Experto en Soluciones de Navegación Inercial

Un sistema de navegación inercial (INS) utiliza sensores inerciales para medir cambios en el movimiento, lo que ayuda a determinar la velocidad, orientación y 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 fuerza y ​​dirección del campo magnético de la Tierra, determinando la orientación relativa 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 de un magnetómetro en la mayoría de los vehículos.

Cada uno de estos sensores tiene 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 marco 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.

GNSS se basa en información satelital para el posicionamiento. Se utiliza ampliamente en aplicaciones civiles, comerciales y de defensa, aunque puede verse alterado por las condiciones atmosféricas y las rutas múltiples. Las señales GNSS también pueden verse obstruidas por túneles o interferidas intencionalmente mediante interferencias y suplantaciones, especialmente en escenarios militares.

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

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

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

El INS es especialmente beneficioso en entornos donde el GNSS (sistema global de navegación por satélite) no está disponible. Los GNSS pueden verse alterados en túneles o bajo el agua. También puede sufrir interferencias atmosféricas o de rutas múltiples. Si bien este es un problema menor para la navegación telefónica, el posicionamiento preciso es fundamental para aplicaciones de defensa o topografía aérea.

Combinar INS con GNSS es más confiable, ya que INS mitiga los errores que podrían surgir solo con GNSS. El INS puede funcionar eficazmente sin comunicación con la estación base, lo que lo hace adecuado cuando el GNSS es inexacto 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 y son adecuados para exploración aeroespacial, AUV y aplicaciones de defensa. A diferencia del GNSS, el INS es inmune a interferencias o suplantaciones de identidad, ya que no depende de referencias externas como satélites o estaciones base. GuideNav también ofrece INS rentable basado en MEMS para aplicaciones con menores requisitos de precisión. 

La calibración de un INS garantiza que los resultados de salida del sensor sean precisos y consistentes dentro de las condiciones operativas especificadas. La calibración implica comparar los resultados del INS con la información de referencia y ajustar los factores de eficiencia para que coincidan con ambos.

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 errores sistemáticos de acelerómetros y giroscopios que incluyen:
  • Polarización del sensor
  • Factor de escala de salida del sensor
  • Sensibilidad del eje transversal del sensor
  • Desalineación del eje del sensor
  • Sensibilidad del giroscopio G MEMS
• Campo magnético : las unidades INS con magnetómetros para determinar el rumbo pueden verse afectadas por cambios en el campo magnético (por ejemplo, objetos ferrosos o imanes que causan interferencia estática). Este error generalmente se calibra una vez que el INS está instalado en su posición final en un vehículo para tener en cuenta las fuentes de interferencia magnética estática. Todos los productos GuideNav tienen software de calibración magnética incorporado para solucionar este problema.

La calibración del INS implica equipos como cámaras de temperatura, mesas niveladoras, tablas de velocidad y cardanes. Todos los productos GuideNav se calibran, prueban y cumplen con los estándares industriales relevantes antes del envío.

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

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

Grado de rendimiento: Consumidor

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

Grado de rendimiento: Industrial/Táctico

• Estabilidad de polarización giroscópica: 5 – 20 °/h
• Costo: $$
• Aplicaciones de ejemplo: robótica 
• Tecnología de sensores: basada en MEMS

Grado de rendimiento: Táctico de alta gama

• Estabilidad de polarización giroscópica: 0,1 – 5 °/h
• Costo: $$$
• Aplicaciones de ejemplo: sistemas autónomos
• Tecnología de sensor: MEMS / FOG (giroscopio de fibra óptica) /RLG (giroscopio láser de anillo)

Grado de rendimiento: Navegación

• Estabilidad de polarización giroscópica: 0,01 – 0,1 °/h
• Costo: $$$$
• Aplicaciones de ejemplo: navegación aérea
• Tecnología de sensores: NIEBLA/RLG

Grado de desempeño: Estratégico

• Estabilidad de polarización giroscópica: 0,0001 – 0,01 °/h
• Costo: $$$$$
• Tecnología de sensores: NIEBLA/RLG