Gyromètre MLX90609 (58 ) Banc identique au banc

16 Résultat de l asservissement Angle moteur temps Conclusion : Le moteur compense bien les oscillations du support ; Angle obtenu par Intégration de la Vitesse angulaire Mais le signal «position gyro» dérive de façon importante après 10 à 15 s! (intégration des bruits) Le gyromètre ne répond plus au cahier des charges pour les longues durées! 16

Mais le signal «position gyro» dérive de façon importante après 10 à 15 s!

18 3- Solutions par l analyse du signal 3-1 Mesure du déphasage du signal reçu Pointage réalisé DEPH = 0 18

19 Mon objectif : valider le principe (capter le déphasage) Signal satellite : Mon dispositif : 2 Ondes Électro- Magnétiques 12 GHz à km/s Longueur d onde : 25 mm Ondes Sonores 4500 Hz à 340 m/s Longueur d onde : 75 mm Même ordre de grandeur! 19

Magnétiques 12 GHz à 300 000 km/s Longueur d onde : 25 mm

20 Matériel mis en place : Emission 4500 Hz Haut-Parleur Réception : 2 Microphones sur réglettes Acquisition Boîtier USB NI 6211 Traitement : PC + Labview Protocole : - Faire varier la distance d un des microphones au HP - Mesurer le déphasage des 2 signaux pour chaque position 20

: PC + Labview Protocole : - Faire varier la distance d un des

21 Programmation graphique (Labview) : Échantillonnage : au maximum des possibilités du boîtier d acquisition éch / s 25 points par période (0,2 ms) = acceptable pour le traitement du signal 21

22 Résultats : Pente : 5 phase / mm Conclusions : précision de pointage : Il faut A < 0,5 ; --> DEPH. < 5 (pour onde sonore) --> DEPH. < 15 (pour onde E.M.) Valeur aisément mesurable Validation du principe 22

24 Même protocole : Faire varier la distance d un des microphones au HP Déphasage (pour mémoire) Somme Différence Zéro temps Résultat : Le signal «différence» possède un «puits» d amplitude lorsque l antenne est parfaitement pointée ; Précision maximale avec solution + simple 24

25 Conclusion : Solution Précision respectée? Accéléromètre Boussole Gyromètre + (filtrage + traitem. math) -- (champs magn.) + à court terme à long terme (dérive) Traitement du signal satellite + + Mes principales productions : - modification électrique du «satfinder» + filtrage - tous les traitements de signaux dans Labview - réalisation du banc d essais à microphones 25

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