Guiado, navegación y control (GNC)

Desarrollo de sistemas de guiado, navegación y control de vuelo de aeronaves no tripuladas

El Área de Aviónica y Sistemas No Tripulados de CATEC desarrolla algoritmos avanzados de guiado navegación y control (GNC) para aeronaves no tripuladas (UAVs) tanto de ala fija como de ala rotatoria abarcando el ciclo de desarrollo completo desde las fases de diseño hasta las de integración y pruebas.

El diseño de los algoritmos se realiza siguiendo una metodología basada en modelos (model-based development) con generación automática de código la cual permite mejorar la interacción entre los ingenieros de control y los ingenieros de software reduciendo los ciclos de desarrollo. La metodología se fundamenta en el uso de las herramientas Simulink y Real-time Workshop de The Math Works© así como la herramienta SCADE© la cual permite la generación de código certificable según la norma DO-178B.

El modelado de las aeronaves se realiza con herramientas comerciales como AVL y otras más sofisticadas como CIFER que permiten caracterizar sistemas en función de sus respuestas en frecuencia. Los algoritmos de navegación por su parte se basan en la fusión sensorial de datos INS/GPS mediante técnicas de filtrado extendido de Kalman obteniendo soluciones de bajo coste y alto rendimiento adaptables a todo tipo de plataforma de uso terrestre, aéreo o espacial.

El código generado es compilado para su ejecución en un sistema operativo en tiempo real y ejecutarse en un PC embebido que irá embarcado. Además de hardware comercial, CATEC ha desarrollado su propio hardware de autopiloto así como una estación de control en tierra lo cual permite una elevada capacidad de adaptar sus sistemas a sus necesidades y la de sus clientes.

Antes de realizar las primeras pruebas en vuelo, los algoritmos se prueban en el laboratorio mediante un entorno de pruebas HIL (Hardware in the Loop) en el cual se ejecuta el software de navegación y control de vuelo en el hardware real que irá embarcado en la aeronave conectado a un conjunto de sistemas que emulan la dinámica de vuelo de la aeronave así como los datos de los sensores empleados en la navegación (unidades inerciales y GPS). La simulación de la dinámica de la aeronave se ejecuta en tiempo real en un sistema PXI de National Instruments. Por su parte, los datos de posicionamiento GPS se simulan empleando un sistema de emulación GPS el cual permite generar la señal que sería recibida por el receptor GPS a nivel de radiofrecuencia incluyendo los errores propios del sistema como los introducidos por la ionosfera. El sistema de Spirent también permite simular los datos de unidades inerciales incluyendo los errores característicos de estos sistemas lo que lo convierten en una herramienta de desarrollo muy potente.

Los sistemas de guiado, navegación y control desarrollados ya han sido integrados y probados en diversas aeronaves tanto de ala fija como de ala rotatoria con pesos de 12 a 100 Kg realizando vuelos reales en diversas condiciones. También se han desarrollado sistemas GNC que permite el aterrizaje en plataformas móviles y el guiado relativo sin GPS.

Por último, se trabajan en otras líneas de investigación junto con el laboratorio de sistemas multivehículo como la generación de trayectorias eficientes en presencia de obstáculos que pueden ser integradas en sistemas de “detect and avoid” para la evitación de colisiones.

 


Metodología de desarrollo basada en modelos empleada

Entorno de desarrollo HWIL (Hardware in the Loop)
   

Esquema del algoritmo de fusión sensorial para navegación

Plataformas de ala rotatoria disponibles

 

 

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