En mis 15 años de experiencia trabajando con sistemas de navegación inercial , una cosa que he aprendido es que la precisión de la Unidad de Medición Inercial (IMU) es fundamental para el éxito de muchas aplicaciones, ya sea que estés volando un dron, guiando un misil o desarrollando robótica. Sin una comprensión clara de la precisión de una IMU, quedará vulnerable a errores que podrían comprometer todo su sistema. Entonces, ¿qué precisión tiene una IMU ? Eso depende del tipo de sensor, su calibración y el entorno en el que opera. Pero déjame darte algunas pautas claras.
La precisión de la unidad de medición inercial depende en gran medida del grado del sensor. Las IMU de consumo suelen ofrecer una precisión de 10 a 100 grados/hora, mientras que las IMU de grado industrial mejoran esta precisión de 1 a 10 grados/hora . Las IMU de grado táctico proporcionan una precisión aún mayor, que oscila entre 0,1 y 1 grado/hora , y son adecuadas para aplicaciones militares. Por último, las IMU de navegación ofrecen la mayor precisión, con menos de 0,01 grados/hora , ideal para el sector aeroespacial y de defensa.
Ahora, profundicemos en los detalles y veamos cómo se aplican estos niveles de precisión en varias aplicaciones.
Tabla de contenido
Factores que determinan la precisión de la unidad de medida inercial
La precisión de la unidad de medida inercial está determinada por varios factores clave:
- Tipo y grado del sensor : el grado de la IMU (ya sea de consumo , industrial , táctico o de navegación ) es el factor que afecta más directamente la precisión. Las IMU de mayor calidad utilizan tecnologías más sofisticadas, como giroscopios de fibra óptica (FOG) o giroscopios con láser de anillo (RLG) , que reducen significativamente la deriva y aumentan la precisión.
- Deriva (inestabilidad de polarización) : la deriva se refiere a la desviación gradual en las lecturas de una IMU a lo largo del tiempo. Cuanto menor sea la deriva, más precisa será la IMU. Las IMU de alta gama, especialmente las unidades de navegación , tienen tasas de deriva extremadamente bajas en comparación con los modelos industriales y de consumo.
- Calibración : incluso las IMU más avanzadas requieren una calibración periódica para mantener la precisión. Este proceso corrige las imperfecciones del sensor, los efectos de la temperatura y otras variables que pueden degradar el rendimiento.
- Factores ambientales : los cambios de temperatura, los golpes mecánicos y las vibraciones pueden provocar errores. Las IMU de mayor calidad están diseñadas para compensar estos desafíos ambientales, mientras que las unidades industriales y de consumo son más sensibles a tales perturbaciones.
Comprensión de la precisión de la unidad de medida inercial por grado
Las IMU normalmente se clasifican en cuatro grados primarios, cada uno con un nivel diferente de precisión:
| Grado IMU | Inestabilidad del sesgo del giroscopio | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|
| Grado de consumo | 10 a 100 grados/hora | Teléfonos inteligentes, rastreadores de actividad física, dispositivos básicos |
| Grado industrial | 1 a 10 grados/hora | Robots industriales, drones, vehículos. |
| Grado táctico | 0,1 a 1 grado/hora | UAV militares, vehículos terrestres, sistemas de defensa. |
| Grado de navegación | <0,01 grados/hora | Aviones, submarinos, naves espaciales. |
1. IMU de consumo
Estas son las IMU más simples y asequibles, que generalmente se encuentran en dispositivos como teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles y controladores de juegos. Ofrecen niveles de precisión que oscilan entre 10 y 100 grados/hora en términos de inestabilidad del sesgo del giroscopio. Si bien son suficientes para tareas básicas de detección de movimiento, no son adecuados para aplicaciones de alta precisión donde la deriva y el ruido del sensor pueden provocar rápidamente errores importantes.
2. IMU de grado industrial
Las IMU industriales ofrecen una mejora notable en la precisión, con tasas de deriva de entre 1 y 10 grados/hora . Estos se utilizan a menudo en vehículos autónomos, robótica industrial y vehículos aéreos no tripulados donde una precisión moderada y donde es posible que el GPS no siempre esté disponible. Estas IMU están diseñadas para funcionar en entornos moderadamente hostiles, pero aún pueden tener problemas con las fluctuaciones de temperatura o el funcionamiento prolongado en entornos sin GPS.
3. IMU de grado táctico
Las IMU tácticas son un paso adelante y proporcionan de 0,1 a 1 grado/hora en términos de estabilidad de polarización del giroscopio. Por lo general, se utilizan en vehículos militares, vehículos aéreos no tripulados y otros sistemas de alto rendimiento donde se requiere una navegación precisa, particularmente en entornos sin GPS. Con un mejor rendimiento en términos de estabilidad de polarización y resistencia a factores ambientales, estas IMU ofrecen un buen equilibrio entre costo y rendimiento.
4. IMU de grado de navegación
En el extremo superior, tenemos unidades de medición inercial de grado de navegación, que ofrecen la mayor precisión, con una inestabilidad de polarización inferior a 0,01 grados/hora . Se utilizan en aviones, submarinos y naves espaciales , sistemas en los que incluso un pequeño error puede tener consecuencias importantes. Las IMU de navegación son capaces de operar durante períodos prolongados en entornos sin GPS, lo que las hace ideales para misiones a largo plazo en los sectores aeroespacial y de defensa. Sin embargo, estas IMU también son las más caras y a menudo cuestan más de 100.000 dólares por unidad.
¿Cómo afecta el tipo de sensor a la precisión de la IMU?
A lo largo de los años, he visto evolucionar una amplia gama de tecnologías IMU y cada una tiene su función dependiendo de la precisión requerida. Así es como suelo explicar los principales tipos de IMU y su precisión:
- MEMS IMU (Sistemas Micro-Electro-Mecánicos) : Los MEMS IMU han logrado grandes avances en la última década. Al principio, la gente veía a los MEMS como opciones de menor costo y menos precisas, pero eso ya no es del todo cierto. Hoy en día, existen IMU MEMS de alta gama IMU FOG de nivel medio en precisión; por ejemplo, la IMU basada en MEMS GUIDE900 de GuideNav puede proporcionar una inestabilidad de polarización giroscópica con una precisión de hasta 0,1 grados/hora. De hecho, he trabajado con clientes de vehículos aéreos no tripulados y robótica que han descubierto que las IMU MEMS proporcionan el equilibrio perfecto entre precisión , tamaño y costo . También son increíblemente duraderos y soportan bien las vibraciones, razón por la cual se utilizan tanto en drones y otros sistemas móviles.
- FOG IMU (giroscopio de fibra óptica) : si necesita más precisión y estabilidad, las FOG IMU son el camino a seguir. He trabajado con estos en proyectos aeroespaciales y de defensa, donde la precisión lo es todo. Los sensores de niebla ofrecen una excelente estabilidad a largo plazo con una deriva muy baja, lo que los hace ideales para aplicaciones en las que incluso los pequeños errores de navegación podrían provocar problemas importantes. Las IMU FOG se encuentran comúnmente en aviones y misiles y, si bien son más caras, la precisión que ofrecen no tiene comparación con la mayoría de las otras tecnologías en estos entornos.
- RLG IMU (giroscopio láser de anillo) : estos son los mejores en términos de precisión. Si trabaja en áreas de alto riesgo, como submarinos militares o navegación espacial, las IMU de RLG son su mejor opción. Ofrecen la mayor precisión prácticamente sin deriva, pero tienen un costo elevado y son relativamente voluminosos. Los he visto utilizados en aplicaciones donde la precisión a largo plazo no es negociable, y rara vez, o nunca, decepcionan.
¿Por qué la deriva es importante para la precisión de la unidad de medida inercial?
No importa cuán avanzada sea la IMU, la deriva sigue siendo un desafío, particularmente en la navegación a largo plazo sin puntos de referencia externos como el GPS. La deriva, también conocida como inestabilidad de sesgo , es la lenta acumulación de error en las lecturas de una IMU a lo largo del tiempo. Este error es particularmente significativo en aplicaciones como la navegación autónoma o la guía de misiles, donde incluso una pequeña desviación puede provocar un fallo.
Por ejemplo, las IMU de navegación tienen tasas de deriva tan bajas como 0,01 grados/hora , lo que significa que pueden mantener datos de orientación precisos durante largos períodos. Por el contrario, las IMU de consumo con velocidades de deriva de hasta 100 grados/hora pueden volverse poco fiables rápidamente en tareas tan críticas.
El papel de la calibración y la fusión de sensores
Incluso las IMU más precisas requieren una calibración periódica para garantizar que su rendimiento siga siendo confiable a lo largo del tiempo. La calibración ayuda a ajustar la desviación del sensor, los cambios de temperatura y el desgaste mecánico. Sin una calibración adecuada, incluso una IMU de alta gama puede experimentar un rendimiento degradado.
En muchos sistemas, la fusión de sensores se utiliza para mejorar aún más la precisión. Al combinar los datos de la IMU con otros sensores, como GPS o magnetómetros , puede corregir la deriva y mejorar la confiabilidad general del sistema. Esto es particularmente común en aplicaciones de alto rendimiento como vehículos autónomos o sistemas de misiles , donde la redundancia y la precisión son fundamentales.
Cómo puede ayudar GuideNav
En GuideNav , ofrecemos una gama completa de sensores IMU, que abarcan todos los niveles de precisión, desde industriales hasta tácticos y de navegación . Ya sea que su aplicación requiera seguimiento de movimiento o navegación de alta precisión en entornos críticos, tenemos la IMU adecuada para satisfacer sus necesidades.
Nuestros productos son reconocidos por su alta precisión y confiabilidad. Ofrecemos una variedad de características para mitigar los desafíos comunes de IMU, que incluyen:
- Técnicas de calibración sofisticadas que minimizan la deriva y garantizan un rendimiento estable.
- Potente software diseñado para suprimir el ruido y aumentar la precisión de los datos IMU.
- Guías completas y soporte de expertos para ayudar a los usuarios a utilizar plenamente las capacidades de sus IMU.
GuideNav es un excelente punto de partida si busca la IMU ideal para sus necesidades.
