Catalogo Tecnologias Seguridad

oficina decomercializacin

de la investigacin

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08

O F E R T A T E C N O L G I C A ,S E R V I C I O S T C N I C O SY P R O G R A M A S D E I + DT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O ,T E C H N I C A L S E R V I C E SA N D R & D N E T W O R K S

C AT L O G O D E

Tecnologaspara la SeguridadSecurity Technologies

www.madrimasd.org

b553-08 00_Cubierta Seguridad 14/11/08 14:33 Pgina 1

oficina decomercializacin

de la investigacin

www.madrimasd.org

O F E R T A T E C N O L G I C A ,S E R V I C I O S T C N I C O SY P R O G R A M A S D E I + DT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O ,T E C H N I C A L S E R V I C E SA N D R & D N E T W O R K S

C AT L O G O D E

Tecnologaspara la SeguridadSecurity Technologies

E D I TA

F u n d a c i n m a d r i + d p a r a e l C o n o c i m i e n t o

C O O R D I N A C I N T C N I C A Y E D I T O R I A L

O f i c i n a d e T r a n s f e r e n c i a d e R e s u l t a d o s d e I n v e s t i g a c i nd e l I n s t i t u t o N a c i o n a l d e T c n i c a A e r o e s p a c i a l

P R O Y E C T O G R F I C O

b a s e 1 2 d i s e o y c o m u n i c a c i n , s . l .

MINISTERIODE DEFENSA

S U M A R I O / S U M M A R Y

I N T R O D U C C I N / I N T R O D U C T IO N |4-5|

O F E R TA T E C NO L G IC A / T E C H NO L O G Y P O R T F O L IO |7|

I n s t i t u t o Na c i o na l d e T c n i c a Ae ro e s p a c i a l ( I N TA ) |8|

Un i v e r s i d a d de A l c a l ( UA H ) |47|

Un i v e r s i d a d Au t no ma de Ma d r i d ( UA M ) |56|

Un i v e r s i d a d C a r l o s I I I d e Ma d r i d ( U C 3 M ) |61|

Un i v e r s i d a d C o m p l u t e n s e de Ma d r i d ( U C M ) |109|

Un i v e r s i d a d Po n t i f i c i a C o m i l l a s ( U P C O ) |120|

Un i v e r s i d a d Po l i t c n i c a de Ma d r i d ( U P M ) |125|

Un i v e r s i d a d R e y J ua n C a r l o s ( U R J C ) |140|

S E R V IC IO S T C N IC O S / T E C H N IC A L S E R V IC E S |149|

C e n t r o de I n v e s t i g a c i o ne s E ne rg t i c a s Me d io a m b i e n t a l e sy Te c no l g i c a s ( C I E M AT ) |150|

C o ns e j o S u p e r i o r d e I n v e s t i g a c i o ne s C i e n t f i c a s ( C S I C ) |152|

I n s t i t u t o Na c i o na l d e T c n i c a Ae ro e s p a c i a l ( I N TA ) |156|

I n s t i t u t o de S a l ud C a r l o s I I I ( I S C I I I ) |169|

Un i v e r s i d a d C a r l o s I I I d e Ma d r i d ( U C 3 M ) |174|

Un i v e r s i d a d Po l i t c n i c a de Ma d r i d ( U P M ) |178|

PROGRAMAS DE ACT IV IDADES DE I +D EN T ECNOLOGAS PARA LA S EGURIDADDE LA COMUNIDAD DE MADRID / R&D MADRID NETWORKS . SUPPORTED BY GENERALD IRECTORATE O F RESEARCH AND UNIVERS I T I E S . COMUNIDAD DE MADRID |185|

A N A L ISY C |187|

AU TO NO M IC |192|

D E TOX - H 2 S |197|

E I A D E S - C M |203|

F U T U R S E N |209|

M IC R O S E R E S |215|

P IC O M IC R O |221|

R E M TAVA R E S |225|

S E G VAU TO - C M |230|

TAG R A L I A |235|

V IG I L A N C I A SA N I TA R I A |241|

E N L AC E S D E I N T E R S / L I N KS O F I N T E R E S T |245|

4I N T R O D U C C I N

La Comunidad de Madrid acoge un elevado nmero de instituciones generadoras deconocimiento con un claro impacto en la riqueza y el bienestar regional. Sin embargo, esnecesario crear canales adecuados de comunicacin entre la comunidad investigadora, queaporta resultados y avances cientficos, y las empresas, capaces de aplicar las soluciones ydescubrimientos a las necesidades industriales o al desarrollo de nuevos o mejorados productosy servicios. Dinamizar y sintonizar intereses y retos socio-econmicos con las agendas yresultados de investigacin de los grupos cientficos es uno de los objetivos del Sistemamadri+d.

Mediante la edicin de los Catlogos de Oferta Tecnolgica, Servicios Tcnicos y Programasde Actividades de I+D, el Sistema madri+d desea hacer visible las lneas de trabajo, resultadosy tecnologa generada en las universidades y centros pblicos de investigacin, as comoel potencial y amplio abanico de servicios tcnicos que ofrece la Red de Laboratorios madri+d.

Esta coleccin de catlogos se ha concebido como una herramienta de promocin tecnolgica,tanto regional, favoreciendo la comunicacin entre oferentes y demandantes de tecnologadel Sistema madri+d, como en el mbito nacional e internacional, ya que su contenidoser presentado y difundido a travs de la Red Europea de Asesoramiento Empresarial(Enterprise Europe Network).

La publicacin del Catlogo de Oferta Tecnolgica, Servicios Tcnicos y Programas de I+Den Tecnologas para la Seguridad, promovida por la Fundacin madri+d para el Conocimiento,ha sido posible gracias a las contribuciones y compromiso de las unidades de transferenciade tecnologa de las distintas instituciones y miembros del Sistema madri+d. La coordinacintcnica y editorial ha sido supervisada por la Oficina de Transferencia de Resultados deInvestigacin del INTA.

Con esta iniciativa, la administracin regional acerca y promueve el aprovechamientoeconmico y social de la ciencia, buscando vas de encuentro entre los entornos acadmicoy empresarial.

Noviembre 2008

5I N T R O D U C T I O N

The Regional Government of Madrid gathers a large number of knowledge-generatinginstitutions than make a huge impact on the Regions wealth and welfare. But this effortwould be worthless in the absence of the right communication channels between theresearch community (with its output and scientific breakthroughs) and businesses (whichturn such solutions and breakthroughs into new and improved products and services).

One of the goals of madri+d is to promote the agenda and research output of scientificcommunities, making them compatible with the regions socio-economic interests andchallenges.

By publishing the Regional Technology Portfolio, Technical Services and R&D Networks,madri+d system wants to take visible those technologies, research lines and resultsgenerated in different universities and public research centers of the region, thuspromoting the potential and broad range of technical services provided by the madri+dLaboratory Network.

This collection of catalogues has been conceived as a tool for the enhancement oftechnological progress, both at a regional level (improving communication between thosewho supply and those who request technologies within the madri+d System) as well as ata national and international level, since its contents will be presented and disseminatedthrough the Enterprise Europe Network.

The publication of Security Technologies Portfolio, Technical Services and R&DNetworks, promoted by the Fundacin para el Conocimiento madri+d, has been possiblethanks to the contribution and commitment of the Technology Transfer Units of differentinstitutions and members of the madri+d System. Technical and editorial coordinationwas overseen by the INTA Research Findings Transfer Bureau.

With this initiative, the Regional Government of Madrid encourages the social andeconomic exploitation of science, bringing it closer to its users, with the aim of finding acommon ground where the worlds of academia and business can cooperate.

November 2008

O F E R T A T E C N O L G I C AT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O

O F E R T A T E C N O L G I C AT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O

INTA_01 Sistema integrado de vigilancia area(SIVA) |9|

INTA_02 Avin ligero de observacin (ALO) |12|

INTA_03 Fusin de sensores de bajo costepara aeronaves no tripuladas |15|

INTA_04 Mtodo y dispositivo para la gestin de misinde un vehculo areo no tripulado |18|

INTA_05 Validacin para Planificacin de Misinde Vehculos Areos no tripulados

(UAVs) |22|

INTA_06 Mtodo para el control de los parmetrosde entrada a un sistema de control de un

vehculo areo |25|

INTA_07 Aparato porttil robotizado para la deteccinde sustancias o analitos |28|

INTA_08 Radar de Apertura Sinttica (SAR) |32|

INTA_09 DIANA: Blanco Areo UAV de AltaVelocidad |35|

INTA_10 HADA: Helicptero Adaptativo Avin |38|

INTA_11 Simulador combinado para autobusesy camiones |41|

INTA_12 Evaluacin de la Seguridad de las Tecnologasde la Informacin |44|

INTA_01 Integrated aerial surveillance system(SIVA) |9|

INTA_02 Lightweight observation air vehicle(ALO) |12|

INTA_03 Low cost sensor fusion for unmanned aerialvehicles |15|

INTA_04 Method and arrangement of missionmanagement of an unmanned aerial

vehicle |18|

INTA_05 Mission Planning Validation for Unmanned AirVehicles (UAVs) |22|

INTA_06 Method of controlling input parameters of acontrol system of an aerial vehicle |25|

INTA_07 Robotized portable device for the detection ofanalytes |28|

INTA_08 Synthetic aperture radar (SAR) |32|

INTA_09 DIANA: High Speed Target Drone |35|

INTA_10 HADA: Adaptive Aircraft Helicopter |38|

INTA_11 Bus & Truck Combined Simulator |41|

INTA_12 Information Technology SecurityEvaluation |44|

Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)

9C AT L O G O D EO F E R TA T E C N O L G I C AT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O

Tecnologas para la SeguridadSecurity Technologies

| REAS DE SEGURIDAD|

Vigilancia inteligente y seguridad de fronteras. Reestablecimiento de la seguridad en caso de crisis.

R E S U M E N

El departamento de Programas Aeronuticos del INTA ha

desarrollado un sistema completo de vigilancia area no tripu-

lado de uso civil y militar. Cada sistema completo se compone de

una flota de cuatro vehculos areos no tripulados (UAVs), y un

segmento terreno que consta de una estacin de control. Este

sistema se complementa con un lanzador neumtico que per-

mite que la aeronave se pueda operar con independencia de la

disponibilidad de pistas adecuadas. Se trata de un sistema elec-

troptico que permite la transmisin en tiempo real de imge-

nes con una elevada tasa de transmisin, y alcance en condi-

ciones de lnea de vista radioelctrica de ms de 100 km. El

Instituto busca realizar acuerdos de marketing y de fabricacin.

| DESCRIPCIN Y CARACTERSTICAS FUNDAMENTALES|

El Departamento de Programas Aeronuticos del INTA ha desarro-llado un sistema completo de vigilancia electroptica por medio devehculos areos no tripulados (UAVs).

El vehculo areo cuenta con un sistema sofisticado de navegacin,guiado y control de vuelo y de misin. El conjunto de la carga til (sen-sores electropticos) va integrado en un mdulo retrctil que se alo-ja en la zona ventral del fuselaje. Son embarcables las cargas tilesde observacin (Radar de Apertura Sinttica) o de deteccin y pertur-bacin de seales electrnicas entre las de aplicacin militar, y otrasdiversas, como deteccin de contaminantes, entre las de aplicacincivil. Cada sistema completo se compone de una flota de cuatro veh-culos areos no tripulados contenidos en una nica unidad de trans-

| SECURITY AREAS|

Intelligent surveillance and border security. Restoring security in case of crisis.

A B S T R A C T

The Aeronautic Programs department of INTA has developed

a complete aerial robotic surveillance system for both civil

and military applications. Each system is composed of four

unmanned air vehicles (UAV), and a terrestrial segment that

consists of a control station. It can be launched by means of

a pneumatic ramp, thus allowing complete independence of a

runway. This is an electrooptical system that provides real-

time imagery transmission with a high transmission rate, and

a range in radioelectric view line conditions up to 100

kilometers. The Institute is looking for marketing and

manufacturing agreements.

| DESCRIPTION AND SPECIAL FEATURES|

The Aeronautic Programmes Department of INTA has developed acomplete aerial robotic electrooptical surveillance system.Each UAV is equipped with a sofisticated navigation, guidancemission and flight control system. Payload module (electroopticalsensors) is retractable, located in the center fuselage. Among severalpossible payloads are those of Synthetic Aperture Radar (SAR) ordetection and perturbation of electronic signals. There are other civilapplications, like detection of pollutants.Each system is composed of four unmanned air vehicles (UAV), aground control station and the associated launch and recoverysubsystems. All those are fitted in standard containers and thewhole system is mobile for deployment. The ground control station

R E S E A R C H E R / S Francisco Muoz SanzO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Aeronautic Programmes

Sistema integrado de vigilancia area (SIVA)

Integrated aerial surveillance system (SIVA)

10porte y listos para ser lanzados desde una Estacin de Control mvil ytransportable por cualquier medio estndar que posea las medidas ade-cuadas. Desde esta estacin de control se controla y realiza el segui-miento del UAV utilizando dos enlaces: uno ascendente de teleco-mando en banda UHF y otro descendente en banda S para telemedida.El primero dirige la misin y el vehculo, y el segundo se encarga derecibir los datos y realizar el seguimiento.

El avin est dotado de un tren de aterrizaje para operaciones enpistas someramente preparadas, necesitando 150 metros de carrerade despegue. Para operacin sin dependencia de pistas, el avin pue-de ser puesto en vuelo por medio de una rampa de lanzamiento de actua-cin neumtica. El sistema de control de vuelo est basado en inte-gracin de sensores (magnetmetros, datos de aire, GPS e inercial) yposee redundancia fsica y analtica. El sistema de recuperacin se com-pone de un paracadas y un sistema amortiguador de impacto a basede colchones de aire.

Este sistema de vigilancia area permite la transmisin en tiemporeal de imgenes con una elevada tasa de transmisin, y alcance encondiciones de lnea de vista radioelctrica de ms de 100 km.

| ASPECTOS INNOVADORES|

La tecnologa presenta aspectos innovadores en cuanto al diseo yfabricacin estructural de materiales compuestos, desarrollo de unsistema de control de vuelo completamente nuevo, desarrollo de soft-ware, integracin de los diversos componentes que constituyen elsistema completo, e integracin hardware/software.

| VENTAJAS COMPETITIVAS|

El sistema de recuperacin es totalmente autnomo, no depen-diendo de una pista de aterrizaje o sistema terestre de captura. Laversin dotada de tren de aterrizaje permite un tiempo menor depuesta en vuelo entre misiones.

controls and tracks the UAV using both two links, the UHF-band TCuplink and the S-band TM downlink, the first one to direct themission and the vehicle, and the second one to receive data andtracking.The air vehicle is fitted with fix landing gear able to operate onunpaved runways, which needs a 150 meters launch running. It alsocan be launched by means of a pneumatic ramp, thus allowingcomplete independence of a runway. The flight control system isbased on the integration of sensors (IMU, three axis magnetometer,air data system, and GPS) and provides both analytical and physicalredundancy in a fault tolerant design. The recovery system iscomposed by a parachute and an air system against impact.This surveillance system provides real-time imagery transmissionwith a high transmission rate, and a range in radioelectric view lineconditions up to 100 kilometers.

| INNOVATIVE ASPECTS|

The innovative aspects of this technology are related to the designand structural manufacture of composite materials, development of atotally new flight control system, software development, phaseintegration and hardware/software integration.

| COMPETITIVE ADVANTAGES|

Recovery is performed by means of a parachute system, whichdeploys under command or in emergency situations allowing ahighly precise recovery. The landing gear version provides a fastermission turnover.

INTA_01

Figura 1. Sistema Integrado de Vigilancia Area. Avin no tripulado SIVA.

Figure 1. Integrated Aerial Surveillance System. Unmanned Air Vehicle.

Figura 2. Sistema Integrado de Vigilancia Area. Estacin de Control en Tierra.

Figure 2. Integrated Aerial Surveillance System. Ground Control System.

11

El vehculo areo admite una variedad de cargas tiles debido ala amplitud de la bodega ventral y a la disponibilidad de poten-cia elctrica.

El ordenador embarcado, de diseo modular avanzado, est des-arrollado en torno a dos unidades centrales de proceso que cons-tituyen un diseo tolerante al fallo mediante redundancia fsicao analtica.

El sistema de control de vuelo permite realizar misiones totalmen-te automticas, as como en control manual o semiautomtico (pormaniobras preprogramadas).

La estacin de control de tierra est diseada segn un concep-to modular, siendo muchas de sus unidades comunes e intercam-biables.

| TIPO DE COLABORACIN SOLICITADA|

Cooperacin tcnica. Acuerdo de fabricacin.

ComentariosEl desarrollo de la tecnologa ha sido posible gracias a los fondos pbli-cos del INTA destinados a programas de investigacin y desarrollopara vehculos areos no tripulados. El Instituto busca realizar acuer-dos de marketing con usuarios finales de la tecnologa que desarro-llen actividades de vigilancia en tiempo real, como organismos oficia-les de proteccin civil o militar. Asimismo, el Instituto busca realizaracuerdos de fabricacin con empresas o centros tecnolgicos del sec-tor aeronatico.

| G R A D O D E D E SA R R O L L O D E L A T E C NO L O G A|

En el mercado.

| E S TA D O D E L A P R O P I E DA D I N D US T R I A L E I N T E L E C T UA L|

Patente solicitada.

ComentariosLa tecnologa ha sido diseada y desarrollada en su totalidad por elInstituto, no habindose solicitado la patente del sistema completo,sino de subsistemas.

| F U E N T E D E F I N A N C I AC I N D E L A T E C NO L O G A|

Proyecto nacional.

The air vehicle can hold a variety of payloads due to thedimensions of the center fuselage payload bay and the allowancein electric power supply on board.

The flight control computer, of modular design, is made aroundtwo central processing units which provide both analytical andphysical redundancy in a fault tolerant design.

Flight and mission control can be made manual, automatic orsemiautomatic (through preprogrammed manoeuvres).

The ground control station is designed around a modular conceptand many of its units are common and interchangeable.

| TYPE OF COLLABORATION SOUGHT|

Technical cooperation. Manufacturing agreement.

CommentsThis technology has been developed with the INTA public funds forresearch and development programmes for unmanned air vehicles.The Institute is looking for marketing agreements with final users inthe field of real time vigilance, like civil or military protectionofficial organisms. Also, the Institute is looking for manufacturingagreements with enterprises or technology centres in theaeronautics field.

| C U R R E N T S TAG E O F D E V E L O P M E N T O F T H E T E C H N O L O G Y|

Already on the market.

| C U R R E N T S TAT E O F I N T E L L E C T UA L P R O P E RT Y|

Patent applied.

CommentsThis technology has been completely designed and developed by theInstitute. The patent of the complete system has not been appliedbut of some of its subsystems.

| F I N A N C I A L S O U R C E O F T H E T E C H N O L O G Y|

National project.

INTA_01

C O N T A C T P E R S O N : Mercedes Snchez lvarezO R G A N I Z A T I O N : Instituto Nacional de Tcnica AeroespacialP H O N E : +34 91 520 65 45 F A X : +34 91 520 16 32 E - M A I L : [email protected]

12

C AT L O G O D EO F E R TA T E C N O L G I C AT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O



Vigilancia inteligente y seguridad de fronteras. Reestablecimiento de la seguridad en caso de crisis.

R E S U M E N

El departamento de Programas Aeronuticos del INTA ha

desarrollado una tecnologa que consiste en un avin ligero de

observacin. Este sistema est compuesto por vehculos are-

os no tripulados, una unidad de control en tierra configura-

ble y un sistema de lanzamiento. Es un sistema verstil, fia-

ble y de bajo coste que proporciona en tiempo real imgenes

de reconocimiento y observacin para misiones de corto alcan-

ce. El Instituto busca comercializar la tecnologa a travs de

la transferencia de su know-how.


El Departamento de Programas Aeronuticos del INTA ha desarro-llado un sistema de vehculos areos no tripulados que proporcionainformacin en tiempo real en misiones de reconocimiento, vigilanciay adquisicin de blancos.

El avin ligero de observacin se compone de un segmento de vue-lo que consiste en tres vehculos areos equipados con sensores visi-bles o infrarrojos, una unidad de control mvil desde donde se realizala planificacin de la misin, el control de vuelo y el procesado de lasimgenes obtenidas, y por ltimo, de un sistema de lanzamiento.

Cada uno de los tres vehculos areos se compone de los siguientessubsistemas: clula, propulsin, navegacin, guiado y control, unida-des de telemetra y telecomando y carga til.

La transmisin de imgenes y datos a la estacin de control se rea-liza en banda S en tiempo real a travs de la unidad de telemetra. Lasinstrucciones que recibe el vehculo y la carga til desde la estacinde control se emiten en banda UHF en dos frecuencias diferentes.

| SECURITY AREAS|

Intelligent surveillance and border security. Restoring security in case of crisis.

A B S T R A C T

The Aeronautic Programmes Department of INTA has

developed a technology that consists in a lightweight

observation air vehicle. This system is composed of

unmanned air vehicles, a configurable ground control unit

and a launching system. This is a versatile, reliable and low-

cost system that provides close range, real time

reconaissance surveillance and target acquisition

information. The Institute wants to commercialise this

technology by means of a transfer of know-how.


The Aeronautic Programmes Department of INTA has developed asystem of unmanned aerial vehicles that provides real timeinformation on reconnaissance, surveillance and target acquisitionmissions.The lightweight observation air vehicle is composed of a flightsegment consisting of three air vehicles equipped with visible orinfrared sensors, a mobile control unit where the mission is planned,the flight control and processing of the images obtained, and finally,a launching system.Each of the three air vehicles is made up of the followingsubsystems: airframe, propulsion, navigation, guidance and control,telemetry and telecommand, and payload.The transmission of images and data to the control station isperformed on S band in real time through a telemetry unit. Thecommands received by the vehicle and its payload from the controlstation are transmitted in UHF band at two different frequencies.

R E S E A R C H E R / S Francisco Muoz SanzO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Aeronautic Programmes

Avin ligero de observacin (ALO)

Lightweight observation air vehicle (ALO)

13


La clula y los elementos estructurales crticos estn fabricadosen fibra de carbono.

El subsistema de navegacin, guiado y control est equipado consistema GPS e inercial, y permite el vuelo en distintos modos: modomanual, automtico o semiautomtico.

El sistema permite la dotacin de una cmara de televisin fijade alta resolucin, una cmara montada en plataforma con posi-bilidad de movimiento en azimuth y elevacin o un sensor infra-rrojo para observacin nocturna.

El sistema se transporta y opera desde un nico vehculo ligero(tipo Unimog).


La versatilidad del sistema le permite operar en cualquier entor-no, ya sea en configuracin rampa de lanzamiento o en configu-racin pista con tren de aterrizaje.

Su diseo modular permite realizar su montaje y completa insta-lacin en menos de treinta minutos.

Dispone de un elevado grado de movilidad y facilidad de transpor-te, ya que el sistema completo se transporta en un nico vehcu-lo que permite la operacin desde cualquier lugar, incluso si noest preparado a estos efectos.

Necesidad de tripulacin de operacin y mantenimiento muy redu-cida, gracias a sus buenas caractersticas de fiabilidad y mante-nibilidad.

Alta fiabilidad del sistema a un bajo coste, gracias a un diseode calidad y al empleo de componentes comerciales.


The airframe and the critical structural elements are made ofcarbon fiber.

The navigation, guidance and control subsystem is equipped witha GPS system and inertial unit, and allows the flight in differentmodes: manual mode, automatic mode or semiautomatic mode.

The system can be equipped with a fixed high resolutiontelevision camera, a platform-mounted camera with the possibilityof movement in azimuth and elevation, or an infrared sensor fornight observation.

The system is transported and operated from a single vehicle(Unimog size).


The flexibility of the system enables it to operate in anyenvironment, either in launching ramp configuration or in runwayconfiguration with landing gear.

Its modular design enables the system to be assembled and readyfor operation in less than 30 minutes.

High mobility and easiness of transport, since the completesystem is transported in a sibgle vehicle enables the operationfrom any place, even if the area is not prepared for this purpose.

Very little need for operating and maintenance crew, thanks to thereliability and maintainability inherent in the design of thesystem.

High system reliability at low cost thanks to a quality design andthe use of commercial "off the shelf" components.

INTA_02

Avin ligero de observacin (ALO).

Lightweight observation air vehicle (ALO).

14


Acuerdo de fabricacin.

ComentariosEl Instituto busca realizar acuerdos de fabricacin con usuarios fina-les de la tecnologa que desarrollen actividades de vigilancia en tiem-po real, como organismos oficiales de proteccin civil o militar. Lacomercializacin de esta tecnologa se apoya en que ya ha sido pro-bada en el mercado, por lo que los posibles socios pueden adquiririmportantes conocimientos sobre las caractersticas tecnolgicas delnegocio.


En el mercado.


ComentariosLa tecnologa es un sistema completo que ha sido diseado y des-arrollado en su totalidad por el Instituto con fondos pblicos.


Proyecto nacional.


Manufacturing agreement.

CommentsThe Institute is looking for manufacturing agreements with finalusers in the field of real time vigilance, like civil or militaryprotection official organisms. The commercialisation of thistechnology is supported by its previous market testing, thus futurepartners can acquire useful knowledge about business technologicalcharacteristics.


Already on the market.


CommentsThis technology is a complete system, and it has been completelydesigned and developed by the Institute with public funds.


National project.

INTA_02


15




Vigilancia inteligente y seguridad de fronteras. Reestablecimiento de la seguridad en caso de crisis. Integracin, interconectividad e interoperabilidad de los sistemas

de seguridad.

R E S U M E N

El departamento de Aeronaves y Armamento del INTA ha

desarrollado un mtodo y un dispositivo que permite obtener

posicin, velocidad y orientacin a bordo de aeronaves que

incorporan sensores tpicos: acelermetros, girscopos, mag-

netmetro, presin esttica y de impacto y GPS. El sistema

es especialmente adecuado para su uso en aeronaves no tri-

puladas (UAV) ya que impone poca carga de proceso. El Ins-

tituto busca realizar acuerdos de licencia.


Las fuerza especfica y velocidad angular proporcionadas por una Uni-dad de Medida Inercial (IMU) pueden ser integradas en un algoritmode Navegacin Inercial (INS) para obtener la actitud, posicin y velo-cidad de la aeronave, pero por ser esta integracin neutralmente esta-ble, las imprecisiones de la IMU y los errores de integracin harnque la solucin diverja rpidamente. Por tanto, se necesita realimen-tacin de bucle cerrado para estabilizar la integracin de las ecuacio-nes, y esto se logra incorporando otras medidas con las que calcularcorrecciones a la fuerza especfica y velocidad angular. Los algorit-mos ms utilizados son el Filtro de Kalman Complementario (CKF) y elFiltro de Kalman Extendido (EKF).

En el CKF se utiliza un algoritmo INS para obtener estimaciones deposicin y velocidad que se comparan con las obtenidas por medio deotros sensores para generar una seal de error con la que se corrigenla posicin, velocidad y actitud proporcionadas por el filtro, as comolas entradas al algoritmo INS. Este mtodo tiene la desventaja de que

| SECURITY AREAS|

Intelligent surveillance and border security. Restoring security in case of crisis. Integration, interconnectivity and interoperability of security

systems.

A B S T R A C T

The Aircrafts and Armament Department of INTA has

developed a method and a device for attitude estimation and

navigation of aircraft equipped with accelerometers, gyros,

magnetometer, GPS and static and impact pressure sensors.

The system needs low computational load and is especially

appropriate for Unmanned Aerial Vehicles (UAV). The

Institute looks for license agreements.


The accelerations and angular rate provided by an InertialMeasurement Unit (IMU) can be integrated by an Inertial NavigationSystem (INS) algorithm to obtain the aircraft position, velocity andattitude, but because this integration is neutrally stable, IMUinaccuracy and integration errors will cause the solution to divergequickly. Thus, loop closure is required to stabilize the integrationand this is accomplished by incorporating other measurements tocompute corrections to the acceleration and angular rate. The mostcommon algorithms used to augment the INS are the ComplementaryKalman Filter and the Extended Kalman Filter.In the CKF implementation an INS algorithm is used to obtainposition and velocity estimates that are compared to the positionand velocity obtained from the GPS and the rest of sensors togenerate an error signal. The error signal drives a linear KalmanFilter that estimates the INS errors that are used to correct theposition, velocity and attitude output and the IMU input to the INS

R E S E A R C H E R / S Sergio de la Parra CarquO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Aircrafts and Armament

Fusin de sensores de bajo coste para aeronaves no tripuladas

Low cost sensor fusion for unmanned aerial vehicles

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la suposicin de linealidad para las estimaciones de error no siemprees vlida. La carga computacional que representa este filtro suele reba-jarse a base de ejecutar las etapas de proceso de datos del Filtro de Kal-man a baja frecuencia mientras que el INS corre a alta frecuencia.

El EKF, que es ms preciso que el CKF, suele comportarse bien en lamayora de los casos, pero es un filtro aproximado para el que no pue-de garantizarse estabilidad global. Este filtro puede utilizar modelosno lineales pero las ecuaciones de covarianza se plantean en un mode-lo linealizado por lo que el riesgo de divergencia es mayor que en elKalman estndar. Tiene un coste computacional mayor que el CKF yaque, aunque el algoritmo es similar al CKF en trminos de cantidad deproceso, debe ejecutarse a una frecuencia mayor.

Esta tecnologa utiliza otra aproximacin. Como en el CKF se utili-za un algoritmo INS para integrar la velocidad angular pero, en vezde utilizar un Filtro de Kalman lineal para estimar los errores del INS,las ecuaciones cinemticas se estabilizan por medio de un observadorno lineal, donde una ley de control no lineal genera las correcciones aaplicar a la velocidad angular. Esta ley de control genera las correc-ciones a base de comparaciones entre observaciones del campo mag-ntico terrestre y la gravedad medidos en ejes cuerpo y las mismas mag-nitudes proporcionadas por modelos de referencia en ejes tierra.

La gravedad en ejes cuerpo se calcula utilizando las ecuaciones trans-lacionales con medidas de fuerza especfica, velocidad anemomtrica,velocidad angular y ngulos de ataque y resbalamiento. El filtro pro-porciona Estabilidad Global Uniforme Asinttica (GUAS) para medidasperfectas y ISS (Input to State Stability) para medidas con errores, ycon una seleccin apropiada de las ganancias converge a un Filtro deKalman lineal y estacionario para pequeos ngulos de Euler.

Una vez obtenida la actitud, las componentes en ejes cuerpo de laaceleracin se transforman a ejes tierra con la Matriz de Cosenos Direc-tores y se utilizan como entradas a tres filtros Kalman estacionarioscorrespondientes a los canales Norte, Este Abajo. El estado de cadafiltro: posicin, velocidad y velocidad del viento, se complementacon un estado adicional para tener en cuenta ruido coloreado en la ace-leracin. En el canal vertical se emplean dos estados ms para mode-lizar la turbulencia atmosfrica. Las medidas de cada filtro son laposicin y velocidad del GPS y velocidad aerodinmica en ejes tierra,obtenida a partir de medidas de velocidad anemomtrica transforma-da a ejes cuerpo primero y a ejes tierra despus. En el canal verticalse utiliza una medida adicional como es la altitud baromtrica, obte-nida de medidas de presin esttica y temperatura.


Se ha descubierto una relacin totalmente novedosa entre diversosparmetros (ley de control)que permite estabilizar la integracin dela velocidad angular.


Estabilidad global ISS. Por ejemplo, esto nos permite utilizar el mto-do durante el lanzamiento del UAV. Sobre todo significa seguridad.

Coste computacional bajo incluso a altas frecuencias. Inferior alos mtodos usuales (CKF, EKF). Esto significa que podemos uti-

algorithm. This method has the disadvantage that the assumption oflinearity for the error estimates is not always valid. In order todecrease the computational load, the Kalman filter is often updatedat a low rate while the INS (which is a computationally-inexpensiveapplication) runs at higher rate.The EKF, which is more accurate than the CKF, performs well in mostpractical applications, but it is an approximate filter and globalstability can't be guaranteed. It accepts nonlinear models but sincethe covariance equations are based on the linearized system, theEKF has a higher risk of divergence than the standard Kalman filter.The algorithm is similar to the CKF in terms of processor timerequirements. However, since it runs at a higher rate, it does havehigher computational load.This technology uses another approach. As in the CKF an INSalgorithm is used to integrate the angular velocity but, instead ofusing a linear Kalman for estimating INS errors, the kinematicequations are stabilized by means of a nonlinear observer. In thisobserver, a nonlinear control law generates corrections to theangular velocity from comparisons of body-axis observations of theEarth's magnetic field and gravity against earth-axis components ofthese two vectors provided by a reference model.The body-axis gravity is computed using the translational equationsand measurements of acceleration, airspeed, angular velocity andangles of attack and sideslip. The filter provides Global UniformAsymptotic Stability for perfect measurements and global Input toState Stability (ISS) for noisy measurements and with appropriateselection of gains, converges to a stationary linear Kalman filter forsmall Euler angles.Once attitude is obtained, the body axis components of accelerationare rotated with the Director Cosine Matrix (DCM) to obtain theEarth-axis components of acceleration and used as the inputs tothree stationary linear Kalman filters for the North, East and Downchannels. The basic state of each filter, which consists of thecorresponding component of position, velocity and wind velocity, isaugmented with an additional state for taking into account colorednoise in the input acceleration. In the vertical channel two morestates are used for modeling a gust-shaping filter. The measurementsfor each filter are the GPS position and velocity and aerodynamicearth axis velocity, obtained from airspeed measurements, firstrotated to body axis then to NED frame. In the vertical channel anadditional measurement is barometric altitude, obtained frommeasurements of static pressure and temperature.


A totally new relation has revealed itself between diverse parameters(law of control) that allows to stabilize the integration of theangular rate.


Global stability ISS. For example, that allows us to use thismethod during the launch of the UAV. It means security.

Low computational cost even for high frequencies. Lower than theusual methods (CKF, EKF). This means that we can use cheaper

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lizar ordenadores ms baratos, o mejor, que disponemos de mscapacidad de proceso para otras necesidades, tal vez ms visi-bles para el usuario final, lo que acaba haciendo al UAV ms com-petitivo.

Utiliza un INS para la integracin de la velocidad angular. Los algo-ritmos INS han alcanzado un altsimo grado de perfeccin y efi-ciencia para integrar la velocidad angular. El mtodo corrige lavelocidad angular antes de integrarla, con lo que puede utilizar-se cualquier INS para integrarla. No todos los mtodos permitenla utilizacin de INS.

Converge a un filtro de Kalman estacionario para ngulos peque-os. A diferencia del Kalman dinmico el estacionario tiene uncoste computacional muy bajo, adems nos asegura una elimi-nacin de ruido eficiente para ngulos pequeos.

Facilidad de implementacin. Es muy simple de implementar yapropiado para sistema embebidos.


Acuerdo de licencia.

ComentariosEl perfil de la empresa interesada podra ser:

Fabricantes de UAV's. Fabricantes de sensores integrados.


Desarrollada, lista para demostracin.


Patente solicitada.

ComentariosLa patente se ha solicitado bajo el nmero P200400474 en la OficinaEspaola de Patentes y Marcas y fue concedida en el ao 2006.Se ha presentado la solicitud de patente internacional.


Proyecto nacional.

computers, or better, that we have more process capacity forother necessities, maybe more visible for the final user, whichends up by doing the most competitive UAV.

Use an INS for the integration of the angular rate. The InertialNavigation System algorithms have reached the highest degree ofperfection and efficiency to integrate the angular rate. Themethod corrects the angular speed before integrating it, withwhat one can use any INS for integrating it. Not all the methodsallow INS's utilization.

It converges to a stationary filter of Kalman for small angles.Unlike the dynamic Kalman the stationary one has a very lowcomputational cost; in addition it assures an efficient eliminationof noise for small angles.

Facility of implementation. It is very simple of helping andadapted for embebed system.


License agreement.

CommentsThe profile of the firm interested could be:

Firm manufacturing UAV. Firm manufacturing integrate sensors.


Developed, available for demonstration.


Patent applied.

CommentsThe patent was applied under the number P200400474 in The Patentand Trademark Spanish Office and granted in 2006.PCT applied.


National project.

INTA_03


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de seguridad.

R E S U M E N

El departamento de Aeronaves y Armamento del INTA

ha desarrollado un mtodo y un dispositivo que permite el

manejo de unos elementos que definen la misin de vuelo

de forma que se pueda tomar en todo momento a bordo de

vehculos areos no tripulados (UAV), la decisin de apar-

tarse de la ruta deseada a otras rutas previstas segn deter-

minados criterios. El Instituto busca realizar acuerdos de

licencia.


Esta tecnologa consiste en un sistema de Gestin de Misin de unvehculo areo no tripulado, que maneja unos elementos de misin pro-porcionados a priori por una Planificacin de Misin, que contemplaen todo instante la posibilidad de apartarse de una ruta que define lamisin (ruta nominal) a otras rutas auxiliares segn el punto de misinen que se encuentre y la causa que implique la separacin del plan pre-visto, programando una transicin segura a estas rutas.

La misin estar formada por una coleccin ordenada de puntos deruta, que forman una ruta nominal, que servir como referencia al veh-culo para realizar la misin en condiciones normales, y una o variascolecciones ordenadas de puntos de ruta que forman rutas auxiliaresde la misin.

| SECURITY AREAS|


systems.

A B S T R A C T

The Aircraft and Armament department of INTA has

developed a method and arrangement that allows the

elements defining flight mission to be handled in such a

way that the decision to leave the desired route and

change to other land routes according to specific criteria

can be taken at any time on board unmanned aerial

vehicles (UAV). The Institute wishes to establish license

agreements.


This technology consists of a Mission Management system of anunmanned aerial vehicle, that handles mission elements provided apriori by Mission Planning, that contemplates at all times thepossibility of leaving the route that defines the mission (nominalroute) to other auxiliary routes according to the mission point inwhich the vehicle finds itself and the reason causing the separationfrom the scheduled plan, programming a safe transition to theseroutes.The mission will be formed by an ordered collection of route points,forming a nominal route which will serve as a reference to thevehicle for carrying out the mission under normal conditions, and

R E S E A R C H E R / S Francisco Javier ngel MartnezO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Aircrafts and Armament

Mtodo y dispositivo para la gestin de misin de un vehculoareo no tripulado

Method and arrangement of mission management of an unmannedaerial vehicle

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Las causas que originan la necesidad de apartarse de la ruta nomi-nal de la misin pueden ser variadas. En cada caso necesitar con-tar con diferentes trayectorias que, aunque no aseguraran el cum-plimiento de la misin, s proporcionaran la recuperacin de la aero-nave de forma segura. Se establecen unas relaciones entre cada pun-to de ruta de la ruta nominal con una o varias rutas auxiliares, ascomo el punto de entrada a la misma. Estas relaciones dependendel tipo de causa que obligue al no cumplimiento de la misin nomi-nal. Se genera a bordo en tiempo real una transicin segura desdeel punto de vista de impacto con el terreno y las actuaciones delavin.

En funcin de la precisin del sistema de guiado y control, se cono-cer un tubo de incertidumbre alrededor de la trayectoria dentro delcual podremos asegurar que en condiciones normales se situar el veh-culo en todo momento con un cierto margen de seguridad. De estamanera, siempre que el avin est siguiendo una de las rutas repro-gramadas, basndose en una correcta planificacin de la misma, se ase-gurar que se sigue de forma segura y sin encontrar obstculos con elterreno al estar dentro de ese tubo de seguridad.

Las nicas partes de la misin en las que quedara indeterminadoseran las transiciones entre rutas. Para ello, el sistema genera las tran-siciones de forma segura que evite maniobras fuera de las capacida-des del avin y obstculos en el terreno. Si la trayectoria de entradaa la nueva ruta requiere un ngulo de subida superior al que puededar el avin, subir siguiendo una trayectoria circular ascendente has-ta alcanzar una altura ptima para dirigirse despus al punto de entra-da a esta ruta. Si por el contrario requiere un ngulo de descenso ele-vado, se dirigir hasta el punto de entrada a la nueva ruta para pos-teriormente descender siguiendo una trayectoria circularmente descen-dente.

La tecnologa consiste de las siguientes partes:

A) Mdulo de gestin de incidencias. Es el encargado de gestionarlas posibles incidencias que puedan necesitar la separacin dela ruta deseada, y notificar la misma al mdulo de supervisin demisin.

B) Mdulo de gestin de datos de misin. Es el encargado de ges-tionar la informacin contenida en los datos de la misin, pro-porcionando al sistema de supervisin de misin los diferen-tes puntos de ruta que se van completando la misin y los pun-tos de las rutas auxiliares asociados a cada uno de ellos. Cons-ta de:

a) Mdulo de gestin de ruta nominal.b) Mdulo de gestin de rutas auxiliares.

C) Mdulo de gestin de transiciones. Es el encargado de manejarla misin desde el momento en que se aparta de la ruta nomi-nal hasta que entra en la ruta auxiliar correspondiente, asegu-rando que la misma se realiza de forma segura. Consta de:

a) Mdulo de captura vertical.b) Mdulo de captura horizontal.

D) Mdulo de gestin de referencias. Su misin es proporcionar alsistema de guiado y control del vehculo las trayectorias y velo-cidad de referencia a partir de los puntos de ruta o de las refe-rencias de la transicin. Consta de:

a) Manejador de puntos de ruta.

one or several ordered collections of route points that form auxiliaryMission routes.The causes giving rise to the need for leaving the nominal Missionroute may be varied. In every case it will need to count on differenttrajectories, which, although they do not ensure the fulfillment ofthe mission, do provide the safe recovery of the aircraft. Relationsare established between each route point of the nominal route withone or more auxiliary routes. These relations depend on the type ofcause obliging the non-fulfillment of the nominal Mission. A safetransition from the point of view of the impact with the ground andaircraft performance is generated.As a function of the accuracy of the guidance and control system, anuncertainty tube will be defined around the trajectory. Inside of itwe can ensure that in normal conditions the vehicle will be placedat all times with a certain margin of safety. Thus, whenever theaircraft is following one of the reprogrammed routes, based on thecorrect planning of the route, its safe progress shall be ensuredwithout encountering ground obstacles as it is inside this safetytube.The only parts of the mission that will remain undetermined will bethe transitions between routes. For this, the system generatestransitions in a safe way, avoiding maneuvers outside thecapabilities of the aircraft and obstacles on the ground. If the entrytrajectory to the new route requires a higher ascent angle than theaircraft can give, it will climb following a circular ascendanttrajectory until it reaches an optimum height in order to direct itselfafter to the entry point to this route. If on the other hand itrequires high descent angle, it will direct itself towards the entrypoint to the new route and will later descend following a circulardescendent trajectory.

The technology consists of the following components:

A) Incident Management Module. It is in charge of managing thepossible incidents that may require separation from the desiredroute, and of notifying the incidents to the mission monitoringmodule.

B) Mission data management module. It is in charge of managingthe information contained in Mission data, providing the missionmonitoring system with the different route points completingthe mission and the auxiliary route points associated to each oneof them. It consists of:

a) Nominal route management module.b) Auxiliary route management module.

C) Transition management module. Its is in charge of handling themission from the moment in which it leaves the nominal routeuntil it enters the corresponding auxiliary route, ensuring thatthis is carried out safely. It consists of:

a) Vertical capture module.b) Horizontal capture module.

D) Reference management module. Its mission is to provide theguidance and control system of the vehicle with the trajectoriesand reference velocities from the route points or the transitionreferences. It consists of:

a) Route point handler.b) Horizontal trajectory generator.

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b) Generador de trayectoria horizontal.c) Generador de trayectoria vertical.d) Manejador de referencia tridimensional.

E) Mdulo de supervisin de misin. Es el encargado de controlary gestionar el resto de mdulos del Sistema de Gestin de Misin.


Este sistema evita la necesidad de utilizar modelos digitales delterreno a bordo y una unidad inteligente de reprogramacin detrayectoria, programando nicamente las transiciones de una mane-ra sencilla, lo cual reduce el proceso computacional del sistemaembarcado.


Evita la necesidad de conocer un modelo digital del terreno embar-cado.

Evita la necesidad de disponer de un sistema complejo embarca-do de reprogramacin de trayectoria.

Reduce los requisitos computacionales del sistema embarcado. Permite disponer de un plan de vuelo completo predeterminado:

esto elimina incertidumbres y resulta muy til en aplicaciones civi-les para el control de trfico areo.

Si hay comunicacin con la estacin de tierra, el operario no reque-rir especial experiencia para comandar la recuperacin o el retor-no ms idneo, que habr sido previsto con anterioridad por elplanificador de misin.



ComentariosPerfil de la empresa interesada en su produccin:

Fabricantes de tecnologas de control, anlisis y medidas. Empresas de ingeniera espacial y armas.

Perfil de la empresa interesada en su utilizacin:

Transporte. Empresas de tecnologas de control, anlisis y medidas. Telecomunicaciones. Ingeniera espacial, armas. Medioambiente, contaminacin.



c) Vertical trajectory generator.d) Three-dimensional reference handler.

E) Mission monitoring module. It is in charge of controlling andmanaging the remaining modules of the Mission ManagementSystem.


This system avoids the necessity of using digital models of groundto one board and an intelligent trajectory reprogramming unit, justprogramming the transitions in a simple way, thus reducing thecomputational process of the onboard system.


It avoids the need of knowing the digital ground model on board. It avoids the need of having available an complex on board

trajectory reprogramming system. It reduces the computational requirements of the on board

system. It allows us to have a complete predetermined flight plan

available: this eliminates uncertainties and is very useful in civilapplications for air traffic control.

If there is communication with the ground station, the operatorwill not require special experience to order the most ideal therecovery or return, which would have been previously planned bythe mission planner.


License agreement.

CommentsProfile of the company interested in its production:

Manufacturers of control, analysis and measurement technologies. Space engineering and weapons companies.

Profile of the company interested in its use:

Transport. Control, analysis and measurement technologies companies. Telecommunications. Space engineering, weapons. Environment, pollution.



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Patente solicitada. Patente concedida.

ComentariosLa patente se ha solicitado bajo el nmero P200401387 en la Oficina Espa-ola de Patentes y Marcas. Patente concedida el 19 de enero de 2007.Se ha solicitado PCT.


Proyecto nacional.


Patent applied. Patent granted.

CommentsA patent was applied under the number P200401387 in the SpanishPatents and Brands Office. Patent granted.PCT applied.


National project.

INTA_04


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de seguridad.

R E S U M E N

El laboratorio de Mecnica de Vuelo del INTA ha desarro-

llado un software que consiste en una librera que valida todos

los parmetros de una misin programada para un vehculo

areo no tripulado. De esta forma el avin, antes de ser lan-

zado, tendr su trayectoria validada en funcin de parme-

tros como: la cantidad de combustible, la velocidad a la que

volar, la potencia disponible, las condiciones atmosfricas,

etc. Esto supone un aumento en la seguridad del vuelo. El Ins-

tituto busca realizar acuerdos de licencia.


El Laboratorio de Mecnica de vuelo del INTA ha desarrollado un nue-vo software que consiste en una librera dinmica que se puede inte-grar en una aplicacin de planificacin de misin para validar, tenien-do en cuenta la mecnica del vuelo, dicha misin.

Los Vehculos Areos no tripulados (UAVs) poseen una misin queconsiste en una serie ordenada de puntos de ruta con tres coordena-das que definen trayectorias que deben ser recorridas por el avin auna velocidad determinada. Esta trayectoria se determina con un pla-nificador de misin que al no conocer el modelo del avin que va rea-lizar la misin, slo puede controlar restricciones simples del vehcu-lo. La librera aqu desarrollada permite validar si el avin ser capazde realizar dicha trayectoria, teniendo en cuenta factores como el vien-to ms desfavorable, la cantidad de combustible en el momento de lan-

| SECURITY AREAS|


systems.

A B S T R A C T

The Flight Mechanics laboratory of INTA has developed

software that consists of a library that validates all the

mission parameters programmed for an Unmanned Air

Vehicle. This way, an airplane, before being launched, will

have a validated flight path depending on parameters such

as: the quantity of fuel, the flying speed, the available

power, the atmospheric conditions, etc. This results in an

increase of the security during the flight. The group is

looking to enter into license agreements.


The Flight Mechanics Laboratory of INTA has developed new softwarethat consists of a dynamic library that can be integrated into amission planning application for validating the mission, taking theflight mechanics into account.The Unmanned Aerial vehicles (UAVs) have a mission that consists ofan ordered series of route points with three coordinates that definetrajectories to be flown by the airplane at a determined speed. Thetrajectory is determined using the mission planner, which, as itignores the model of the plane carrying out the mission, can onlycontrol simple restrictions of the vehicle. The library developed willallow us to validate whether the plane will be capable of carryingout the aforementioned trajectory, bearing in mind such factors asthe most unfavorable wind, the quantity of fuel at the moment of

R E S E A R C H E R / S Mara Jess Morales de la Rica / Fco. Javier ngel MartnezO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Flight Mechanics Laboratory

Validacin para Planificacin de Misin de Vehculos Areosno tripulados (UAVs)

Mission Planning Validation for Unmanned Air Vehicles (UAVs)

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zamiento del avin, y el lugar de lanzamiento del mismo, medianteun modelo de la aeronave que comprueba si las condiciones de cadatrayectoria podrn ser seguidas de forma segura, al mismo tiempo seva calculando el combustible que se consumir en cada una de ellas.

La librera, en caso de detectar alguna dificultad que pueda impe-dir la consecucin de la trayectoria de referencia preestablecida porel planificador de misin, no slo especificar en qu punto de la tra-yectoria se presenta el problema sino que sugerir posibles variacio-nes que haran posible el vuelo.

Resulta especialmente til ya que no slo se validar la ruta princi-pal que como referencia sigue el avin; sino que tambin se validantodas las posibles rutas alternativas que existen en caso de que surjaun imprevisto que obligue al avin a salirse de la ruta principal tam-bin se validan las transiciones entre las rutas. ste es el caso cuan-do, por ejemplo, el avin sufre una incidencia que impida el cumpli-miento de los objetivos de la misin que se cubran con la ruta prin-cipal. Adems, si el avin detecta una regin que quiere observar conmayor cercana, como por ejemplo en caso de un fuego, podra desdela estacin de control en tierra programarse una ruta que dirigiese alvehculo a la zona de inters y validarse con esta librera dicha rutaantes de ser enviada al avin.


Este modelo permite validar misiones que contienen informacinde distintas trayectorias que puede seguir el UAV. Se validan ademstodas las combinaciones posibles de dichas rutas.

A travs de este software se puede predecir en qu segmento de latrayectoria se presentarn dificultades en el vuelo y qu imposibilitael cumplimiento de la misin. Adems, el software propone cambios endiversos parmetros, como la cantidad de combustible, el punto de lan-zamiento del avin, etc., para que la trayectoria sea viable.

Tambin realiza una validacin desde el punto de vista de las actua-ciones del vehculo, como la potencia necesaria en cada segmento devuelo, el combustible necesario para la realizacin de la misin com-pleta, etc. En este caso tambin se proponen cambios cuando se detec-tan condiciones inalcanzables o peligrosas, como distintas velocidadeso distinta altura en los puntos de ruta.

Igualmente, sera posible incluir variables nuevas a verificar intro-duciendo algunos cambios oportunos.


Entre las principales ventajas de este software se encuentra la de dis-poner de un modelo de validacin que contempla un modelo de la aero-nave, proporcionando una elevada seguridad en la operacin del veh-culo con un coste muy bajo.

Al llevar el avin una serie de rutas alternativas que cubran lasposibles incidencias que pudieran aparecer durante el vuelo, juntocon esta herramienta que valida todas las posibles combinaciones, per-mite evitar que el avin tenga que llevar un modelo digital del terre-no para poder reprogramar maniobras en vuelo. Esto implica que noes necesario llevar un ordenador tan potente a bordo, lo cual conlle-va una reduccin de costes adems de una reduccin de peso y por tan-to de tamao del avin.

launching the plane, and the launch site itself by means of anaircraft model that checks if every trajectory conditions can befollowed safely, while at the same time it calculates the fuel thatwill be consumed in each of them.In the case of detecting any difficulty which could impede thefollowing and completion of the reference trajectory pre-establishedby the mission planner, the library will not only specify at whichpoint of the trajectory the problem arises, but also will suggestpossible variations, thus making the flight possible.It is particularly useful, as it not only validates the main routewhich the plane follows as reference; but also validates all possibleexisting alternative routes and the transitions between them, inthe case that something unforeseen arises, thus forcing the planeto leave the main route. This is the case when, for example, theplane suffers incidents impeding the fulfillment of the missionobjectives covered by the main route. In addition, if the planedetects a region which it wishes to observe in closer detail, as forexample in the case of a fire, a route may be programmed from theground control station directing the vehicle to the zone ofinterest, and can be validated by its library before being sent tothe plane.


This model enables missions to be validated containing informationconcerning different trajectories that the UAV may follow. In additionit validates all possible combinations of the aforementioned routes.Due to the software, it is possible to predict in which segment ofthe trajectory flight difficulties may arise, and which make itimpossible to fulfill the mission. The software also proposes changesand several parameters, such as the quantity of fuel, the launchingpoint of the plane, etc, so that the trajectory will be viable.It also carries out validation from the point of view of theperformance of the vehicle, such as the power required in each flightsegment, fuel needed to carry out the complete mission, etc. In thiscase, the software proposes changes as well when unreachable ordangerous conditions are detected, for instance, different speeds ordifferent heights in the route points.Likewise new variables may be included to be verified introducingthe corresponding changes.


Among the main advantages of the software is the availability of thevalidation model which contemplates a model of the aircraft,providing a high degree of safety in the operation of the vehiclewith very low cost.For the plane brings a series of alternative routes covering possibleincidences that might arise during the flight, together with this toolthat validates all possible combinations, it enables users to avoidthe need for the plane to carry the digital model of the terrain inorder to be able to reprogram flight maneuvers. This implies that isnot necessary to carry such a powerful computer onboard, which inturn implies a reduction of costs, apart from a reduction in weightand therefore of the size of the aircraft.

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ComentariosEste producto podra ser interesante para cualquier empresa relacio-nada con el sector de los UAV y que precise del desarrollo de herramien-tas de planificacin de misin. El coste de equipamiento y personalsera reducido.El INTA busca transferir la tecnologa a travs de la realizacin de acuer-dos licencia.




Software registrado.

ComentariosLa tecnologa ha sido inscrita en el Registro Territorial de la Propie-dad Intelectual de Madrid.


Proyecto nacional.


License agreement.

CommentsThis product could be of interest to any company related to the UAVsector, and which requires the development of mission planningtools. Equipment and personnel costs would be reduced.INTA seeks to transfer the technology through entering into licenseagreements.




Copyright protected.

CommentsThe technology has been entered in the territorial register ofintellectual property of Madrid.


National project.

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de seguridad.

R E S U M E N

El Laboratorio de Mecnica de Vuelo del INTA ha des-

arrollado un sistema de control para vehculos areos no tri-

pulados (UAVs) que incluye un mtodo que evita que los par-

metros que entran al controlador, tanto en el caso de que se

sigan trayectorias (control automtico), como en un pilotaje

semiautomtico o manual, estn fuera de unos rangos opera-

cionales predefinidos. El Instituto busca realizar acuerdos de

cooperacin tcnica.


El Laboratorio de Mecnica de vuelo del INTA ha desarrollado un mto-do que permite mantener los parmetros de entrada al controlador deun vehculo no tripulado dentro de unos rangos predefinidos, que ten-gan en cuenta las capacidades del vehculo, de forma que la respues-ta del mismo sea lo ms segura posible.

Cuando un vehculo areo no tripulado se encuentra en volando enmodo automtico, trata de seguir unas determinadas trayectorias, fijasa ejes tierra, a una velocidad determinada, esta puede ser respectodel aire o respecto a tierra. Generalmente las trayectorias se planifi-can con antelacin considerando determinadas condiciones, que duran-te el vuelo pueden verse alteradas. Entre estas consideraciones pue-den estar las condiciones atmosfricas, las actuaciones del motor, etc.,

| SECURITY AREAS|


systems.

A B S T R A C T

The Flight Mechanics Laboratory of INTA has developed a

system of control for unmanned aerial vehicles (UAVs) which

includes a method that prevents the input parameters of the

controller from being outside of predefined operational

boundaries, both in the case where trajectories are followed

(automatic control) and where the vehicle is piloted in

semiautomatic or manual mode. The Institute is looking for

technical cooperation agreements.


The Laboratory of Flight Mechanics of INTA has developed a methodwhich enables us to maintain input parameters to the controller ofan unmanned aerial vehicle within predefined boundaries, that takeinto consideration the capabilities of the vehicle in such a way thatthe vehicle's response will be the safest possible.When an unmanned aerial vehicle is flying in automatic mode, itfollows specific trajectories, fixed to ground axis, at a determinedvelocity which may be with respect to air, or respect to the ground.Generally the trajectories are planned beforehand, taking intoconsideration specific conditions which may alter during the flight.Among these considerations there can be atmospheric conditions,engine performance, etc., which may give rise to flight conditions

R E S E A R C H E R / S Mara Jess Morales de la RicaO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Flight Mechanics Laboratory

Mtodo para el control de los parmetros de entrada a un sistemade control de un vehculo areo

Method of controlling input parameters of a control systemof an aerial vehicle

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lo que puede dar lugar a condiciones de vuelo imposibles de seguirde forma segura. Para evitar esto se dispone de un modelo inversodel vehculo que comprueba que las entradas al controlador corres-pondientes al seguimiento de la trayectoria se encuentran dentro delos rangos predefinidos y en caso de que estn fuera de las mismas semodifican por otras que si lo estn de forma que se aleje lo menos posi-ble de la trayectoria deseada.

Cuando se pilota de forma semiautomtica o manual (con coman-dos de alto nivel) tambin se comprueba que las entradas no estn fue-ra de estos rangos.


Un vehculo areo no tripulado se controla desde una estacinen tierra o mediante un sistema de control autnomo. En el primercaso los comandos los genera un operario desde la estacin y en elsegundo se generan a bordo a partir de unas trayectorias predefini-das. Dependiendo de la condicin de vuelo estos comandos puedenresultar imposibles o peligrosos para la aeronave. Cuando esto ocu-rre los sistemas actuales recalculan las trayectorias, cuando el veh-culo vuela de forma autnoma. Cuando est siendo controlado des-de tierra, o bien se presentan avisos al operario o bien tienen limi-taciones fijas para algunos parmetros. En este caso se mantienela trayectoria original y cuando el seguimiento de la misma es arries-gado se modifica por otra lo ms prxima posible que se pueda seguirde forma segura.

Las ventajas de la tecnologa es que permite que la aeronave inten-te el seguimiento de todo tipo de trayectorias sin que ello supongaun peligro para el vuelo, permitiendo un aumento de los errores a latrayectoria deseada cuando el seguimiento de la misma es inviablepor distintas causas. Al mismo tiempo se permiten todo tipo de entra-das al sistema (en lo referente a actitud y velocidad), cuando es ope-rada directamente por un operador o piloto de forma que se aseguraque no se mandarn condiciones que estn fuera de las permitidas, locual permite que el piloto u operador pueda ser una persona sin muchaexperiencia. Por otro lado, todo esto se lleva a cabo con un costecomputacional bajo y sin modificar las trayectorias comandadas alsistema de guiado.


Entre las principales ventajas de este mtodo es el grado de pro-teccin que se obtiene con un coste computacional muy bajo. Estoimplica que no es necesario llevar un ordenador tan potente a bordo,lo cual conlleva una reduccin de costes adems de una reduccin depeso y por tanto de tamao del avin.

Otra de las ventajas es que el piloto o el operador que planifica lasmisiones, pueda ser una persona sin mucha experiencia ya que enningn caso se mandaran condiciones de vuelo fuera de la envolven-te predefinida y por tanto peligrosas para la aeronave.

impossible to follow in a safe manner. In order to avoid this aninverse model of the vehicle is available which checks that the inputto the controller corresponding to the tracking of the trajectory fallswithin the predefined boundaries, and in the case where they areoutside the boundaries they are modified by other inputs which arewithin, so that the vehicle stays as close as possible to the desiredtrajectory.When the vehicle is piloted in semiautomatic or manual mode (withhigh-level commands) it is also verified that the inputs are not outof these boundaries.


An unmanned aerial vehicle is controlled from a ground station orthrough a system of autonomous control. In the first case thecommands or generated by an operator from the station, and in thesecond they are generated on board from predefined trajectories.Depending on the flight conditions these commands may resultimpossible or dangerous for the aircraft. When this happens present-day systems recalculate the trajectories, when the vehicle flies onautonomous mode. When it is being controlled from the ground,either warnings are given to the operator or it has fixed limitationsfor some parameters. In this case it maintains the originaltrajectory, and when it is dangerous to follow, it's modified byanother trajectory as close as possible to the original which can befollowed safely.The advantages of the technology is that it allows the aircraft tofollow all types of trajectories without this supposing danger for theflight, allowing an increase in errors to the trajectory desired whenfollowing it is unviable due to different causes.At the same time all types of inputs to the system are allowed(referring to attitude and velocity) when the vehicle is operateddirectly by an operator or pilot, thus ensuring that conditionsoutside the permitted ones will not be sent, which in turn allowsthe pilot or operator to be a person without much experience. Onthe other hand all this is carried out with a low computationalcost and without modifying the trajectories sent to the guidancesystem.


Among the main advantages of this method is the degree ofprotection obtained with very low computational cost. This impliesthat it is not necessary to have such a powerful computer on board,which leads to a reduction in costs as well as a reduction of weightand therefore of the size of the aircraft.Another advantage is that the pilot or the operator who do themission planning can be a person without much experience, becausein no case flight conditions outside the predefined envelope andtherefore dangerous for the airplane, will be sent.

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ComentariosEste producto podra ser interesante para empresas relacionadas conel sector de los UAV que precise del desarrollo de sus sistemas de con-trol. El coste de equipamiento y personal sera reducido.El Instituto busca transferir la tecnologa a travs de la realizacinde acuerdos licencia.


En fase de desarrollo.


Patente solicitada.

ComentariosSe ha presentado solicitud de patente.


Proyecto nacional.


License agreement.

CommentsThis product could be interesting for any company related to theUAV sector and which requires development of its control systems.Equipment and personnel costs would be reduced.The institute seeks to transfer the technology through entering intolicense agreements.


En fase de desarrollo.


Patent applied.

CommentsA patent has been applied.


National project.

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Seguridad de los ciudadanos.

R E S U M E N

El INTA ha desarrollado un sistema porttil que permite

el anlisis de mltiples muestras y la deteccin simultnea

de hasta miles de analitos diferentes en un solo ensayo. Es

un sistema robotizado y susceptible de manejo por control

remoto. Se aplica principalmente en los sectores medioambien-

tal y biomdico, para la deteccin de sustancias contaminan-

tes, txicas o no, y microorganismos en un medio (agua, sue-

lo, aire). El Instituto busca realizar acuerdos de licencia.


El INTA ha desarrollado un sistema porttil que permite el anlisisde mltiples muestras as como la deteccin y caracterizacin simul-tnea desde decenas hasta miles de analitos diferentes en un solo ensa-yo. Se trata de un sistema susceptible de manejo por control remoto.Dicho sistema se beneficia del desarrollo reciente de la tecnologa demicroarrays de DNA y protenas, que ha aumentado enormemente lacapacidad de anlisis y la sensibilidad de deteccin permitiendo el estu-dio de problemas biolgicos, biomdicos y biosanitarios. A diferenciade las tecnologas basadas en microarrays, en la tecnologa que sepresenta el tratamiento de la muestra a analizar se reduce considera-blemente y todo el proceso se realiza de forma robotizada.

El aparato comprende una serie de mdulos operativos, en los cua-les se manipulan, tratan y analizan las muestras, y una serie de mdu-los de control de los anteriores.

Las muestras a analizar pueden estar en estado lquido, slido o ensuspensin. Para su homogenizacin se forma una mezcla entre dichamuestra y una solucin salina o tampn, con el fin de disgregar al mxi-

| SECURITY AREAS|

Security of Citizens.

A B S T R A C T

INTA has developed a portable system to analyze multiple

samples that allows the simultaneous detection of up to

thousands different analytes in a single test. It's a robotized

system liable to remote control handling. Mainly, it can be

applied to environmental and biomedical sectors, for the

detection of contaminants, toxic or not, and microorganisms

in the environment (water, ground or air). The Institute is

looking for license deals.


INTA has developed a portable system that allows the analysis ofmultiple samples and the detection and simultaneouscharacterisation from tens to thousands different analytes in asingle test. This system is liable to remote control handling. Ittakes advantage of the recent technology of DNA and proteinsmicroarrays, that has increased the analysys capability and thedetection sensitivity enormously, providing studies of biological,biomedical and biosanitary problems. Far from the technologiesbased on microarrays, in the current technology the sampletreatment for the analysis is substantially reduced, and the wholeprocess is robotized.The apparatus comprises a series of operating modules, in which thesamples are manipulated, treated and analized, and a series ofcontrolling modules that control the operating ones. Samples to beanalyzed can be at liquid or solid state, or even in suspension. Forits homogenization an homogeneous mixture is formed between thesample and a salt solution or buffer, in order to disgragate the

R E S E A R C H E R / S Javier Gmez-ElviraO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Astrobiology Center (CAB)

Aparato porttil robotizado para la deteccin de sustanciaso analitos

Robotized portable device for the detection of analytes

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mo la materia slida y disolver los analitos presentes. Posteriormen-te, la muestra, ya homogenizada, es sometida a diferentes procesos:modificacin qumica, bioqumica o biolgica (que interaccione conuna clula viva), o modificacin fsica como filtrado, concentracin,etc. El resultado del procesamiento puede ser el etiquetado molecularde los analitos presentes en la muestra. Dicho etiquetado est forma-do por una sustancia fluorescente o cualquier otra sustancia que per-mita la identificacin posterior del analito modificado.

Una vez que la muestra se ha procesado, entra en contacto con undispositivo sensor que est constituido por una o ms sustancias capa-ces de interaccionar con los analitos presentes en la muestra. El obje-tivo final es la deteccin de analitos retenidos en el sensor. Para ellose dispone una serie de dispositivos que detectan los analitos etique-tados. Si dichos analitos han sido modificados con una sustancia fluo-rescente (fluorocromo), se dispone de una fuente de radiacin paraexcitar dicho fluorocromo y un detector de fluorescencia.

Los datos detectados son procesados por un software adecuadopara una presentacin final del resultado en forma de mapa de bitsque origine una imagen susceptible de ser tratada informticamente,bien por el software del mdulo de lectura de datos, bien por unaestacin remota.

El proyecto bajo el que se ha desarrollado esta tecnologa sige vigen-te. Se ha desarrollado una nueva versin de esta tecnologa consis-tente en un equipo porttil, testado en varias campaas de campo, yque incorpora las siguientes mejoras:

1. Se ha aumentado el nmero de anlisis (hasta 18).2. Se ha aumentado la sensibilidad.3. El mdulo de anlisis es ms robusto y compacto.4. Optimizado para deteccin mediante inmunoensayo en sndwich.5. Capacidad para detectar ms de 2.000 analitos.6. Rango de temperatura de trabajo de 0 a 37C.7. Completamente autnomo: slo hay que aadir la muestra y el

resultado final es una imagen con puntos brillantes que indicanla presencia de un determinado compuesto o un microorganismo.

Existe una nueva versin nueva versin en desarrollo y pesar menosde 1 kg.


Esta tecnologa permite detectar determinadas sustancias e infe-rir sus posibles caractersticas de toxicidad o patogenicidad median-te sistemas basados en las propiedades moleculares de los seresvivos.

Capacidad para detectar de una sola vez desde unos cuantos has-ta miles de sustancias, preferentemente compuestos de origen bio-lgico.

Gran autonoma. Posibilidad de analizar mltiples muestras. Este aparato es capaz de procesar volmenes que pueden ir des-

de microlitros hasta mililitros de una muestra lquida (fluidoscorporales, agua), o una suspensin (de suelo, sedimento o rocapreviamente triturada).

particulates extremely and to solve the analytes. Laterly, thehomogenized sample is subjected to different processes: chemical,biochemical and biological change, or physical modifications likefiltration, concentration, etc. The result of the processing can be themolecular marking of the analytes in the sample. This molecularmarking consists in a fluorescent substance or any other agent thatenables the posterior identification of the modified analyte.Once the sample has been processed, it gets in contact to a sensorconstituted by one or more substances able to interact with analytesin the sample. The final object is the detection of the analyteswhich are bounded into the sensor. To do so, a series of devices forthe marked analytes detection is provided. If these analytes havebeen modified by a fluorescent substance (fluorochrome), aradiation source to excite the fluorochrome and a fluorescencedetector are provided.Detected data are processed by a software that is prepared toprovide a final submission of results by means of a "bits" map whichoriginates an image susceptible to be computerized, either by thedata reading module software or by a remote station.This project is still going on. It has been developed a new version ofthis technology consisting of portable equipment fully tested onseveral field campaigns. It includes the next improvements:

1. It has been increased the number of the analysis (up to 18).2. It has been increased the sensitivity.3. The analysis module is more robust and compact.4. The detection system is optimized for sandwich immunoassay.5. Capacity for the detection of more than 2000 analytes.6. Working temperature range from 0 to 37C.7. Completely autonomous: it is only required to add the sample

and the final output is an image with bright spots indicating thepresence of a specific compound or a microorganism.

A new version is under construction and it will weight less than1 kg.


This technology allows to detect certain substances and to infereits possible toxicity or patogenicity properties by means ofsystems based on molecular properties of animals.

It's able to detect from several substances up to thousands ofthem by a single test, mainly components with biological origin.

It's a widely autonomous system. It's able to analyze multiple samples. It's capable to process liquid samples (body fluids or water) or

suspensions (of ground, sediments or crushed rocks) which volumeranges from micro to mililiters.

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Potencial de automatizacin del sistema completo, desde la tomade muestras, procesamiento y anlisis hasta el envo de datos.

Simplificacin considerable del nmero de etapas necesarias parael procesado de

Catalogo Tecnologias Seguridad

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