Navegación inercial para UAV de defensa

Nuestras soluciones son adecuadas para la integración con varios tipos de UAV de defensa, ofreciendo versatilidad y adaptabilidad para diferentes necesidades operativas. ¡Nuestros sensores de movimiento y navegación aportan detección táctica a sus sistemas sin comprometer el SWaP-C! Son especialmente adecuados para su uso por integradores.

Para los UAV que dependen del GNSS, nuestros receptores GNSS de doble antena ofrecen una precisión excepcional. Esto es beneficioso para la navegación en superficie y ayuda en la transición entre la navegación aérea y terrestre. Además, todos los sensores admiten varios protocolos de comunicación como RS-232, CAN y Ethernet, lo que permite una integración perfecta con los sistemas UAV.

Finalmente, es posible integrar soluciones de posicionamiento externas como DVL u otras ayudas a la navegación para proporcionar datos precisos de balanceo, cabeceo, rumbo y altitud. Esto mejora la navegación en entornos donde las señales GNSS pueden ser débiles o no estar disponibles.

En SBG Systems, asegurar los más altos estándares de calidad para nuestras unidades de medición inercial (IMU) implica un proceso meticuloso. Comenzamos con la selección óptima de componentes MEMS de alta gama, centrándonos en acelerómetros y giróscopos fiables que cumplan nuestros estrictos requisitos de calidad. Nuestras IMU están alojadas en carcasas robustas diseñadas para soportar vibraciones y condiciones ambientales, garantizando la durabilidad y el rendimiento.

Nuestro proceso de calibración automatizado implica una mesa de 2 ejes y abarca rangos de temperatura de -40°C a 85°C. Esta calibración compensa varios factores, incluyendo sesgos, efectos de eje cruzado, desalineación, factores de escala y no linealidades en acelerómetros y giróscopos, asegurando un rendimiento consistente en todas las condiciones climáticas.

Nuestro proceso de cualificación implica además una estricta selección interna para garantizar que sólo los sensores que cumplen nuestras especificaciones continúen a través de la producción. Cada IMU va acompañada de un informe de calibración detallado y está garantizada durante dos años. Este riguroso enfoque garantiza una alta calidad, fiabilidad y un rendimiento constante a lo largo del tiempo, ofreciendo IMU superiores para la defensa y otras aplicaciones críticas.

También realizamos exhaustivas pruebas ambientales y de resistencia para garantizar la fiabilidad. Algunos de nuestros sensores cumplen varias normas MIL-STD, lo que garantiza la resistencia a los golpes, la vibración y las condiciones extremas.

Controlar los retrasos en la salida en las operaciones de UAV es esencial para garantizar un rendimiento con capacidad de respuesta, una navegación precisa y una comunicación eficaz, especialmente en aplicaciones de defensa o de misión crítica.

La latencia de salida es un aspecto importante en las aplicaciones de control en tiempo real, donde una mayor latencia de salida podría degradar el rendimiento de los bucles de control. Nuestro software integrado INS ha sido diseñado para minimizar la latencia de salida: una vez que se muestrean los datos del sensor, el Filtro de Kalman Extendido (EKF) realiza cálculos pequeños y de tiempo constante antes de que se generen las salidas. Normalmente, el retardo de salida observado es inferior a un milisegundo.

La latencia de procesamiento debe añadirse a la latencia de transmisión de datos si se desea obtener el retardo total. Esta latencia de transmisión varía de una interfaz a otra. Por ejemplo, un mensaje de 50 bytes enviado en una interfaz UART a 115200 bps tardará 4 ms en transmitirse por completo. Considere velocidades de transmisión más altas para minimizar la latencia de salida.

PNT significa Posicionamiento, Navegación y Tiempo (Positioning, Navigation, and Timing), los tres pilares fundamentales que permiten cualquier sistema moderno de navegación o coordinación, ya sea en el sector aeroespacial, la defensa, el marítimo, los vehículos autónomos o la infraestructura crítica.

Aquí tiene un desglose claro:

1. Posicionamiento

Esto responde a la pregunta: “¿Dónde estoy?”
Proporciona coordenadas geográficas precisas (latitud, longitud, altitud). Normalmente se deriva de GNSS (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou) o de un INS cuando GNSS no está disponible.

Esencial para el seguimiento, la guía, la cartografía y la conciencia situacional.

2. Navegación

Esto responde a la pregunta: “¿Cómo me muevo de A a B?”
Consiste en determinar la dirección, la velocidad y la trayectoria para alcanzar un destino de forma segura y eficiente. Incluye velocidad, rumbo y actitud (balanceo, cabeceo, guiñada).

A menudo se logra utilizando IMUs/INS, algoritmos de fusión de sensores, odometría o navegación basada en GNSS.

3. Tiempo

Esto responde a la pregunta: “¿Qué hora es, precisamente?”
Un tiempo preciso y sincronizado es fundamental para la coordinación de sistemas y señales. La sincronización de alta precisión es la base de las redes de comunicación, los sistemas militares, las redes eléctricas y el propio GNSS.

Incluso errores a nivel de microsegundos pueden causar fallos en las comunicaciones, los enlaces de datos o la geolocalización.

¿Por qué PNT es importante?

El PNT es el núcleo de todo sistema autónomo o guiado moderno, ya sean misiles, UAVs, vehículos, USVs, AUVs o incluso redes de telefonía móvil. Cuando el GNSS se degrada o se deniega, los sistemas inerciales (IMU/INS) se convierten en la columna vertebral de un PNT resiliente.

Las Unidades de Medición Inercial (IMUs) son dispositivos sofisticados que miden e informan la fuerza específica de un cuerpo, la velocidad angular y, en ocasiones, la orientación del campo magnético. Las IMUs son componentes cruciales en diversas aplicaciones, incluyendo navegación, robótica y seguimiento de movimiento. A continuación, se presenta un análisis más detallado de sus características y funciones clave:

• Acelerómetros: Miden la aceleración lineal a lo largo de uno o más ejes. Proporcionan datos sobre la rapidez con la que un objeto se acelera o desacelera y pueden detectar cambios en el movimiento o la posición.
• Giróscopos: Miden la velocidad angular, o la tasa de rotación alrededor de un eje específico. Los giróscopos ayudan a determinar los cambios de orientación, permitiendo que los dispositivos mantengan su posición relativa a un marco de referencia.
• Magnetómetros (opcional): Algunas IMU incluyen magnetómetros, que miden la intensidad y la dirección de los campos magnéticos. Estos datos pueden ayudar a determinar la orientación del dispositivo en relación con el campo magnético terrestre, mejorando la precisión de la navegación.

Las IMU proporcionan datos continuos sobre el movimiento de un objeto, lo que permite realizar un seguimiento en tiempo real de su posición y orientación. Esta información es fundamental para aplicaciones como drones, vehículos y robótica.

En aplicaciones como los gimbals de cámara o los UAV, las IMU ayudan a estabilizar los movimientos compensando los movimientos o vibraciones no deseados, lo que se traduce en operaciones más fluidas.

La navegación por estima en aviación es un método de navegación tradicional que estima la posición actual de una aeronave proyectando su última ubicación conocida hacia adelante utilizando parámetros medidos o asumidos como el rumbo, la velocidad aerodinámica, el tiempo y factores ambientales como el viento.

En lugar de depender de referencias externas —como radiobalizas, satélites GNSS o puntos de referencia visuales—, la navegación a estima utiliza la información de movimiento propia de la aeronave para calcular su posición actual en relación con su punto de partida. El piloto o el sistema de navegación a bordo parte de una posición conocida, luego aplica el rumbo verdadero y la velocidad aerodinámica verdadera de la aeronave durante un intervalo de tiempo determinado para calcular una nueva posición estimada.

Sin embargo, debido a que la aeronave se mueve a través de una masa de aire afectada por el viento, el cálculo debe incorporar la dirección y velocidad del viento; de lo contrario, la trayectoria calculada se desviará de la ruta real volada.

En la aviación moderna, los sistemas de navegación inercial mejoran la navegación a estima utilizando acelerómetros y giróscopos para medir las aceleraciones lineales y las velocidades de rotación, integrando continuamente estas mediciones para estimar la velocidad, la actitud y la posición. Aunque esta navegación a estima inercial mejora drásticamente la independencia de las señales externas, sigue acumulando errores con el tiempo debido a los sesgos y el ruido de los sensores. Por esta razón, la navegación a estima basada en INS se combina a menudo con GNSS u otras fuentes de ayuda para limitar la deriva y mantener la precisión a largo plazo.

A pesar de estas limitaciones, la navegación por estima sigue siendo esencial para garantizar la continuidad de la navegación durante interrupciones de GNSS, misiones de silencio de radio u operaciones en entornos donde las referencias externas no son fiables o están denegadas.