Experto en soluciones de navegación inercial

Un sistema de navegación inercial (INS) utiliza sensores inerciales para medir los cambios en el movimiento, lo que ayuda a determinar la velocidad, la orientación y la posición de un objeto.

La IMU, un componente del sistema de navegación inercial, consta de sensores como acelerómetros, giroscopios y, a veces, magnetómetros.

Más detalles:

• Los acelerómetros miden la aceleración de un objeto y rastrean su velocidad cambiante.
• Los giroscopios detectan cambios en la velocidad angular.
• Los magnetómetros evalúan la intensidad y la dirección del campo magnético terrestre, determinando la orientación con respecto al norte magnético. El sistema se ajusta a la discrepancia entre el norte verdadero y el norte magnético. Sin embargo, las fuentes de interferencia magnética pueden afectar la precisión del magnetómetro en la mayoría de los vehículos.

Estos sensores tienen limitaciones, pero funcionan mejor cuando se combinan. Al medir estos tres sensores, el sistema de navegación inercial calcula la distancia recorrida y el rumbo.

Un sistema de navegación inercial mide:

• Paso
• Rollo
• Título

Un INS también incorpora un receptor GNSS, añadiendo otro sensor. Esto proporciona una posición absoluta en lugar de relativa. Si bien un INS por sí solo puede determinar la posición relativa al sistema de referencia inercial, su combinación con GNSS proporciona una posición global precisa.

Un sistema de navegación inercial es autónomo y no necesita señales de satélite ni estaciones base para determinar la posición.

El GNSS se basa en información satelital para el posicionamiento. Se utiliza ampliamente en aplicaciones civiles, comerciales y de defensa, aunque puede verse afectado por las condiciones atmosféricas y la multitrayectoria. Las señales GNSS también pueden verse obstruidas por túneles o ser interferidas intencionalmente mediante interferencias y suplantación de identidad, especialmente en escenarios militares.

Cuando se utilizan juntos, estos dos sistemas proporcionan un posicionamiento de gran precisión, y el sistema de navegación inercial mantiene la precisión en entornos sin GNSS, lo que mejora los datos de navegación GNSS.

Un INS incluye una Unidad de Medición Inercial (IMU) y una unidad computacional. Partiendo de una posición y orientación conocidas (el marco de referencia inercial), la IMU registra los cambios de velocidad y rotación, enviando datos sin procesar a la unidad computacional del INS, que determina con precisión la nueva posición y orientación.

Los sistemas de navegación inercial proporcionan datos de posición de forma fiable. Van desde sistemas microelectromecánicos (MEMS) ligeros hasta giroscopios dinámicos de fibra óptica (FOG) y giroscopios digitales avanzados de fibra óptica (DFOG).

El INS es especialmente beneficioso en entornos donde no está disponible el GNSS (sistema global de navegación por satélite). El GNSS puede verse afectado en túneles o bajo el agua. También puede verse afectado por la multitrayectoria o interferencias atmosféricas. Si bien esto es un problema menor para la navegación telefónica, un posicionamiento preciso es crucial para aplicaciones de topografía aérea o defensa.

La combinación de INS con GNSS es más fiable, ya que INS mitiga los errores que el GNSS por sí solo podría presentar. INS puede funcionar eficazmente sin comunicación con la estación base, lo que lo hace adecuado cuando el GNSS es impreciso o no está disponible.

Varios sistemas de navegación inercial ofrecen diferentes niveles de precisión.

Los INS de alta gama que utilizan giroscopios de fibra óptica (FOG) tienen una precisión de centímetros, ideales para la exploración aeroespacial, vehículos aéreos no tripulados (AUV) y aplicaciones de defensa. A diferencia del GNSS, el INS es inmune a interferencias y suplantación de identidad, ya que no depende de referencias externas como satélites o estaciones base. GuideNav también ofrece INS basados ​​en MEMS, una solución económica para aplicaciones con menores requisitos de precisión. 

La calibración de un INS garantiza que los resultados de salida del sensor sean precisos y consistentes en las condiciones de funcionamiento especificadas. La calibración implica comparar las salidas del INS con la información de referencia y ajustar los coeficientes de eficiencia para que coincidan.

La salida del INS puede variar debido a varios factores, tales como:

• Temperatura : afecta la salida del INS en un rango de temperaturas.
• Fuentes de error sistemático de acelerómetros y giroscopios, incluidos:
  • Sesgo del sensor
  • Factor de escala de salida del sensor
  • Sensibilidad del sensor entre ejes
  • Desalineación del eje del sensor
  • Sensibilidad G del giroscopio MEMS
• Campo magnético : Las unidades INS con magnetómetros para determinar el rumbo pueden verse afectadas por cambios en el campo magnético (p. ej., objetos ferrosos o imanes que causan interferencia estática). Este error suele calibrarse una vez instalado el INS en su posición final en el vehículo para tener en cuenta las fuentes de interferencia magnética estática. Todos los productos GuideNav incorporan un software de calibración magnética para solucionar este problema.

La calibración INS incluye equipos como cámaras de temperatura, mesas de nivelación, mesas de velocidad y estabilizadores. Todos los productos GuideNav se calibran, prueban y cumplen con las normas industriales pertinentes antes de su envío.

Los sensores INS se dividen en cinco grados de rendimiento , principalmente basados ​​en el rendimiento del giroscopio.

Si bien el INS también utiliza acelerómetros y magnetómetros, la relación coste-rendimiento del giroscopio determina principalmente su grado de rendimiento. El rendimiento del INS basado en MEMS varía desde el de consumo hasta el táctico, pero los avances en MEMS y las tecnologías de fusión de datos han impulsado su rendimiento hacia el de grado táctico de alta gama.

Grado de rendimiento: Consumidor

• Estabilidad del giroscopio: más de 20 °/h
• Costo: $
• Aplicaciones de ejemplo: detección de movimiento
• Tecnología de sensores: MEMS

Grado de rendimiento: Industrial/Táctico

• Estabilidad del giroscopio: 5 – 20 °/h
• Costo: $$
• Ejemplos de aplicaciones: Robótica 
• Tecnología de sensores: basada en MEMS

Grado de rendimiento: Táctico de alta gama

• Estabilidad de polarización del giroscopio: 0,1 – 5 °/h
• Costo: $$$
• Ejemplos de aplicaciones: sistemas autónomos
• Tecnología de sensores: MEMS / FOG (giroscopio de fibra óptica) /RLG (giroscopio láser de anillo)

Grado de rendimiento: Navegación

• Estabilidad de polarización del giroscopio: 0,01 – 0,1 °/h
• Costo: $$$$
• Aplicaciones de ejemplo: Navegación de aeronaves
• Tecnología de sensores: FOG/RLG

Grado de desempeño: Estratégico

• Estabilidad de polarización del giroscopio: 0,0001 – 0,01 °/h
• Costo: $$$$$
• Tecnología de sensores: FOG/RLG