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GNSS-Denied Navigation Kit

El GNSS-Denied Navigation Kit es un equipo diseñado específicamente para entornos sin GNSS, que combina las capacidades de nuestro sistema de referencia de actitud y rumbo (AHRS), el POLAR-300, con las de nuestro sistema de navegación visual, el VNS01. Esta integración garantiza una navegación a estima con una deriva mínima. Representa una solución avanzada para una navegación precisa y estable en escenarios difíciles. El kit está equipado con algoritmos de vanguardia capaces de detectar y contrarrestar sofisticadas técnicas de "spoofing". Al fusionar el POLAR-300 y el VNS01, nos hemos centrado en facilitar la navegación en entornos contestados, superando las técnicas tradicionales con nuestra última innovación. El resultado es una navegación sin GNSS de gran precisión, con tasas de error tan bajas como el 1% en las distancias recorridas.

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    GNSS-Denied Navigation Kit
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    Kit Navegacion con GNSS denegada
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Técnicas Visuales para un Sistema de Navegación Preciso y Fiable en Entornos Contestados
Técnicas Visuales para un Sistema de Navegación Preciso y Fiable en Entornos Contestados

El GNSS-Denied Navigation Kit emplea diversos sensores, incluidos sensores de navegación visual que utilizan técnicas avanzadas como la "odometría visual" (VO) y la "coincidencia de plantillas". En combinación con los sensores de a bordo, estas técnicas facilitan cálculos muy precisos de la posición absoluta de la aeronave, su orientación y su movimiento relativo sobre el terreno. Este enfoque integrado ofrece un rendimiento excepcional en navegación y actitud, garantizando unas capacidades de navegación sólidas y precisas en entornos sin señal GNSS.

Resistente a Medidas Contra-UAV/Anti-UAV: Detección y Protección de Interferencias y Suplantación de Identidad
Resistente a Medidas Contra-UAV/Anti-UAV: Detección y Protección de Interferencias y Suplantación de Identidad

El GNSS-Denied Navigation Kit integra un robusto algoritmo interno que utiliza múltiples sensores disponibles en el sistema para detectar los métodos de ataque de suplantación más sofisticados, aplicando medidas para evitar el engaño y manteniendo al mismo tiempo una navegación precisa.

Estimación Precisa de Actitud y Posición
Estimación Precisa de Actitud y Posición

El POLAR-300 es un AHRS de alta precisión, rigurosamente probado en diversas condiciones y contrastado durante miles de horas de vuelo. Su precisión demostrada es comparable a la de las IMU FOG. Gracias a ello, el POLAR-300 es capaz de realizar navegación a estima con baja deriva, incluso sin la ayuda de sensores visuales.

Sin Necesidad de Cargar Mapa
Sin Necesidad de Cargar Mapa

El sistema elabora mapas de forma autónoma capturando imágenes en tiempo real con su cámara integrada cuando hay una señal GNSS disponible. Estos mapas únicos se almacenan en su memoria interna para su uso en caso de pérdida de señal GNSS.

Sistema de Datos Aéreos (ADS) Integrado. Clave para Navegación por Estima
Sistema de Datos Aéreos (ADS) Integrado. Clave para Navegación por Estima

El producto incluye un Sistema de Datos Aéreos (ADS) que proporciona valores de temperatura, presión estática y dinámica (pitot). Estas variables se utilizan en el proceso de estimación para calcular la densidad del aire, la velocidad aérea indicada, la velocidad aérea real y la altitud barométrica. Los datos del ADS, combinados con los del GNSS y la cámara de a bordo en los algoritmos internos, mejoran significativamente la precisión del sistema. En los casos de navegación en condiciones de navegación a estima cuando no se dispone de señales GNSS, el ADS garantiza una navegación de baja deriva.

Ultracompacto y Fácil de Integrar. Excelente para UAV de Clase I y II

Compacto, ligero e integrado para una instalación sin esfuerzo en plataformas aéreas no tripuladas. Su sencillo cableado elimina la necesidad de complejas instalaciones eléctricas, garantizando una fácil integración en el sistema del usuario.

A medida que avanza la tecnología y surgen retos geopolíticos, se intensifica la demanda de una navegación fiable y segura para los sistemas aéreos no tripulados (UAS). Garantizar la integridad operativa tanto en el sector civil como en el de defensa es primordial. La llegada de sistemas diseñados para perturbar la navegación y las comunicaciones radioelectrónicas acentúa esta necesidad. Con las señales GNSS cada vez más amenazadas por interferencias tanto involuntarias como intencionadas, las deficiencias de los sistemas de navegación tradicionales son evidentes.

UAV Navigation-Grupo Oesía ofrece una solución robusta que combina diferentes tecnologías para hacer frente a estos retos. Inmune a alteraciones externas, esta solución representa el futuro de la navegación autónoma. 

Las alteraciones de las señales GNSS pueden provenir de diversas fuentes, como fenómenos naturales, fallos técnicos y, lo que es más preocupante, interferencias o bloqueos deliberados por parte de adversarios que amenazan la integridad de las señales GNSS. En este documento, nos centraremos en estos últimos, que pueden clasificarse en dos tipos de ataques: Jamming, en el que la señal GNSS se inhibe intencionadamente, y spoofing, que es aún más peligroso, ya que los adversarios simulan una señal GNSS para engañar a la aeronave, llevándola a estrellarse o a redirigirse a un lugar no previsto.

Ante tales interrupciones, las implicaciones pueden ser devastadoras para las operaciones que dependen exclusivamente de estas señales para la navegación. En situaciones en las que cada segundo es crucial, como las operaciones militares o las respuestas de emergencia en las que el tiempo es un factor crítico, incluso las desviaciones más leves de la ruta planificada o las interrupciones breves de la navegación pueden tener consecuencias catastróficas. El creciente número de interrupciones de la señal GNSS pone de relieve esta debilidad, creando una necesidad urgente de una solución de navegación más resistente.

  1. Jamming: La interferencia se refiere a la perturbación deliberada de las señales GNSS. Estas interferencias saturan las frecuencias GNSS genuinas con ruido u otras interrupciones, lo que dificulta la recepción de la señal original y a menudo provoca la pérdida de conexiones o datos inexactos. Los peligros de las interferencias son significativos. Los sistemas que dependen en gran medida de la señal GNSS pueden quedarse sin navegación, desviarse de su ruta, poner en peligro su misión o exponer sus activos a riesgos.
  2. Spoofing: Por otro lado, la suplantación consiste en crear y transmitir señales GNSS falsas. En lugar de limitarse a interrumpir la señal, como hace la interferencia, la suplantación engaña a un receptor GNSS haciéndole creer que está recibiendo una señal legítima. Este engaño puede producir datos de posicionamiento completamente falsos, llevando a los usuarios a navegar de forma inexacta. Los riesgos de la suplantación de identidad son graves. Los ataques de suplantación sofisticados pueden permitir a los adversarios tomar el control de un sistema o vehículo, redirigirlo o hacer que se bloquee.

Sobrevuelo de zonas conocidas

Al sobrevolar zonas previamente cubiertas, el VNS01 dispone de un mapa interno que ha generado previamente. En caso de pérdida de señal GNSS, este mapa preexistente permite al sistema navegar con eficacia. En las pruebas reales realizadas con técnicas avanzadas de suplantación e interferencia, el sistema no muestra prácticamente ningún error de posición en tales situaciones.

Sobrevuelo de zonas conocidas y desconocidas

Otro escenario habitual es el de las aeronaves que despegan sin señal GNSS de zonas que ya han recorrido anteriormente y para las que ya hay mapas almacenados. Al mismo tiempo, estas aeronaves también podrían volar a zonas que nunca han sobrevolado, por lo que no dispondrían de mapas. En tales situaciones, según las pruebas realizadas, la aeronave mantiene un error en torno al 1% de la distancia total recorrida.

Figura 1: Deriva de VNS01 después de 6 km de zona desconocida

Nota: El icono del objetivo en la imagen representa la posición real del sistema según la información GNSS interna. La flecha, apenas apreciable bajo el icono de la aeronave, indica la posición estimada de la aeronave según la información del VNS01. El icono de la aeronave indica la posición de la aeronave estimada por el FCC.

En cuanto la aeronave entra en la zona conocida, el VNS01 anula el error de posición, como se ilustra en la imagen siguiente.

Sobrevuelo de zonas desconocidas

La prueba más exigente realizada consistió en vuelos en una zona totalmente desconocida, sin ningún mapa interno disponible y sin señal GNSS de principio a fin, todo ello sometido a constantes ataques de suplantación de identidad. En estas difíciles condiciones, el sistema consiguió mantener un error de posición en torno al 1% de la distancia total recorrida.

Figura 2: Deriva después de un bucle en el FP desconocido

Loiter en zonas desconocidas

Para demostrar las capacidades de aprendizaje y adaptación del VNS01 en terrenos desconocidos, el objetivo era realizar un vuelo de merodeo sobre una zona desconocida sin la presencia de señal GNSS. Para mantener un error mínimo, a pesar de la ausencia de mapas o señal GNSS, el VNS01 tuvo que adaptarse a las condiciones operativas y recordar las zonas que sobrevolaba. Aunque no pueda generar mapas de alta calidad, debe asegurarse de que su error no aumente con el tiempo. En estas pruebas, después de volar durante un largo periodo, el error fue sólo del 0,5% de la distancia total recorrida.

Navegación inercial con POLAR-300

Por último, las pruebas finales consistieron en vuelos sin el VNS01, confiando exclusivamente en la capacidad del POLAR-300 para realizar la navegación por estima utilizando únicamente sus sensores inerciales. En estos vuelos sin señal GNSS, el error acumulado fue del 10% de la distancia total recorrida.

Figura 5: Deriva acumulada de navegación inercial tras 6,6 km

Resumen
Test
Descrición
Distancia recorrida
Deriva (m)
Deriva (%)
1
Áreas conocidas (mapa disponible)*
4 km
0 m
0 %
2
Áreas desconocidas (sin mapa disponible)**
7 km
80 m
1.1 %
3
Loite en áreas desconocidas (sin mapa disponible)
16.7 km
90 m
0.5 %
4
Vuelo sin VNS01
6.6 km
690 m
10 %

*Las zonas conocidas son regiones sobrevoladas previamente. Por lo tanto, el VNS01 tiene un mapa disponible.

**Las zonas desconocidas son regiones que no se han sobrevolado anteriormente. Por lo tanto, el VNS01 carece de un mapa disponible.

MECÁNICO / AMBIENTALES
Tamaño POLAR-300 (mm, H x W x L)
Peso POLAR-300
22 x 40 x 82 mm
76 g
Tamaño VNS01 (mm, H x W x L)
Peso VNS01
24 x 80 x 77 mm
100 g
Conector POLAR-300
Glenair MWDM2L-15PCBR-.080
Conector VNS01
Binder 86 6319 1120 00008
Diámetro Puerto Estático / Pitot port
3.0 mm
Humedad
Hasta 90% RH, sin condensación
Rango de Temperatura
-40 ºC a +85 ºC
Resistencia a Impactos
500 g.  8 ms.1/2 seno
ELÉCTRICAS
Voltaje de Entrada
9 a 36 V DC
Consumo de Potencia POLAR-300
1W (@ 12 VDC)
Consumo de Potencia VNS01
5W (@ 12 VDC)
Conector Antena GNSS
50 Ohm SMA Hembra
SISTEMA DE DATOS AÉREOS (ADS)
Rango Velocidad del Aire
15-220 kt
43-450 kt (Bajo demanda) 
Precisión Velocidad del Aire
±3 % Lectura
Resolución Velocidad del Aire
± 1 kt
Rango del Altímetro
-2,000 a +36,000 ft AMSL
Precisión del Altimeter
±3 % Lectura
Resolución del Altímetro
± 1 ft
MAGNETÓMETRO
Magnetómetro Interno
3 Ejes
Calibración
3D/2D
Sensitivilidad
0.1 μT
CIFRAS DE REFERENCIA DE DERIVA DEAD-RECKONING
Reconocimiento de Plantilla
Sin deriva
Odometria Visual
~1% de la distancia recorrida
Sin Sensores Visuales
< 30 m/min (continua)
PRECISIÓN DINÁMICA
Error Pitch & Roll
< 0.5º
Error Rumbo
< 1º
Precición de Posición Estimada (con GNSS disponible)
2.5 m CEP, GNSS & SBAS disponible
REDUNDANCIA Y SEGURIDAD
Diagnóstico de Sensor Online
Tolerancia al Fallo del Sensor
Individual y múltiple
MTBF
Más de 60,462 h
GNSS
Tipo de Receptor 
72 Canales, L1C/A, L1OF, B1I, E1B/C
Constelaciones
GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, QZSS, SBAS
Tiempo Primer Fijado (Frío / Caliente)
< 26 s / < 2 s
Límite Altitud / Velocidad
50,000 m / 500 m/s
Tasa de Actualización de Navegación
5 Hz
GNSS PPS
30 ns RMS, 60 ns 
99%
Precisión de Posición Horizontal
2.5 m (CEP, 50%, 24 h static, -130 dbm, >6 SVs)
Precisión de Cálculo de Rumbo 
0.4o Dinámico (50% @ 30 m/s)
Dual GNSS Compass / GNSS Externo
Compass Externo Disponible (DGC01)

El kit comprende un VNS01 - Sistema de Navegación Visual, un POLAR-300 AHRS, y todos los accesorios necesarios para la instalación y conexión de ambos sistemas a Visionair, permitiendo la recepción de datos de posicionamiento y navegación::

El kit incluye los siguientes componentes de software:

  • Visionair Dongle
  • Visionair Analytics software
  • Bibliotecas LibUtils. Libutils se incluye para facilitar el proceso de integración del sistema. Servicio de asistencia:
    • 10 horas del paquete de asistencia Premium
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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.