Antenna GPS e GNSS per droni e UAV

I droni e gli UAV si affidano alla tecnologia GNSS per diverse applicazioni, dall’agricoltura di precisione e il rilevamento geospaziale alla gestione delle flotte e alla navigazione autonoma. L’antenna GNSS appropriata garantisce una ricezione del segnale affidabile, riduce al minimo le interferenze e migliora la precisione di posizionamento, in particolare in ambienti difficili.

Antenna GNSS elicoidale di Maxtena

Esistono diversi tipi di antenne GNSS che soddisfano esigenze operative specifiche. Le antenne patch, ad esempio, offrono soluzioni compatte e leggere ideali per l’integrazione con gli UAV, mentre le antenne elicoidali garantiscono una forte resistenza al multipath e prestazioni superiori in condizioni dinamiche. Le antenne multibanda possono migliorare la precisione sfruttando i dati di correzione RTK, rendendole essenziali per applicazioni ad alta precisione come la mappatura aerea e il rilevamento geodetico.

Antenna GNSS/GPS per applicazioni UAV specializzate

Le antenne GNSS per UAV sono utilizzate in diverse applicazioni, ciascuna delle quali richiede diversi livelli di precisione e affidabilità:

• Rilevamento e mappatura: le antenne GNSS ad alta precisione dotate di correzioni RTK consentono una raccolta precisa dei dati geospaziali dai droni di mappatura.
• Navigazione autonoma: gli UAV utilizzati nella logistica e nei trasporti si affidano a robuste antenne GNSS per un posizionamento affidabile.
• Navigazione marittima: gli UAV impiegati in ambienti marini utilizzano antenne GNSS resistenti alla corrosione e ad alte prestazioni per un funzionamento stabile.
• Gestione della flotta: gli UAV nella gestione della flotta beneficiano delle antenne di tracciamento GNSS per garantire il monitoraggio e il coordinamento in tempo reale.
• Difesa e operazioni militari: le antenne GNSS anti-jamming migliorano la sicurezza della navigazione degli UAV in ambienti ad alto rischio.

Tipi di antenne GNSS/GPS per UAV e veicoli senza pilota

La scelta dell’antenna GNSS appropriata per un drone o un veicolo senza pilota dipende da vari fattori, tra cui il peso, le dimensioni, le caratteristiche di ricezione del segnale e l’ambiente operativo. I diversi modelli di antenna offrono vantaggi unici in termini di precisione del segnale, resistenza alle interferenze e compatibilità con specifiche frequenze GNSS.

Antenna patch

Le antenne patch sono ampiamente utilizzate nei droni grazie alle loro dimensioni compatte, al peso ridotto e alla facile integrazione. Ricevono i segnali satellitari tramite una patch ceramica piatta su un piano di massa e funzionano al meglio in condizioni di cielo aperto, anche se in presenza di ostacoli possono verificarsi interferenze multipath. Sono ideali per i droni di piccole dimensioni, dove lo spazio e il peso sono limitati.

Antenna elicoidale

Le antenne GNSS elicoidali garantiscono una forte ricezione del segnale nelle operazioni dinamiche degli UAV con movimento costante e orientamento variabile. Il loro design elicoidale migliora la polarizzazione circolare e respinge le interferenze multipath, garantendo prestazioni stabili in ambienti urbani o accidentati, ideali per attività di precisione come il rilevamento e la ricerca e soccorso.

Antenna elicoidale quadrifilare

Le antenne elicoidali quadrifilari utilizzano quattro elementi elicoidali per migliorare la polarizzazione circolare e la stabilità del segnale. Mantengono forti connessioni satellitari durante operazioni dinamiche o ad alta quota con UAV, rendendole ideali per il telerilevamento, il monitoraggio atmosferico e la sorveglianza marittima.

Antenna a dipolo

Le antenne a dipolo sono omnidirezionali e forniscono una copertura GNSS a 360° e una ricezione stabile indipendentemente dall’orientamento dell’UAV. Ideali per i droni con frequenti cambi di direzione, sono ampiamente utilizzate nella gestione delle flotte, nel tracciamento in tempo reale e nelle operazioni autonome.

Antenna a collare

Le antenne a collare utilizzano anelli metallici concentrici per bloccare i segnali riflessi e ridurre le interferenze multipath, garantendo una ricezione GNSS precisa. Sebbene siano più grandi e pesanti, sono ideali per applicazioni RTK, geodetiche e UAV ad alta precisione, come rilevamenti e studi scientifici.

Antenna GPS anti-interferenza GAJT-310 di NovAtel

Antenna GNSS anti-interferenza

Le antenne GNSS anti-interferenza proteggono la navigazione degli UAV da interferenze intenzionali e non intenzionali utilizzando tecnologie avanzate di filtraggio, ricezione direzionale e soppressione. Comunemente utilizzate nella difesa, nelle forze dell’ordine e nelle infrastrutture critiche, mantengono un posizionamento affidabile in ambienti RF contesi. Tecniche quali il null-steering, il beamforming adattivo e il filtraggio spaziale aiutano gli UAV a resistere alle interferenze e garantiscono un funzionamento continuo in condizioni difficili.

CRPA (antenne a modello di ricezione controllato)

Le antenne a modello di ricezione controllato (CRPA) utilizzano più elementi e un’elaborazione adattiva per respingere le interferenze e le disturbi, ricevendo solo i segnali satellitari autentici. Ideali per gli UAV militari che devono affrontare spoofing o guerra elettronica, migliorano la precisione di posizionamento in ambienti difficili o urbani. Sebbene siano più complesse e consumino più energia, le antenne CRPA sono fondamentali per operazioni UAV sicure e ad alta precisione.

Antenna GNSS multibanda

Le antenne GNSS multibanda ricevono più bande di frequenza contemporaneamente, migliorando la precisione di posizionamento, riducendo gli errori di segnale e aumentando la resistenza alle interferenze. Supportando GPS, GLONASS, Galileo e BeiDou, sono ideali per i sistemi di correzione RTK e PPP che richiedono una precisione al centimetro. Comunemente utilizzate nella mappatura, nel rilevamento e negli UAV autonomi, le antenne multibanda sono diventate lo standard per le applicazioni professionali ad alta precisione.

Le configurazioni comuni delle antenne GNSS multibanda includono:

Antenna GNSS multibanda di Harxon

• Antenna GNSS L1/L2: supporta il funzionamento a doppia frequenza, riducendo gli errori ionosferici e migliorando la precisione di posizionamento per i droni RTK e di rilevamento.
• Antenna GNSS L1/L5: i segnali L5 offrono una potenza maggiore e una migliore resistenza alle interferenze, rendendoli ideali per l’agricoltura di precisione e la mappatura con droni.
• Antenna L1/L2/L5 o multi-costellazione: garantisce la massima precisione e affidabilità grazie all’accesso a una gamma più ampia di segnali satellitari.

Antenna GNSS attiva vs passiva per UAV

Le antenne GNSS per UAV possono essere attive o passive. Quelle attive includono un amplificatore a basso rumore integrato per potenziare i segnali deboli, ideale per gli UAV in ambienti ostacolati. Le antenne passive non dispongono di amplificazione, non consumano energia ma spesso necessitano di un amplificatore esterno. La scelta del tipo giusto, in base alla portata della missione, alla precisione e alla resistenza alle interferenze, garantisce prestazioni affidabili dell’UAV.

Considerazioni sulle prestazioni e l’integrazione delle antenne GNSS/GPS negli UAV

Compatibilità di frequenza e segnale

Antenna Iridium e GPS L1 di Southwest Antennas

Quando si seleziona un’antenna GNSS, gli ingegneri devono assicurarsi che sia compatibile con le bande di frequenza e le costellazioni satellitari richieste.

• Bande di frequenza: le antenne a doppia o multipla banda (ad esempio L1/L2, L1/L5) migliorano la precisione riducendo gli errori ionosferici.
• Supporto delle costellazioni: il GNSS multi-costellazione (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) migliora la ridondanza e l’affidabilità del segnale.
• Sistemi RTK e ad alta precisione: le antenne multibanda combinate con i servizi di correzione RTK o PPP consentono una precisione di posizionamento a livello centimetrico.

Guadagno e sensibilità dell’antenna

Il guadagno di un’antenna GNSS influisce sull’efficacia con cui riceve i segnali satellitari.

• Basso guadagno (0-3 dBi): adatto per piccoli UAV in condizioni di cielo aperto.
• Guadagno medio (3-5 dBi): bilancia prestazioni e peso per le operazioni generali degli UAV.
• Guadagno elevato (5+ dBi): offre una ricezione più forte in ambienti soggetti a interferenze, ma richiede un orientamento preciso.

Per gli UAV dinamici o ad alta velocità, le antenne ad alto guadagno con riacquisizione rapida migliorano la stabilità e riducono le interruzioni del segnale.

Montaggio e posizionamento

Le prestazioni dell’antenna dipendono in larga misura dal corretto posizionamento e integrazione:

• Visibilità del cielo: montare l’antenna sulla superficie superiore dell’UAV per una vista del cielo senza ostacoli.
• Riduzione al minimo delle interferenze: tenere l’antenna lontana da trasmettitori, telecamere ed ESC per ridurre le interferenze elettromagnetiche.
• Piano di massa: alcune antenne (ad esempio, i modelli patch) richiedono una superficie conduttiva per una ricezione ottimale.
• Isolamento dalle vibrazioni: utilizzare un supporto stabile e smorzato per evitare fluttuazioni del segnale durante il volo.
• Orientamento: le antenne direzionali (ad esempio elicoidali o CRPA) devono essere allineate con la direzione prevista del segnale per ottenere risultati ottimali.

Mitigazione delle interferenze

Le interferenze, siano esse naturali, ambientali o elettroniche, sono un fattore significativo che influisce sull’affidabilità del GNSS.

• Interferenze elettromagnetiche (EMI): utilizzare cavi schermati, antenne con filtro EMI e separarle dai dispositivi elettronici ad alta potenza.
• Interferenze multipath: implementare progetti resistenti al multipath, come antenne elicoidali, con anello di smorzamento o elicoidali quadrifilari.
• Anti-jamming e anti-spoofing: per UAV militari o ad alta sicurezza, utilizzare antenne attive o CRPA con null-steering adattivo o beamforming.
• Resistenza ambientale: scegliere antenne rinforzate e impermeabili (ad es. IP67/IP68) per operazioni in ambiente marino o in condizioni climatiche estreme.
  

  Antenna GNSS a doppia banda di Calian GNSS

Sfide operative comuni

Effetti canyon urbano: i segnali riflessi possono alterare la precisione; le antenne multiconstellazione e resistenti al multipath mitigano questo effetto.

• Volo ad alta velocità: le manovre rapide richiedono antenne con riacquisizione veloce del segnale e latenza minima.
• Ambienti dinamici: gli UAV in aree contese o con alta densità di radiofrequenze dovrebbero utilizzare sistemi GNSS anti-interferenza o adattivi.

Conformità e standard delle antenne GNSS per UAV

Le antenne GNSS negli UAV devono soddisfare rigorosi standard ambientali e normativi per garantire un funzionamento affidabile e la conformità legale nei settori civile, industriale e della difesa.

• DO-160G / MIL-STD-810: convalidare le prestazioni in condizioni di vibrazioni, urti e temperature estreme.
• IP67 / IP68: conferma la resistenza all’acqua e alla polvere per l’uso in ambiente marino e in condizioni difficili.
• FCC / CE: regola l’uso delle frequenze e la conformità dello spettro per i sistemi RTK e le stazioni base.
• ITAR: si applica alle antenne anti-jamming e CRPA soggette a controlli sulle esportazioni utilizzate in applicazioni di difesa.

Il rispetto di questi standard garantisce prestazioni affidabili e la conformità normativa nelle implementazioni di UAV.

Tendenze future nella tecnologia delle antenne GPS per droni

Con l’evoluzione degli UAV, la tecnologia delle antenne GNSS si sta sviluppando per supportare la navigazione autonoma, il posizionamento ad alta precisione e la resistenza alle interferenze.

Antenna geodetica AX4E02 di Tersus GNSS

Antenna GNSS intelligente

Le antenne GNSS tradizionali richiedono un ricevitore esterno per l’elaborazione del segnale. Le antenne GNSS intelligenti integrano il ricevitore GNSS e l’antenna in un’unica unità, offrendo:

• Peso e consumo energetico ridotti (basso SWaP), ideali per droni leggeri.
• Elaborazione del segnale più rapida, che consente una navigazione autonoma degli UAV a bassa latenza.
• Le capacità anti-jamming migliorate le rendono particolarmente adatte per gli UAV militari e industriali.

Antenna GNSS MIMO (Multiple Input, Multiple Output)

Le antenne MIMO utilizzano più elementi per ricevere e trasmettere segnali, migliorando:

• La mitigazione delle interferenze selezionando dinamicamente i segnali satellitari più forti.
• Precisione di posizionamento per droni swarm e reti collaborative di UAV.
• La resistenza alle interferenze le rende preziose nelle applicazioni di difesa e sicurezza.

Antenna GNSS beamforming

Le antenne GNSS beamforming orientano dinamicamente il loro schema di ricezione per concentrarsi sui segnali GNSS più forti, filtrando le interferenze. Questa tecnologia è particolarmente utile per:

Antenna intelligente RTK GNSS di Harxon

• UAV BVLOS (Beyond Visual Line of Sight, oltre la linea di vista), dove è fondamentale mantenere un segnale GNSS forte.
• UAV ad alta velocità, come i droni per consegne a lungo raggio o gli aerei senza pilota supersonici.
• Le applicazioni anti-jamming consentono agli UAV di mantenere il posizionamento anche in caso di attacchi elettronici.

Queste tecnologie emergenti stanno plasmando il futuro della navigazione degli UAV, fornendo maggiore precisione, sicurezza e flessibilità operativa.
Ottimizzazione delle prestazioni dell’antenna GPS dei droni
Per gli operatori e i produttori di UAV, la scelta dell’antenna GNSS giusta garantisce precisione e affidabilità. Gli ultimi progressi nella tecnologia delle antenne GNSS, come la compatibilità multibanda, il supporto RTK e le capacità anti-jamming, continuano a migliorare la navigazione e la precisione di posizionamento degli UAV. Che si tratti di rilevamento, tracciamento della flotta o volo autonomo, le antenne GNSS di alta qualità sono essenziali per massimizzare le prestazioni degli UAV in ambienti difficili.