Pasar al contenido principal
Espere, por favor...

Descubra Nuestro Blog

 

UAV Navigation en profundidad: Estimación de posición sin GNSS

La tecnología del Sistema Mundial de Navegación por Satélite (GNSS) se utiliza en los sistemas de vehículos aéreos no tripulados para medir los estados de traslación (posición y velocidad) tanto a bordo de la aeronave como para la posición de la Estación de Control Terrestre (GCS). Concretamente, un receptor GNSS puede proporcionar su latitud, longitud y altitud sobre una referencia, además de su vector de velocidad inercial tridimensional. Esta información es vital para garantizar que el sistema de orientación a bordo de la aeronave funcione correctamente; suponiendo que se conozcan tanto la posición actual como la posición final deseada, se puede calcular una trayectoria para que el autopiloto controle la aeronave hasta el siguiente punto de paso.
 

Attitude Estimation without GNSS

On the other hand, rotational state estimation (attitude and attitude rate) is critical for any automatic flight control system; this is because state estimation allows the system automatically to stabilize the aircraft in all axes, prior to any guidance being implemented. A MEMS*-based Attitude & Heading Reference System (AHRS) makes use of a triad of orthogonal gyroscopes and accelerometers to estimate the platform’s attitude.

*MEMS: Micro Electro-Mechanical System.

Por otra parte, la estimación del estado de rotación (posición y velocidad de posición) es fundamental para cualquier sistema de control de vuelo automático; esto se debe a que la estimación del estado permite que el sistema estabilice automáticamente la aeronave en todos los ejes, antes de que se implemente cualquier orientación. Un Sistema de Referencia de Actitud y Rumbo (AHRS) basado en MEMS* utiliza un tridente de giróscopos y acelerómetros ortogonales para estimar la actitud de la plataforma.

*MEMS*: Sistema Micro Electro-Mecánico.

La información de actitud de baja frecuencia proporcionada por los acelerómetros complementa la información de posición de alta frecuencia de los giróscopos. El AHRS de UAV Navigation también incluye un magnetómetro tridimensional basado en MEMS que proporciona datos sobre el ángulo de guiñada de la plataforma, independientemente de la orientación del vehículo. Se utilizan diferentes algoritmos para fusionar o combinar la información proporcionada por el conjunto de sensores a fin de definir la orientación de la plataforma en relación con la horizontal. Sin embargo, en las aplicaciones no estacionarias también se requiere velocidad para estimar y restar las fuerzas inerciales que son el resultado de las aceleraciones a largo plazo.

Para explicar lo anterior en términos prácticos, imaginemos el acelerómetro como una masa suspendida por un resorte que está fijado a la estructura de una aeronave. Si esta estructura se somete a una aceleración, la masa comenzará a oscilar hacia adelante y hacia atrás, distorsionando las mediciones del acelerómetro; esto se debe a que el acelerómetro mide tanto el efecto de la gravedad como la aceleración debida al movimiento (también conocida como "fuerza aparente").

Si se mide el aumento de la velocidad a bordo de la aeronave, será posible estimar la aceleración inercial y restarla. Esas aceleraciones inerciales también pueden adquirirse del sistema GNSS de a bordo, que suele ser más preciso. Sin embargo, el uso de la tecnología GNSS para calcular la actitud conlleva riesgos inherentes: el sistema GNSS puede ser vulnerable a la pérdida de la señal por diversas razones (falsificación, falta de visibilidad del satélite, interferencia, etc.). El sistema de UAV Navigation está protegido contra esta vulnerabilidad porque el autopiloto seguirá controlando el vehículo aéreo no tripulado de manera segura incluso si no se dispone de la señal del GNSS; véase también el artículo dedidaco a Operaciones de sin señal GNSS.

Además de esta capacidad de navegación inercial, el AHRS POLAR de UAV Navigation también incluye un Sistema de Datos Aéreos (ADS) incorporado que es capaz de estimar la velocidad inercial a partir de las mediciones proporcionadas por la velocidad del aire (medición de la velocidad corporal), así como otras variables que pueden estimarse durante el vuelo. La información del ADS se utiliza para estimar los ángulos de cabeceo y alabeo incluso cuando el GNSS no está disponible, lo que aumenta nuevamente la seguridad.

Esta es una de las grandes ventaja del sistema de UAV Navigation frente otros sistemas.

Los sistemas que no incluyan un ADS no podrán medir las fuerzas de inercia y el horizonte artificial se volverá inestable o inutilizable. Cuando las señales GNSS no estén disponibles, esto conducirá a una pérdida de control y a la consiguiente pérdida de la aeronave.

UAV Navigation ha maximizado esfuerzos en el desarrollo de un ADS que proporcione una estimación robusta y fiable. Esto a su vez maximiza la seguridad del vuelo en todo momento.

¡No todos los autopilotos y las unidades AHRS son iguales! En caso de pérdida de la señal GNSS, el sistema seguirá calculando su posición con precisión y podrá seguir volando con seguridad.

¿Está buscando una solución de control?

Contáctenos

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.