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Hibridación Ajustada de Sistema Global de Navegación por Satélite de Múltiples Constelaciones de Doble Frecuencia/Unidad de Medidas Inerciales para Aplicaciones de Movilidad Aérea Urbana

Autores: Corraro, Gianluca; Corraro, Federico; Flora, Andrea; Cuciniello, Giovanni; Garbarino, Luca; Senatore, Roberto

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Hibridación Ajustada de Sistema Global de Navegación por Satélite de Múltiples Constelaciones de Doble Frecuencia/Unidad de Medidas Inerciales para Aplicaciones de Movilidad Aérea Urbana


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Sistema global de navegación por satélite
RPAS
Posicionamiento
Tecnología GNSS
Movilidad aérea urbana
Fusión de sensores

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Un sistema global de navegación por satélite (GNSS) para la posición de sistemas de aeronaves pilotadas a distancia (RPAS) es esencial, gracias a la disponibilidad y continuidad mundial de esta tecnología en la provisión de servicios de posicionamiento. Esto convierte a la tecnología GNSS en un elemento crítico, ya que los fallos que afectan la determinación de la posición, velocidad y tiempo (PVT) podrían determinar problemas de seguridad. Este aspecto es particularmente desafiante en escenarios de movilidad aérea urbana (UAM), donde la baja visibilidad de satélites, el multipath, la interferencia de radiofrecuencia y las amenazas cibernéticas pueden afectar peligrosamente la solución PVT. Por lo tanto, para cumplir con los requisitos de integridad, las mediciones del receptor GNSS se complementan/fusionan con otros sensores de la aeronave que pueden proporcionar información de posición y/o velocidad sobre la aeronave sin depender de ninguna otra infraestructura satelital y/o terrestre. En este marco, en este documento, se detallan los algoritmos de una unidad de navegación híbrida (HNU) para aplicaciones de UAM, implementando una fusión de sensores acoplada estrechamente entre un receptor GNSS de doble frecuencia y multi-constelación, una unidad de mediciones inerciales y la altitud barométrica de un ordenador de datos de aire. El algoritmo de navegación implementado se integra con detección de fallos autónoma y exclusión de satélites GPS/Galileo/BeiDou y la estimación de la integridad/precisión de la solución de navegación (es decir, nivel de protección y figuras de mérito). Se realizaron pruebas en vuelo para validar las funcionalidades de la HNU, demostrando su efectividad en escenarios de UAM incluso en presencia de amenazas cibernéticas. En detalle, la solución de navegación, comparada con un receptor GPS cinemático en tiempo real utilizado como sensor de posición de referencia a nivel de centímetros, demostró buena precisión, con errores de posición por debajo de 15 m horizontalmente y 10 m verticalmente en condiciones nominales (es decir, escenarios urbanos caracterizados por baja visibilidad de satélites y multipath). Continuó proporcionando una solución de navegación válida incluso en presencia de eventos no nominales, como ataques de suplantación. Las amenazas cibernéticas fueron detectadas y excluidas correctamente por el sistema a través de la indicación de las mediciones de satélites válidas/no válidas. Sin embargo, los resultados indican la necesidad de ajustar finamente el EKF para mejorar la estimación de las figuras de mérito y los niveles de protección asociados a la solución de navegación durante los ciberataques. En contraste, la precisión de la solución y los indicadores de integridad se estiman bien en condiciones nominales.

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