De entre los sistemas de asistencia al vuelo, disponibles para la inmensa mayoría de aeronaves, debemos destacar los siguientes.

6.4.1. UNIDAD DE CONTROL CENTRAL “UCC”.

Se denomina unidad de control central UCC a la unidad encargada de realizar el procesamiento de todos los datos que recibe la aeronave (de control desde tierra, de los sensores instalados, de posicionamiento GPS o GNSS, etc.).

La función de la unidad de control central es controlar todas las señales recibidas en la aeronave y pudiendo así optimizar los parámetros de vuelo, conseguir una mayor estabilidad y adaptarse al perfil de vuelo programado.

La UCC cuenta con los siguientes requisitos:

• –Como en el caso anterior, al tratarse de equipos digitales que poseen un tiempo de procesamiento propio, es deseable que este sea el mínimo posible.
• Bajo consumo de potencia. –Un menor consumo de batería, redundara en una mayor autonomía de la aeronave. Por otro lado, este bajo consumo probablemente nos limitara la operación en alcance ya que en la operación un mayor alcance supone un mayor uso de potencia.
• Buen aislamiento y resistencia a los factores ambientales. –Como en el caso anterior, sigue siendo importante que los equipos estén debidamente protegidos.

Para ello utilizaremos “acelerómetros”, los cuales tienen la misión de medir las aceleraciones a las que se encuentra sometido un avión durante el vuelo.

Un acelerómetro elemental consta de una masa (m) que puede deslizarse sin rozamiento sobre un eje, y que tiende a estar en posición central de equilibrio debido a la acción de dos muelles. Si la plataforma soporte experimenta una aceleración según el eje de deslizamiento, la masa, se deslizará sobre la plataforma en sentido contrario al movimiento de esta. La variación de longitud de los muelles es proporcional a la aceleración que a su vez puede hacerse proporcional a una magnitud eléctrica que hará mover el índice del indicador

Esta unidad se encuentra en muchas ocasiones integrada junto con la unidad de control, en un solo dispositivo dentro de la aeronave, que además de integrar la IMU, contiene, en la mayoría de los casos, los giróscopos y el/los magnetómetros (Compass, Brújula).

En el caso de los giróscopos su principal función es la de medir los movimientos angulares en los tres ejes de desplazamiento (X, Y, Z). Estos son en cabeceo, en alabeo y en guiñada

En el caso de los magnetómetros, su misión consistirá en informarnos de la orientación de la aeronave con respecto al Norte Magnético

Como hemos comentado anteriormente, los tres sistemas suelen venir integrados en el mismo “sensor”, con lo que, a la hora de tener un fallo, será complicado discriminar cuál de los tres subsistemas es el que falla. A efectos prácticos, es muy recomendable realizar el calibrado tanto de la IMU como del magnetómetro, previo al vuelo, y siempre que veamos que nuestra aeronave se comporta de forma errática, en cuyo caso detendremos tan pronto como sea posible nuestro vuelo para realizar las comprobaciones necesarias, incluso recalibrando la IMU, para poder realizar nuestro vuelo de forma segura.

6.4.2 SISTEMA GNSS (Global Navigation Satellite System).

La búsqueda constante de la precisión en la navegación, dio como resultado que hacia la mitad de la década de los 70 se llegara a crear una red mundial de satélites (el primero se puso en órbita en 1978), que fundamentalmente iban a servir a la navegación (SATNAV) y a las comunicaciones (SATCOM), a todo ello lo conocemos como NAVSTAR (Navigation Satellite Timming and Ranging), los desarrollos posteriores han hecho que se adopte el nombre de su prestación más significativa, el GPS (Global Positioning System). Este GPS fue desarrollado por el ejército de EEUU, es por ello por lo que coloquialmente se le conoce por este nombre, aunque contemos con varias constelaciones de satélites como GALILEO (Europa), BEIDOU (China) y GLONASS (Rusia).

Recordar que el verdadero nombre del sistema, es GNSS.

El satélite es simplemente un repetidor de comunicaciones de audio y de datos entre él y una estación (aeronave). La precisión del sistema se basa en conocer la posición exacta del satélite y en base a ello, el equipo de abordo, puede establecer la posición de la aeronave con respecto a la del satélite, para así, obtener una posición global.

6.4.3. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

El principio es muy sencillo, y consiste en la medición del tiempo que tarda una señal radioeléctrica en recorrer la distancia emisor-receptor, que, multiplicada por la velocidad de la luz, nos proporcionará dicha distancia.

El GPS se basa en el cálculo de las distancias desde una estación receptora a varios satélites, 3 mínimo para conocer latitud y longitud, estos actúan como puntos de referencia “fijos” en el espacio.

Si en un momento dado localizamos un satélite A y se mide la distancia al mismo, siendo esta de 25.000 Km el lugar geométrico de los puntos en que puede encontrarse la estación desde donde se mide dicha distancia se reducirá a una esfera cuyo centro es el satélite y de radio 25.000 Km.

Si en ese mismo instante medimos una segunda distancia a un satélite B, siendo de 23.000 Km, el nuevo lugar geométrico quedara reducido a la intersección de dos esferas, dando como resultado un nuevo círculo.

Una tercera medición simultánea a un satélite C, situado a 21.000 NM reduce la solución a dos puntos perfectamente definidos sobre el círculo.

Para decidir cuál de estos dos puntos corresponde a la verdadera posición, la solución más sencilla sería la de aportar una cuarta medición a un satélite D, pero generalmente uno de esos dos puntos correspondería a una posición absurda. Los GPS modernos disponen de varias técnicas para distinguir los puntos correctos de los incorrectos.

También podríamos realizar esto último, si considerásemos la tierra como centro de una cuarta esfera D´, cuyo radio sería igual al de la tierra más la altitud del móvil.

Como las ondas viajan a 300.000 km/sg para el cálculo de la distancia del satélite al móvil bastara con conocer el tiempo que tarda el móvil en recibir la señal generada por el satélite.

 

6.4.4. DESCRIPCION DEL SISTEMA

El sistema GPS está constituido por tres segmentos operativos:

• Segmento espacial. –Comprende la constelación NAVSTAR (GLONASS, BEIDOU, GALILEO…) la cual está formada por 24 satélites, 3 de los cuales son de reserva.
• Segmento de control o terrestre. –Formadas por 3 estaciones de carga, que transmiten datos de navegación y reciben las señales que los satélites envían a estas estaciones, y 5 estaciones monitoras que controlan el estado posición de los satélites, esta información es transmitida a la estación maestra para el cálculo de los errores de “efemérides”.
• Segmento Usuario. –Este segmento queda constituido por todos los equipos permanentes u ocasionales, utilizados para la recepción de las señales.

Básicamente todos los receptores están integrados por una antena receptora con preamplificador, un receptor con los elementos físicos y lógicos necesarios para el control, seguimiento, registro, almacenamiento, visualización…, y un oscilador muy estable (cuarzo).

6.4.5. PRECISION DEL SISTEMA

Los factores que pueden limitar la precisión de posicionamiento del GNSS son:

• Errores del reloj del satélite. –A pesar de que los satélites están dotados de cuatro relojes atómicos ultra estables (2 de Rubidio y 2 de Cesio) estos se pueden desajustar, recordar que una diferencia de tiempo de una milésima de sg daría lugar a un error de 300 Km, sin embargo, estos relojes pueden ser vueltos a poner “en hora” desde la estación de tierra. El error estando a pleno funcionamiento no debe ser superior a 0,6 m.
• Error de efemérides del satélite. –Esto significa que un satélite puede no estar donde se le supone. Puesto que nuestros cálculos de posición dependen de puntos cuya posición es conocida, un satélite que no está donde dice la base de datos originará un error en el cálculo de nuestra propia posición. No obstante, un error de efemérides del satélite originará un error muy pequeño en el cálculo de la posición del receptor. Aproximadamente de 0,6 m.
• Error del receptor. –Pueden proceder de la electricidad estática, de computación, o de falsos acoplamientos de las señales de radio. Se estima que el máximo error producido por estas causas es de 1.2 m.
• Errores por propagación atmosférica. –Este es el mayor de todos, pudiendo llegar a los 3,6 m.

6.4.6. SISTEMA DE MEMORIA INTERNA

En la actualidad muchos modelos de UAS poseen la capacidad de volar autónomamente, para lo cual disponen de sistemas de almacenamiento interno, donde se guardan tanto los datos de navegación como los datos de vuelo.

Estos sistemas pueden ser desde simples tarjetas de memoria a sistemas mucho más complejos como los utilizados en aplicaciones militares.

Básicamente lo que vamos a utilizar es una memoria SD donde guardaremos esos datos.

Las características que deben cumplir estos sistemas son análogos a los del sistema de control central, además, es interesante, que posean un proceso de almacenamiento estable, es decir, que el acceso a los datos no degrade la integridad de los mismos.

 

6.4.7 SISTEMA DE VIDEO DIRECTO

Muchas aeronaves llevan instalados sistemas de video en directo con el objetivo de proporcionarnos una visión en tiempo real de las inmediaciones de la aeronave.

Estos sistemas normalmente son montados en la zona destinada a la carga.

Es importante señalar que este tipo de sistemas son obligatorios en operaciones del tipo BVLOS (Beyond visual line of sight) es decir más allá del alcance visual. Aunque si se opera dentro del alcance visual también son de gran utilidad.

En la actualidad existen muchos modelos de cámaras las cuales son ya fabricadas específicamente para ser usadas en los UAS.

 

6.4.8. SISTEMAS INSTALADOS EN LA ZONA DE CARGA UTIL.

Además de los sistemas propios de la aeronave, esta puede llevar otros sistemas como carga útil. Valgan como ejemplo los siguientes:

• Cámaras de video
• Cámaras fotográficas
• Cámaras de infrarrojos.
• Sistemas de radar, radar Doppler.
• Sistemas de repetición de señales.

Dada la amplísima variedad de sistemas que se pueden instalar es importante señalar que en ocasiones estas pueden crear interferencias con los sistemas propios de la aeronave, con lo que es de gran importancia conocer en todo momento este hecho, para poder efectuar la operación en condiciones máximas de seguridad.

Es importante conocer que para transportar muchas de estas cámaras necesitaremos montar el GIMBAL o estabilizador, es un elemento electromecánico desarrollado para transportar una cámara y compensar los movimientos de la aeronave.

Normalmente existen de uno, dos o tres ejes, los cuales incorporan motores brushless controlados por acelerómetros y giróscopos, o directamente por la controladora de vuelo.

Lo más común, es que vengan incorporados en varios modelos de multirrotores, de marcas muy vendidas, aunque también se pueden ver multirrotores de construcción propia que los incorporan.

Usualmente van montados debajo de la aeronave, y funcionan compensando los movimientos de la misma, moviendo la cámara en sentido contrario el movimiento o giro del multirrotor.

Los hay de varios tipos, diferenciándose mayormente por la cantidad de ejes, el peso que soportan, el tipo de cámara que emplean y si traen o no cámara.

6.4.9. INSTUMENTOS DE LA ESTACION DE CONTROL

El control remoto, radio base, estación remota, radiocontrol o el sinónimo que posea, es el equipo que nos permite controlar a distancia nuestra aeronave.

Estas estaciones de control pueden tener distintas configuraciones de las cuales las más típicas en UAS son:

• Estación Base y Control Remoto integrados.
• Estación Base y Control Remoto separados (con comunicación entre ellos).
• Estación Base sin Control Remoto (aeronaves preprogramadas).
• Sin Estación Base, pero con Control Remoto (operan exclusivamente de forma visual y sin necesidad de transmisión de datos a la estación base).

  

  

  

El Control Remoto es el aparato sobre el que el piloto va a actuar para controlar la actitud de la aeronave. Según su complejidad técnica, esta puede verse acompañada de sistemas de estabilización de vuelo (inerciales y sistema de control central).

El manejo de cada Control Remoto vendrá dado por el fabricante. No obstante, la mayoría de los controles remotos ofrecen la posibilidad de personalizar sus funciones.

Es conveniente comentar que además de los anteriormente citados, suelen contar con algunas otras funciones de las que cabe destacar las siguientes:

• Sistema de compensación de la aeronave (trim). – Que nos permite mantener de forma continua un determinado valor sobre uno o más mandos de la aeronave, con lo que conseguiremos corregir factores que tengan una acción constante sobre nuestra aeronave y tiendan a desestabilizarla.
• Control del sistema GNSS.
• Control de sistemas audiovisuales y fotográficos, instalados en la aeronave.
• Control del sistema “vuelta a casa”.
• Activación de sistemas de enseñanza vía doble mando.
• Sistemas de selección de canales.

Debido a la gran cantidad de funciones que puede llegar a tener un Control Remoto, es de vital importancia conocer las funciones establecidas por el fabricante y recibir un entrenamiento sobre las mismas.

 (Ground Control Station)

Al igual que ocurre en la unidad de Control Remoto, existen multitud de modelos de Estación Base, volviendo a ser propios de cada fabricante. Para su estudio vamos a utilizar una Estación Base que podíamos considerar como estándar, con las funciones y sistemas más utilizados y configuraciones más típicas.

La Estación Base se utiliza normalmente para:

• Recepción de datos de telemetría de la aeronave.
• Recibir los datos de los equipos que hayamos montado (video, foto…).
• Programación de Waypoints, rutas, mayas, para la navegación.

Ejemplo de presentación en Estación Base.

• Horizonte artificial. – Nos permite tener información de la actitud de la aeronave, velocidad, inclinación, ángulos de orientación, rumbo…
• Pantalla técnica. – Exposición detallada de la información del GPS, distancia hasta los waypoints, visualización de las velocidades de rotor/es, visualización de los canales de RC y calidad de señal, información de consumo de baterías…
• Seguimiento de la ruta 3D.- Evaluación en tiempo real de la información del vuelo, así como su conversión a gráficos en 3D.
• Configuración y registro. – Opciones adaptables a diferentes umbrales de advertencias, registro almacenamiento de todo tipo de datos de navegación y de parámetros de la aeronave…