Diagrama de l’arquitectura de navegació i guiatge integrada

Student Aerospace Challenge

Evitació de col·lisions autònoma.

Navegació GNSS eficient i guiatge MPC per a CubeSats en LEO

Energia estalviada del receptor GNSS: –69,8%
Zona d’exclusió mai vulnerada: 150 m
Δv total per a l’evitació: ~2 m/s
Article a l’IEEE Aerospace Conference: 2027

Un sistema de navegació i guiatge que manté un CubeSat lluny de deixalles espacials en òrbita terrestre baixa, encenent el receptor GNSS només quan cal, per estalviar energia.

El problema

L’òrbita terrestre baixa cada cop té més trànsit, i els satèl·lits han de saber evitar deixalles espacials pel seu compte. Això requereix una bona estimació de la posició, però mantenir el receptor GNSS sempre engegat consumeix una part important del pressupost energètic d’un CubeSat. En el marc del Student Aerospace Challenge, vaig treballar en el guiatge, la navegació i el control (GNC) d’una missió d’aquest tipus (paquet de treball 7).

Què vaig fer

Vaig desenvolupar un sistema de navegació integrat en què un filtre de Kalman unscented (UKF) combina lectures GNSS, preses només quan cal, amb sensors auxiliars, mentre un supervisor decideix quan encendre el receptor. A sobre, vaig construir un controlador predictiu basat en model (MPC) que planifica maniobres d’evitació en un horitzó mòbil i eixampla la zona d’exclusió al voltant de la deixalla a mesura que creix la incertesa de navegació prevista. Vaig validar tot el llaç amb MATLAB/Simulink contra perfils reals d’error GNSS del Sentinel-6A, en un equip de sis persones.

Punts clau

01Filtre de Kalman unscented que combina un GNSS d’ús intermitent amb sensors auxiliars
02Lògica de supervisió que decideix quan s’encén el receptor GNSS
03Control predictiu basat en model que eixampla la zona d’exclusió a mesura que creix la incertesa
04Validat amb perfils reals d’error GNSS del Sentinel-6A

Resultats

Separació entre la nau i la deixalla durant la trobada, amb el radi de seguretat i la zona d’exclusió — Separació al llarg d’una trobada simulada de 6.743 s amb dades GNSS reals del Sentinel-6A: el radi de seguretat adaptatiu manté la deixalla fora de la zona d’exclusió de 150 m.

Esforç de control i Δv acumulat durant la maniobra d’evitació: uns 2 m/s en total.

Resultat final

Vam presentar aquest treball a la final del Student Aerospace Challenge, a París. Un article que el descriu, «Robust MPC-Based Collision Avoidance Guidance and Safe Duty-Cycled GNSS Navigation for LEO CubeSats» (Fernández-Acero Campoamor, Valverde Sacristán, Yuste Pubill, Grande González, Soler i Pla, Xu), està en preparació per a l’IEEE Aerospace Conference 2027.