Desde los años 90, los sistemas de navegación por satélite se han integrado en muchos aspectos de nuestra vida. Sin embargo, es importante contar con alternativas confiables de posicionamiento para cuando esta herramienta no esté disponible. Estos avances, en su mayoría, se centran en la innovación militar y en materia de defensa, para garantizar el desplazamiento de aeronaves, vehículos y tropas en entornos de guerra electrónica.

¿Qué son los Sistemas Globales de Navegación por Satélite?

Los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS por sus siglas en inglés) son sistemas de posicionamiento y navegación que utilizan una red de satélites en órbita alrededor de la Tierra para determinar la ubicación precisa de un receptor en cualquier parte del mundo. Estos sistemas están diseñados para proporcionar información del posicionamiento tridimensional de un objeto, la velocidad de movimiento y el tiempo en el que se halla en un determinado lugar con una precisión muy alta.

El GNSS más conocido y ampliamente utilizado es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), desarrollado por Estados Unidos. También existen otros sistemas GNSS como el GLONASS de Rusia, el Galileo de la Unión Europea y el Beidou de China. Estos sistemas funcionan mediante una constelación de satélites que transmiten señales de navegación a receptores en la Tierra. Estos receptores utilizan las señales que reciben de múltiples satélites para calcular su posición con una precisión de algunos metros o incluso de centímetros, en función de la calidad del receptor y la cantidad de señales recibidas.

Los sistemas GNSS han revolucionado la forma en que nos orientamos y nos desplazamos por el mundo. Actualmente, se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones civiles, industriales y militares, como la navegación marítima, la aviación, la cartografía, los servicios de emergencia y la agricultura de precisión.

Alternativas a los GNSS

Cuando no es posible utilizar los Sistemas Globales de Navegación por Satélite, ya sea debido a su falta de disponibilidad o a su poca confiabilidad, como en entornos urbanos densos, cerca de puertos con una saturación de equipos de posicionamiento que dificulta el atraque de barcos o en casos de ataques electrónicos, existen una serie de tecnologías alternativas experimentales.

Una de estas alternativas es la navegación inercial, que usa sensores como acelerómetros y giróscopos para medir los cambios de velocidad y la orientación de un objeto en movimiento. Estos sensores permiten determinar la posición relativa y la trayectoria del objeto, aunque pueden acumular errores con el tiempo a medida que se acumulan las mediciones.

Otra alternativa es el uso de balizas terrestres y radiofrecuencias. Este método se basa en la recepción de señales emitidas por estaciones terrestres, que contienen información sobre posición y tiempo. Los receptores pueden medir la diferencia de tiempo entre las señales y calcular la posición. Sin embargo, este enfoque requiere una infraestructura terrestre considerable y un buen conocimiento sobre la ubicación y las características de las balizas.

En la misma línea, existen sistemas basados en la radiogoniometría, que utilizan antenas direccionales para medir la dirección de llegada de señales de radio que provienen de transmisores conocidos. Sin embargo, su alcance está limitado a áreas muy específicas y depende completamente de la infraestructura disponible.

Estas alternativas cuentan con limitaciones en cuanto a la precisión y la fiabilidad en comparación con los sistemas GNSS, por lo que su aplicación depende del contexto y de las necesidades concretas de cada caso.

El proyecto OPTIMISE

Con el objetivo de ofrecer una alternativa precisa y mejorada para el posicionamiento y la navegación sin depender de los GNSS, Skylife Engineering ha coordinado el proyecto de I+D e innovación OPTIMISE. El objetivo principal es un trabajo de investigación para mejorar el posicionamiento, la navegación y el tiempo en áreas donde no se tenga acceso a los sistemas GNSS mediante una arquitectura innovadora que combina datos de diferentes señales y sensores.

La plataforma OPTIMISE fusiona diversas tecnologías para PNT (Posicionamiento, Navegación y Tiempo), que al combinarse buscan lograr un resultado más confiable. Además de utilizar sensores más modernos y efectivos, gran parte del proyecto busca probar una amplia gama de herramientas basadas en tecnologías emergentes para utilizar en situaciones específicas, junto con un software central que las integra y fusiona para obtener una solución más precisa y robusta.

Las tecnologías implicadas en el proyecto son:

• Un estudio de viabilidad para llevar la tecnología magneto-inercial a la plataforma aérea.

• Sistema de posicionamiento basado en señales de oportunidad (SoOp) con procesamiento paralelo.

• Integración avanzada de un radar de apertura sintética (SAR) en plataformas aéreas para probar la viabilidad tecnológica del sistema.

• Reloj atómico MEMS y unidad de medidas inerciales (IMU) atómica.

• Sistema de navegación estelar.

En primer lugar, se llevaron a cabo varios workshops con expertos a lo largo de 2021 para la definición de requisitos y restricciones, así como un estudio del estado arte de las tecnologías y métodos disponibles actualmente. En base a esto, se definieron los escenarios y el roadmap para el desarrollo de los distintos sistemas. Tras esto, se procedió al diseño de los prototipos para cada tecnología, y entre junio de 2022 y abril de 2023 se llevaron a cabo diversas pruebas de integración y validación tanto en tierra como en vuelo en el aeropuerto de Žilina en Eslovaquia. Para medir los resultados, se definió una trayectoria de referencia de la aeronave.

Tras las pruebas de vuelo, se procedió a una evaluación de las diferentes tecnologías basados en los criterios de fiabilidad del sensor, precisión de la fusión, latencia, tasa de actualización y disponibilidad de los datos, con el siguiente resultado:

OPTIMISE es una prueba más de cómo Skylife forma parte activa de la innovación y el desarrollo de nuevas tecnologías en ámbitos como el desarrollo de tecnologías de PNT en los programas de defensa de la Unión Europea. En este proyecto, coordinado por Skylife, han participado MBDA, Sener Aeroespacial, ONERA - The French Aerospace Lab, SYRLINKS, STARNAV, SYSNAV, la universidad de Žilina y AICIA (Andalusian Association for Research and Industrial Cooperation).

OPTIMISE forma parte del programa de la Unión Europea denominado PADR (Acción preparatoria sobre investigación en materia de Defensa) (GA No 884134) y sus resultados serán tomados en cuenta para la asignación de fondos destinados a la investigación del Fondo Europeo de Defensa (EDF).