En navegación inercial, una antena generalmente se refiere al dispositivo que recibe señales de sistemas de posicionamiento externos, más comúnmente Sistemas de Navegación Global por Satélite (GNSS) , como GPS, GLONASS, Galileo o BeiDou. La antena es crucial para proporcionar información de posición absoluta (latitud, longitud y altitud) y ayudar en la inicialización y corrección del sistema de navegación inercial (INS).
Papel de la antena en la navegación inercial:
Recepción de señal GNSS:
- La antena recibe señales de satélites GNSS que transmiten sus datos de posición y tiempo. Esto permite que el INS determine la posición absoluta y la velocidad del sistema, que puede usarse para corregir o calibrar los sensores inerciales (acelerómetros y giroscopios) con el tiempo.
Posicionamiento y navegación:
- Los datos GNSS proporcionados por la antena ayudan a establecer la posición del dispositivo en el espacio. Esta información es particularmente importante para determinar la posición inicial y para realizar correcciones a las estimaciones del sistema de navegación inercial de posición y velocidad a lo largo del tiempo, especialmente en ausencia de otros sistemas de referencia.
Fusión con sensores inerciales:
- En un enfoque típico de fusión de sensores , los datos de la antena GNSS y los sensores de inercia (IMU) se combinan utilizando algoritmos como el filtrado de Kalman para proporcionar información de navegación precisa y continua. Los sensores inerciales proporcionan una precisión a corto plazo, mientras que los datos de GNSS corrigen la deriva a largo plazo.
Papel en la inicialización:
- Durante el inicio del sistema o cuando el INS no puede obtener suficientes mediciones inerciales, la antena GNSS proporciona datos vitales para la alineación inicial y la calibración del sistema, especialmente para la posición y el encabezado inicial.
Ayudando en precisión:
- En el caso de sistemas de doble antena o antenas múltiples , la posición relativa entre las antenas se puede usar para calcular el encabezado , el rollo y el tono . Esto es común en aplicaciones como marina , aeroespacial y de los vehículos terrestres , donde se requiere un encabezado y actitud precisos.
Por ejemplo:
- Los sistemas de antena única se basan solo en los datos de GNSS para actualizar la posición, mientras que
- Los sistemas de doble antena usan dos antenas colocadas a una distancia fija separada para calcular el encabezado, que luego se usa para corregir el INS.
Impacto de los factores ambientales:
- El rendimiento de la antena puede verse afectado por factores ambientales como el bloqueo de la señal , la interferencia múltiple (señales reflejadas) o las condiciones atmosféricas , lo que puede afectar la calidad y la confiabilidad de los datos GNSS. Esto es particularmente problemático en los cañones urbanos o los bosques densos , donde las señales pueden bloquearse o reflejarse.
Tipos de antenas en la navegación inercial:
- Antenas de parche:
- Estas son antenas pequeñas y planas que a menudo se usan en receptores GNSS para aplicaciones que requieren diseños de bajo perfil. Se pueden usar en configuraciones de antena simple y dual.
- Antenas helicoidales:
- Utilizado para aplicaciones donde la antena necesita proporcionar una mejor recepción de señal en una dirección específica (por ejemplo, aviones , vasos marinos ).
- Sistemas de doble antena:
- En aplicaciones donde se deben determinar el encabezado y la actitud se utilizan sistemas de doble antena Estos sistemas miden la posición relativa entre dos antenas para calcular el encabezado (dirección de viaje), que luego se puede fusionar con mediciones inerciales.
- Antenas de microstrip y L1/L2:
- Estas antenas pueden operar en bandas GNSS específicas (por ejemplo, L1 para GPS) y pueden ofrecer alta precisión y resistencia a la interferencia de la señal.
Conclusión:
En la navegación inercial, la antena es un componente vital para proporcionar datos de posición absolutos a través de señales GNSS, lo que ayuda a corregir los errores acumulados (deriva) en la unidad de medición de inercia (IMU) . Al combinar los datos de la antena con las mediciones de la IMU, el sistema puede lograr una mayor precisión y confiabilidad en la navegación, especialmente durante períodos más largos y en entornos donde los sensores inerciales por sí solos experimentarían la deriva.
