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Il modo in cui i blocchi fotonici concorrono a una navigazione precisa e affidabile.
Fotonica integrata su silicio
La fotonica integrata su silicio consente di guidare, modulare e rivelare segnali ottici all’interno di circuiti fotonici su chip, mediante processi compatibili con le tecnologie della microelettronica. Dove un circuito tradizionale impiega segnali elettrici, la piattaforma fotonica guida segnali ottici in guide d’onda e strutture su scala micrometrica. Ne deriva la possibilità di misurare grandezze come rotazione e accelerazione e generare riferimenti temporali ad alta stabilità con elevata precisione e basso rumore, in spazi ridotti.
I quattro blocchi tecnologici
Piattaforma di fotonica integrata su silicio
I componenti di base dell’intero sistema: guide d’onda a bassa perdita, modulatori, fotodiodi e risonatori, realizzati mediante processi standard disponibili presso fonderie commerciali.
Unità inerziale (IMU) fotonica
È dedicata alla misura di accelerazione e velocità angolare. Comprende accelerometri optomeccanici e giroscopi ottici interferometrici. Gli accelerometri optomeccanici convertono in misura ottica lo spostamento di una microstruttura meccanica, mentre i giroscopi ottici interferometrici misurano la velocità angolare mediante interferometria.
Riferimento temporale
Un orologio atomico in tecnologia fotonica fornisce il riferimento temporale ad alta stabilità e contribuisce alla sincronizzazione temporale dell’architettura di sistema.
Sistema mini-GNSS/INS
L’elettronica di controllo, l’integrazione dei sottosistemi e l’elaborazione dei dati in tempo reale su FPGA, insieme all’integrazione a livello di sistema con il ricevitore GNSS quando il segnale GNSS è disponibile.
I quattro blocchi sono progettati per formare un’unica architettura di sistema. L’integrazione con il segnale GNSS avviene a livello di sistema e non come funzione realizzata interamente sul chip.
Come i blocchi concorrono al sistema
Descrizione del diagramma: la piattaforma fotonica (B1) fornisce i componenti di base all’unità inerziale (B2) e al riferimento temporale (B3); i loro segnali confluiscono nel sistema mini-GNSS/INS (B4), che integra il ricevitore satellitare quando il segnale è disponibile e prosegue con i soli sensori di bordo quando non lo è.
Continuità di navigazione
Quando il segnale GNSS è degradato, disturbato o temporaneamente indisponibile, le misure inerziali e il riferimento temporale di bordo alimentano gli algoritmi di navigazione e contribuiscono a mantenere la soluzione durante l’interruzione. L’obiettivo è contribuire alla continuità della navigazione anche quando il segnale GNSS è assente, degradato, disturbato o temporaneamente indisponibile.
Approccio fabless
FAST-PNT adotta un approccio fabless: i chip sono progettati internamente e la loro fabbricazione è affidata a fonderie esterne specializzate, mediante processi standard compatibili con le tecnologie della microelettronica e disponibili presso fonderie commerciali. È un modello consolidato nell’industria dei microchip e mira a rendere la tecnologia riproducibile e scalabile verso il mercato.
Glossario
PNT (Positioning, Navigation, Timing)
la determinazione di posizione, navigazione e sincronizzazione temporale con elevata precisione.
GNSS
i sistemi di navigazione satellitare, come il GPS, usati per stimare posizione e tempo e supportare la navigazione.
GNSS/INS
architettura di navigazione che integra informazioni GNSS con misure inerziali di bordo.
INS (sistema di navigazione inerziale)
sistema che stima posizione, velocità e assetto a partire da misure inerziali di bordo; in assenza di aggiornamenti esterni l’errore può crescere nel tempo.
IMU (unità di misura inerziale)
unità di misura inerziale che misura accelerazioni e velocità angolari
Fotonica integrata su silicio
tecnologia che realizza circuiti fotonici su piattaforme compatibili con il silicio per guidare, elaborare e rivelare segnali ottici su chip.
Fabless
modello in cui i chip sono progettati internamente e fabbricati da fonderie esterne.
Giroscopio ottico
sensore che misura la velocità angolare per via ottica.
Orologio atomico in tecnologia fotonica
riferimento temporale ad alta stabilità basato su componenti e architetture fotoniche.
FPGA (field-programmable gate array)
circuito integrato digitale la cui logica può essere riconfigurata per l’elaborazione dei dati in tempo reale.
SWaP-C
dimensioni, peso, consumo e costo contenuti.
GNSS-denied
condizioni in cui il segnale GNSS è assente, degradato, disturbato o non affidabile