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ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROSINDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACIN

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

Trabajo in de GradoINTEGRACIN DE SISTEMASELECTRNICOS DE COMUNICACINSENSADO Y CONTROL REMOTO ENVEHCULOS AREOS NO TRIPULADOS

(Integration of Electronic Systems forCommunication, Sensing and Remote Control of

Unmanned Aircraft Vehicles)

Para acceder al Ttulo de

Graduado en Ingeniera de Tecnologas deTelecomunicacin

Autor: Jose Luis Rodrguez Magdaleno

Octubre - 2013

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GRADUADO EN INGENIERA DE TECNOLOGAS DETELECOMUNICACIN

CALIFICACIN DEL TRABAJO FIN DE GRADO

Realizado por:Jose Luis Rodrguez MagdalenoDirector del TFG:Adolfo Cobo GarcaTtulo:INTEGRACIN DE SISTEMAS ELECTRNICOS DE

COMUNICACIN, SENSADO Y CONTROL REMOTO ENVEHCULOS AREOS NO TRIPULADOS

Title:Integration of Electronic Systems for Communication, Sensingand Remote Control of Unmanned Aircraft Vehicles

Presentado a examen el da: Octubre/2013

para acceder al Ttulo de

GRADUADO EN INGENIERA DE TECNOLOGAS DETELECOMUNICACIN

Composicin del Tribunal:

Presidente: D./D Mirapeix Serrano, Jess

Secretario:D./D Cobo Garca, Adolfo

Vocal:D./D Snchez Gonzlez, Luis

Este Tribunal ha resuelto otorgar la calificacin de: ...............................

Fdo.: El Presidente Fdo.: El Secretario

Fdo.: El Vocal Fdo.: El Director del TFG(slo si es distinto del Secretario)

V B del Subdirector Trabajo Fin de Grado N:(a asignar por Secretara)

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Dedicado a mi hija Lara y a mimujer Mnica.

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Jonathan Mold

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Agradecimientos

Quiero agradecer a mi director del proyecto, Adolfo Cobo Garca, profesor titular miembrodel Grupo de Ingeniera Fotnica del Dpto. de Tecnologa Electrnica, Ingeniera de

Sistemas y Automticade la Universidad de Cantabria, la ayuda prestada y sus consejos parala realizacin de este trabajo.

Muchas gracias a lvaro Lpez de USOL (Unmanned Solutions), Antn Hernndez deAirelecrtonics, Jos Antonio Domnguez de Grupo Acre, Javier Martnez de Esri y DavidOroshnik de Velodyne (EE.UU) por la informacin prestada y sus consejos profesionales

basados en su experiencia trabajando con UAVs para la realizacin de la documentacintcnica de este trabajo.

A mis compaeros de estudio, Alberto Campo, Bernardo San Segundo, David Lavn, Lara deCos y Laura Sainz. Gracias por vuestra ayuda y sobre todo, por el compaerismo reinante.

Gracias a mi familia; mi madre Teresa, mis hermanas M Jos y Teresa, mi abuela Teresa(97 aos), por cuidarme, comprenderme y hacerme mejor persona cada da. A Jano por laalegra que nos dio sin pedir nada a cambio. Y a ti abuelo, porque nunca me olvidar de losmomentos que vivimos juntos.

A mi otra familia; mis suegros Marina y Manolo, mi cuado Juan Manuel y su mujerLorena y a mis sobrinas Ainhoa y Paula. Gracias por todo lo que me dais.

Finalmente, gracias a mi mujer Mnica por aguantarme durante este tiempo en el que decidvolver a estudiar despus de tantos aos, y a mi hija Lara por dedicarme una sonrisa cada

da.

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Acrnimos

ACAS Airborne Collision Avoidance System

AGL Above Ground LevelALS Escner Lser AerotransportadoATC Air Traffic ControlATLANTE Avin Tctico de Largo Alcance No Tripulado EspaolATM Air Traffic ManagementATS Air Traffic Service

BLOS Beyond Line of Sight

CDTI Centro para el Desarrollo Tecnolgico IndustrialCFR Code of Federal Regulations

COTS Commercial off-the-shelfCR Close RangeCS Certification Specifications

DGAC Direccin General de Aviacin CivilDGAM Direccin General de Armamento y MaterialDSA Desarrollo de Sistemas AvanzadosDUO Designated UAV Operator

EASA Agencia Europea de la Seguridad AreaEGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service

ELOS Equivalent Level Of SafetyEO Electro ptico

FAA Federal Aviation AdministrationFAR Federal Aviation RegulationsFCL Flight Crew LicencesFCS Fligth Control SystemFINAS Flight In Non-Segregated Air SpaceFMS Flight Management System

GPS Global positioning System

HALE High Altitude Long Endurance

IFR Instrumental Fligth RulesIMU Inertial Measurement UnitINS Inertial Navigation SensorINTA Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial

IR Infrarrojo

JAA Joint Aviation AuthoritiesJAR Joint Aviation Requirements

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JCGUAV Joint Capability Group on UAVLIDAR Light Detection And Ranging

LOS Line Of Sight

LVDS Low Voltage Differential SignalingLWIR Long-wavelength infrared

MALE Medium Altitude Long EnduranceMDE Modelo Digital de ElevacionesMDT Modelado Digital del TerrenoMEMS Micro Electromechanical SystemsMR Medium RangeMTOW Maximum Take Off Weight

NPA Advance Notice of Proposed Amendment

OAT Operational Air TrafficOSD Office of Secretary of Defense

SIVA Sistema Integral de Vigilancia AreaSR Short RangeSSD Solid State Disk

UAS Unmanned Aircraft SystemsUAV Unmanned Aerial VehicleUSAR UAVSystem Airworthiness Requirements

VANT Vehculo Areo No TripuladoVFR Visual Flight RulesVFRN Visual Flight Rules NightVMC Visual Meteorological ConditionsVPC Virtual Port ChanelVTOL Vertical Take Off and Landing

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NDICE DE CONTENIDOS

1. INTRODUCCIN __________________________________________________________________ 11.1. CONTEXTO,MOTIVACIN Y OBJETIVOS_______________________________________________ 11.2. HISTORIA DE LOS UAV/UAS ______________________________________________________ 2

1.2.1. Cronologa de los UAV ________________________________________________________ 32. CONCEPTO DE UAV/UAS __________________________________________________________ 82.1. QU ES UN UAV/UAS? __________________________________________________________ 82.2. OPORTUNIDAD DE NEGOCIO _______________________________________________________ 9

2.2.1. El sector de los UAS en Espaa ________________________________________________ 102.3. SISTEMAS DE INSTRUMENTACIN Y CONTROL DE VUELO________________________________ 10

2.3.1. Sistema de control de vuelo ____________________________________________________ 112.3.2. Modos de control de un UAV ___________________________________________________ 122.3.3. Sistema de comunicaciones ____________________________________________________ 12

2.3.3.1. Enlace de telemetra ____________________________________________________________ 122.3.3.2.

Enlace de datos ________________________________________________________________ 13

2.3.4. Sistemas de sense and avoid_________________________________________________ 13

3. INTEGRACIN DE UAS EN EL ESPACIO AREO NO SEGREGADO_________________ 163.1. CERTIFICACIN DE AERONAVEGABILIDAD ___________________________________________ 17

3.1.1. Proceso general de certificacin ________________________________________________ 183.1.2. Certificacin UAS ___________________________________________________________ 18

3.2. CERTIFICACIN DE OPERADORES Y MANTENIMIENTO___________________________________ 193.3. REGLAS DEL AIRE PARA UAS _____________________________________________________ 194. ARQUITECTURAS _______________________________________________________________ 224.1. UAVDE DESPEGUE NO VERTICAL__________________________________________________ 25

4.1.1. Ala fija ____________________________________________________________________ 254.1.2. Ala flexible _________________________________________________________________ 26

4.2. UAVDE DESPEGUE VERTICAL (VTOL) ______________________________________________ 264.2.1. Ala rotatoria _______________________________________________________________ 264.2.2. Multirotor _________________________________________________________________ 274.2.3. Auto-sustentados ____________________________________________________________ 27

4.3. UAVS COMERCIALES ___________________________________________________________ 294.3.1. Hexacptero Aibotix (Grupo Acre) ______________________________________________ 294.3.2. Aeroplano Skywalker kit (Airelectronics) _________________________________________ 314.3.3. Helicptero Benzine (Airelectronics) ____________________________________________ 324.3.4. Avin K-50 (USolUnmanned Solutions) ________________________________________ 33

5. APLICACIONES DE LOS UAS _____________________________________________________ 355.1. APLICACIONES MILITARES________________________________________________________ 355.2. APLICACIONES CIVILES__________________________________________________________ 35

5.2.1. Bsqueda de personas desaparecidas: ___________________________________________ 375.2.2. Fotografa, vdeo y cartografa area: ___________________________________________ 385.2.3. Prevencin y control de incendios: ______________________________________________ 395.2.4. Otras aplicaciones ___________________________________________________________ 39

6. EQUIPOS ELECTRNICOS DE SENSADO __________________________________________ 416.1. CMAS FOTOGRFICAS Y DE VIDEO ________________________________________________ 42

6.1.1. Cmaras de video comerciales _________________________________________________ 426.2. CMARAS MULTIESPECTRALES____________________________________________________ 436.3. RDAR LSER (LIDAR) _________________________________________________________ 44

6.3.1. Clasificacin _______________________________________________________________ 456.3.2. Pasos para la adquisicin de datos LiDAR ________________________________________ 466.3.2.1. Pre-procesado, filtrado y clasificacin de los datos brutos _______________________________ 47

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6.3.2.2. Generacin de modelos digitales ___________________________________________________ 476.3.2.3. Trminos bsicos para entender el LiDAR ___________________________________________ 48 6.3.2.4. El LIDAR y la vegetacin ________________________________________________________ 49

6.3.3. LIDAR comerciales __________________________________________________________ 506.4. CMARAS EO/IR ______________________________________________________________ 556.5. CMARAS TERMOGRFICAS ______________________________________________________ 55

6.5.1. Cmaras termogrficas comerciales _____________________________________________ 567. EQUIPOS ELECTRNICOS DE CONTROL Y COMUNICACIONES ____________________ 597.1. CONTROL REMOTO Y ESTACIN BASE DE COMUNICACIONES COMERCIALES (CONTROL DE TIERRA) 59

7.1.1. ESTACION BASE MAVinci (Grupo Acre) _________________________________________ 607.1.2. Sistema de Vdeo en Tiempo Real (Video Link MAVinci-Grupo Acre) ___________________ 607.1.3. Conector Wireless MAVinci (Grupo Acre) ________________________________________ 617.1.4. U-STATION (Airelectronics) ___________________________________________________ 637.1.5. U-GROUND (Airelectronics) __________________________________________________ 63

7.2. HARDAWARE EMBARCADO_______________________________________________________ 657.2.1. Piloto Automtico MAVinci (Grupo Acre) ________________________________________ 657.2.2. U-PILOT (Airelectrnics) _____________________________________________________ 667.2.3. Ardupilot (Arduino) __________________________________________________________ 67

7.3. SOFTWARE ESPECIALIZADO_______________________________________________________ 687.3.1. MAVinci Desktop Fligthplanning (Grupo Acre) ____________________________________ 687.3.2. U-SEE Fligthplanning (Airelectronics) ___________________________________________ 697.3.3. UAV Software Ensomosaic (Grupo Acre) _________________________________________ 707.3.4. Modelado 3D ArcGIS para LIDAR (Esri) _________________________________________ 71

8. PROPUESTA DE INTEGRACIN DE EQUIPOS PARA APLICACIONES UAS ____________ 738.1. INSPECCIN DE PANELES SOLARES _________________________________________________ 73

8.1.1. Procedimientos para inspeccionar paneles solares con cmaras termogrficas ___________ 738.1.2. UAS propuesto para inspeccin de placas solares __________________________________ 79

8.2. INSPECCIN LNEAS DE ALTA TENSIN______________________________________________ 828.2.1. Inspeccin de la vegetacin cercana a lneas elctricas mediante LIDAR ________________ 838.2.2. UAS propuesto para inspeccin de la vegetacin cercana en lneas elctricas ____________ 84

9. CONCLUSIONES Y FUTURAS LNEAS DE TRABAJO ________________________________ 8610. BIBLIOGRAFA __________________________________________________________________ 8710.1. ENLACES DE INTERS ___________________________________________________________ 88

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Introduccin

INTEGRACIN DE SISTEMAS ELECTRNICOS DE COMUNICACIN, SENSADO Y CONTROL REMOTO EN VEHCULOS AREOS NO TRIPULADOS 1

1. Introduccin

En los ltimos aos ha habido un avance muy importante en el desarrollo de vehculos notripulados (del ingls UAV- Unmanned Aerial Vehicle) sobre todo para su uso en futuras

aplicaciones civiles. Este tipo de vehculo se est empleando en tareas de bsqueda y rescate,vigilancia comercial, exploracin de edificios, entre otras. Los UAVs son muy tiles,

principalmente cuando nos encontramos en entornos de difcil acceso o con un cierto peligro.

Los avances tecnolgicos, junto con la mejora en el almacenamiento de energa, hanhecho posible el desarrollo de los vehculos areos no tripulados. Gracias a los sensores deescala reducida MEMS (Micro Electromechanical Systems) y los avances enmicrocontroladores, ofreciendo la posibilidad de clculos ms complejos en poco espacio,han hecho posible la construccin de estos sistemas autnomos. Cada vez ms, las lneas deinvestigacin de estos sistemas van en aumento. Sin embargo, el desarrollo de sistemas decontrol para este tipo de vehculos no es trivial, debido principalmente a la dinmica tancompleja inherente en los sistemas aerodinmicos, los cuales son multivariables, y presentandiversas caractersticas no lineales. Por lo tanto, se requiere un modelo de control que

proporcione una buena estabilidad en vuelo autnomo, o que ayude al menos al pilotaje delvehculo, proporcionando alta maniobrabilidad y robustez ante perturbaciones externas.

1.1. Contexto, motivacin y objetivos

Los UAVs, desde su creacin, han cobrado gran importancia en acciones militares de todo

tipo. Sin embargo, es evidente que este tipo de vehculos pueden ser de gran utilidad ennumerosas aplicaciones civiles. Su uso en acciones no militares es muy limitado en laactualidad, reducido prcticamente a la toma rea de imgenes. Numerosas razones explicanesta situacin: coste de los aparatos, disponibilidad limitada de sensores de bajo peso y

pequeo tamao, uso del espacio areo, etc

Sin embargo, es previsible un despegue importante de esta tecnologa en multitud deaplicaciones civiles. El avance de la microelectrnica, los sensores fotnicos y pticos detamao y pesos reducidos y de la aeronutica, hacen que los UAV comiencen a tener ciertarelevancia en aplicaciones de uso civil. Estas aplicaciones requieren un diseo del sistema yla seleccin de sus componentes adecuados, especialmente de los sensores definidos para

cada tipo de misin.

Este trabajo tiene por objetivo realizar un anlisis del estado de la tcnica en el mbito delos UAVs y los sensores fotnicos y pticos, proponiendo la integracin de equiposformando sistemas para diversas aplicaciones civiles. Se propondrn algunas de estasaplicaciones, y dos de ellas (inspeccin de plantas solares y lneas elctricas mediantecmaras termogrficas y de la vegetacin cercana de lneas elctricas mediante LIDAR)sern analizadas en detalle, para proponer el diseo del sistema y una seleccin decomponentes optimizados para cada aplicacin. Se prestar especial atencin a los detallesde integracin de los subsistemas, su coste y la capacidad real de cumplir los requerimientosde cada aplicacin planteada.

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Introduccin


1.2. Historia de los UAV/UAS

Desde que levantaron elvuelo a finales de la Segunda Guerra Mundial,los UAV (VANT-Vehculo Areo No Tripulado, en espaol) se han convertido en un arma impersonal,imprescindible y letal. Los DRONES, como se conocen comnmente a los UAV de uso

militar, no son armas omnipotentes, pero desde su origen, que se remonta a un siglo atrs,fueron diseados para la guerra. Dirigidos por control remoto, a veces desde miles dekilmetros, con frecuencia estos aparatos son incapaces de distinguir entre aliados oenemigos, o identificar a combatientes entre civiles. Temibles para la poblacin civil, hastaahora son muy vulnerables tanto por aviones de combate como por hackers. Sus frecuenteserrores los pagan con sangre los civiles o incluso los socorristas que brindan atencin mdicaa las vctimas de sus ataques.

Figura 1.1: Drone militar del ejrcito de los Estados Unidos.

Su protagonismo en los as llamados 'asesinatos selectivos' y las numerosas vctimasinocentes que ocasiona su uso, provoca una indignacin a nivel mundial y, sobre todo, elhorror y el odio entre la poblacin civil que sufre sus ataques.

Figura 1.2: Lanzamiento de misiles desde un drone militar.
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Introduccin


1.2.1. Cronologa de los UAV

El desarrollo de vehculos areos no tripulados se inici inmediatamente despus de laSegunda Guerra Mundial.

1917Charles Kettering, de General Motors, desarrolla un biplano no tripulado pre-programadoconocido como 'torpedo areo Kettering'. De acuerdo a su idea, este vehculo accionado porun mecanismo de relojera debera plegar las alas en un lugar programado y caer sobre unenemigo como una bomba. Con la financiacin del Ejrcito de EE.UU, fueron construidosunos cuantos aparatos, pero no fueron utilizados en combates.

1933

Primera prueba exitosa en el Reino Unido del primer UAV Queen Bee, desarrollado a partirdel biplano Fairey Queen. Se controlaba por control remoto desde un barco. Este modelorebautizado DH82A Tiger Moth se us en la Marina britnica como un avin-blanco desde1934 hasta 1943.

1940Sin embargo, el primer drone producido en serie a gran escala fue el estadounidenseRadioplane OQ-2, que sirvi como blanco volante para la formacin de pilotos.Investigaciones similares se llevaban a cabo en la Unin Sovitica. En 1930-1940 el

diseador de aviones Nikitin desarroll un drone planeador armado con torpedo PSN-1 y 2 ytipo de 'ala volante' en dos modalidades: una como blanco areo para entrenamiento depilotos y otra con automatizacin completa.

A principios de la dcada de los 40 fue diseado un torpedero con alcance de 100 kilmetrosy una velocidad de 700 km/h. Sin embargo, los drones de este proyecto no fueron lanzadosen serie.

SEGUNDA GUERRA MUNDIAL

AlemaniaDurante la Segunda Guerra Mundial, los ingenieros alemanes desarrollaron varios tipos dearmas guiadas por radio, incluyendo bombas Henschel Hs 293 y Fritz X, misiles Enzian yaviones cargados de explosivos tambin controlados por radio. Fritz X y Hs 293 fueronutilizados con xito en el Mar Mediterrneo contra buques de guerra blindados.

Un arma 'masiva' fue el primer misil decrucero FAU-1 con un motor de propulsin a chorroque se lanzaba tanto desde aviones como desde tierra.
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Introduccin


Estados UnidosEn Estados Unidos se fabric en masa el blanco volante Radioplane OQ-2 para la formacinde pilotos y artilleros. Adems, en 1944, fue utilizado por primera vez en el mundo el UAV'clsico' de ataque: el Interstate TDR.

DESPUS DE LA 2 GUERRA MUNDIAL

Al trmino de la Segunda Guerra Mundial, las grandes potencias concibieron como suprincipal fuerza de ataque poderosos misiles nucleares, desarrollando nuevos tipos de misilesguiados o balsticos. A su sombra, el desarrollo de aviones no tripulados se financiaba comouna 'hijastra' del armamento estratgico.

1951Estados UnidosEn 1951 Estados Unidos lanz en serie la produccin de AQM-34, un avin-blancomodificado para ser usado como un aparato de reconocimiento que se lanzaba desde unavin-madre para realizar un vuelo por una ruta programada. Cumplida su misin, descendaen paracadas. El diseo fue tan exitoso que el AQM-34 sirvi en la Fuerza Area de EE.UU.durante ms de 30 aos y se suministraba a sus aliados.

Figura 1.3: Objetivo alcanzado por un misil lanzado desde un UAS.

Unin Sovitica

A principios de los aos 70 la Oficina de Diseos Tupolev desarroll varios drones de granalcance para misiones de reconocimiento, los llamados Tu-123 Ystreb, Tu-141 Strizh y Tu-143 Reis. Slo fueron fabricados 950 Reis, que no criaron precisamente polvo en loshangares, ya que fueron enviados a puntos calientes, como el conflicto rabe-israel,considerado un punto de no retorno en la historia de los aviones de combate no tripulados.

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Introduccin


1960, 1 de mayo

Un avin espa U-2 pilotado por Francis Gary Powers es derribado sobre el espacio areosovitico, hecho percibido por muchos especialistas como una prueba de la necesidad de usaren estas misiones aviones de reconocimiento no tripulados. A principios de 1960, losvehculos de control remoto fueron utilizados por EE.UU para supervisar la colocacin delos misiles soviticos en Cuba tras el derribo de otro U-2 y el fallecimiento de su piloto.

Figura 1.4: Avin-espa U-2.

1964, 15 de noviembre

El primer avin no tripulado de EE.UU es derribado sobre China.

1973Israel utiliza drones de fabricacin estadounidense BQM-74 en su lucha radioelectrnicadurante la guerra del Yom Kippur.

1970 -1973

Vehculos no tripulados Firebee completan 268 misiones en Corea del Norte. Estos aparatos

fueron lanzados desde aviones C-130 Hrcules y bajaban en paracadas sobre el ocano.

Aos 80

El desarrollo de UAV de reconocimiento se estanca a favor de uso de satlites

1991EE.UU. usa drones-blancos Chukar como seuelos durante la Guerra del Golfo.

1994Primer vuelo de un Predator. Se trata del primer UAV operativo que usa el sistema de

posicionamiento global GPS en lugar de estar programado o de usar la lnea de visin, por loque es ms fiable. Se implement al ao siguiente, en la guerra en Yugoslavia.

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Introduccin


Figura 1.5: Drone policial de vigilancia.

1998Se desarrolla el Global Hawk, UAV de gran altitud y largo alcance diseado para

permanecer en el aire mucho tiempo sobre un territorio enemigo.

2001

Primer vuelo de un MQ-9 Reaper. Originalmente bautizado como Predator-B, el Reaper esun avin no tripulado ms rpido, ms alto y ms letal. Su produccin comenz al ao

siguiente.

Figura 1.6: Restos de un drone de reconocimiento que se estrell en territorio paquistan, cerca de lafrontera con Afganistn.

2011, diciembre

Irn asegura que sus fuerzas han derribado un drone-espa RQ-170 Sentinel, y que lo

conservan casi intacto en su poder. Das despus el avin fue expuesto en Irn y mediosiranes informaron que la aeronave haba sido hackeada por especialistas persas.

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Introduccin


Figura 1.7: El RQ-170 Sentinel en manos de militares iranes.

2013, SeptiembreLa compaa Boeing y la Fuerza Area de EE.UU. tomaron la decisin de transformar losaviones de combate F-16 en aviones no tripulados y designarlos como QF-16.

El primer vuelo de prueba del avin no pilotado se llev a cabo en septiembre en la basearea Tyndall, en Florida, segn informa el sitio oficial de Boeing. Dos pilotos de pruebas dela Fuerza Area pilotaron QF-16 desde la estacin de control en tierra.

En el aire la misin del nuevo modelo no pilotado incluy una serie de maniobrassimuladas, alcanz velocidades supersnicas, regres a la base y aterriz exitosamente.

Hasta ahora, Boeing ha modificado seis aviones F-16 hacia la configuracin QF-16.

Figura 1.8: Avin de combate QF-16.

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Concepto de UAV/UAS


2. Concepto de UAV/UAS

2.1. Qu es un UAV/UAS?

Se entiende por una aeronave no tripulada (UAV: Unmanned Aerial Vehicle) aquella que escapaz de navegar sin llevar a bordo ningn piloto pudiendo ser controladas desde unaestacin base o llevar una programacin preestablecida. Estos vehculos han sido utilizadosen aplicaciones militares tales como reconocimiento de terreno y ataque. En los ltimos aosinvestigadores del mbito de robtica e inteligencia artificial aeronutica y control estnenfocando sus esfuerzos hacia esta lnea para aplicar dicho concepto a aplicaciones civiles.En la actualidad nos podemos encontrar con situaciones en las que la visin area sera degran ayuda, por ejemplo en la deteccin de incendios, control policial en situaciones deriesgo o reconocimiento de desastres naturales. Estos son algunos ejemplos en los que

podemos aplicar el concepto de UAV en misiones civiles. Las ventajas de un UAV sepueden resumir en; menor coste que las aeronaves tripuladas, no se arriesgan vidas,capacidad de incorporar muchos sensores y la posibilidad de acceder a sitios peligrosos o dedifcil acceso.

Los sistemas de aeronaves no tripuladas o UAS (Unmanned Aircraft Systems) formanparte, desde hace muchos aos, de los inventarios militares, bsicamente como plataformasde observacin operando desde aerdromos militares y con destino en zonas de conflicto.Muchas de las plataformas areas utilizadas, tienen unas caractersticas de vuelo y perfiles demisin que los asemejan en gran manera a las aeronaves tripuladas convencionales,operando en un espacio areo cuya estructura y sistema de gestin estn sin embargo

pensados para aeronaves tripuladas. No obstante, mientras el uso de estos sistemas ha sidorelativamente discreto, estrictamente militar, en zonas de conflicto y en espacios areos nodemasiado congestionados, han podido operarse sin interferir o sin afectar peligrosamente eltrfico areo convencional, mediante la asignacin de pasillos areos y zonas de espacioareo segregado. Pero desde hace algunos aos, el uso de estos sistemas se haincrementado, aunque mantenindose dentro de la rbita militar y en zonas de conflicto, loque resulta en la proliferacin de multitud de sistemas no tripulados en determinadas zonas,en las que pueden producirse serios trastornos en la seguridad area. Por otro lado, losavances tecnolgicos en los campos de las comunicaciones, en los sistemas de navegacin y

posicionamiento, el incremento de la capacidad de procesamiento, la compactacin de losequipos, el incremento de su fiabilidad, el desarrollo de cargas de pago (carga encargada

de realizar la misin), cada vez ms ligeras fiables y con altas prestaciones, han propiciadoel desarrollo de este concepto de sistema con plataforma area no tripulada para un uso civil,no solamente comercial, sino tambin por parte de otros organismos gubernamentales, como

puedan ser los cuerpos de seguridad, vigilancia de fronteras, proteccin civil, etc..

Los sistemas antes denominados UAV, han pasado a denominarse UAS para destacar elhecho de que se est identificando un Sistema y no slo la plataforma area, queconstituye un subsistema del mismo. Si bien es cierto que una gran mayora de los UAS sonde pequeo tamao y operan a baja o muy baja cota, existe una gama de ellos, desplegadosen menor nmero pero en tareas de gran responsabilidad, que son aeronaves ms pesadas,con perfiles de misin que requieren alcanzar mayores altitudes y a distancias muysuperiores, fuera de la lnea vista, para los que la operacin exigir normalmente invadirun espacio areo en el que las aeronaves deben estar integradas en los diferentes sistemas de

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Concepto de UAV/UAS


gestin y control de trfico areo. De esta forma se asegura que no exista riesgo alguno sobreotras aeronaves que usen el mismo espacio o sobre personas y bienes en tierra. Hoy por hoy,este nivel de seguridad se consigue estableciendo zonas y pasillos areos de uso exclusivo

para los UAS, es decir, segregando parte del espacio areo. Pero esta solucin no es viablepara hacer frente a la proliferacin de UAS que se prev puedan ser operados en zonas no

conflictivas, por lo que se hace necesario establecer el modo en que determinados UASpuedan, en un periodo de tiempo lo ms corto posible, compartir el espacio areo con laaviacin convencional, tanto la general como la operativa. Esta iniciativa es la que da lugaral problema de la Integracin de los UAS en el Espacio Areo No Segregado.

La ausencia del piloto o de tripulacin a bordo de estas aeronaves y la sustitucin de susactuaciones directas sobre la plataforma por actuaciones desde tierra a travs de enlaces dedatos Tierra/Aire, a la vez que elimina determinados subsistemas de la aeronave (comoasientos, paneles de instrumentacin, sistemas de acondicionamiento de aire, sistemas deoxgeno, etc), introduce otra serie de problemas. Entre otros, el hecho de que el

conocimiento de la situacin, como es la altitud de vuelo, el estado de los motores, los datosde navegacin, etc, deba transferirse en tiempo real desde la plataforma a los operadores entierra. Y lo que es ms importante, se precisa sustituir la capacidad de observacin visual del

piloto y su capacidad de analizar la situacin y tomar decisiones por una capacidadequivalente obtenida mediante sensores embarcados de observacin del entorno y

procesadores para calcular trayectorias y establecer posibles soluciones en caso de conflictoo riesgo de colisin con otras aeronaves (Sistemas de Sense and Avoid). Por todo ello se hacenecesario regular el sistema fsico del UAS (plataforma area, equipamiento y carga til,estaciones de control en tierra, sistemas de lanzamiento y recuperacin etc), estableciendolos requisitos necesarios para contrastar su nivel de seguridad fsica.

2.2. Oportunidad de negocio

Los UAVs son una de las reas dentro de la industria aeronutica con mayor potencial decrecimiento, lo que se demuestra en el hecho de que su uso se ha multiplicado por cuatro enapenas seis aos. En comparacin con los vehculos tripulados, estas aeronaves son msmaniobrables y sus costes de explotacin pueden ser inferiores. Adems, con ellas se puedeevitar el riesgo inherente a los vuelos tripulados en entornos hostiles, en condiciones devuelo con escasa visibilidad o, en general, con condiciones climatolgicas adversas. Haynumerosas razones para desarrollar el negocio de los UAVs en Espaa, entre ellas destacan:

La intencin de ubicar el centro de excelencia de UAV de EADS en Espaa, que esuno de los objetivos que se marc el Gobierno en el reciente Plan estratgico delsector para el periodo 2008-2016.

La construccin en Villacarrillo (Jan) del Centro de Vuelos Experimentales Atlas,que es la primera instalacin en Espaa dedicada a experimentar con tecnologas ysistemas de aviones no tripulados, con objeto de servir como trampoln de latecnologa en Espaa.

Potenciales usos de estos sistemas en Espaa son los campos de: agricultura, gestinde agua y acuferos, medioambiente, vertidos, urbanismo y catastro, vigilancia defronteras, lucha contra el fuego, gestin del trfico terrestre, etc.

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Concepto de UAV/UAS


El modelo de negocio del mercado de los UAV/UAS se basa en la capacidad de realizarsistemas a medida para cubrir necesidades concretas del clienteen muy diversos mbitos,aprovechando el uso de las tcnicas de inteligencia artificial.

2.2.1. El sector de los UAS en Espaa

En Espaa existen numerosas empresas y universidades que estn trabajando en este campoe industrias que fabrican elementos para estos vehculos a escala internacional, por lo quecuenta con infraestructuras y personal tcnico y graduado suficiente para albergar cualquierdesarrollo de fabricacin y operacin de UAVs. Los sistemas areos no tripulados tienen unautilidad potencial para varios organismos del Ministerio de Interior como la DireccinGeneral de Trfico o las Fuerzas y Cuerpos de Seguridad del Estado.

Espaa cuenta con numerosas empresas que han sido capaces de realizar una importanteexpansin internacional y de integrarse en consorcios y proyectos europeos, y que participan

continuamente en propuestas de I+D europeas. El Instituto Nacional de TcnicaAeroespacial (INTA) es el pionero en Espaa en el campo de los UAVs, principalmente atravs de su UAV tctico pesado Sistema Integral de Vigilancia Area (SIVA).Adems,destacan programas como elAtlante y el Talarion:

El Atlante (Avin Tctico de Largo Alcance No Tripulado Espaol) es un sistematctico pesado para misiones de inteligencia, vigilancia y reconocimiento diurnas ynocturnas desarrollado por EADS que, por ahora, est siendo financiado por elCentro para el Desarrollo Tecnolgico Industrial (CDTI) y en el que participan comosubcontratistas Indra, GMV y Aries.

El Talarion es un proyecto impulsado por los gobiernos de Espaa, Francia yAlemania y que tiene a EADS como contratista principal. Es un UAV de granalcance y alta velocidad que tiene como principal ventaja que podr volar en elespacio areo europeo sin restricciones. Entre otras empresas espaolas que apuestanfuerte por este mercado se encuentran Aerovisin, Indra y Sener. En la actualidad,este proyecto est parado debido a la fuerte inversin necesaria para hacer frente aeste proyecto pero inviable en tiempo de ajustes econmicos.

2.3. Sistemas de Instrumentacin y Control de Vuelo

El sistema de instrumentacin y control de vuelo (denominado autopiloto o pilotoautomtico) se ocupa de adquirir la informacin sobre la zona que sobrevuela la plataformade vuelo mediante diversos sensores de comportamiento, posicionamiento y altitud, ademsde ejecutar el cdigo necesario para controlar tanto la estabilidad como la posicin del UAVacorde a lo captado por los sensores.

Los elementos que componen este sistema son, por tanto, la CPU y los sensores:

CPU: Procesa la informacin de los distintos sensores y ejecuta los algoritmosnecesarios para la ejecucin de las maniobras que permiten a la aeronave mantener el

plan de vuelo definido de manera estable. Puede localizarse a bordo o en tierra,teniendo en cuenta que, si sta se sita a bordo, se pueden procesar los algoritmos a

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una velocidad ms alta y, adems, se evitan posibles problemas derivados de losenlaces de comunicacin. Sin embargo, tambin ha de tenerse en cuenta el peso que

puede soportar la aeronave a la hora de decidir si situar la CPU a bordo o en tierra.Normalmente esta CPU se complementa con un sistema de medida inercial, enadelante IMU (Inertial Measurement Unit) que proporciona medidas con un alto

ancho de banda de aceleracin y velocidades de rotacin.

SENSORES: Si un UAV va a volar autnomamente, ste debe ser capaz deadministrar la informacin sobre su estado para ejecutar los algoritmos necesarios

para el control. Dependiendo del tipo de vehculo y su misin, estos requisitos varan.Sin embargo, los sensores bsicos del UAV se pueden dividir en tres grupos:sensores de comportamiento (girscopo, magnetmetro, acelermetro, etc.), sensoresde posicionamiento (GPS, brjula, etc.) y sensores de altitud (GPS, sonar, radar,laser, barmetro, etc.).

Figura 2.1: Arquitectura del sistema de un UAV.

2.3.1. Sistema de control de vuelo

El principal requerimiento de un UAV es el Sistema de Control de Vuelo (FCS), o pilotoautomtico. Al inicio, los UAVs se pilotaban mediante control remoto pero a medida que lasvelocidades y alcances de stos se aumentaban, se desarroll un mtodo ms prctico, el

control automtico.

Hasta mediados de los aos 90, los sensores para implementar el piloto automtico delos UAVs eran grandes y caros. Se utilizaban dos tipos de sensores, precisos pero pesados,grandes y costosos, para mantener el avin controlado (horizonte artificial):

Giroscopios mecnicos Medidores de velocidad

A partir de entonces, apareci un tipo de sensores miniaturizado (MEMS o MicroElectro Mechanical Sensors), fabricados con la misma tecnologa con la que se fabrican loschips y con capacidades similares a los giroscopios mecnicos y medidores de velocidad.Los sensores MEMS tienen un tamao milimtrico, estn dotados de muy alta fiabilidad y

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tienen un costo reducido. De este modo, mediante sensores tipo MEMS se han podidodisear e implementar pilotos automticos de dimensiones reducidas.

El mercado de sistemas de control de vuelo implementado con MEMS es muy reciente ypor lo tanto, existen pocas empresas a nivel mundial que ofrezcan sistemas completos de

control de vuelo y lo comercialicen. Las empresas que disean y fabrican UAVsnormalmente no desarrollan sistemas de control de vuelo. Ellas compran el FCS adistribuidores y lo modifican, adaptndolo a sus vehculos y necesidades. Los clientes decontrol de vuelo son particularmente sensibles a la fiabilidad del sistema. El alto valor de losaviones, al igual que la posibilidad de daos en tierra, avala dicha sensibilidad.

El mercado de sistemas de control se caracteriza por:

Se beneficia del crecimiento exponencial del mercado de UAVs ya que losfabricantes de UAVs no suelen disear sistemas de control de vuelo.

Hay pocos competidores y con poca experiencia (5 o 6 aos). Los compradores de FCS, les hacen modificaciones para adaptarlos a susaplicaciones y necesidades.

2.3.2. Modos de control de un UAV

Segn su modo de control, tenemos 3 tipos:

Autnomo: Modo de control de un UAV donde se espera que el vehculo realice sumisin dentro del mbito programado, con slo un monitoreo desde tierra. El modode control incluye la operacin automtica completa, funciones autnomas(despegue, aterrizaje, evitacin de colisiones, control de altura, etc.) y operacininteligente.

Semiautnomo: Modo de control de un UAV donde el piloto realiza cambios yconduce la misin a travs de una interfaz de administracin del vuelo. Sin estainformacin el UAV realizar operaciones automticas pre-programadas. Puede o noincluir algunas funciones completamente autnomas (despegue, aterrizaje, evitacinde colisiones, control de altura, etc.).

No autnomo: La totalidad del control del vehculo se realiza remotamente.

2.3.3. Sistema de comunicaciones

Las comunicaciones en el presente proyecto se utilizan bsicamente para la transmisin yrecepcin de datos:

Entre la plataforma de vuelo y la estacin de control, formando un enlace detelemetra.

Entre la plataforma de vuelo y la estacin de monitorizacin de imgenes, formandoun enlace de datos.

2.3.3.1. Enlace de telemetra

Se utiliza el sistema de comunicaciones inalmbrico, GPRS, basado en la conmutacin porpaquetes. Pertenece a la generacin 2.5G, por ser el resultado de la evolucin de GSM (2G)

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y representar un paso hacia los sistemas 3G. Es una tecnologa superpuesta a lainfraestructura GSM existente, ya que nicamente requiere algunas modificaciones sobre lared GSM para permitir la conexin de datos y transmitir paquetes de informacin va radio,utilizando el protocolo IP.

GPRS opera en la banda de VHF a 900MHz y por tanto, requiere licencia para suoperacin. La velocidad que proporcionan los terminales GPRS (cuando estn a mximorendimiento) es de 128 kbps. Una de las aportaciones ms importantes de GPRS es permitirla posibilidad que la estacin de control y la plataforma de vuelo tengan una conexin

permanente.

2.3.3.2. Enlace de datos

Se utiliza el protocolo inalmbrico 802.11, WiFi, para redes de rea local que opera en labanda UHF a 2,4GHz. No requiere licencia para su utilizacin. La velocidad de transmisines variable en funcin de las especificaciones, siendo el rango operativo de 11-54Mbps. El

alcance vara en funcin de la potencia de transmisin y el medio de propagacin, llegando aser 50Km mediante enlaces punto a punto.

2.3.4. Sistemas de sense and avoid

La funcin de observacin del espacio areo cercano para evitar obstculos y conflictos entretrayectorias, se denomina genricamente Sense and Avoid, e implica dos accionesclaramente diferenciadas:

La funcin Sensese refiere a la observacin del intruso, para obtener la mxima

informacin sobre sus caractersticas y rgimen de vuelo (en el mejor de los casos laidentificacin del vuelo, posicionamiento, rumbo y su velocidad). En vuelostripulados visuales VFR (Visual Flight Rules), esta funcin se realiza a simple vista ya travs de enlaces va radio. En vuelos IFR (Instrumental Flight Rules) o VFRN(Visual Flight Rules Night) se precisan sistemas de ayuda a la visin del piloto.

La funcin Avoidse encarga de analizar y procesar la informacin proporcionada porel Sense, decidir si el trfico detectado es o no conflictivo (si existe riesgo de colisino no) y en caso afirmativo, proponer al piloto (que en caso de los UAS estar en laestacin de tierra, como piloto al mando) o ejecutar de modo autnomo, las accioneselusivas necesarias para asegurar la adecuada separacin de trfico. Este proceso

puede realizarse de modo natural o con ayuda de procesadores con los algoritmos de

anlisis apropiados para ayudar a la toma de decisiones del piloto.

En realidad, el sistema de Sense and Avoid debe llevar a cabo dos modos diferenciadosen lo que a separaciones entre aeronaves se refiere: modo de evitacin de una posiblecolisin (collision avoidance mode) y modo de mantenimiento de la separacin (separationmode). En el modo de evitacin de una posible colisin el Sistema de Sense and Avoid actaa corta distancia y deber ser capaz de detectar trfico conflictivo con el suficiente tiempo deantelacin como para llevar a cabo una maniobra elusiva, entendiendo por trfico conflictivoaqul cuya trayectoria prevista pasara a 500 pies o menos del UAS, verticales uhorizontales. En el modo de separacin el Sense and Avoid permitir el mantenimiento delas adecuadas distancias mnimas con el resto del trfico, IFR o VFR. Este modo acta a mslarga distancia del intruso. Pero no siempre es posible este dilogo coordinado, pues bastaque una de las aeronaves no disponga de ningn sistema para anunciar su presencia, para que

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las dems aeronaves no puedan activar sus sistemas Sense and Avoid cooperativos. Se hablaentonces de modo no cooperativo o trfico no cooperat ivo, lo que implica que cadaaeronave debe detectar por sus propios medios, la presencia del intruso y sus caractersticasde vuelo para poder actuar en consecuencia.

Como se ha mencionado anteriormente, la regulacin emitida hasta ahora en relacin a laintegracin de UAS es escasa y ms en lo que se refiere a los sistemas de Sense and Avoid

para UAS, limitndose a requerir el cumplimiento de las Reglas del Aire y derechos de pasoah establecidos, as como las especificaciones de Eurocontrol contenidas en el EurocontrolSpecifications For The Use Of Military UAV as Operational Air Traffic Outside SegregatedAirspace que se resumen a continuacin:

Los UAS deben cumplir las reglas del aire de la misma manera que aplican al restode usuarios del espacio areo.

El sistema Sense and Avoid debe alcanzar un nivel de seguridad equivalente al deuna aeronave tripulada.

El piloto al mando del UAS deber utilizar la informacin de vigilancia para ayudarlea conseguir la distancia de separacin y evitar la colisin.

Adicionalmente, se deber proporcionar asistencia tcnica al piloto al mando que le

permita mantener VMC (Visual Meteorologycal Conditions) y detectar y evitartrfico conflictivo. El sistema Sense and Avoid debe contemplar un modo automticode operacin que debe evitar la colisin y asegurar la distancia de separacin en casode prdida de enlace de datos de control.

El sistema Sense and Avoid debe ser compatible con ACAS (Airborne CollisionAvoidance System) y cuando inicie una maniobra de evasin autnomamente deberaalcanzar distancias de separacin similares a las diseadas para el ACAS.

De estas especificaciones bsicas se deducen una serie de caractersticas del Sense andAvoid para UAS, en cuanto a sus interfaces externas:

El sistema Sense and Avoid debe ser un sistema embarcado en el UAS, pues de otraforma no podra ser autnomo.

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El sistema deber estar conectado con su estacin de control en tierra para poderasistir al piloto al mando, envindole la informacin de los posibles intrusos quedetecten sus sensores y su posible peligrosidad en funcin de la trayectoria que sigany su proximidad.

El Sense and Avoid debe estar comunicado al FMS (Flight Management System), al

objeto de disponer de informacin para una correcta prediccin de las situacionesconflictivas (al menos la posicin y la velocidad del UAS).

El sistema Sense and Avoid deber calcular una posible maniobra de evasin quedeber ser compatible con las limitaciones y actuaciones propias del UAS y acordescon las actuales condiciones de vuelo.

Del sistema de comunicaciones se requiere conocer si se ha perdido o no el enlacecon la estacin de control en cuyo caso el sistema deber poder funcionar en modoautnomo.

El sistema Sense and Avoid deber, caso de detectarse una situacin conflictiva,proporcionar informacin a otros sistemas, como el FMS para ejecutar la maniobra

de evasin calculada, as como al piloto al mando en tierra para la aprobacin ocancelacin de la maniobra.

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Integracin de UAS en el espacio areo no segregado


3. Integracin de UAS en el espacio areo nosegregado

La premisa bsica para la integracin del UAS, en la que estn de acuerdo todas lasiniciativas y estudios que se han realizado o estn en desarrollo actualmente, es que dichaintegracin deber ser compatible con la doctrina emitida por las diferentes autoridadesaeronuticas que afectan a las aeronaves tripuladas. As, la Agencia Europea de la SeguridadArea (EASA) dictamin en 2004 como requisito bsico, que los UAS Estn actualmente

sujetos a las disposiciones de aeronavegabilidad y ambientales de la Comunidad si su masaes igual o superior a 150 kg. En vista de las posiciones expresadas por todos losinteresados, la Agencia opina que hay que mantener la situacin actual para que nicamentese encuentren sujetas a la legislacin comunitaria la aeronavegabilidad y las operaciones delos UAV que pesen ms de 150kg. Como sus actividades tienen las mismas caractersticasque las de otras aeronaves, se considera que tales aeronaves deben estar sujetas a los

mismos requisitos que cualquier otra aeronave que desempee la misma actividad.

De nuevo la EASA, en el Advance Notice of Proposed Amendment (NPA) N 16/2005denominado Policy for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Certification, estableci en 2005como postulados o principios mnimos que: Las normas reguladoras sobreaeronavegabilidad no debern ser menos exigentes que las aplicables a la aviacinconvencional, ni por el contrario penalizar a los UAS con requisitos ms exigentes por el

simple hecho de que sean tecnolgicamente alcanzables:

Las operaciones de UAS no deben incrementar el riesgo al resto de usuarios delespacio areo o a terceras partes.

Los operadores de UAS deben operar manteniendo los acuerdos o disposicionesexistentes.

Las bases legales deben quedar claramente definidas de modo similar a lasestablecidas para la aviacin convencional.

La provisin de servicios de ATS (Air Traffic Service) al UAS debe ser transparentea los controladores areos y a otros usuarios del espacio areo.

Por otro lado, la JAA (Joint Aviation Authorities) y Eurocontrol recomiendan que: El UAS deber alcanzar un Nivel Equivalente de Seguridad al de las aeronaves

tripuladas.

Las operaciones del UAS no incrementarn el riesgo para otros usuarios del espacioareo.

Se aplicarn al UAS los mismos procedimientos ATM (Air Traffic Management)quepara aeronaves tripuladas.

Los Servicios de Trfico Areo proporcionados al UAS debern ser transparentes alos controladores del ATC (Air Traffic Control).

Se aplicarn al UAS las mismas Reglas de Vuelo que al resto de usuarios del espacioareo del que se trate.

Finalmente el DoD norteamericano, en su Airspace Integration Plan for UnmannedAviation de Noviembre de 2004, indica que la visin del OSD (Office of Secretary ofDefense) es la de disponer de UAS convenientemente equipados para mantener un nivel deseguridad equivalente al de las aeronaves pilotadas.

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En operaciones militares, el UAS operar con aeronaves tripuladas, utilizando conceptosde operacin que permitan que dicha operacin sea transparente a las autoridades detrfico areo y a los reguladores del espacio areo.

Todos estos requisitos bsicos pueden reducirse a dos: Nivel de seguridad en la operacin equivalente a la exigida a la aviacin

convencional. Transparencia frente al sistema de Gestin y Control de Trfico Areo. La medida de

la seguridad de la plataforma se determina a travs del concepto deaeronavegabilidad, que afecta al propio diseo de la aeronave.

Normalmente se habla de tres pilares bsicos en los que se apoya la integracin: Aeronavegabilidad Cualificacin de operadores y personal de mantenimiento

Reglas del Aire

Figura 3.1: Pilares de la integracin en el espacio areo no segregado.

3.1. Certificacin de aeronavegabilidad

La Certificacin de aeronavegabilidad es, como se ha dicho, una condicin indispensablepara posibilitar la integracin de los UAS en el espacio areo. Por ello, se ofrece acontinuacin un resumen de los aspectos ms significativos asociados a este concepto.

La aeronavegabilidad se define como la capacidad de una aeronave, o de un sistema oequipamiento embarcados, de operar en vuelo o en tierra sin riesgo para la tripulacinembarcada o en tierra, los pasajeros (si es aplicable), otros usuarios del espacio areo oterceras partes. En otros trminos se puede definir la aeronavegabilidad como el conjuntode pruebas y certificaciones que aseguran que un determinado diseo aeronutico tiene lascaractersticas adecuadas para poder ser operado con seguridad o en otros trminos:navegacin segura dentro de su envolvente de vuelo de diseo.Es decir, que se verifica elestndar de seguridad de la aeronave (valoracin del nivel de seguridad asociado a todos ycada uno de los sistemas que componen la aeronave y a la integracin de los mismos), para

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llevar a cabo el tipo de operacin para el que ha sido diseada. Esta capacidad es certificadapor las autoridades aeronuticas apropiadas, a travs de reglamentaciones y normativasinternacionalmente aceptadas.

3.1.1. Proceso general de certificacin

El fabricante o la organizacin responsable del diseo aeronutico que se pretende certificar,presenta el diseo y el uso que se le pretende dar, a la autoridad de aeronavegabilidad quecorresponda (en Espaa, DGAC para aeronaves civiles y la DGAM para las militares).

Posteriormente, solicita a dicha autoridad el inicio del proceso de certificacin, para fijarconjuntamente las bases de certificacin o cdigos de aeronavegabilidad a utilizar, es decir,seleccionar el conjunto de normas a las que deber someterse el producto y finalmente senegocia con la autoridad el plan de certificaciones la lista de prrafos aplicables de la normay el mtodo seleccionado para demostrar que el diseo cumple con las bases de certificacin

seleccionadas. Esta prueba de cumplimiento debe realizarse a travs de los ensayos decertificacin correspondientes. Estas pruebas pueden llevarse a cabo pordeclaracin/verificacin de diseo, por clculo, por ensayo o por analoga o semejanza.

Figura 3.2: Pasos a seguir para la obtencin del certificadode aeronavegabilidad.

3.1.2. Certificacin UAS

El conjunto de normas utilizadas para la certificacin de aeronavegabilidad de undeterminado diseo es lo que se denomina cdigo de aeronavegabilidad y est constituido

por la normas FAR (de la FAA norteamericana) o las CS de EASA (antiguas JAR de laJAA). Este sistema de certificacin de la seguridad realizado a travs del cumplimiento dedeterminadas normas, est vigente para aeronaves convencionales y es aceptadointernacionalmente, pero no existe un cuerpo de normas equivalente para el caso de los UAS,con el inconveniente adicional de la gran cantidad de diseos y configuraciones distintas quese engloban dentro del concepto UAS. Los estudios que se han realizado al respecto sobre lanecesidad de dotar a los UAS de un conjunto de normas que permitieran su certificacin,

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concluyeron con la necesidad de no crear nuevas normas, ni modificar las ya existentes, sinocomplementarlas elaborando requisitos adicionales.

De todas las iniciativas que se han llevado a cabo en este tema, la que se ha consolidadoha sido el cdigo USAR (UAV System Airworthiness Requirements) basado en las normas

CS 23 de EASA, y desarrolladas en el mbito del grupo FINAS (Flight In Non-SegregatedAir Space), grupo de trabajo generado dentro del JCGUAV (Joint Capability Group onUAV) de la OTAN. Este cdigo de aeronavegabilidad se ha publicado como STANAG 4671(Unmanned Aerial Vehicles Systems Airworthiness Requirements), y est actualmente enfase de ratificacin por las naciones miembros.

3.2. Certificacin de operadores y mantenimiento

La regulacin relativa a la cualificacin de las tripulaciones y el personal de mantenimientode aeronaves tripuladas convencionales se da en las JAR FCL (Flight Crew Licences) enEuropa y en el 14 CFR Parts 61, 63, 65 y 67 en USA. Estos documentos definen losestndares de cualificacin para asegurar que, adicionalmente al mantenimiento de laaeronavegabilidad de la plataforma, la tripulacin tambin ha sido instruida por unaautoridad competente, a travs de un programa adecuado y que se mantiene un proceso deformacin continuada.

En relacin a la organizacin de mantenimiento, en la aviacin convencional, losrequisitos correspondientes estn recogidos en las JAR 145, los correspondientes a lasorganizaciones de adiestramiento en el mantenimiento estn recogidos en las JAR 147 y loscorrespondientes a los tcnicos de mantenimiento, en las JAR 66. Para UAS no se prevn

grandes desviaciones sobre lo establecido para aeronaves tripuladas, no obstante el grupoFINAS ha elaborado un borrador de estndar relativo al adiestramiento de los operadores delUAS, el STANAG 4670 (Recommended Guidance for the Training of Designated UAVOperator DUO), tambin en fase de ratificacin.

3.3. Reglas del aire para UAS

La situacin del UAS frente a otro trfico areo, en las diferentes condiciones de vuelo, seresume en la tabla adjunta. Entre las iniciativas reguladoras sobre la integracin de UAS enel espacio areo no segregado, la ms significativa es el desarrollo de las Specifications for

the use of Military Unmanned Aerial Vehicles as Operational Air Traffic Outside SegregatedAirspace.

Tabla 3.1: Situacin de los UAS frente al trfico areo.

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Estas especificaciones, publicadas en 2006 por un grupo de trabajo denominadoEurocontrol UAV-OAT-TF, estn centradas en las relaciones entre el UAS y el ATM deltrfico areo militar, como trfico areo operativo (OAT), no general y se complementarcon los estudios que otras agencias estn llevando a cabo sobre certificaciones,adiestramiento de tripulaciones, etc.

Estas especificaciones pretenden ser una adaptacin de las reglas del aire a los UAS ycomo tal, se interesan por las reglas de vuelo, las separaciones mnimas a mantener, el Senseand Avoid etc... Damos aqu las especificaciones ms caractersticas relativas a la reglas delaire y a la funcin de Sense and Avoid:

Especificacin UAV4: Los UAS debern asumir las reglas VFR e IFR del mismomodo que las aeronaves pilotadas en vuelos de OAT. Para vuelos VFR el piloto almando del UAS deber poseer la capacidad de evaluar las condicionesmeteorolgicas para el vuelo.

Especificacin UAV5: Los UAS se regirn por las mismas reglas de paso que el restode los usuarios del espacio areo.

Especificacin UAV6: Para vuelos OAT en IFR en espacio areo controlado, elaseguramiento de las distancias mnimas de separacin de realizar a travs de lasinstrucciones del ATC. No obstante pueden darse instrucciones adicionales paraeludir trfico conflictivo con aeronaves desconocidas.

Especificacin UAV7: Para vuelos OAT en VFR, el piloto al mando utilizar lainformacin de vigilancia disponible para ayudar a establecer la separacin mnima yla evitacin de trfico conflictivo. Adicionalmente se proporcionar asistencia tcnicaal piloto al mando para permitirle mantener condiciones VMC y detectar y evitartrfico conflictivo. Un sistema automtico deber proporcionar collision avoidance

en caso de prdida del enlace de comunicaciones de control de la aeronave . Especificacin UAV8: Un sistema de Sense and Avoid para UAV deber permitir al

piloto al mando del UAV el mantenimiento de la distancia de separacin y lasacciones de evitacin de trfico que son, normalmente ejecutadas por el piloto enaeronaves tripuladas, y deber llevar a cabo estas maniobras de evitacin en modoautnomo, si las medidas de mantenimiento de la distancia mnima no puedenejecutarse por cualquier razn. El sistema de Sense and Avoid deber permitiralcanzar un nivel equivalente de seguridad (ELOS) al de una aeronave pilotada.

Especificacin UAV9: El sistema de Sense and Avoid del UAV notificar al pilotoal mando cuando otra aeronave tenga previsto pasar a una determinada distanciamnima del UAV y deber hacerlo con el suficiente tiempo de antelacin para

permitir al piloto al mando del UAV maniobrar para eludir ese trfico al menos ala distancia declarada o, excepcionalmente, permitir al sistema embarcado maniobrarel UAV de modo autnomo.

Especificacin UAV10: Las funciones de proporcionar separacin y evitacin detrfico en un sistema de Sense and Avoid sern independientes la una de la otrasiempre que sea posible. En la ejecucin de dichas funciones, no debern interferirseentre ellas.

Especificacin UAV11: en el espacio areo controlado, en que el ATC proporciona laseparacin, la separacin mnima entre UAVs operando en condiciones IFR y otrotrfico operando en IFR deber ser, al menos, la misma que para aeronaves tripuladasvolando como OAT en la misma clase de Espacio Areo.

Especificacin UAV12: cuando el piloto al mando del UAV sea responsable demantener la separacin, esta deber ser, excepto en operaciones en entorno

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aeroportuario, de al menos 0,5 NM lateralmente y 500 pies verticalmente, entre elUAV y cualquier otro usuario del espacio areo, independientemente de cmo sedetecte el trfico conflictivo y de si ha sido anunciado o no por un sistema de Senseand Avoid.

Especificacin UAV13: cuando un UAV inicie una maniobra de evasin de trfico en

modo autnomo, deber alcanzar las mismas distancias seguras que las indicadaspara el ACAS. El sistema deber ser compatible con ACAS.

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Arquitecturas


4. Arquitecturas

Sobre la clasificacin o categorizacin de UAS, no existe un criterio nico einternacionalmente aceptado, aunque para UAS de uso militar, el JCGUAV de la OTAN,

consciente de que es preciso unificar el lenguaje para facilitar tanto los procesos deestandarizacin como el uso compartido o combinado de los UAS, ha propuesto unaclasificacin basada en el MTOW (peso mximo al despegue) y diferentes categorizaciones

basadas en el uso del UAS y su perfil de vuelo.

El espacio areo comprendido entre los 3.000 pies y los 60.000 pies est ocupado porlos UAS denominados de Clase III (MALE/HALE), siendo estas las categoras msafectadas por la necesidad de integracin en espacio areo.

Figura 4.1: Clasificacin de los UAV segn la altitud y distancia de la misin.

En otras clasificaciones se habla de Short Range (SR), Close Range (CR) o MediumRange (MR) equivalentes a los Clase I (Micro, Mini o Small), actuando por debajo de los1.200 pies Por ltimo los denominados Clase II o tcticos suelen operar con un techo deaproximadamente 3.000pies y al lmite de la lnea de visin.

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Arquitecturas


La tabla adjunta resume esta categorizacin y clasificacin propuesta:

Tabla 4.1: clasificacin propuesta por la JCGUAV.

Los lmites entre las clases definidas, responden a los siguientes criterios:

El lmite de 650 Kg responde al MTOW (Maximum Take Off Weight) de la categorade aviacin deportiva. El lmite de 150 Kg responde al lmite inferior del MTOW propuesto en diferentes

mbitos (NATO o Eurocontrol) para requerir certificaciones de aeronavegabilidad. El lmite de 3.000 pies responde a la altitud AGL (Above Ground Level) mnima para

vuelos VFR (Visual Flight Rules). El lmite de 1.200 pies responde al lmite superior del espacio areo no controlado de

clase G.

Otras categorizaciones, como la realizada por el DoD norteamericano, atienden no tantoal MTOW, como al grado de similitud del UAS con las aeronaves convencionales a las queactualmente se aplica el Ttulo 14, parte 91 de las CFR (Code of Federal Regulations) de laFAA, denominado General Operating and Flight Rules o Reglas del Aire.

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Arquitecturas


Categora I: UAS similares a los aeromodelos radiocontrolados y estn cubiertos porla AC 91-57 de la FAA, denominado Model Aircraft Operating Standard. EstosUAS pequeos estn normalmente limitados a operaciones LOS. Ejemplos:Pointer, Dragon Eye.

Categora II: aeronaves no convencionales, para llevar a cabo operaciones o misionesespeciales. Los operadores deben demostrar la apropiada cualificacin. Estos UAS

pueden desarrollar operaciones rutinarias bajo una serie de requisitos especiales.Ejemplos: Pioneer, Shadow.

Categora III: aeronave capaz de utilizar cualquier clase de espacio areo, de acuerdoa la 14 CFR Part 1. Requieren certificacin de aeronavegabilidad tanto la plataformacomo los operadores. Generalmente estos UAS tienen capacidad de realizaroperaciones BLOS. Ejemplos: Global Hawk, Predator.

Figura 4.2: Clasificacin de los UAV segn su modo de control, aplicacin, tamao y peso y suuso y diseo.

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Arquitecturas


4.1. UAV de despegue no vertical

Dentro de las clasificaciones de los distintos UAV que podemos encontrar, tenemos aquellasegn el tipo de despegue y por consiguiente segn el tipo de sustentacin de la aeronave:

Figura 4.3: Clasificacin de los UAV segn el tipo de despegue.

4.1.1. Ala fija

Su principal ventaja es la facilidad de control y guiado as como su alta fiabilidad adiferentes altitudes y condiciones meteorolgicas. El inconveniente ms notable es su faltade maniobrabilidad en espacios reducidos. Por ello se hacen especialmente adecuados paramisiones en espacios amplios a cortas y medias distancias del punto de partida.

Figura 4.4: UAV de ala fija de despegue por lanzadera.

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Arquitecturas


4.1.2. Ala flexible

El UAV de ala flexible tiene como principales ventajas su altitud del vuelo (unos 5000metros), tiempo largo de la travesa, amplia gama, pequeo volumen y peso ligero. Susaplicaciones van desde usos en agricultura y meteorologa hasta sectores de la proteccin

contra incendios.

Figura 4.5: UAV de despegue no vertical de ala flexible.

4.2. UAV de despegue vertical (VTOL)

En contraposicin con los UAV de despegue no vertical, tenemos los de despegue yaterrizaje vertical o VTOL (Vertical Take Off and Landing). Estos se componen de losmodelos de ala rotatoria (helicpteros) y multirotores (quadcopters, hexacopters, etc...).

4.2.1. Ala rotatoria

Los helicpteros son sin duda uno de los vehculos ms utilizados en labores de inspeccin ovigilancia. Su gran ventaja es la realizacin de vuelo estacionario, con alta capacidad demaniobrabilidad en entornos reducidos. Por el contrario, presentan gran dificultad de control.Son adecuados para inspeccin y vigilancia en entornos de tamao reducido (centenas de

metros o algn kilometro).

Figura 4.6: UAV de despegue vertical de ala rotatoria.

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4.2.2. Multirotor

Al igual que los helicpteros son capaces de realizar vuelo estacionario en entornos muyreducidos. La gran desventaja es la poca autonoma y su difcil control.

Figura 4.7: Quadcopter y hexacopter UAV.

4.2.3. Auto-sustentados

Esta plataforma destaca por su estabilidad en el aire, ya que es un vehculo que flota por smismo y posee una gran autonoma. Adems resultan fciles de controlar en entornosclimticos adecuados, pero son muy sensibles al viento. En su contra se resalta la reducida

relacin capacidad de carga / volumen. Son muy adecuados para tareas de interiores en lasque prima la seguridad, como puede ser grabaciones en puntos elevados para vigilancia.

Figura 4.8: Dirigible UAV.

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Tabla 4.2: Caractersticas de los UAV segn su arquitectura.

Tabla 4.3: Caractersticas de vuelo de los UAV segn su arquitectura.

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4.3. UAVs comerciales

Se han encontrado una gran variedad de suministradores de UAVs tanto de ala fija comorotatoria de los cuales se han seleccionado tres agrupados en dos grupos:

Grupo Acrey Airelectronics: Alquiler y venta de UAVs de ala fija y rotatoria dealcance cercano, kits completos y venta de equipos electrnicos de comunicacin,control y sensado adems de software especializado para control de vuelo ymodelado de imgenes.

USOL(Unmanned Solutions): alquiler y venta de UAVs de alcance medio y sistemascompletos.

4.3.1. Hexacptero Aibotix (Grupo Acre)

El grupo Acre proporciona un hexacptero muy interesante, el Aibotix 6, el cual ya tieneincluidos todos los sistemas necesarios para el control de vuelo y las comunicaciones,equipos que veremos posteriormente en el captulo siete (Equipos Electrnicos de Control yComunicaciones). Simplemente hay que instalar el equipo de sensado adecuado a la misin:

Figura 4.9: Hexacptero Aibotix 6 montado con una cmara termogrfica T640 de Flir y microcmara SMART con DSP.

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CARACTERSTICAS

Longitud/anchura 3.4 pies

Altura 1.5 pies

Estructura/armazn Fibra de carbonoPeso 2.450 g

Peso mximo incl. peso mximocarga y una batera

Aprox. 5.000 g (dependiendo de la cargadisponible)

Carga mxima 2.500 g

Velocidad mxima 55.9 mph (90Kmh)Velocidad ascenso 22.4 mph (36Kmh)

Altitud/Altura de vuelo

Hasta 13123 pies sobre el nivel delmar hasta 6560 pies sobre el nivel del

suelo

Tiempo de vueloHasta 30 minutos (dependiendo de la

carga disponible)

Temperatura 32-104 F

SensoresGPS, giroscopio, 8 sensores

ultrasnicos, sistema de cmara smart conDSP

Control Tablet-PC (opcional)

Batera Litio polimrico 600010000 mA

Existe un paquete bsico que incluye los artculos: X6-BKP + X6-LVP por 32200mscaja de aluminio para transporte X6-BOX 900. Con esta configuracin sepueden hacer los

videos y las fotografas vindolas en la pantalla de la estacin base.

La versin profesional X6-BKPPV incluye el X6-BKP + X6-TAB + X6-GSSW + X6-LVP que seran 39900 . En esta opcin tambin habra que incluir, si es de inters, la cajade aluminio para transporte X6-BOX.

Ambos llevan la PLATAFORMA GIROESTABILIDAZADA que te permitir obtenerlas imgenes en posicin cenital, o en cualquier otra posicin ya que la plataforma se puedegirar en un rango de 90 y conservar esa posicin corrigiendo cualquier variacin debido almovimiento del hexacptero o del viento.
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4.3.2. Aeroplano Skywalker kit (Airelectronics)

El Kit Skywalker es la plataforma perfecta para comenzar en el mundo de UAVs. Estevehculo de bajo coste permite poner en el aire una carga de pago sin una gran inversin.

El avin est basado en materiales COTS (Solucin Comercial Lista para su Uso) y estadaptado para ser un UAV completo. La estructura de materiales compuestos y EPO hacedel avin un vehculo realmente ligero (1.3 kg sin carga de pago) y lanzable a mano. El bajo

peso permite realizar aterrizajes en casi cualquier superficie sin daar el fuselaje. La carga depago puede alcanzar un peso mximo de 1.2 kg, dotando al sistema de una gran relacincarga de pago/peso.

El cerebro del sistema es el ultra-probado U-Pilot, embebido en el fuselaje paramaximizar el volumen disponible para carga de pago. U-Pilot es adaptable a cualquier cargade pago y puede controlar cmaras de serie, incluyendo geo-referencia de la imagen.

Con un ordenador estndar, el sistema est listo para volar. El Kit Skywalker puedevolar de manera autnoma desde el despegue hasta el aterrizaje, de modo que el operador nonecesita experiencia previa. Mediante el ordenador, ejecutando U-See, el usuario puede

planificar, volar y modificar la misin del UAV en tiempo real. A continuacin se muestranun par de ejemplos de aplicacin.

CARACTERSTICAS

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Figura 4.10: Aeroplano Skywalker de Airelectronics.

4.3.3. Helicptero Benzine (Airelectronics)

El Kit Benzine es el punto de partida perfecto para trabajar con UAVs de ala rotatoria.Basado en el popular helicptero Vario Benzine RC y controlado por el hardwareembarcado U-Pilot (ver captulo 7.2), posee capacidad de vuelo autnomo y permite entrenaral personal en la operacin de UAVs de ala rotatoria sin arriesgar vehculos ms caros.Desde el despegue hasta el aterrizaje, U-Pilot guiar el UAV sin problemas. Todo el sistemase controla en tiempo real a travs de software U-See (ver captulo 7.3.2) en un ordenadorconvencional.

Equipado con una cmara, se convierte en un asequible UAV que puede examinar torresde alta tensin, observacin de cultivos, evaluacin de fuegos forestales, vigilancia area,etc.

Figura 4.11: Helicptero Benzine de Airelectronics.

Airelectronics recomienda el uso de un magnetmetro externo; Si se estn volandocuadricpteros o helicpteros, a menudo se desea que se queden en una sola posicin. ElGPS (slo puede calcular una direccin en un vector cuando se mueve hacia adelante) no

ser capaz de corregir la deriva en el derrapedel giro. El magnetmetro puede corregirloincluso cuando el vehculo no est en movimiento (Esttico).

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CARACTERSTICAS

4.3.4. Avin K-50 (USolUnmanned Solutions)

El K50 es el vehculo de menores dimensiones de la serie "K" de U-Sol. Con 50 kg de pesomximo al despegue y cuatro metros de envergadura ha sido desarrollado especialmente paracubrir las necesidades de centros de investigacin que quieran utilizar sistemas no tripulados

para la realizacin de ensayos en vuelo con un presupuesto contenido.

El K50 est construido con materiales mixtos: El fuselaje es de fibra de vidrio y las alas,de cuatro metros de envergadura, son de materiales compuestos. Dispone de un alternador dehasta 600 W, adecuado para alimentar equipos de experimentacin. Tiene una carga til de20 kg y una capacidad de 20 litros de combustible lo que le permite alcanzar hasta 5 horas deautonoma. Su precio ronda los 350000.

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Figura 4.12: Avin K-50 de Usol.

A diferencia de los otros UAV vistos anteriormente, este modelo no viene equipado conlos sistemas embarcados de control de vuelo y comunicaciones

En resumen, para tener un sistema funcional completo, se necesita adquirir, por lomenos:

Hardware de Aire. Hardware de Tierra. Licencia del software de tierra. Kit de instalacin para Hardware de Tierra y Aire. Si se trata de un vehculo de ala rotatoria, un magnetmetro externo. Adaptacin de los parmetros del autopiloto para la plataforma en concreto. La

complejidad de este proceso depende del vehculo a integrar. Curso de cinco das para obtener el certificado de usuario como operador cualificado

de nuestro sistema.

Los costes de adaptacin y formacin dependen en gran medida de la ubicacin dedestino y del sistema a integrar en particular.

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Aplicaciones de los UAS


5. Aplicaciones de los UAS

Las misiones o tareas encomendadas normalmente al UAS, tanto en su uso civil comomilitar, obedecen a lo que coloquialmente se conocen como misiones 3D: Dull, Dirty and

Dangerous, es decir misiones tediosas, en ambiente contaminado, o peligrosas. Lasmisiones militares ms representativas y extensas, responden bsicamente a las deInteligencia (de imgenes IMINT o de seales SIGINT), Vigilancia y Reconocimiento (ISR),Adquisicin de Objetivos (TA), o combinacin de ambas (ISTAR), Apoyo a la Artillera

para Adquisicin de Blancos, Correccin de Tiro y Evaluacin de Daos, Rel deComunicaciones, Guerra Electrnica (ESM, ECM, ECCM) o misiones ofensivas (para losUCAVs), como Supresin de Defensas Areas (SEAD), Apoyo Areo Cercano (CAS) etc.

Las misiones civiles suelen referirse a las de adquisicin y seguimiento de objetivos entareas de vigilancia de fronteras, labores de captacin de datos meteorolgicos uoceanogrficos, repetidor de comunicaciones, vigilancia y supervisin de lneas elctricas uoleoductos, vigilancia de amplias zonas en tareas de prevencin de incendios etc.,

5.1. Aplicaciones militares

Contar con un vehculo areo no tripulado puede ser til en misiones de reconocimiento,para planear tcticas, observar instalaciones desde el aire o realizar tareas de escolta a unconvoy militar. Son en particular especialmente interesantes las tareas de vigilancia defronteras y zonas de acceso restringido, con la posibilidad de establecer una patrulla

constante en la zona a proteger y realizar una deteccin automtica de las situaciones deriesgo, disparando una alarma de supervisin manual.

5.2. Aplicaciones civiles

Los beneficios de la aplicacin de este proyecto para la colaboracin con el medio ambienteson numerosos:Utilizable en zonas de valor ecolgico

Evita discurrir por dichas zonas con vehculos terrestres: menor emisin de ruido. Menor impacto durante la inspeccin: alimentacin elctrica. No emisin de gases efecto invernadero: reduccin de costes. Incremento de frecuencia de inspecciones: tamao menor. Reduccin del impacto en avifauna: no tripulado. Reduccin al mnimo de consecuencias en caso de accidente.

Entre las principales aplicaciones de UAVs civiles nos encontramos:

Control de trfico e inspeccin de carreteras, vas y lneas de transporte en general. Misiones de control de narcotrfico, misiones de bsqueda policial, fronteras y

terrorismo.

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Topografa: fotografa area con realizacin de mapas y deslinde de fincas (usocatastral).

Control de cosechas, agricultura y paisaje (estudio de suelos). Investigacin del entorno ecolgico y meteorolgico: cambio climtico, catstrofes

naturales y seguimiento. Localizacin de accidentes en lugares de difcil acceso. Gestin de crisis originadas por desastres naturales, como inundaciones o terremotos. Seguimiento de movimientos migratorios, recuento de animales, plagas y deteccin

de bancos de pesca. Rpida deteccin de incendios y el seguimiento de su evolucin. Inspeccin de lneas elctricas de alto voltaje. Comunicaciones de telefona mvil e Internet.

Tabla 5.1: Aplicaciones civiles ms comunes con el tipo de UAV adecuado.

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Los drones o UAV tienen un gran potencial en reas muy diversas, ya que puededesplazarse rpidamente sobre un terreno irregular o accidentado y superar cualquier tipo deobstculo ofreciendo imgenes a vista de pjaro y otro tipo de informacin recogida pordiferentes sensores.

Un sistema con mltiples robots UAV es ms robusto an, debido a la redundancia queesto ofrece. Permite la cooperacin en paralelo entre los drones, ayudndose unos a otros

para, por ejemplo, cubrir grandes reas en exteriores o crear redes de sensores mviles. Estosenjambres de vehculos areos no tripulados pueden desplegarse para realizar tareas de

bsqueda ante cualquier tipo de desastre natural, como terremotos o ataques terroristas,ayudando a localizar a personas que puedan necesitar ayuda.

A modo de ejemplo se exponen algunas de las aplicaciones donde los UAVs pueden sermuy tiles.

5.2.1. Bsqueda de personas desaparecidas:

El uso de varios helicpteros de forma automtica puede reducir considerablemente eltiempo de bsqueda. Uno o ms drones de tipo helicpteros pueden buscar personasdesaparecidas en lugares abiertos o de difcil acceso como zonas montaosas o nevadas. Elreducido tamao de estos UAV, permite tenerlos siempre disponibles en estaciones demontaa, reduciendo considerablemente el tiempo de bsqueda.

Figura 5.1: Bsqueda de personas desaparecidas mediante el uso de UAS.

El bajo coste de estos drones comparados con el coste de un helicptero tradicional loshacen idneos para esta tarea (un helicptero tradicional es al menos de 30 a 60 veces mscaro, y supone riesgo de vidas humanas, alto consumo de combustible, etc).

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5.2.2. Fotografa, vdeo y cartografa area:

Cualquier aplicacin que necesite captar imgenes desde el aire de forma sencilla y rpida.Existe un amplio mercado para estas aplicaciones: recuento de rboles en una finca afecta a

subvenciones, realizacin de fotografas y vdeos publicitarios de carcter comercial parainmuebles, campos de golf, hoteles, etc. En este campo se consiguen las siguientes ventajascon el uso de nuestros UAVs:

Reduccin general de precio, en especial frente a alternativas pilotadas.

Mejora de las prestaciones: mayor estabilidad (que permite mejores fotografas) sinrenunciar al dinamismo (renuncia propia de los zeppelines) y posibilidad devuelo a

bajas velocidades y cerca del suelo o de obstculos.

Simplificacin del proceso.

Automatizacin del proceso cuando es necesario fotografiar un rea ms grande.

Obtencin de mapas 3D de un terreno.

Reduccin del tiempo de trabajo.

Reduccin de los efectivos humanos necesarios: Una nica persona puede realizar eltrabajo.

Figura 5.2: Fotografa area mediante UAS.
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5.2.3. Prevencin y control de incendios:

En el campo forestal, los drones o UAVs permiten la supervisin constante, en horas de altoriesgo, de un rea boscosa, en busca de puntos activos o conatos de incendio. El vehculo notripulado puede supervisar una amplia zona boscosa desde el aire, sin riesgo de vidashumanas y reduciendo los costes comparado con los activos humanos necesarios paradesarrollar la misma tarea.

Adems, los UAV pueden trabajar de forma individual o en colaboracin (mediantetcnicas de swarm intelligence) en la coordinacin de retenes en caso de incendios, en ladeteccin de focos activos y en el estudio areo de la evolucin del fuego.

Figura 5.3: Control de incendios mediante el uso de UAS.

5.2.4. Otras aplicaciones

Infinidad de aplicaciones que pueden desarrollarse a medida para tareas concretas:

Medio Ambiente: Parametrizacin del ndice de contaminacin lumnica paraelaborar mapas de polucin lumnica y monitorizar la eficiencia de medidasecoenergticas; control y seguimiento de accidentes industriales con vertidos txicosen medios acuticos y terrestres; control de reas de depsito y almacenaje deresiduos industriales y de su tratamiento.

Agricultura: Control y monitorizacin del estado de los cultivos mediante imgenesmultiespectrales, control de la eficiencia de regados. Conteo y supervisin de

produccin agrcola subvencionada (por ejemplo, nmero de rboles).

Geologa: Realizacin de mapas geolgicos sedimentolgicos, mineralgicos ygeofsicos, control y monitorizacin de explotaciones mineras y su impactoambiental: movimientos de tierras, produccin de ridos, residuos metlicos, balsas
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de decantacin, etc. Determinacin y control a escala centimtrica de reas conriesgos geolgicos asociados o caracterizacin de zonas con riesgo de aludesutilizando imgenes multiespectrales para determinar la humedad de la nieve,cmaras trmicas para determinar su temperatura y tcnicas estereoscpicas paradeterminar grosores.

Construccin e inspecciones: Inspeccin de obras desde el aire. Estimacin deimpacto visual de grandes obras.

Control y anlisis de multitudes: Manifestaciones, conciertos, etc.

Investigacin de una escena de un crimen desde el aire: Accidentes de trfico.

Exploracin de lugares de difcil acceso: Cuevas, precipicios, etc.

Movilidad y Trfico: Grabacin y monitorizacin de la situacin del trfico.

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Equipos electrnicos de sensado


6. Equipos electrnicos de sensado

La arquitectura de un sistema de observacin area mediante UAVs est formada de cuatrosubsistemas independientes entre ellos a nivel de desarrollo y vinculados, entre s, a nivel

funcional. Los subsistemas son:

Plataforma de vuelo. Se compone del UAV y la carga til a bordo de ste (cmarasde alta resolucin y otros sensores). Se caracteriza por ser la encargada de sobrevolarla zona de inters y adquirir informacin.

Sistema de control de vuelo. Se compone de receptores GPS+EGNOS (EuropeanGeostationary Navigation Overlay Service) integrados en la plataforma en vuelo. Secaracteriza por ser el encargado de georeferenciar la informacin adquirida por la

plataforma en vuelo y contribuir al control del UAV.

Sistema de comunicaciones. Se compone de enlaces de comunicacin, va radio,entre la estacin de control y el vehculo areo no tripulado. Se caracteriza por ser elencargado de transferir la informacin adquirida por la plataforma en vuelo ygarantizar la comunicacin entre el centro de control y la plataforma de vuelo.

Sistema de Informacin geogrfica. Se compone de equipos capaces de realizar elanlisis grfico de la informacin adquirida mediante sensores a bordo de la

plataforma de vuelo e integrarla en una cartografa.

Figura 6.1: Subsistemas de un UAS.

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