En profundidad Hibridación fuerte INS/GNSS Autores: Miguel Ángel Gómez López, David Laso Martín, Departamento de Optoelectrónica y Misiles, INTA - “La Marañosa”. Palabras clave: hibridación INS/GNSS, filtrado fuerte, tight coupling, PGM. Metas Tecnológicas relacionadas: MT 1.1.2; MT 1.2.1; MT 1.2.2. Introducción En el marco de la Estrategia de la De-fensa Nacional Española de Tecnología y la Innovación (ETID) se promueven, entre otras líneas de actuación, las adecuadas para la mejora de la preci-sión de municiones y armas. Mediante el empleo de tecnologías de control, navegación y guiado, esta mejora de precisión permite, a su vez, una mayor efectividad y eficiencia. Asimismo, se priorizan las soluciones de bajo coste para el uso de estos sistemas guiados en unidades de infantería, artillería y UCAV. La propia ETID destaca al INTA como un actor principal de la I+D+i en defensa, determinando como objetivo clave su trabajo en desarrollos cerca-nos al producto o sistema que nuestras Fuerzas Armadas demanda. Los sistemas guiados se han im-puesto como solución para actua-lizar armamento, desde morteros hasta cohetes de helicóptero. Por su capacidad para reducir los daños colaterales, serán probablemente im-prescindibles en cualquier operación militar en un futuro cercano. Se trata de una tecnología desarro-llada por el ejército estadounidense partiendo de modificaciones en bom-bas convencionales, que salió a la luz durante la primera guerra del Golfo y se denominó Joint Direct Attack Mu-nition (JDAM). Con un Kit de guiado provisto de aletas y una navegación por fusión sensorial INS/GNSS (Iner-tial Navigation System / Global Navi-gation Satellite System), eran capaces de transformar bombas convencio-nales en armas con una precisión del orden del metro. En la actualidad esta precisión puede llegar a ser mayor, do-tando el kit con un guiado terminal, lo que es conocido como PGM (Preci-sion Guided Munition). En estos sistemas GNC (Guiado Navegación y Control) la navega-ción suele ser el primer escollo que Fig. 1. Prototipo del sensor INS, enmarcado dentro del proyecto SIGMAD. (Fuente: propia). necesita ser resuelto, el cuello de bo-tella en las aplicaciones, y donde se están invirtiendo mayores esfuerzos. Desde el Área de Misiles del INTA se desarrolla la tecnología de navegación específica para alcanzar este reto tec-nológico. Dado que aún con un guiado terminal se sigue dependiendo en gran medida de la navegación GNSS, se implementa un “filtrado fuerte” GNSS/ INS. En este filtrado, los observables GNSS (código y fase) son incluidos directamente en el estimador del esta-do (un MEKF: Multiplicative Extended Kalman Filter). Se prescinde así de una solución aislada para el GNSS, permi-tiendo a su vez que la estimación del estado proporcionada por el INS sea usada para mejorarla, utilizando inclu-so información de menos de cuatro satélites. Esta hibridación, aunque con una algoritmia más compleja, permite solucionar los retos asociados a las grandes aceleraciones de la dinámi-ca de las PGM, a la vez que es más robusta frente a sus alternativas, es-pecialmente ante perturbaciones tipo “jamming” 4. Fundamentos Las dinámicas asociadas a este tipo de vehículos tienen el inconveniente de tratarse de dinámicas extremas, y no todos los componentes hardware comerciales serán capaces de sopor-tarla sin empeorar sus prestaciones (o deteriorarse y dejar de funcionar du-rante el vuelo). Dicha dinámica se compone de una primera fase con una fuerte acelera-ción inicial de varias decenas de g (unidad de aceleración equivalente a la aceleración de la gravedad terres-tre), provocada por la combustión del propulsante encargado de impulsar inicialmente el cohete o munición du-rante unos pocos segundos (1-2 s). Posteriormente, una segunda fase de vuelo afectado sólo por la gravedad y el rozamiento del aire. El vuelo tendrá una duración de entre 12,7 s a 23 s. En el caso de misiles este primer pro-blema terminaría aquí, pero en el caso de cohetes y munición de artillería (obús 155/52, por poner un ejemplo), se ha de añadir otra complicación. La munición está típicamente estabilizada por rota-ción, y se encuentra girando sobre su eje longitudinal a una velocidad de unas 200 rps (revoluciones por segundo). Otro problema a solventar es el im-plícito de cualquier INS debido a su condición de integrador, puesto que los errores producidos, por pequeños que estos sean, crecerán con el tiem-po de forma indefinida. El INS es un sistema de navegación de tipo “dead reckoning” (o navegación a Fig. 2. Ventajas e inconvenientes de un receptor GNSS frente a un INS. (Fuente: propia). Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 58. Tercer trimestre 2018 15
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