AntennaTracker/AntennaTracker.txt

   1 AntennaTracker
   2
   3 Mike McCauley
   4 2014-03-05
   5
   6 This is the ardupilot AntennaTracker
   7
   8 This software, combined with appropriate hardware, can be used to cause a
   9 high-gain antenna to track a mavlink equipped air or ground vehicle in real
  10 time, providing higher quality radio links over longer distances than a
  11 stationary or omnidirectional antenna.
  12
  13 AntennaTracker can be a stationary installation on the ground or can be
  14 mobile, mounted on a vehicle, and moving at the same time as the vehicle it is
  15 tracking, such as on a pursuit vehicle, etc.
  16
  17 Antenna Tracker Hardware
  18
  19 The software works with:
  20
  21 - Alt-Azimuth mounted antenna tracker, equipped with 2 servos: one for Azimuth
  22 (also called bearing or yaw) -180 to 180 degrees and one for Altitude (also
  23 called elevation, or pitch) -90 degrees (straight down) to 90 degrees
  24 (straight up). I used an Eagle Tree Antenna Pan-Tilt.
  25
  26 - Ardupilot compatible processor such as
  27 -- Flymaple
  28 -- others tested?
  29 and with a radio or wired link to a source of mavlink messages with the
  30 tracked vehicle's position data.
  31
  32 A suitable power supply is also needed, possibly battery powered. In the case
  33 of Flymaple, the onboard 5V regulator is not able to drive large servos
  34 without causing large amounts of electrical noise in the processor, so you
  35 would probably need an external 5V regulated supply
  36
  37 Theory of Operation
  38
  39 AntennaTracker receives real-time GPS position reports from the vehicle being
  40 tracked (in the form of GLOBAL_POSITION_INT messages sent by mavlink radio
  41 connection or possibly by hardwired serial connection). AntennaTracker also
  42 knows its own current position. Based on these 2 sets of coordinates, it
  43 calculates the magnetic bearing and elevation to the vehicle. It then moves
  44 the tracker servos until the antenna (and the AntennaTracker processor) are
  45 aligned with the desired bearing and elevation. At this stage, the antenna is
  46 pointed straight at the tracked vehicle. As the vehicle (and possibly the
  47 antenna mount itself) move around, the servos are continually moved to track
  48 the vehicle.
  49
  50 AntennaTracker currently only supports closed loop feedback to position the
  51 antenna. This requires that the AntennaTracker processor (including
  52 accelerometers and compass) be mounted on the moving part of the antenna
  53 tracker hardware. The servos are moved until the yaw and pitch of the processor
  54 (and therefore of the antenna itself) matches the bearing and elevation to the
  55 tracked vehicle.
  56
  57 How does AntennaTracker know where it is on the earth?
  58
  59 - If the tracker is equipped with a GPS and it has had a good 3D fix, the most
  60 recent good GPS fix is used.
  61
  62 - If the tracker is equipped with a GPS and it has lost its fix, the most
  63 recent good GPS fix is used.
  64
  65 - If there is no good GPS fix since startup (either because there is no GPS
  66 equipped or because the GPS has not yet got a fix), the most recently set HOME
  67 location is used.
  68
  69 - If no HOME location has ever been set in the tracker, 0.0 Latitude, 0.0
  70 Longitude, 0 Altitude are used (which is probably not very helpful)
  71
  72 How does AntennaTracker get GLOBAL_POSITION_INT messages from the tracked
  73 vehicle?
  74
  75 mavproxy, when it runs the tracker module, intercepts all GLOBAL_POSITION_INT
  76 messages received from its master vehicle, and sends them to the tracker. It
  77 knows how to connect to the tracker with the set port and set baudrate
  78 commands, for example to connect by a USB-Serial  radio, such as the 3DR Radio
  79 on port /dev/ttyUSB0:
  80
  81 (after starting mavproxy)
  82 module load tracker
  83 tracker set port /dev/ttyUSB0
  84 tracker set baudrate 57600
  85 tracker start
  86
  87 Mounting
  88
  89 The AntennaTracker processor must be mounted on the moving (ie the rotating,
  90 tilting) part of the antenna tracker hardware. Just how you do this will
  91 depend on your exact hardware, but if the processor is mounted in anything
  92 other than the default orientation (ie with the processor default 'forward'
  93 direction pointing in the direction the antenna points, you will have to
  94 configure AHRS_ORIENTATION in the AntennaTracker configuration to suit your
  95 mechanical mounting arrangements.
  96
  97 In my case, I used a Flymaple with AHRS_ORIENTATION set to 1 (Yaw45). The
  98 Flymaple was mounted on the antenna tracker with component side up and the
  99 green pin headers horizontal and perpendicular to the antenna beam (See
 100 pictures???).
 101
 102 Configuration
 103
 104 It is vitally important that your AntennaTracker be properly configured for the
 105 mounting, servos and other hardware in your tracker. Unless you do this IT
 106 WILL PROBABLY NOT WORK AS EXPECTED. CAUTION: It might even oscillate or flap
 107 around. It might even damage itself.
 108
 109 AntennaTracker (like other ardupilot software such as ArduPlane, ArduRover
 110 etc) has configuration values that control and tailor its operation, and which
 111 are stored in EEPROM on the processor. The configuration is restored from
 112 EEPROM every time the processor starts.
 113
 114 You can use MissionPlanner, mavproxy or apm_planner or other mavlink compatible
 115 software to check and change the configuration of your AntennaTracker.
 116
 117 You will almost certainly have to change the following configuration items to
 118 suit, and possibly others besides:
 119
 120 AHRS_ORIENTATION
 121 RC1_MIN
 122 RC1_MAX
 123 RC1_REV
 124 RC2_MIN
 125 RC2_MAX
 126 RC2_REV
 127 PITCH2SRV_P
 128 PITCH2SRV_I
 129 PITCH2SRV_D
 130 YAW2SRV_P
 131 YAW2SRV_I
 132 YAW2SRV_D
 133
 134 (more info here about how to find the right values when the setup commands are
 135 available)
 136
 137 You can find the complete set of configuration items I used for my Flymaple
 138 tracker mounted on an Eagle Tree tracker WHERE?????
 139
 140 Compass Calibration
 141
 142 AntennaTracker uses its internal magnetic compass to determine where North is
 143 and therefore where to point for each bearing to the target vehicle. (On other
 144 ardupilot vehicles, the yaw is also calibrated by the current GPS track. This
 145 is not possible for AntennaTracker, so the compass is the only possible source
 146 for absolute bearing)
 147
 148 The compass magnetometer is exquisitely sensitive to nearby magnetic fields from
 149 wires, metal fittings, servos, radios etc. Therefore is it VITALLY ESSENTIAL that you
 150 calibrate the compass. Further, it must be calibrated outdoors, while installed
 151 in situ in the tracker, with all other equipment installed, fastened down and
 152 ready to operate.
 153
 154 Failure to calibrate correctly will result in the tracker pointing in the
 155 wrong direction, or the azimuth/yaw and elevation/pitch drifting.
 156
 157 Use Mission Planner to calibrate the tracker:
 158 - Assemble the completed tracker, complete and ready to operate.
 159 - Power up the tracker
 160 - Connect to it with Mission Planner
 161 - On Mission Planner->INITIAL SETUP->Compass, click on Live Calibration
 162 - click on OK
 163 - rotate the complete antenna tracker assembly around, in 3 dimensions, making sure to
 164 rotate the tracker to every possible orientation in the 1 minute you have
 165 available. DON'T just move the yaw and pitch motors around. You will probably have to
 166 pick the whole thing up.
 167 - At the end of the minute, Mission Planner will update AntennaTrackers compass offsets.
 168
 169 Leveling
 170
 171 Since AntennaTracker uses its internal accelerometers (amongst other things)
 172 to determine the current elevation/pitch of the antenna, it is also important
 173 to 'level' the AntennaTracker before use so the accelerometers are
 174 calibrated. Failure to do this will result in the antenna constantly pointing
 175 a bit high or a bit low compared to the tracked vehicle.
 176
 177 You can do this by connecting to the AntennaTracker with mavproxy and issuing
 178 these commands:
 179
 180 disarm
 181   - manually move the antenna so the antenna is level and pointing at 0 degrees elevation
 182     i.e. at the horizon
 183 level
 184   - wait a minute without disturbing the antenna position
 185 arm throttle
 186   - this rearms the servos, allowing the antenna to move
 187
 188 Operation
 189
 190 <more here>
 191
 192 After powering up AntennaTracker, it may take up to 1 minute while it
 193 automatically calibrates the compass before it points in the expected
 194 direction. Moving the tracker around will speed up this process.
 195
 196 How to set the HOME location
 197
 198 If your AntennaTracker is not equipped with a GPS, you can still use it to
 199 track vehicles. First you will have to tell AntennaTracker where it is on the
 200 ground by setting its HOME position.
 201
 202 Connect to AntennaTracker with mavproxy
 203
 204 module load map
 205  - the map will appear.
 206  - Zoom and drag the map until you can see the location where
 207    your AntennaTracker is located
 208  - Click the mouse on the location of the antenna
 209 wp sethome
 210
 211 AntennaTracker will now remember this as its HOME location whenever it is
 212 started.
 213
 214 Simulating an antenna tracker
 215 -----------------------------
 216
 217 To run a full antenna tracker simulation with a simulated APM:Plane as
 218 the vehicle, cd to the ArduPlane directory and run this:
 219
 220   ../Tools/autotest/sim_arduplane.sh -T --aircraft test
 221
 222 The -T flag tells sim_arduplane.sh to start an antenna tracker
 223 simulator and also start a virtual antenna tracker in a window.
 224
 225 To start the antenna tracker running run "tracker start" in the
 226 mavproxy window.
 227
 228 To then connect to your antenna tracker with mavproxy you would run:
 229
 230   mavproxy.py --master tcp:127.0.0.1:5770
 231
 232 then you can configure it as needed.