I sistemi di navigazione inerziale (INS) per droni garantiscono il posizionamento autonomo, la stima della velocità e la determinazione dell’assetto per gli UAV militari e di difesa, consentendo una navigazione affidabile senza la necessità di dipendere costantemente da segnali esterni.
Questa pagina presenta i principali fornitori di sistemi INS per UAV che offrono soluzioni combinando accelerometri, giroscopi e tecnologie avanzate di fusione dei sensori a supporto di droni tattici, munizioni vaganti e piattaforme a lunga autonomia operanti in ambienti contesi.
Leggi il Panoramica tecnologica
Sistemi avanzati di navigazione inerziale (INS) per una navigazione affidabile in ambienti operativi difficili
Soluzioni inerziali all'avanguardia per la navigazione e il posizionamento ad alta precisione in ambienti privi di copertura GPS
Soluzioni avanzate per la modernizzazione della difesa: propulsione, sensori, comunicazione e sistemi di realtà aumentata
Soluzioni tattiche IMU, GPS/INS e di orientamento delle armi
Soluzioni di navigazione avanzate per applicazioni mission-critical nel settore della difesa e aerospaziale
Tecnologie all'avanguardia per il controllo di volo e la navigazione senza GNSS per piattaforme UAV militari e governative
Sistemi di rilevamento inerziale MEMS, al quarzo e FOG ad alta precisione per applicazioni militari, aerospaziali e di difesa
Sensori inerziali e sistemi di navigazione in fibra ottica, giroscopi laser ad anello e MEMS ad alte prestazioni
Sistemi di rilevamento inerziale e navigazione ad alte prestazioni per veicoli militari terrestri e forze di terra
Tecnologie UAV all'avanguardia per primari della difesa, OEM di droni e integratori di sistemi
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I sistemi di navigazione inerziale (INS) per droni forniscono funzioni di posizionamento, stima della velocità, determinazione dell’assetto e continuità di navigazione per i veicoli aerei senza pilota (UAV) militari e di difesa. Calcolando i vettori di stato del velivolo tramite accelerometri e giroscopi di bordo, un sistema di navigazione inerziale per droni fornisce una linea di base di navigazione autonoma che non dipende da segnali a radiofrequenza esterni.
L’importanza della navigazione inerziale dei droni è aumentata con l’evolversi delle minacce legate alla guerra elettronica. Gli ambienti operativi moderni possono includere interferenze, spoofing, meaconing o denial nei confronti del Sistema Globale di Navigazione via Satellite (GNSS), che compromettono i segnali GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou. Per i velivoli senza pilota che svolgono missioni oltre la linea di vista (BVLOS), raccolta di informazioni, profili di attacco in profondità, acquisizione di bersagli o sorveglianza marittima, è essenziale disporre di una navigazione resiliente. Sebbene un sistema INS per UAV sia comunemente abbinato a ricevitori GNSS per un’inizializzazione accurata della posizione e una correzione periodica degli errori, il suo valore fondamentale risiede nella capacità di mantenere la navigazione quando i segnali esterni si indeboliscono o scompaiono.
IRINS, sistema di navigazione inerziale per droni assistito da LEO, sviluppato da Inertial Labs, una società del gruppo VIAVI Solutions
L’architettura di un UAV con navigazione inerziale deve essere adattata alle dimensioni, al profilo di missione, alla dinamica di volo e ai requisiti di autonomia della cellula.
La navigazione inerziale è una capacità fondamentale per tutti i droni della difesa, ma la scelta dell’hardware varia a seconda della classe di piattaforma:
Le munizioni vaganti richiedono configurazioni dei sistemi di navigazione inerziale degli UAV altamente reattive. Durante le picchiate di attacco terminali, le traiettorie evasive o le operazioni in zone soggette a contromisure elettroniche, il circuito di tracciamento dell’IMU interna fornisce dati angolari ad alta frequenza per il controllo della rotta e l’ingaggio del bersaglio.
Le operazioni con droni navali si svolgono in ambienti privi di punti di riferimento, in movimento e caratterizzati da venti forti. Le piattaforme marittime senza pilota utilizzano i dati dell’INS per supportare il tracciamento a lunga distanza sull’acqua, la stabilizzazione, la navigazione relativa al ponte e il recupero autonomo sui ponti di volo delle navi da guerra soggetti a beccheggio.
Un sistema di navigazione inerziale per droni si basa su una suite di sensori interni ad alta frequenza che misura il movimento fisico in tre dimensioni.
L’unità di misura inerziale (IMU) costituisce il centro nevralgico del sistema INS, contenente accelerometri e giroscopi ortogonali. La qualità dell’IMU influisce direttamente sul tasso di deriva, sulla stabilità della rotta e sulle prestazioni di navigazione in caso di interruzioni del segnale GNSS:
Poiché la navigazione a stima pura comporta un continuo accumulo di errore di posizione nel tempo, le moderne architetture INS dei droni militari e degli UAV utilizzano la fusione dei sensori per limitare la deriva, convalidare i movimenti e mantenere la precisione di navigazione in caso di degrado o interruzione del segnale GNSS.
| Tecnologia | Come si integra con l’INS dei droni |
| Sensori EO/IR | I sensori EO/IR possono essere integrati con i dati dell’INS degli UAV per confrontare le immagini ottiche o a infrarossi in tempo reale con le stime di movimento inerziali. Ciò contribuisce a verificare il movimento lungo la traiettoria, a identificare punti di riferimento visivi e a correggere la deriva trasversale senza emettere segnali rilevabili. |
| Sistemi LiDAR | Il LiDAR fornisce dati spaziali 3D che possono essere integrati con i dati di navigazione inerziale dei droni per la localizzazione in ambienti complessi. Integrato con un sistema INS, contribuisce a ridurre la deriva posizionale e supporta l’evitamento degli ostacoli in contesti urbani, canyon o aree ristrette. |
| Sistemi assistiti da radar | La navigazione assistita da radar integra il sistema INS del drone misurando la velocità al suolo, l’altitudine e il movimento relativo al terreno. Queste misurazioni forniscono dati di correzione per la soluzione inerziale in condizioni meteorologiche avverse, in presenza di sostanze oscuranti, polvere, fumo o oscurità. |
| Navigazione con riferimento al terreno (TRN) | La TRN integra l’altimetria radar o laser con l’INS di un UAV, confrontando i profili del terreno misurati con i modelli digitali di elevazione presenti a bordo. Fornisce una fonte di correzione passiva per la deriva inerziale, in particolare per i sistemi autonomi avanzati, i profili di crociera a bassa quota e le armi a lungo raggio. |
| Odometria visiva | L’odometria visiva utilizza fotogrammi sequenziali della telecamera per stimare il movimento incrementale e può essere integrata con i dati dell’IMU all’interno del filtro di navigazione del drone. Ciò contribuisce a ridurre la deriva dell’INS durante le interruzioni del segnale GNSS, fornendo stime della velocità relativa e del movimento basate su caratteristiche visibili. |
| SLAM | Lo SLAM combina i sensori di bordo con i dati inerziali per creare una mappa locale, stimando al contempo la posizione dell’UAV al suo interno. Integrato con un INS per droni, supporta la navigazione in ambienti non mappati, interni, sotterranei o privi di copertura GPS. |
L’output ad alta frequenza di un INS viene distribuito tra i sistemi di volo, di missione e di carico utile per garantire un controllo stabile e un’esecuzione accurata della missione.
ANELLO Aerial INS: sistema di navigazione inerziale per UAV di ANELLO Photonics
La telemetria dell’INS fornisce il feedback immediato richiesto dai computer di controllo di volo e dagli autopiloti per comandare le superfici di controllo, regolare la potenza dei motori ed eseguire le variazioni di rotta. Gli aggiornamenti inerziali a bassa latenza contribuiscono a mantenere la stabilità in caso di turbolenze, wind shear, volo stazionario, lancio, recupero e manovre difensive brusche.
Il computer di missione integra i dati dell’IMU con quelli dei sensori ausiliari utilizzando filtri di Kalman estesi (EKF), filtri non lineari o altri metodi di stima. Ciò produce una soluzione di navigazione unificata che rimane utilizzabile anche quando gli aggiornamenti GNSS diventano inaffidabili.
La maggior parte degli UAV militari combina la navigazione inerziale con il GNSS e altri sensori ausiliari per migliorare la precisione a lungo termine. A seconda dei requisiti della missione, le architetture possono ricorrere a una fusione dei sensori di tipo «loose», «tight» o «deeply integrated» per combinare le misurazioni inerziali con la navigazione satellitare, i dati aerodinamici, la navigazione visiva, il radar, il LiDAR o altre fonti di posizionamento. Ciò consente alle piattaforme di mantenere la precisione in caso di degrado parziale del segnale, preservando al contempo la capacità operativa durante le interruzioni del GNSS.
I carichi utili ISR richiedono dati di riferimento angolari ad alta frequenza per guidare la stabilizzazione del giunto cardanico e mantenere immagini nitide durante le manovre. Dati accurati di navigazione e di assetto supportano inoltre il georeferenziazione dei bersagli. Una maggiore precisione di navigazione e di assetto riduce direttamente l’errore di localizzazione del bersaglio (TLE), in particolare a distanze di sicurezza estese.
Gli sciami di droni possono utilizzare reti di dati tattici per condividere i dati di navigazione tra le piattaforme. Le future architetture di navigazione collaborativa potrebbero consentire agli UAV dotati di un posizionamento più accurato di assistere i sistemi vicini, contribuendo a mantenere l’integrità della formazione e la continuità della missione in ambienti di navigazione con condizioni degradate.
I sistemi di navigazione inerziale per i droni vengono sempre più spesso sviluppati nell’ambito di architetture PNT resilienti più ampie, che combinano autonomia di bordo, fonti di riferimento alternative e tecniche di elaborazione avanzate.
Nel loro insieme, questi sviluppi stanno orientando la progettazione dei sistemi INS per UAV verso architetture di navigazione multistrato in grado di garantire la continuità della missione in ambienti contesi, con condizioni degradate e privi di copertura GPS.
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