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Projets en cours



Navigation et Surveillance Imperdables pour Véhicules Autonomes Aériens et Terrestres (NESIVA)

Chercheurs :

René Jr Landry (ÉTS Lead), Jean-Marc Gagné (ÉTS, Gestionnaire de projet)

Date de commencement :

3 janvier 2023

Durée du projet :

3 années

Description :

Les travaux de recherche en avionique et radio-logiciel du Laboratoire de Technologies Spatiales, Systèmes Embarqués, Navigation et Avionique (LASSENA) de l’ÉTS ont identifié, au cours des dernières années, une technologie très prometteuse comme source de positionnement et de détection d’obstacles, par l’exploitation de Signaux d’Opportunité (SoOP). En effet, les signaux émis par les satellites à faible élévation (LEO), dont le nombre est en croissance exponentielle au tour du globe, ainsi que par les émetteurs 3G/4G/5G/6G, pourront être utilisés afin de fournir des données de Positionnement, Navigation et Synchronisation (PNS) et de détection d’obstacles mobiles (PNS-D) indispensables aux véhicules autonomes aériens (UAM, drones, avions, hélos…) et terrestres (autos, camions, bus, trains…). Quoique que d’autres systèmes, tel que les constellations GNSS et les senseurs inertiels fournissent des données de positionnement et les LIDAR/RADAR, des données de détection, les SoOP fourniront des sources alternatives et dissimilaires de PNS-D qui seront indispensables afin d’obtenir l’intégrité et la disponibilité nécessaires aux transports autonomes. Il est à noter que la technologie SoOP opère en mode passif et non-coopératif et fournit la résilience nécessaire en cas de cyber-attaque sur les systèmes actuels. Seuls quelques instituts de recherche (ICU, Virginia Tech...) ont publié des travaux sur SoOP, et la porte est ouverte pour que le Québec prenne une position mondiale sur cette technologie disruptive et très prometteuse qui risque de devenir un standard à la fin de cette décennie.


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Automatized deck landing for a double rotors helicopter UAV

Chercheurs :

R. Jr Landry (ÉTS, Lead), Hamza Benzerrouk (ÉTS, Lead), Mohammad Sefidgar (ÉTS), Thibault Magoutier (ÉTS)

Date de commencement :

1er janvier 2020

Durée du projet :

3 années

Description :

L’objectif de ce projet est de mettre en place un système automatisé d’atterrissage d’un drone ou Unmanned Autonomous Vehicule(UAV) sur un plateforme maritime mobile ou sur l’héliport d’un navire commercial ou militaire. Ce système de Deck landing va être utilisé sur un drone hélicoptère à double rotors : le LX300 développé par l’entreprise Laflamme Aéro, qui a d’importantes dimensions et qui sera utilisé, par exemple, pour différentes missions de surveillance maritime. Il évoluera donc loin de toutes balises de navigation et n’aura que les systèmes satellites pour se repérer. Cependant les plateformes maritimes sont souvent de tailles restreintes, ne peuvent pas supporter un système de balises traditionnelles, et sont également soumises aux caprices de la houle, ce qui provoque de nombreux changements dans leurs attitudes. Ainsi, on a besoin dans ce projet d’avoir des alternatives avec une précision beaucoup plus importante que celle que peut nous fournir un système GNSS seul, et on a la nécessité de synchroniser les mouvements de la plateforme maritime et du drone afin que l’atterrissage soit fait de manière douce, précise et sécuritaire pour le drone et la plateforme.
Pour atteindre ce but, deux méthodes sont développées en parallèle pour calculer la distance et les attitudes relative entre le drone et la plateforme :
-  La première consiste en système robuste de repérage de la position du drone par rapport à la plateforme, de calcul du range et de synchronisation d’attitude en communicant entre deux modules de petites dimensions, l’un sur la plateforme et l’autre sur le drone. On utilisera un système GPS/Real Time Kinematic(RTK) pour la position relative et un système d’IMU/AHRS relatives pour accorder les attitudes.
-  La seconde méthode consiste à utiliser un système de vision léger avec quatre rangefinders. Premièrement, on détectera la zone d’atterrissage depuis une certaine distance et on calculera les trajectoires que le drone doit prendre afin de se poser. Dans un second temps, une caméra gardera l’UAV orienté par rapport à la plateforme et les rangefinders calculeront son attitude. Enfin le temps de trajet optimisé et l’alignement final seront calculés.
Enfin, la finalité de ce projet est de pouvoir faire la fusion de ces deux méthodes via différents filtres comme ceux de Kalman et de les utiliser de manière complémentaire.


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Discovery Grants Program : Universal Software Defined Avionic Receiver (SDAR) for Robust and Resilient Positioning, Navigation and Timing (PNT)

Chercheurs :

René Jr Landry

Date de commencement :

1er mai 2019

Durée du projet :

5 années

Description :

L’objectif principal de ce programme de recherche est d’étudier les avantages de la fusion entre les architectures et les nouvelles méthodes de développement d’un récepteur avionique universel définie par logiciel (SDAR). Des performances de positionnement, de navigation et de synchronisation (PNS) robustes et résilientes sont recherchées surtout dans les environnements où le système mondial de navigation par satellites (GNSS) est inefficace pour tout type d’espace aérien. Le récepteur universel exploitera des signaux d’opportunité spécifiques (SoOP) sélectionnés pour répondre aux standards modernes en avionique et aux nouveaux besoins comme pour les systèmes sans-pilote, ce qui est un nouveau défi important. Les SoOP sélectionnés seront obtenus non seulement des infrastructures existantes telles que l’avionique (DME, TMS, ADS-B), ou d’autres comme la télévision et le réseau cellulaire, mais également de pseudolites aéronautiques de référence et systèmes de communication tels que Iridium Next. Pour intégrer ces nouvelles capacités, la première étape consistera à proposer une nouvelle architecture pour l’acquisition et la poursuite des signaux GNSS à base de nouvelles métriques associés aux signaux SoOP. Dans celle-ci, tous les signaux seront traités dans un système intégré, synchronisé et normalisé. La deuxième étape porte sur le développement des algorithmes avancés de traitement du signal numérique et des méthodes de fusion appliquées aux SoOP sélectionnées et en extraire les informations utiles pour assurer des PNS résilients. Concernant l’identification et la classification des SoOP mutli-fréquences, de nouvelles méthodes et modèles d’apprentissage seront développés afin d’intégrer ces signaux à divers algorithmes de positionnement. Pour valider le SDAR proposé, les algorithmes seront conçus, analysés puis testés au laboratoire sur des signaux RF enregistrés. Ensuite, les techniques développées et le prototype seront testés et validés dans un environnement réel, notamment en vol. Le SDAR universel développé dans le cadre de ce programme améliorera les récepteurs multi-GNSS et augmentera leurs capacités, tout en conservant la taille, le poids, la puissance et le coût (SWaP-C) au minimum, pour une solution efficace, économique et sécuritaire. Ce programme contribuera substantiellement au développement de la navigation par satellite, à la conception des récepteurs avioniques (PNS), à l’amélioration des applications de surveillance de la vie humaine avec aussi de nouvelles applications en aviation, en géolocalisation dans les milieux difficiles et à l’intérieur des bâtiments. En plus, les systèmes sans-pilote en milieu urbain, bénéficieront fortement des résultats de cette recherche tout en restant applicables aux systèmes avioniques actuels et futurs. Sa compatibilité avec l’avionique modulaire intégrée (IMA) de nouvelle génération améliorera l’authentification et la sécurisation des systèmes de communication, navigation et surveillances (CNS).


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Next Generation SDR Avionics for Communication, Navigation and Surveillance

Chercheurs :

R. Jr Landry (ÉTS, Lead), J-J Laurin (École Polytechnique de Montréal), F. Nabki (ÉTS), D. Deslandes (ÉTS)

Date de commencement :

1er septembre 2019

Durée du projet :

4 années

Description :

Le projet « nouvelle génération de radio logicielle avionique » pour la Communication, la Navigation et la Surveillance (CNS) appelé « NextGen SDAR » consiste à développer et à intégrer des modules radio logicielles avioniques (SDAM) dans une seule unité matérielle via une architecture robuste et optimisée. Ce projet fera usage de toutes les expériences et les connaissances acquises au cours des projets précédents du CRSNG AVIO-505 et AVIO-404, ainsi que leurs réalisations les plus significatives en proposant une architecture optimisée pour l’interopérabilité entre les différents SDAM. En plus, la collaboration stratégique avec des fabricants aéronautiques (Thales, ACSS, SII Canada et Bombardier) contribuera à optimiser l’architecture SDA pour qu’elle soit certifiable et prête pour le marché actuel de l’aviation en compatibilité avec la nouvelle architecture d’avionique appelée IMA (Integrated Modular Avionics). Toute la mise en œuvre sera effectuée conformément aux procédures de validation des fabricants tout en considérant les recommandations des experts d’ingénierie des systèmes. Cette architecture couvrira des fonctions avioniques modernisées telles que : le VHF Omnidirectional Range (VOR), Instrument Landing System (ILS), Tactical Air Navigation (TACAN), Distance Measuring Equipment (DME), Automatic Dependent Surveillance – Broadcast (ADS-B) In/Out, Transponder Mode-S (TMS), Wide-Band Radio (WBR) et radio altimètre, à usage civil et militaire. Le défi principal est de concevoir une « NextGEN SDAR » qui peut simultanément gérer de multiples fonctions avioniques critiques, mais aussi des fonctions avancées telles que : l’intégrité des signaux, les algorithmes d’authentification, la compensation des dégradations et la tolérance aux défauts tout en maintenant les exigences « Size, Weight, Power and Cost » (SWaP-C) au minimum. Comme retombées de ce projet, la mise en œuvre d’une solution fortement intégrée pour les systèmes avioniques CNS réduira systématiquement la longueur des câbles et le nombre de composants sur des aéronefs modernes. Enfin, cette solution sera adaptée aux potentielles évolutions des normes aéronautiques et sera aussi applicable aux aéronefs sans-pilote (UAVs).


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Projet R-PNT : Resilient Positioning, Navigation and Timing

Chercheurs :

René Jr Landry, Hamza Benzerrouk, Victor Douet, Samir Zemam

Date de commencement :

1er septembre 2018

Durée du projet :

2 années

Description :

Une nouvelle exigence au cours de la dernière décennie est le positionnement, la navigation et la synchronisation (PNT) au cours des opérations militaires et dans un environnement sans GNSS. Afin d’améliorer la taille, le poids et la puissance (SWaP) des équipements, le département de la Défense nationale du Canada recherche des systèmes offrant de meilleures performances, où le plus faible poids possible, une consommation électrique et une efficacité opérationnelle sont cruciales. Lorsque le signal GNSS est brouillé, les solutions PNT alternatives constituent un système de redondance appropriée, basé essentiellement sur des capteurs inertiels et des algorithmes de navigation à l’aveugle (dead reckoning). Ces technologies combinées à l’utilisation de signaux d’opportunité (SoOP) sont essentielles, notamment pour les opérations de ciblage, de reconnaissance tactique, de surveillance, de suivi en temps réel des soldats et/ou de mobiles, etc. Une solution robuste et fiable de PNT est nécessaire pour maintenir la capacité opérationnelle des forces militaires et la synchronisation avec les centres de commandement et les systèmes de gestion des armes.
L’objectif du projet est de fournir une solution complète multi-UMI (unité de mesure inertielle) pouvant ou non être combiné à un réseau de capteurs corporels (projet ibNav), une nouvelle solution technologique offrant une intégration multisensorielle plus avancée (accéléromètres, gyroscopes, magnétomètres, baro-altimètres, fréquence cardiaque, pression artérielle, etc.) et des algorithmes personnalisés. La fusion de données robuste (basée sur le filtrage de Kalman) permet de suivre la trajectoire des soldats en temps réel, les données de surveillance de la santé étant transmises en continu au terminal de contrôle du commandant. Plus que des capteurs inertiels, des algorithmes de podomètre, de capture du mouvement, un suivi du mouvement haute précision et une solution de navigation fiable sont maintenus grâce à l’utilisation de SoOP dans un environnement sans GNSS. Les algorithmes basés sur les mesures Doppler et les phases des porteuses de satellites LEO sont intégrées à la fusion de données Global-Body-Skeleton Multi IMUs (ibNav Project) afin de calculer la solution de PNT totale demandée lors de missions et d’opérations militaires critiques.


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Projet ibNav : Indoor Body Navigation

Chercheurs :

René Jr Landry, Hamza Benzerrouk, Victor Douet, Samir Zemam

Date de commencement :

1er septembre 2018

Durée du projet :

2 années

Description :

L’objectif de ce projet est de fournir une solution légère et modulaire pour la navigation intérieure avec la capacité de capture de mouvement 3D fluide en temps réel. Le système proposé et développé aura des capacités PNT à la fois pour des applications intérieures et extérieures, ainsi qu’une détermination précise de l’attitude des membres et une reconnaissance robuste des activités d’un individu. Un système de capteurs évolutifs/intelligents et un étalonnage IMU à l’exécution autonome seront utilisés dans le système pour améliorer ses performances. Les défis de ce projet comprennent : 1) une exploitation sans infrastructure externe ; 2) navigation à l’intérieur dans un environnement virtuel 3D ; 3) solution portable et à faible coût ; 4) haute précision de la navigation pendant au moins 1 heure ; 5) erreur de navigation inférieure à 30 mètres à partir d’une position connue, etc. Le système développé ouvrera la porte à plusieurs applications potentielles telles que le multimédia, les jeux en ligne, les soins de santé, la formation, l’entrainement, etc.


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