P18 Localisation of quadrotors

Cahier des charges

Présentation générale du projet

Contexte

Dans un monde de plus en plus connecté, de nombreux drones sont déployés pour diverses applications comme l'espionnage, la surveillance, la cartographie de lieux et la livraison de colis. Les technologies nécessaires pour contrôler ces drones sont des sujets de recherche actuels.

Le contrôle de ceux-ci passe tout d'abord par la maîtrise de leur position dans l'espace. Le développement des applications liées à l'utilisation de drones nécessite un travail important sur la localisation spatiale d'objets connectés.

De plus, dans un souci d'utilisation, il est essentiel de développer des interfaces logicielles permettant d'exploiter ces données.

Objectif du projet

L'objectif de ce projet est de développer une interface logicielle permettant de traiter en temps réel les informations de localisation d'un drone et de balises, dans le but de définir leur localisation dans l'espace, en intérieur.

Description du projet

Pour réaliser le contrôle de drones, la première étape importante est de donner ses informations de position. Le but du projet est de développer une interface logicielle permettant de localiser le drone en temps réel en intérieur. Le drone se déplace dans un environnement dans lequel ont été installées de multiples balises. Il est équipé d'une carte, lui permettant de recevoir les distances relatives entre lui-même et les balises, sur laquelle différents algorithmes vont être implémentés pour effectuer la localisation en temps réel. Le projet requiert des compétences en développement hardware (Crazyflie 2.0, voir https://wiki.bitcraze.io/) et software (langage C/C++/Python/Javascript/HTML...).

Il se divise en 4 étapes principales, qui sont:

• 1) Choisir les technologies utilisées
• 2) Choisir l'architecture (OS / APIs)
• 3) Développer les différentes parties du projet
• 4) Intégrer et connecter les différentes parties du projet

La localisation étant en intérieur, le protocole GPS n'est donc pas assez précis pour les applications ciblées. La mise en place d'un tel dispositif permettrait grâce à l'utilisation d'un algorithme d'estimer avec une bonne précision les positions en intérieur d'une balise centrale (appelée Tag) et de balises (appelées Anchor). Le Tag scanne en temps réel la distance relative aux différentes balises, et il nous est retourné la position des balises et du Tag grâce à l'algorithme de localisation.

Le projet se compose de 3 parties:

• Collect & parse: collecter les données envoyées par les balises en communiquant avec un serveur et récupérer les données adéquates par un tri
• Localise: déterminer la matrice de position des balises et du Tag en traitant les données récupérées
• Display: développer l'interface homme machine pour afficher, étudier et utiliser les données traitées

Nous travaillerons dans un premier temps dans une optique temps différé avant de travailler en temps réel. Cela nous permettra d'acquérir des données utiles et réutilisables en aval.

A l'aboutissement du projet, nous devrions être capable via l'interface homme machine développée d'afficher précisément la position spatiale des balises ainsi que du Tag, grâce àl'utilisation d'un algorithme de localisation et des données récupérées, et d'afficher d'autres données relatives au déplacement du Tag ou des balises dans l'espace.

Si le temps le permet, nous pourrons aussi être amenés à adapter et utiliser l'interface développée pour l'utilisation d'un drone.

Sujet originel

To achieve the control of quadrotors, the first important task to give its position information. This project is to develop a software(GUI) to localize the quadrotors in real-time. The quadrotor is flying in an environment where several transmitters have been installed. The quadrotor is equipped with a deck to receive the relative distances between the deck and all transmitters, based on which different algorithms will be implemented to realize the real-time localization. The candidates need to have both experiences on hardware (Crazyflie 2.0, see https://wiki.bitcraze.io/) and software development (C/C , Python…).

Calendrier

Avant le 29/09/17 - Élaboration du Cahier des charges, de la liste des tâches et du calendrier prévisionnel

Avant fin Octobre - Serveur de collecte et début du développement de l'interface logicielle

Avant fin Décembre - Interface logicielle

A la fin du PFE - Intégration finale des différentes parties (Serveur de collecte des données & Serveur de localisation & Interface logicielle)

Répartition du volume de travail (***h):

• Recherche sur les technologies à utiliser (**h)
• Développement du serveur de collecte de données (**h)
• Réalisation de l'interface logicielle (Web//Logiciel/Application) (**h)
• Intégration des différentes parties (**h)
• Test et débuguage (**h)

Choix techniques : matériel et logiciel

Afin de développer ce dispositif, nous allons utiliser une Raspberry Pi 3 associée à une carte réceptrice, qui communique avec 4 balises composées chacune d'un microcontrôleur et d'une carte émettrice radio (UWB5C) et alimentées par batteries. La carte réceptrice joue le rôle du drone à localiser et communiquera les données émises par les balises vers l'ordinateur via Bluetooth.

Calendrier prévisionnel

Liste des tâches à effectuer

A modifier

1. Documentation sur le réseau LoRa
   1. moyen de transmission
   2. format de modulation
   3. trame des paquets
2. Réalisation du premier montage brouillant toute la plage
   1. contrôler l'émetteur RF du cc430
   2. programmer un bruitage sur la plage 863-870MHz
   3. test et optimisation
3. Ajout d'un récepteur LoRa pour détecter et brouiller une seule communication
   1. contrôler le récepteur LoRa avec le cc430 par protocole spi
   2. détecter une communication LoRa à une fréquence donnée
   3. contrôler l'émetteur RF afin de brouiller cette communication de manière brutale
   4. brouiller cette communication en tentant de changer les données du paquet
   5. test et optimisation

Feuille d'heures

Tâche	Prélude	Heures S1	Heures S2	Heures S3	Heures S4	Heures S5	Heures S6	Heures S7	Heures S8	Heures S9	Heures S10	Après les vacances	Total
Cahier des charges / Wiki	2h	1h	1h	0,5h		0,5h	0,5h	0,5h		0,5h	0,5h	0,5h	7,5h
Documentation sur le réseau LoRa	2h	4h	1,5h	4h									11,5h
Documentation sur le matériel	1h	3h	2h	3h			1h	1h	1h				12h
Recherche de solution pour la fonction 1			2h	1,5h	2h	2h							7,5h
Recherche de solution pour la fonction 2								2h	1h	2h		2h	7h
Initialisation des registres					3h	3h						2,5h	8,5h
Code 1ère fonction				1,5h	3h	3h	4h						11,5h
Code 2ème fonction									3h	2h	2h	1h	8h
Optimisation/Correction fonction 1						1h	2h	2h		2h			7h
Optimisation/Correction fonction 2											2h	4h	6h
Tests et mesures							1h	2h	3h	2h	3h	5h	16h
Modification de la carte											3h		3h