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UAV Navigation en profundidad: Calibración de alta calidad de UAV Navigation

La industria aeroespacial se caracteriza por unos niveles de Garantía de Calidad extremadamente exigentes, y esta filosofía es aplicada a todos los niveles por los fabricantes de productos. En el caso de UAV Navigation, una empresa con certificación ISO, el ciclo de Garantía de Calidad dentro del proceso de fabricación comienza con la calibración de los sensores.

Cada autopiloto o Sistema de Referencia de Actitud y Rumbo (AHRS) se calibra individualmente y la temperatura se compensa con el número de serie. Obsérvese que aunque un fabricante de componentes puede suministrar múltiples componentes que son aparentemente idénticos, el hecho es que no hay dos sensores que sean realmente iguales; estos sensores "idénticos" se comportarán en la práctica de forma diferente bajo las mismas condiciones físicas (velocidad angular, deriva, aceleración, etc.) y esto se agrava por la diferencia de rendimiento en un rango de temperatura determinado. El objetivo, por lo tanto, es calibrar estos sensores y de este modo proporcionar resultados lo más próximos posible bajo un conjunto de condiciones dadas.

Para ello, UAV Navigation utiliza un equipo de calibración de hardware específico y ha diseñado y desarrollado sus propias herramientas y plantillas para garantizar un nivel de precisión constante en toda su gama de productos.

Tenga en cuenta que UAV Navigation no sólo prueba y calibra cada sensor de forma aislada, sino también el producto final completamente ensamblado para obtener una calibración completa del sistema.

Además de lo anterior, UAV Navigation mantiene excelentes relaciones de trabajo con una serie de subcontratistas de confianza (proveedores de componentes, empresas de mecanizado, fabricantes de PCB, servicios de montaje electrónico, etc.), basados en la norma ISO 9001:2015. Esta estrecha relación de trabajo permite una total transparencia y garantiza que UAV Navigation pueda pedir cuentas a sus proveedores mediante un riguroso proceso de auditoría.

La calibración afecta a muchos tipos diferentes de sensores: acelerómetro, giróscopo, magnetómetro y sensores de datos aéreos. La mayoría de los tipos de sensores pueden modelarse utilizando un modelo de sensor lineal, que consta de 12 coeficientes de calibración para cubrir todo el rango de funcionamiento del sensor. Por consiguiente, el propósito de la calibración es medir y corregir cualquier desviación que el sensor real pueda mostrar con respecto al modelo teórico. No se trata de una cuestión trivial; UAV Navigation ha dedicado más de 14 años a obtener una comprensión sin igual del funcionamiento del sensor y los conocimientos técnicos necesarios para ajustar los coeficientes a fin de producir sistemas basados en datos precisos y robustos del sensor.

En colaboración con clientes clave, UAV Navigation ha desarrollado estrictos procedimientos de Protocolo de Pruebas de Aceptación (Acceptance Test Procedures, ATP) para garantizar que cada unidad de autopiloto o AHRS entregada cumpla con las especificaciones técnicas indicadas por UAV Navigation para el producto en cuestión.

CALIBRACIÓN DE LA TEMPERATURA

Las salidas de los sensores son sensibles a la temperatura (por ejemplo, el sesgo, la sensibilidad...). Para garantizar sólo los niveles más altos de rendimiento, cada coeficiente de calibración debe ser calculado en función de la temperatura.

Para identificar estos coeficientes se utilizan cámaras de temperatura de grado aeroespacial que cubren el rango de funcionamiento establecido de un sistema.

 

CALIBRACIÓN DEL ACELERÓMETRO

Los acelerómetros son sensores inerciales cruciales. El rendimiento de un acelerómetro está muy relacionado con la precisión del sistema a largo plazo. Cualquier sesgo en la salida del acelerómetro producirá un cambio en la aceleración medida.

Por lo tanto, el objetivo de la calibración del acelerómetro es determinar los parámetros de calibración en el modelo de sensor lineal utilizado. Por esta razón, se utiliza una "prueba de 6 puntos" mediante una "mesa móvil de tres ejes". La prueba consiste en alinear cada eje del sensor en una dirección "conocida" y en la opuesta y comparar el resultado con el valor esperado (vector de gravedad, u otra referencia calibrada). Se realizan múltiples mediciones en cada posición para minimizar el error global.

La calidad de nuestra unidad AHRS/IMU  ha sido probada contra una unidad FOG con excelentes resultados.


CALIBRACIÓN DEL GIROSCOPIO

Los giróscopos ("giros") tienen un impacto considerable en el rendimiento general de una unidad IMU/AHRS. Este sensor es responsable de la precisión a corto plazo, que es crucial para el control.

Lo que hace que el sesgo de los giróscopos sea tan importante y difícil de calibrar es que este tipo de sensor demuestra un importante "componentealeatoria" que no puede ser eliminado durante el proceso de calibración. Para superar este comportamiento, las unidades AHRS de UAV Navigation ejecutan un algoritmo específico que se ha desarrollado para estimar el sesgo durante la operación (calibración en vuelo).

Cuando los ejes de los giróscopos no son exactamente perpendiculares, es relativamente sencillo mitigar los efectos lineales. Si el sistema se coloca en una plataforma de prueba de rotación horizontal, lo ideal es que los ejes giren alrededor de un punto. Sin embargo, lo que normalmente sucede es que el resultado es un círculo (lo que significa que los ejes verticales no están perfectamente alineados). Esto se debe a un efecto conocido como "desalineación del giróscopo". Por otro lado, los sensores MEMS pueden mostrar cierta sensibilidad a la aceleración lineal, lo que resulta en una sensibilidad de los giróscopos. El resultado inmediato es diminuto y muy difícil de estimar, sin embargo sus efectos a largo plazo pueden ser considerables. UAV Navigation ha desarrollado métodos para la compensación dinámica de tales efectos, basados en la experiencia, las pruebas y la información de los fabricantes de componentes. Una vez más, el objetivo es reducir cualquier fuente de error.

 

CALIBRACIÓN DEL MAGNETÓMETRO

Los magnetómetros de 3 ejes pueden contribuir a mejorar la estimación de la actitud. En combinación con los giróscopos y los acelerómetros, se puede extraer una estimación de rumbo muy fiable y precisa.

En lo que respecta a la calibración de los magnetómetros, también se utiliza un modelo lineal que utiliza 12 parámetros. El desplazamiento en este caso se conoce como "Hard Iron", mientras que el sesgo/sensibilidad/mal alineamiento se calcula en la matriz de "Soft Iron".

El método utilizado para calibrar un magnetómetro consiste en medir el campo magnético a bordo y compararlo con un conjunto de valores conocidos, por ejemplo, el vector del campo magnético terrestre de un Modelo Magnético Mundial (World Magnetic Model WMM).

Las lecturas de un magnetómetro pueden verse muy influidas por las perturbaciones producidas por otros sistemas eléctricos y electromecánicos de a bordo, incluidos los cables, antenas, servomotores, motores, piezas mecánicas giratorias, etc. Como resultado, muchos integradores de sistemas pueden optar por excluir un magnetómetro de su diseño, lo que supone una gran desventaja, y para la que UAV Navigation tiene una solución:

UAV Navigation ha desarrollado algoritmos internos para realizar la calibración de magnetómetros "fuera de línea" (es decir, antes del vuelo) y "en línea" (es decir, durante el vuelo) a fin de superar los problemas relacionados con la calibración de magnetómetros que se han detallado anteriormente.

 

RESUMEN

Durante más de14 años, UAV Navigation ha invertido considerables recursos en el desarrollo de productos de la más alta calidad, basados en normas y métodos aeronáuticos. La empresa se ha ganado una reputación merecida por fabricar productos precisos, fiables, robustos y sujetos a la más estricta garantía de calidad. La experiencia y los conocimientos técnicos acumulados por UAV Navigation se traducen en productos de vanguardia para los usuarios más exigentes.
 

 

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About

UAV Navigation is a privately-owned company that has specialized in the design of flight control solutions for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) since 2004. It is used by a variety of Tier 1 aerospace manufacturers in a wide range of UAV - also known as Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) or 'drones'. These include high-performance tactical unmanned planes, aerial targets, mini-UAVs and helicopters.