Navegação inercial para UAVs de defesa

Nossas soluções são adequadas para integração com vários tipos de UAVs de defesa, oferecendo versatilidade e adaptabilidade para diferentes necessidades operacionais. Nossos sensores de movimento e navegação trazem detecção tática para seus sistemas sem comprometer o SWaP-C! Eles são particularmente adequados para uso por integradores.

Para UAVs que dependem de GNSS, nossos receptores GNSS de dupla antena oferecem precisão excepcional. Isso é benéfico para a navegação de superfície e auxilia na transição entre a navegação aérea e terrestre. Além disso, todos os sensores suportam vários protocolos de comunicação, como RS-232, CAN e Ethernet, permitindo uma integração perfeita com sistemas UAV.

Finalmente, é possível integrar soluções de posicionamento externas, como DVL ou outros auxílios de navegação, para fornecer dados precisos de roll, pitch, heading e altitude. Isso aprimora a navegação em ambientes onde os sinais de GNSS podem ser fracos ou indisponíveis.

Na SBG Systems, garantir os mais altos padrões de qualidade para nossas unidades de medição inercial (IMUs) envolve um processo meticuloso. Começamos com a seleção ideal de componentes MEMS de alta qualidade, com foco em acelerômetros e giroscópios confiáveis que atendam aos nossos rigorosos requisitos de qualidade. Nossas IMUs são alojadas em invólucros robustos projetados para suportar vibrações e condições ambientais, garantindo durabilidade e desempenho.

Nosso processo de calibração automatizado envolve uma mesa de 2 eixos e aborda faixas de temperatura de -40°C a 85°C. Esta calibração compensa vários fatores, incluindo desvios, efeitos de eixo cruzado, desalinhamento, fatores de escala e não linearidades em acelerômetros e giroscópios, garantindo um desempenho consistente em todas as condições climáticas.

Nosso processo de qualificação envolve ainda uma triagem interna rigorosa para garantir que apenas os sensores que atendam às nossas especificações continuem durante a produção. Cada IMU é acompanhada por um relatório de calibração detalhado e tem garantia de dois anos. Esta abordagem rigorosa garante alta qualidade, confiabilidade e desempenho consistente ao longo do tempo, fornecendo IMUs superiores para defesa e outras aplicações críticas.

Também realizamos testes ambientais e de resistência completos para garantir a confiabilidade. Alguns de nossos sensores atendem a vários padrões MIL-STD, garantindo resistência a choques, vibração e condições extremas.

Controlar os atrasos de saída nas operações de VANTs é essencial para garantir um desempenho responsivo, navegação precisa e comunicação eficaz, especialmente em aplicações de defesa ou de missão crítica.

A latência de saída é um aspecto importante em aplicações de controle em tempo real, onde uma latência de saída mais alta pode degradar o desempenho dos loops de controle. Nosso software embarcado INS foi projetado para minimizar a latência de saída: uma vez que os dados do sensor são amostrados, o Extended Kalman Filter (EKF) executa cálculos pequenos e de tempo constante antes que as saídas sejam geradas. Normalmente, o atraso de saída observado é inferior a um milissegundo.

A latência de processamento deve ser adicionada à latência de transmissão de dados se você quiser obter o atraso total. Essa latência de transmissão varia de uma interface para outra. Por exemplo, uma mensagem de 50 bytes enviada em uma interface UART a 115200 bps levará 4ms para a transmissão completa. Considere taxas de transmissão mais altas para minimizar a latência de saída.

PNT significa Posicionamento, Navegação e Tempo — os três pilares fundamentais que habilitam qualquer sistema moderno de navegação ou coordenação, seja em aeroespacial, defesa, marítimo, veículos autônomos ou infraestrutura crítica.

Aqui está uma análise clara:

1. Posicionamento

Isso responde à pergunta: “Onde estou?”
Fornece coordenadas geográficas precisas (latitude, longitude, altitude). Normalmente derivado de GNSS (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou) ou INS quando o GNSS não está disponível.

Essencial para rastreamento, orientação, mapeamento e consciência situacional.

2. Navegação

Isso responde à pergunta: “Como me desloco de A para B?”
Envolve determinar direção, velocidade e trajetória para alcançar um destino de forma segura e eficiente. Inclui velocidade, rumo e atitude (rolagem, arfagem, guinada).

Frequentemente alcançado usando IMUs/INS, algoritmos de fusão de sensores, odometria ou navegação baseada em GNSS.

3. Tempo (Timing)

Isto responde: “Que horas são, precisamente?”
O tempo preciso e sincronizado é fundamental para a coordenação de sistemas e sinais. O tempo de alta precisão sustenta redes de comunicação, sistemas militares, redes de energia e o próprio GNSS.

Mesmo erros em nível de microssegundos podem causar falhas em comunicações, links de dados ou geolocalização.

Por que o PNT é importante?

O PNT está no centro de todo sistema autônomo ou guiado moderno — sejam mísseis, UAVs, veículos, USVs, AUVs ou até mesmo redes de telefonia celular. Quando o GNSS é degradado ou negado, os sistemas inerciais (IMU/INS) tornam-se a espinha dorsal do PNT resiliente.

Unidades de Medição Inercial (IMUs) são dispositivos sofisticados que medem e reportam a força específica, a velocidade angular e, às vezes, a orientação do campo magnético de um corpo. As IMUs são componentes cruciais em várias aplicações, incluindo navegação, robótica e rastreamento de movimento. Aqui está uma visão mais detalhada de suas principais características e funções:

• Acelerômetros: Medem a aceleração linear ao longo de um ou mais eixos. Eles fornecem dados sobre a rapidez com que um objeto está acelerando ou desacelerando e podem detectar mudanças no movimento ou na posição.
• Giroscópios: Medem a velocidade angular, ou a taxa de rotação em torno de um eixo específico. Os giroscópios ajudam a determinar mudanças de orientação, permitindo que os dispositivos mantenham sua posição em relação a um referencial.
• Magnetômetros (opcional): Alguns IMUs incluem magnetômetros, que medem a intensidade e a direção dos campos magnéticos. Esses dados podem ajudar a determinar a orientação do dispositivo em relação ao campo magnético da Terra, aumentando a precisão da navegação.

As IMUs fornecem dados contínuos sobre o movimento de um objeto, permitindo o rastreamento em tempo real de sua posição e orientação. Essas informações são cruciais para aplicações como drones, veículos e robótica.

Em aplicações como gimbals de câmeras ou UAVs, as IMUs ajudam a estabilizar os movimentos, compensando movimentos ou vibrações indesejadas, resultando em operações mais suaves.

A navegação estimada na aviação é um método de navegação tradicional que estima a posição atual de uma aeronave, projetando sua última localização conhecida para frente, usando parâmetros medidos ou assumidos, como direção, velocidade do ar, tempo e fatores ambientais, como vento.

Em vez de depender de referências externas — como radiofaróis, satélites GNSS ou marcos visuais —, a navegação estimada utiliza as informações de movimento da própria aeronave para calcular sua posição atual em relação ao ponto de partida. O piloto ou o sistema de navegação embarcado inicia com uma posição conhecida, aplicando então a proa verdadeira e a velocidade aerodinâmica verdadeira da aeronave durante um determinado intervalo de tempo para calcular uma nova posição estimada.

No entanto, como a aeronave está se movendo através de uma massa de ar afetada pelo vento, o cálculo deve incorporar a direção e a velocidade do vento; caso contrário, a trajetória calculada se desviará do caminho real percorrido.

Na aviação moderna, os sistemas de navegação inercial aprimoram a navegação por estima (dead reckoning) utilizando acelerômetros e giroscópios para medir acelerações lineares e taxas de rotação, integrando continuamente essas medições para estimar velocidade, atitude e posição. Embora essa navegação por estima inercial melhore drasticamente a independência de sinais externos, ela ainda acumula erros ao longo do tempo devido a vieses de sensores e ruído. Por essa razão, a navegação por estima baseada em INS é frequentemente combinada com GNSS ou outras fontes de auxílio para limitar o desvio (drift) e manter a precisão a longo prazo.

Apesar dessas limitações, a navegação estimada continua sendo essencial para garantir a continuidade da navegação durante interrupções do GNSS, missões de silêncio de rádio ou operações em ambientes onde as referências externas não são confiáveis ou negadas.