11 mars 2016 – Date de la dernière modification: 23 août 2019

Drones et GPS

Les poulains vus du cielAujourd’hui, la majeur partie des drones sur le marché propose des modes de vols assistés par GPS, que cela soit pour Yuneec, ou pour DJ, avec son “GPS mode”…C’est le mode de vol à privilégier pour les débutants ou lorsque vous ne voyez plus l’orientation de votre drone. Avec l’assistance utilisée par les systèmes GPS (USA) ou/et GLONASS (Russe) ou/et BeiDou (Chinois) ou/et futur Galileo (Européen), lors du pilotage, la position du drone reste quasi constante sur les trois axes, avec une correction de trajectoire sous le vent, le mode RTH (Return To Home) ou retour à la base et orientation vers le pilote appelé IOC (Intelligent Orientation Control) sont également possibles. Avec le RTH, le drone atteint automatiquement une altitude de 20 mètres environ (altitude réglable sur les drones les plus récents) pour limiter les risques liés aux obstacles, puis revient à sa position de départ (ou selon les réglages, à celle de la radiocommande) et se pose automatiquement. Avec l’IOC, votre drone ira toujours devant vous lorsque vous dirigez le joystick pour aller vers l’avant, même s’il est orienté à 90° ou 180°.

Comment limiter les risques de perte de contrôle

Par contre, pour que les modes de vols assistés par GPS soient opérants, il est impératif de bien calibrer le compas avant le vol et que le système GPS fonctionne correctement. Ne calibrez votre compas qu’en champ ouvert et à l’écart de bâtiments ou de sources possibles d’interférences électromagnétiques (lignes électriques, véhicules, lignes électriques, lignes téléphoniques, des relais téléphoniques, des émetteurs radio…). Qu’elles soient internes ou externes, elles peuvent causer des problèmes avec les commandes de vol et vous faire perdre le contrôle de votre drone, avec le fameux “fly-away”, redouté par les télépilotes.

lignes haute tension

Lignes haute tension – Photo JH Mora

De plus, les récepteurs GPS dont celui de votre drone utilisent des signaux radioélectriques pour capter le signal émis par un satellite qui est de très faible intensité. La constellation GPS repose actuellement sur trente satellites dont trois de réserve. La qualité de la réception des satellites qu’utilisent les drones comme aide au pilotage peut être altérée par une occultation de l’antenne ou un niveau de bruit trop important ne permettant pas au récepteur d’acquérir les signaux, à cause d’interférences. Ces dernières altèrent les signaux d’ondes radioélectriques utilisés par les systèmes de navigation et de communications radio, mais également le magnétomètre (compas) embarqué.

Les sources d’interférences électromagnétiques externes

Pour limiter les interférences électromagnétiques externes, il est donc conseillé de voler à distance des lignes électriques, lignes téléphoniques, des relais téléphoniques, des émetteurs ou stations radio, des clôtures électriques, des radars, des relais de diffusion de télévision ou de la diffusion de radio…

Les stations ou relais radioélectriques

L’Agence Nationale des Fréquences (ANFR) française propose le site www.cartoradio.fr. Ce site dédié permet de connaître l’emplacement des antennes de stations radioélectriques, de la diffusion de télévision, de la diffusion de radio, les relais téléphoniques, radars météo, installations WIMAX (ou Boucle Locale Radio) et autres installations.
Cartoradio mobile pour iOS D’autre part, pour un site répertorié, il est possible d’avoir accès aux résultats des mesures de champs électromagnétiques synthétisés par une fiche de mesures.

Sur Cartoradio.fr figurent toutes les installations radioélectriques de plus de 5 watts, hormis celles de l’Aviation Civile et des ministères de la Défense et de l’Intérieur, pour des raisons de sécurité.
L’ANFR propose aussi Cartoradio en version mobile sous la forme de deux applications gratuites:

Il est donc utile de consulter ces bases de données avant de voler en drone afin de connaître les emplacements d’éventuelles stations radioélectriques pouvant être des sources de perturbations électromagnétiques.

Illustration des interférences électromagnétiques externes

Dans le cas rapporté plus haut, il s’agit d’une interférence au niveau des liaisons radio Wifi, mais pas de la fonction GPS (le drone et son module GPS étaient situés à bonne distance). Mais le principe des interférences reste le même.

En dehors des radios VHF portatives (VHF aéro et marine), qu'en est-il pour les talkies-walkies UHF avec la norme PMR 446 ?
En dehors des radios VHF marine (156 MHz à 162 MHz) et VHF aéro (117,975 MHz à 137 MHz) avec une puissance allant jusqu’à 6 watts en portative, les talkies-walkies UHF utilisés par exemple, pour communiquer, entre le télépilote et des assistants qui assurent la sécurité au sol, utilisent la gamme de fréquences libres et gratuites dites “PMR446” (446 MHz), dont la puissance maximum autorisée en France est de 500 milliwatts ou 0,5 watts. Compte tenue de la puissance faible, les possibles interférences devraient être donc très faibles, voir absentes. A vérifier.

Pour limiter les risques d’interférences avec une radio portative (VHF ou UHF) ou un téléphone portable, nous vous conseillons:

  • Quand vous portez votre radio sur vous pour télépiloter votre drone, préférez une puissance d’émission faible, de l’ordre de 1 à 2 watts en VHF ou 0,5 watt en UHF, si c’est possible. La majeur partie des modèles de radios VHF portatives le permettent, avec au moins deux ou trois réglages de puissances. Quant aux radios portatives UHF (talkies-walkies), la puissance maximum autorisée en France est de 0,5 watt, avec la norme PMR 446;
  • Faites la même expérience que nous (voir plus haut), afin de déterminer une distance de sécurité, entre votre radio portative ou téléphone portable utilisé(e) et radiocommande. A cette fin, laissez votre drone allumé, mais posé au sol, sans hélice;
  • Eloignez votre radio portative de la radiocommande quand vous la portez sur vous. Vous pouvez par exemple, la porter dans le dos, avec un micro HP ou un micro oreillette relié par un cordon;
  • Préférez émettre à l’aide de votre radio portative ou téléphone portable quand votre drone est posé;
  • Dans des zones mal couvertes, votre téléphone portable augmente sa puissance pour tenter d’accrocher un relais, ce qui augmente le risque d’interférences éventuelles;
  • De préférence, confiez votre radio portative ou/et votre téléphone portable, à un(e) assistant(e) qui reste à deux ou trois mètres de vous, surtout quand votre drone est en l’air et que votre assistant est en émission;
  • Programmez une hauteur pour le mode RTH qui soit compatible avec les obstacles aériens environnants (arbres, falaises, bâtiments…).
Module GPS de drone et protection

Module GPS et feuille de protection métallisée

Les sources d’interférences électromagnétiques internes

En interne, tout composant soumis à un courant (ESC, émetteur video…) créé des perturbations plus ou moins importantes. Normalement lors de sa conception, il doit répondre à certaines normes pour les limiter. Attention, quand vous rajoutez de nouveaux éléments sur votre drone. Par exemple, certaines caméras dotée d’une puce Wifi, comme des GoPro ou autres peuvent créer des perturbations altérant la réception GPS, une fois allumées.

Le module GPS embarqué à bord du drone est une pièce sensible. Il est normalement doté d’une protection métallisée (cuivrée, aluminisée) ou/et support en céramique pour limiter les parasites. L’antenne est parfois déportée en hauteur au bout d’un tube support de 15 à 20 cm. Elle est également placée sur le haut du drone et à distance des sources de courant important (ESC, émetteur video…).

Interface utilisateur (GUI)

Interface Yuneec
L’interface utilisateur (GUI) du drone permet de contrôler les paramètres du drone connecté le plus souvent en USB. Il est possible notamment de vérifier le bon fonctionnement de ses capteurs, la calibration du compas et le nombre de satellites disponibles (à condition d’être en extérieur avec un ordinateur portable).

Applications pour déterminer le statut et nombre de satellites

GPS plan 1GPS plan 2
Votre smartphone est le plus souvent équipé d’un GPS en interne.
Il existe des applications gratuites pour iOS ou Android qui permettent de connaître le nombre de satellites disponibles (GPS, GLONASS) et leur précision où GPS testvous vous situez. Nous pouvons citer par exemple, pour iOS, GPS Plan de Hiroaki Yamada ou GPS test pour Android. La qualité du signal GPS (SNR) est montrée pour chaque satellite sous forme de bargraphes.

Drone et verrouillage des satellites

Nombre de satellitesLe système GPS est inopérant en intérieur, dans des bâtiments ou hangars. Vous ne pourrez y voler qu’en mode manuel, éventuellement assisté par un système ultrasonique de capteurs d’évaluation des distances. En dehors de limiter l’influence des interférences électromagnétiques, pour assurer une bonne réception du signal GPS, placez-vous dans une zone ouverte et avec un dégagement d’au moins 100 degrés au dessus de votre drone. Cone de réception Il est possible d’assurer une triangulation de votre position avec trois satellites, par contre c’est risqué en cas de perte d’une des sources !Constellation GPS
Pour voler en mode GPS, il est conseillé d’avoir au moins la réception de six satellites pour pouvoir envisager de décoller. Plus, il y a de satellites en réception et mieux c’est. Depuis le 1er mai 2000, le signal des satellites du système GPS n’est plus dégradé volontairement par les USA. La précision théorique du système GPS est de l’ordre de 25 mètres en tout point du globe et de 3 mètres pour les GPS différentiels à usage civil (1 mm de précision, 95% du temps, pour un usage militaire !). Rappelons qu’en cas de perte du signal GPS, le drone passe automatiquement en mode ATTI (DJI) avec conservation de l’altitude ou en mode manuel selon les modèles de drones. Et en mode manuel, c’est le crash assuré, si vous n’y êtes pas préparé.

GPS, perturbations électromagnétiques et indice Kp

Statut GPS système waas

L’indice Kp (Kp index ou Planetary K-index) est souvent utilisé pour déterminer les chances de voir les aurores boréales (Aurora Borealis). C’est aussi l’un des indices les plus couramment utilisés pour indiquer la gravité des perturbations magnétiques mondiales dans l’espace proche de la Terre. L’indice Kp est une moyenne pondérée de plusieurs indices K à partir d’un réseau d’observatoires géomagnétiques. Il indique l’activité globale des orages géomagnétiques, variations liées à l’activité solaire. La qualité de la réception des satellites qu’utilisent les drones comme aide au pilotage peut être altérée par l’activité solaire et les orages magnétiques. Elle diminue le rapport signal/ bruit et affecte la fréquence porteuse. Le récepteur GPS risque de perdre le verrouillage sur certains satellites. Au lieu de neuf satellites, vous ne pourrez en verrouiller que seulement cinq et le nombre peut varier de seconde en seconde.
Elle modifie aussi le délai de propagation des ondes à travers l’ionosphère, ce qui rend le positionnement GPS inexact, même si le récepteur GPS a verrouillé tous les satellites.

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D’autres facteurs rentrent aussi en ligne de compte. Par exemple, les perturbations ionosphériques sont plus importantes aux latitudes élevées et équatoriales, et moins sensibles aux latitudes moyennes.

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Clignote, clignote GPS.

Un dernier facteur est également le moment de la journée. En effet, la plupart des perturbations se produisent dans la soirée, entre vingt heures et minuit. Cela tombe bien, on ne vole pas en drone la nuit 😉 Pour limiter les risques, il vaut mieux jouer la carte de la sécurité pendant les tempêtes solaires !

Pour rappel, en France métropolitaine:

    • En hiver: heure UTC (GMT) = heure locale – 1;
    • En été: heure UTC (GMT) = heure locale – 2.
  • En hiver: heure locale = heure UTC (GMT) + 1;
  • En été: heure locale = heure UTC (GMT) + 2.

Signification de l’indice Kp (Kp index ou Planetary K-index)

L’indice Kp est un indicateur global de l’activité des orages géomagnétiques, dont l’intensité se mesure sur une échelle de 0 à 9. Il est important de vérifier le niveau de ces perturbations avant de planifier le vol de votre drone et donc d’éviter les périodes d’orages magnétiques. Ne volez pas avec votre drone quand  Kp > 4 .  La perte du signal GPS peut causer un accident ou même une perte totale de contrôle de votre drone .

Kp = 1Kp = 2Kp = 3Kp = 4Kp = 5Kp = 6Kp = 7Kp = 8Kp = 9
  Indice Kp = 1:  Faible. Etat stable. Bon verrouillage des satellites.
  Indice Kp = 2:  Assez Faible. Etat stable. Bon verrouillage des satellites.
  Indice Kp = 3:  Activité changeante ou agitée. Verrouillage des satellites correct.
  Indice Kp = 4:  Activité plus importante. Perturbation possible de la navigation des dronesà l’aide de GPS. Beaucoup de bruit de fond en radio.
  Indice Kp = 5:  Tempête solaire mineure. Vol en mode GPS déconseillé. Les animaux migrateurs sont affectés à ce niveau et à des niveaux plus élevés. Navigation des drones à l’aide de GPS à risques, voir inopérante.
  Indice Kp = 6:  Tempête solaire modérée. Vol en mode GPS fortement déconseillé. Navigation des drones à l’aide de GPS à risques, voir inopérante. La propagation radioélectrique à ondes courtes décamétriques ( bande HF) peut s’estomper à des latitudes plus élevées. Des tempêtes de longue durée peuvent endommager les transformateurs électriques au sol aux latitudes hautes.
  Indice Kp = 7:  Forte tempête solaire. Forte perturbation. Vol en mode GPS très fortement déconseillé. Navigation des drones à l’aide de GPS à risques, voir inopérante. Communication radio par ondes courtes décamétriques très perturbée (bande HF).
  Indice Kp = 8:  Très forte Tempête solaire. Très forte perturbation. Vol en mode GPS très fortement déconseillé. Navigation des drones à l’aide de GPS à risques, voir inopérante pendant des heures. Communication radio par ondes courtes très perturbée ou inopérante (bande HF).
  Indice Kp = 9:  Tempête solaire extrême. Perturbation extrême. La navigation par satellite peut être dégradée pendant plusieurs jours. Navigation des drones inopérante. Communication radio par ondes courtes (bande HF) inopérante pendant un ou deux jours dans de nombreuses régions. Risque de coupures de courants à terre. Les transformateurs peuvent subir des dommages…

Applications et prévision de l’index Kp

www.uavforecast.com et app. UAV Forecast

Présentation de www.uavforecast.com en ligne

Interface très complète de www.uavforecast.com, avec abonnement et prévisions sur 7 jours (Prévisions gratuites à 24h)

UAV (Unmanned Aerial Vehicle) Forecast” pourrait se traduire par: Prévisions pour aéronefs non habités (drones). Ce service en ligne et applications mobiles est géré par l’éditeur : Matthew LLOYD, basé en Californie, aux USA.

A mon avis, www.uavforecast.com, comme ses App. mobiles est l’outil le plus complet et adapté pour prévoir météo et météo solaire (indice Kp), pour les télépilotes de drones. Par contre, il est en anglais. Nous vous proposons plus bas, une traduction en français et des informations sur les principaux termes de prévision employés. C’est l’outil que j’utilise très régulièrement depuis déjà plus de deux ans, comme opérateur professionnel de drones. Je vous le recommande particulièrement. Comme on dit: “L’essayer, c’est l’adopter !”

Il existe une version en ligne et deux versions mobiles sous iOS (iPhone & iPad) et sous Android:

Dans sa version gratuite, vous avez les prévisions à 24h.

Dans sa version payante via Paypal ou CB, à 1,99 $US/mois ou 21,99 $US/an (réduction de 8%), avec abonnement, les prévisions sont jusqu’à 7 jours et vous avez accès aux données sur la base des nuages (Cloud base) en plus.

Les fonctionnalités suivantes seront proposées prochainement, pour la version avec abonnement:

  • Lieux favoris de vos prévisions;
  • Résumés journaliers et programmables pour être envoyés automatiquement par e-mail;
  • Notifications sous forme de “Push”.

Avec ou sans abonnement, vous avez accès aux trois plateformes existantes (en ligne, iOS, Android).

LEGENDE, TRADUCTION ET COMMENTAIRES SUR LES DONNEES DE PREVISIONS PROPOSEES PAR LE SERVICE UAV FORECAST
Légende et détails de UAV Forecast

Légende et détails du service de prévisions en ligne UAV Forecast, avec traduction des termes anglais en français

# Termes anglais Définition et informations complémentaires
A Saturday 2018-01-13, sunrise, sunset

Jour de la prévision: Samedi 13 janvier 2018. Le lieu est déterminé avec le champ “Search” ou le bouton “Use my location” (Utiliser ma position).

Heures locales de lever (sunrise) et coucher (sunset) du soleil. En cochant la case “Show Daylight Hours Only”, il  est possible de ne sélectionner que les heures où il fait jour ou avec également les heures nocturnes (sans cocher le case). Pour rappel, le vol en drone de nuit (nuit aéronautique), en France est interdit, sauf pour les professionnels déclarés à la DGAC et après avoir demandée une dérogation, acceptée sur des critères liés à la sécurité. Pour plus de détails, voir notre article en ligne: “Dérogations de vols pour les opérateurs de drones“.

0 Time Heure locale de la prévision
1 Gusts/Wind Vitesse des rafales en km/h à une hauteur réglable (10 mètres sol, standard, dans notre cas) et direction du vent (flèche s’orientant vers où souffle le vent). Il est possible d’afficher uniquement la vitesse du vent (Wind) sans inclure les rafales (Gusts), en décochant la case: “Include gust”. La vitesse maximum que vous acceptez est réglable, avec une coche. Elle dépend des limites de votre drone, des conditions et de votre niveau de pilotage.
2 Max altitude of wind Altitude maximum du vent (wind) en mètres. Cette donnée peut être désactivée ou activée.
3 Temperature

Wind Chill

Température (Temperature) ou température ressentie (Wind Chill) appelé aussi indice de refroidissement éolien et tenant compte de l’influence du vent. Pour afficher la température ressentie (Wind Chill), il faut cocher la case: “Adjust for Wind Chill”. Il est possible de préciser des alarmes de température minimum (Min Temperature) et de température maximum (Max Temperature). Pour rappel, la température des batteries LiPo est importante afin de sécuriser le vol en drone et d’optimiser leur durée de vie.
4 Precip Probabilité en pourcentage (%) qu’il y ait des précipitations, y compris de la pluie, de la neige, de la grêle, du grésil…Plus le pourcentage est élevé et plus la probabilité est importante. Il est possible de régler une valeur limite de probabilité de précipitation en %.
5 Cloud cover Pourcentage (%) de la couverture nuageuse (Cloud cover) de 0 à 100%. Il est possible de régler une valeur limite de pourcentage (%) de la couverture nuageuse.
6 Cloud base Hauteur en mètres de la base nuageuse (Cloud base), au dessus du niveau du sol (AGL comme Above Ground Level). Cette information n’est fournie que dans la version payante, avec abonnement mensuel ou annuel.
7 Visibility Visibilité (Visibility) horizontale en km. N’est pas précisée (n/a) car elle ne peut être prévue qu’à courte échéance. Trop tôt pour la déterminer. Il est possible de paramétrer une visibilité horizontale minimum en km.
8 Visible stats Satellites visibles (Visible stats). Il est possible de sélectionner avec ou sans le réseau GLONASS, selon les réseaux satellites exploités par votre drone: systèmes GPS (USA) ou/et GLONASS (Russe) ou/et BeiDou (Chinois) ou/et futur Galileo (Européen). UAVForecast.com propose actuellement les systèmes GPS et GLONASS. Il est possible de régler le masque d’élévation GPS de 0 à 20 degré (°). Les satellites GPS situés à basse altitude (orbites basses) sont proches de l’horizon et sont plus susceptibles d’être masqués par des bâtiments ou des collines à proximité, ce qui rend plus difficile leur verrouillage par l’antenne GPS de votre drone. Le masque d’altitude GPS vous permet de compter le nombre de satellites réellement visibles à partir de votre position, en excluant tous les satellites dont l’altitude est inférieure à la valeur seuil en degré. La valeur par défaut (5 °) convient à la plupart des emplacements. S’il y a beaucoup de bâtiments élevés ou de montagnes à l’emplacement prévu, vous pouvez augmenter le masque jusqu’à 20°. Notez également que la plupart des récepteurs GPS des drones utilisent un masque d’élévation interne de (5 °) et ignorent tous les satellites situés en dessous de cette altitude même si l’antenne capte un bon signal pour ce satellite.

Attention: le nombre réel de satellites visibles peut varier pendant votre vol. Par exemple, même si l’outil ne prédit que 9 satellites, vous pouvez en voir jusqu’à 10 ou 11 lorsque vous êtes à des altitudes plus élevées et loin d’obstacles tels que bâtiments, montagnes… voisins. Il est possible de régler le nombre minimum de satellites visible du réseau GPS en cochant: “Min GPS Sats Visible”. Je l’ai réglé à 12.

9 Kp Indice Kp de 0 à 9. Vous pouvez déterminer la limite haute (Max Kp) conseillée à 3 ou 4 maximum.
10 Est. Sats Locked

UAVForecast.com utilise un modèle propriétaire pour simuler le nombre attendu de satellites GPS que vous pourrez verrouiller avec l’antenne GPS de votre drone, compte tenu des facteurs suivants:

  • Le nombre de satellites GPS visibles dans le ciel (filtrés par le masque d’altitude);
  • Le moment de la journée: l’interférence ionosphérique avec le GPS est plus importante la nuit;
  • Votre latitude et longitude: l’interférence ionosphérique est plus importante près de l’équateur.
  • L’indice Kp actuel ou prévu.
    Notez qu’il s’agit d’une simple estimation et que le nombre réel de satellites que vous arriverez à verrouiller variera en fonction des conditions locales, des fluctuations aléatoires de l’ionosphère…

Vous pouvez déterminer un nombre minimum de satellites du réseau GPS à verrouiller (Min Est. GPS Sats Locked). Je l’ai réglé à 10.

B Good to fly ?

Yes or No

Bon pour voler ?  (Good to fly ?). Selon, vos limites sélectionnées, est-il conseillé de voler: oui (Yes) ou non (No) ?

Magnetology for iOS

L’application Magnetology

Il existe des applications gratuites pour smartphones et tablettes numériques (sous iOS ou Android), beaucoup plus simples que la référence que nous vous avons présenté plus haut, qui permettent de connaître uniquement les prévisions de l’index Kp et de surveiller les tempêtes géomagnétiques et l’état du champ géomagnétique de la Terre. Nous pouvons citer par exemple, en français, pour iOS (iPhone et iPad), Magnetology de Vasiliy Kozlov. Magnetology existe également pour Android. L’application utilise les données de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). La NOAA est l’agence étasunienne responsable de l’étude de l’océan et de l’atmosphère. Magnetology a été localisé en français par Johan Milani.

Nous vous proposons une page dédiée avec les dernières prévisions météo et l’indice Kp:

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Pour aller plus loin:

Visualisez les liens en cliquant sur les croix
Site Cartoradio.fr de l'ANFR permettant de connaître l'emplacement des stations radioélectriques et des mesures de champs électromagnétiques
Article sur le champ magnétique terrestre
Excellent site de prévisions pour drone: UAV Forecast
Guide en ligne sur les aurores boréales, en Français
Site de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) de l'U.S. Department of Commerce