Applicazione ingegneristica di sistemi di navigazione GNSS/INS integrati anti-interferenze

In ambienti elettromagnetici complessi, i sistemi di navigazione convenzionali basati su GNSS sono sempre più vulnerabili al degrado del segnale, alla perdita intermittente o al diniego completo. Interferenze intenzionali o non intenzionali, jamming ed effetti multipath possono influire gravemente sull'accuratezza del posizionamento e dell'assetto.

Per affrontare queste sfide, i sistemi di navigazione GNSS/INS anti-jamming integrati sono diventati una soluzione ingegneristica critica, consentendo output di navigazione e assetto continui e affidabili anche in condizioni di forte interferenza.

1. Contesto applicativo

In scenari operativi ad alta interferenza, i sistemi di navigazione sono tipicamente tenuti a fornire continuamente:

• Posizione

• Velocità

• Informazioni sull'assetto(Rollio, Beccheggio, Imbardata)

Questi sistemi sono spesso implementati su piattaforme mobili come UAV, veicoli autonomi, piattaforme marittime e sistemi di difesa, dove si applicano rigorosi vincoli SWaP (Dimensioni, Peso e Potenza).

Di conseguenza, la soluzione di navigazione non solo deve essere accurata, ma anche:

• Altamente integrata

• Robusta contro le interferenze

• Ottimizzata per l'affidabilità a lungo termine

2. Anti-jamming come sfida ingegneristica a livello di sistema

Da una prospettiva ingegneristica, le prestazioni anti-jamming non possono essere ottenute solo dal front-end RF.

Mentre le antenne GNSS anti-jamming svolgono un ruolo fondamentale nel filtraggio spaziale e nella soppressione delle interferenze, la continuità della navigazione dipende in definitiva da co-progettazione a livello di sistema, tra cui:

• Architettura del ricevitore GNSS

• Prestazioni del sensore inerziale

• Algoritmi di fusione dei sensori

• Strategia di accoppiamento tra GNSS e INS

Una soluzione di navigazione anti-jamming integrata e pratica include tipicamente:

• Ricevitore GNSS anti-jamming multicanale

• Antenna anti-jamming per la mitigazione delle interferenze front-end

• INS ad alte prestazioni (giroscopi e accelerometri)

• Architettura GNSS/INS strettamente o profondamente accoppiata

Solo attraverso l'integrazione coordinata del sistema è possibile mantenere prestazioni di navigazione stabili in caso di forti interferenze.

3. Valore dell'integrazione GNSS/INS in ambienti di interferenza

Quando i segnali GNSS sono degradati, bloccati o temporaneamente non disponibili, il Sistema di Navigazione Inerziale (INS) fornisce la continuità della navigazione a breve termine basata su misurazioni inerziali.

Una volta che la qualità del segnale GNSS si riprende, le osservazioni GNSS vengono reintrodotte nel filtro di navigazione per correggere la deriva inerziale.

Attraverso la fusione multi-sensore, un sistema GNSS/INS integrato può:

• Mantenere la continuità della soluzione di navigazione

• Preservare output di assetto stabili e fluidi

• Ridurre l'impatto delle interruzioni e delle interferenze del GNSS

• Migliorare significativamente la robustezza complessiva del sistema

Questo comportamento complementare rende l'integrazione GNSS/INS essenziale per applicazioni di navigazione ad alta affidabilità.

4. Importanza della progettazione di sistemi integrati

Le moderne piattaforme di navigazione devono affrontare una crescente pressione per bilanciare le prestazioni con i vincoli SWaP. Di conseguenza, i sistemi di navigazione anti-jamming integrati devono raggiungere:

• Integrazione di alto livello di antenna, ricevitore GNSS e INS

• Compromessi ottimizzati tra miniaturizzazione, consumo energetico e accuratezza

• Ottimizzazione coordinata della capacità anti-jamming e delle prestazioni di navigazione

Tali sistemi non sono più semplici assemblaggi di componenti indipendenti. Rappresentano invece soluzioni ingegneristiche a livello di sistema, guidate dall'applicazione progettate per soddisfare specifici requisiti operativi.

5. Riepilogo ingegneristico

Poiché gli ambienti elettromagnetici operativi continuano a diventare più complessi, il GNSS non può più essere trattato come una sorgente di navigazione autonoma.

Invece, funziona come un componente all'interno di un' architettura di navigazione GNSS/INS profondamente integrata, dove il rilevamento inerziale, le tecniche anti-jamming e gli algoritmi avanzati di fusione dei sensori lavorano insieme.

I sistemi di navigazione GNSS/INS anti-jamming integrati stanno emergendo come un approccio tecnico chiave per fornire informazioni affidabili su posizionamento, velocità e assetto in ambienti ad alta interferenza, supportando applicazioni mission-critical in ambito aerospaziale, difesa, sistemi senza equipaggio e piattaforme industriali avanzate.