En el campo de la navegación inercial (INS) , la precisión generalmente se refiere al grado de desviación entre los valores estimados proporcionados por el sistema de navegación o el dispositivo de medición y los valores verdaderos. La precisión es una métrica clave para evaluar el rendimiento de un sistema de navegación y afecta directamente la confiabilidad y efectividad del sistema en entornos complejos, como cuando se pierden referencias externas, o se pierden o interfieren señales GPS.
Definición de precisión en los sistemas de navegación inercial:
- Precisión de posición:
- Se refiere a la diferencia entre la posición estimada y la posición verdadera. INS utiliza sensores inerciales (p. Ej., Acelerómetros, giroscopios) para el monitoreo de movimiento y calcula la posición integrando la aceleración y la velocidad angular. Debido a la acumulación de errores del sensor, la precisión de la posición puede degradarse gradualmente con el tiempo.
- La precisión de la posición se expresa típicamente en metros (M) .
- Precisión de velocidad:
- Se refiere a la diferencia entre la velocidad estimada y la velocidad real. El INS estima la velocidad midiendo la aceleración, pero debido a errores del acelerómetro, los errores de estimación de la velocidad aumentan con el tiempo.
- La precisión de la velocidad generalmente se expresa en metros por segundo (m/s) o kilómetros por hora (km/h) .
- Precisión de rumbo:
- Se refiere a la diferencia entre el encabezado estimado (dirección) y el verdadero encabezado. INS utiliza giroscopios para medir la velocidad angular, que luego se usa para estimar el encabezado. Los errores surgen de sesgos, deriva y otros factores en los giroscopios.
- La precisión del rumbo se expresa típicamente en grados (°) .
- Precisión de actitud:
- Se refiere a la diferencia entre la actitud estimada (ángulos de cabeceo, balanceo y guiñada) y la actitud verdadera. La precisión de la actitud está estrechamente relacionada con la precisión del rumbo y la calidad de los acelerómetros y giroscopios.
- La precisión de la actitud generalmente se expresa en grados (°) .
Factores que afectan la precisión:
- Errores de sensor:
- Los errores del acelerómetro (por ejemplo, sesgo cero, errores de factor de escala, ruido) y errores de giroscopio (p. Ej., Drift de sesgo, ruido, errores de factor de escala) son determinantes clave de la precisión de un INS.
- Con el tiempo, se acumulan errores del sensor, que afectan la precisión de la estimación de posición y actitud.
- Errores de integración del sistema:
- Los errores en la integración de acelerómetros y giroscopios, la calibración del sensor y otras configuraciones de hardware (p. Ej., Antenna, sistemas informáticos) también afectan la precisión general.
- Condiciones iniciales y precisión de alineación:
- Los errores en la configuración de la posición inicial, la velocidad y la actitud, o los errores de alineación, pueden conducir a una reducción en la precisión de todo el INS. Por lo tanto, las fases de inicio y alineación inicial de los INS son cruciales.
- Interferencia externa:
- Factores externos como los campos magnéticos, los cambios de temperatura y las vibraciones pueden afectar el rendimiento de los sensores, influyendo así en la precisión.
Relación de precisión y error:
En la navegación inercial, la precisión a menudo se relaciona con el error (error). Por ejemplo, el error acumulativo y la deriva son causas principales de degradación de precisión. Con el tiempo, se acumulan errores del sistema, lo que lleva a una disminución gradual en la precisión de la navegación. En general, un INS funciona bien durante períodos cortos, pero la precisión disminuye a medida que avanza el tiempo.
Métricas comunes para precisión y error:
- Desviación estándar : representa el rango de fluctuación entre los valores medidos y los valores verdaderos, lo que refleja la estabilidad de la precisión del sistema.
- Error máximo : la mayor desviación de la posición del sistema, la velocidad o el encabezado dentro de un período de tiempo determinado.
- Error cuadrado medio de raíz (RMSE) : considera tanto la magnitud como la distribución de errores, comúnmente utilizados para describir la precisión general del sistema.
Precisión versus precisión:
- Precisión : se refiere a qué tan cerca está la salida del sistema al valor verdadero. Se usa comúnmente para describir la diferencia entre posición, velocidad, encabezado, etc. y los valores verdaderos.
- Precisión : se refiere a la consistencia de la salida del sistema, es decir, la distribución de errores entre múltiples mediciones. Un sistema con alta precisión podría generar resultados muy similares en múltiples mediciones, pero estos resultados pueden no estar necesariamente cerca del valor verdadero.
Optimización de la precisión en los sistemas de navegación inercial:
- Sensores auxiliares externos : los sensores como GPS, sensores de visión y sensores geomagnéticos pueden proporcionar información adicional para reducir la acumulación de errores en el INS.
- Algoritmos de fusión : algoritmos como el filtro Kalman pueden fusionar datos de diferentes sensores para mejorar la precisión del sistema.
- Sensores de inercia de alta precisión : el uso de acelerómetros y giroscopios de alta calidad puede mejorar significativamente la precisión del sistema, especialmente en el control de errores a largo plazo.
Resumen:
En la navegación inercial, la precisión se refiere a la desviación entre la salida del sistema (como la posición, la velocidad, el rumbo, la actitud) y los valores verdaderos. La precisión está influenciada por varios factores, incluidos los errores del sensor, los errores de alineación inicial e interferencia externa. La precisión es una de las métricas centrales para evaluar el rendimiento del INS, afectando directamente la efectividad y la confiabilidad del sistema en navegación, control y otras aplicaciones.
