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GNSS/INS (Sistemas de Navegação Inercial Assistidos por GNSS) para Aplicações Militares e de Defesa

Os sistemas GNSS/INS combinam o posicionamento por satélite com dados de medição inercial para proporcionar uma navegação robusta e em tempo real a plataformas de defesa que operam em ambientes contestados ou com sinal degradado.

Leia o Visão geral da tecnologia

Fornecedores: GNSS/INS

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Advanced Navigation
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Sistemas avançados de navegação inercial (INS) para navegação confiável em ambientes operacionais desafiadores

ANELLO Photonics
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Soluções inerciais de ponta para navegação e posicionamento de alta precisão em ambientes sem GPS

Honeywell Aerospace
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Soluções avançadas para modernização da defesa: propulsão, sensores, comunicação e sistemas de realidade aumentada

Inertial Labs, a VIAVI Solutions Company
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IMU de nível tático, GPS/INS, soluções de orientação de armas

NovAtel
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Soluções garantidas de posição, navegação e temporização (PNT) para militares e defesa

Aeron Systems
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Soluções avançadas de navegação para aplicações de defesa e aeroespaciais de missão crítica

Micro Magic
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Sistemas de deteção inercial MEMS, quartzo e FOG de alta precisão para aplicações militares, aeroespaciais e de defesa

VectorNav
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GNSS/INS (Sistemas de Navegação Inercial Assistidos por GNSS) para Aplicações Militares e de Defesa

William Mackenzie

Atualizado:

As soluções do Sistema Global de Navegação por Satélite/Sistema de Navegação Inercial (GNSS/INS) integram sinais de satélite com sensores inerciais para permitir uma navegação precisa e contínua. Estes sistemas são essenciais em aplicações de defesa modernas, onde é necessário um posicionamento, navegação e temporização (PNT) fiáveis, apesar da interferência eletrónica ou da indisponibilidade do GPS. Ao combinar entradas GNSS externas com dados da unidade de medição inercial (IMU) , garantem uma capacidade operacional ininterrupta para sistemas terrestres, aéreos, marítimos e espaciais.

O que são os sistemas GNSS/INS?

Sistema de Navegação GNSS/INS da LITEF

Sistemas Land Navigator da LITEF

Os sistemas GNSS/INS (sistemas de navegação inercial assistidos por GNSS) combinam duas tecnologias: GNSS (como GPS, Galileo ou GLONASS) e um sistema de navegação inercial (INS) baseado em acelerómetros, giroscópios e magnetómetros. O GNSS fornece dados de posição absolutos, enquanto o INS fornece dados de movimento relativo independentes de sinais externos. Integrados através de algoritmos de filtragem sofisticados, como os filtros de Kalman, os dois sistemas complementam-se para proporcionar uma navegação de alta fidelidade.

Em cenários em que os sinais GNSS são bloqueados ou falsificados, o INS mantém uma navegação por estimativa precisa, utilizando sensores internos. Por outro lado, o GNSS corrige os erros de desvio inerentes aos sistemas inerciais, garantindo a precisão a longo prazo.

Aplicações e casos de utilização do GNSS/INS na defesa

Os sistemas GNSS/INS servem como soluções de navegação essenciais em todos os setores da defesa:


  • Navegação de aeronaves: Os caças a jato e as aeronaves de transporte dependem do GNSS/INS para um controlo de voo estável e resistente a interferências, bem como para o planeamento de missões.
  • Orientação de drones e UAV: Os drones autónomos utilizam GNSS/INS para navegação por pontos de referência, rastreamento de alvos e missões ISR (inteligência, vigilância e reconhecimento).
  • Navegação naval: As plataformas navais integram GNSS/INS para navegar em regiões marítimas disputadas e manter o rumo em condições de indisponibilidade do GNSS.
  • Orientação de mísseis: As armas de ataque de precisão utilizam GNSS/INS estreitamente interligados para manter a trajetória e corrigir desvios durante o voo.
  • Veículos subaquáticos autónomos (AUVs): Os sistemas submarinos dependem do INS quando o GNSS não está disponível debaixo de água, mudando para o GNSS quando emergem.
  • Veículos terrestres: Os veículos terrestres tripulados e não tripulados utilizam sistemas inerciais assistidos por GNSS para a navegação no terreno e a localização durante as operações.

Estas aplicações exigem elevada fiabilidade e robustez, particularmente em ambientes adversos com interferência eletromagnética, bloqueio ou disponibilidade de GPS reduzida, onde as tecnologias de geolocalização devem manter capacidades contínuas de posicionamento e navegação.

Tipos e arquiteturas de sistemas GNSS/INS

As arquiteturas GNSS/INS variam no grau de acoplamento, afetando a sua capacidade de resposta e resiliência:

  • Sistemas de acoplamento fraco: o GNSS e o INS processam os dados separadamente e fundem-nos na fase de saída de navegação. Adequados para operações não críticas com disponibilidade clara de sinal.
  • Sistemas com acoplamento estreito: as medições brutas do GNSS são integradas diretamente com as saídas dos sensores inerciais. Oferecem maior precisão e reaquisição mais rápida durante interrupções de sinal.
  • Sistemas com acoplamento profundo ou ultra-estreito: o recetor GNSS e o INS colaboram ao nível do rastreio de sinal. Esta arquitetura melhora o desempenho anti-interferência e é preferida em ambientes de alto risco.

Os sistemas GNSS/INS também podem ser categorizados por classe de sensor, incluindo INS MEMS de nível tático, sistemas de nível de navegação para aeronaves e plataformas de nível estratégico para aplicações espaciais ou balísticas.

Componentes-chave do GNSS/INS

O desempenho do GNSS/INS depende da qualidade e integração de vários componentes:

  • Receptores GNSS: Fornecem posição e hora absolutas a partir de múltiplas constelações de satélites.
  • Unidades de Medição Inercial (IMUs): Incluem acelerómetros, giroscópios e, por vezes, magnetómetros para medir a velocidade, a orientação e as taxas angulares.
  • Filtros de Kalman: Algoritmos digitais que combinam dados GNSS e inerciais, ao mesmo tempo que mitigam o ruído e o desvio.
  • Módulos anti-interferência: Essenciais para a resiliência no campo de batalha contra guerra eletrónica.
  • Computadores de navegação: Executam o processamento e controlo a bordo para funções de navegação integradas.

Cada componente deve cumprir normas de fiabilidade e ambientais de nível militar para utilização na defesa.

Comparações: GNSS vs INS vs GNSS/INS

Sistema Pontos fortes Pontos fracos Casos de utilização
Apenas GNSS Elevada precisão a longo prazo Suscetível a interferências/falsificação Ambientes ao ar livre, com baixo risco
Apenas INS Imune a interferências externas Desvios ao longo do tempo Sem GNSS ou utilização de curta duração
GNSS/INS Contínuo, resiliente, preciso Mais complexo e dispendioso Navegação de defesa em todos os domínios

 

Os sistemas GNSS/INS oferecem o melhor de ambos os mundos, com navegação contínua durante interrupções de sinal e precisão melhorada ao longo do tempo.

Normas de Defesa e Integração

Sistema de Navegação GNSS da VectorNav

VN-300 Rugged Dual GNSS/INS da VectorNav

Os sistemas GNSS/INS implementados em contextos de defesa estão sujeitos a normas rigorosas, incluindo:

  • MIL-STD-810: Considerações de engenharia ambiental para equipamento militar.
  • MIL-STD-461: Requisitos relativos à interferência eletromagnética.
  • STANAG 4586: Interfaces padrão para sistemas de controlo de UAV.
  • Compatibilidade SAASM e M-Code: Para acesso militar seguro ao GPS.

A interoperabilidade com ligações de dados táticas, sistemas de comando e infraestruturas de navegação é também um requisito de conceção para muitas plataformas GNSS/INS.

Capacidades e tecnologias em evolução

As tendências emergentes em GNSS/INS para a defesa incluem:

  • INS miniaturizado baseado em MEMS: Para UAVs compactos e munições de permanência.
  • Algoritmos de navegação aumentados por IA: Melhorando a deteção de falhas e a correção de erros.
  • Sistemas de navegação híbridos: Integrando visão, LiDAR e correspondência de terreno com GNSS/INS.
  • Ferramentas de resiliência PNT: Para garantir a continuidade em ambientes degradados.

Os sistemas futuros centrar-se-ão na modularidade, na otimização de SWaP-C (tamanho, peso, potência e custo) e na autonomia assistida por IA, expandindo a funcionalidade do GNSS/INS na guerra centrada em redes.