VECTOR muestra su excelente rendimiento contra una unidad FOG

INTRODUCCIÓN

La determinación precisa de la actitud es un proceso esencial para la navegación y el control de las aeronaves, y también uno de los mayores desafíos que enfrenta el desarrollo de cualquier Sistema de Referencia de Datos Aéreos de Actitud y Rumbo (ADAHRS) y Sistema de Navegación Inercial (INS) de vanguardia.

Para lograr los más altos niveles de precisión en la estimación de la actitud, UAV Navigation ha invertido en años de investigación y desarrollo, y está continuamente buscando formas de mejorar el sistema.

El autopiloto VECTOR se basa en POLAR, la unidad de alta gama del ADAHRS-INS de UAV Navigation. La unidad POLAR comprende una Unidad de Medición Inercial (IMU), un Sistema de Datos Aéreos (ADS) y un GNSS de precisión multiconstelación. POLAR proporciona la información de rumbo, actitud y velocidad requerida por las CPU gemelas de control de vuelo redundantes en el VECTOR para proporcionar control en todos los modos de vuelo y ejecutar el plan de vuelo requerido. POLAR también está disponible para los desarrolladores como un producto independiente.

 

 

POLAR es la única unidad ADAHRS de alto rendimiento que ofrece un algoritmo de fusión de sensores basado en cuaterniones y con compensación de  deriva, que funciona con una precisión total de 32 bits en punto flotante a velocidades de actualización de hasta 500 Hz. Una solución basada en cuaterniones garantiza un funcionamiento fiable y eficiente sin los problemas tradicionales asociados con el bloqueo de cardanes. Las altas velocidades de actualización aseguran la disponibilidad de los estados del sistema con una latencia mínima, un requisito crucial para los sistemas de control de alto rendimiento.

Para demostrar la capacidad de estimación de vanguardia de la unidad POLAR, se realizaron pruebas con un sistema de referencia de alta precisión. Las pruebas tuvieron lugar en marzo (plataforma de ala fija, >400 kg) y junio (plataforma de ala giratoria, >600 kg) de 2018.

 

CONFIGURACIÓN Y PROCEDIMIENTO

La configuración de los vuelos de prueba consistió en una unidad POLAR fijada rígidamente junto con un giróscopo de fibra óptica (Fibre-Optic Gyroscope, FOG) de grado táctico basado en la solución AHRS e INS fabricada por Kearfott. La unidad FOG de Kearfott se utilizó como sistema de referencia.

La plataforma de prueba de ala fija era un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de tamaño medio y carga múltiple diseñado para misiones tácticas de larga duración.

 

Tipo	UAV
Longitud	6 m
Envergadura	10 m
Peso Bruto	450 kg
Velocidad de crucero	130 Km/h

Tabla 1 - Especificaciones de la plataforma de pruebas de ala fija
 

La plataforma de prueba de ala rotatoria era un helicóptero ligero con motor de pistón y tripulado.

 

Tipo	Tripulado
Longitud	9 m
Diámetro del rotor	10 m
Peso Bruto	1000 kg
Velocidad de crucero	164 Km/h

Tabla 2 - Especificaciones de la plataforma de pruebas de ala giratoria

Se realizaron varios vuelos de prueba, realizando diversas maniobras con diferentes dinámicas (Cuadro 3). Para probar el efecto de un entorno de GNSS degradado en la precisión de la unidad ADAHRS, la recepción de la señal de GNSS se deshabilitó a distancia durante la segunda mitad de cada vuelo de prueba.

 

Figura 1 - Vista de la trayectoria en 2D

Clave:

A: Hover + velocidad longitudinal negativa 1.

B: Hover + velocidad longitudinal negativa 2.

C/D: Loiter a la derecha + loiter a la izquierda en un radio de 400/200 m.

 

Figura 2 - Progresión de la velocidad (arriba) y la altitud (abajo) durante el vuelo. (Imágenes del software de UAV Navigation Visionair Analytics)

 Clave:

E: Aceleración longitudinal 0-120 km/h.

F: Desaceleración longitudinal 120-0 km/h.

G: Desaceleración longitudinal 160-0 km/h.

H: Descenso abrupto 650-100 m.

I: Subida abrupta 100-350 m.

 

RESULTADOS

Los resultados de las pruebas revelan errores del cuadrado medio de la raíz (RMS) inferiores a 0,5° en los ángulos de pitch y roll (cabeceo y alabeo), independientemente de la disponibilidad de la señal GNSS.

 

Maniobra	Error de Pitch [º]	Error de roll RMS [º]	Desviación estándar por error de pitch [º]	Desviación estándar por error de pitch [º]
(A) Hover + velocidad longitudinal negativa 1	0.13	0.068	0.10	0.06
(B) Hover + velocidad longitudinal negativa 2	0.18	0.27	0.18	0.26
(C/D) Loiter a la derecha + loiter a la izquierda - radio 400/200 m	0.23	0.3	0.22	0.27
(E) Aceleración longitudinal 0-120 km/h	0.11	0.14	0.11	0.12
(F) Desaceleración longitudinal  120-0 km/h	0.068	0.13	0.10	0.27
(G) Desaceleración longitudinal  160-0 km/h	0.29	0.27	0.25	0.27
(H) Descenso abrupto 650-100 m	0.1	0.27	0.10	0.26
(I) Ascenso abrupto 100-350 m	0.12	0.16	0.11	0.13
Vuelo completo	0.17	0.23	0.17	0.19

Tabla 3 - Resultados del Análisis de Estimación POLAR (Marzo 2018)

Figura 3 - Comparación del ángulo de pitch - Maniobra A

Figura 4 - Comparación del ángulo de roll - Maniobra A

Figura 5 - Comparación del ángulo de pitch - Maniobra B

Figura 6 - Comparación del ángulo de roll - Maniobra B

Figura 7 - Comparación del ángulo de pitch - Maniobra C

Figura 8 - Comparación del ángulo de roll - Maniobra C

Figura 9 - Comparación del ángulo de pitch - Maniobra E

Figura 10 - Comparación del ángulo de roll - Maniobra E

Figura 11 - Comparación del ángulo de pitch - Maniobra F

Figura 12 - Comparación del ángulo de roll - Maniobra F

Figura 13 - Comparación del ángulo de pitch - Maniobra G

Figura 14 - Comparación del ángulo de roll - Maniobra G

Figura 15 - Comparación del ángulo de pitch - Maniobra H

Figura 16 - Comparación del ángulo de roll - Maniobra H

Figura 17 - Comparación del ángulo de pitch - Maniobra I

Figura 18 - Comparación del ángulo de roll - Maniobra I

Figura 21 - Error en el ángulo de pitch - Vuelo completo

Figura 22 - Error del ángulo de roll - Vuelo completo

Figura 3 - Comparación del ángulo de pitch - Vuelo completo

Figura 4 - Comparación del ángulo de roll - Vuelo completo

CONCLUSIONES

Las pruebas demostraron con éxito que la unidad POLAR del VECTOR ofrece un rendimiento excepcional en una amplia gama de condiciones dinámicas de vuelo, incluso cuando el sistema GNSS no está disponible. Esto es particularmente impresionante dado que el sistema utiliza sensores de grado industrial basados en MEMS.

Esta precisión excepcional es posible gracias a la minimización de los errores en todas las áreas del proceso de estimación de la actitud.

Las soluciones de control de vuelo de UAV Navigation son utilizadas por una variedad de fabricantes aeronáuticos de primer nivel en una amplia gama de vehículos aéreos no tripulados (UAV). Estos incluyen aviones tácticos no tripulados de alto rendimiento, blancos aéreos, mini UAVs y helicópteros.

La piedra angular del éxito de la compañía es su capacidad para desarrollar de forma integral y en la propia empresa lasunidades AHRS, algoritmos de control de vuelo y la fusión de los datos proporcionados por múltiples sensores (GNSS, velocidad aérea, magnetómetros, giróscopos, acelerómetros, etc.). Los autopilotos se caracterizan por su fiabilidad y robustez, con más de 60.000 horas de vuelo en todo tipo de clima y en todo tipo de plataformas.