¿Alguna vez intentó integrar un sistema de navegación, solo para darse cuenta de que no da una posición en absoluto?
Eso sucede cuando la gente confunde a un IMU con un INS. Suena técnico, pero las consecuencias son reales: opciones de hardware incorrectas, presupuesto desperdiciado y sistemas que simplemente no funcionan como se esperaba. La solución? Comprender las diferencias clave entre IMU, INS y lo que cada uno está realmente diseñado para hacer. Esta guía lo guiará a través de él, todo en inglés simple.
Una IMU mide el movimiento, mientras que un INS utiliza datos de IMU para calcular la posición y la orientación con el tiempo: IMU es un sensor, INS es un sistema.
Aclaremos la confusión, pase por paso.
Tabla de contenido
¿Qué es un IMU?
Una unidad de medición inercial (IMU) es un dispositivo sensor que mide la aceleración y la velocidad angular . Típicamente construido con MEMS, FOG o Tecnologías HRG, una IMU incluye acelerómetros, giroscopios y, a veces, magnetómetros . Salida de datos inerciales en bruto utilizados para estimar el movimiento en el espacio. Las IMU se usan ampliamente en UAV, robótica, vehículos y teléfonos inteligentes. Sin embargo, por su cuenta, no proporcionan posición u orientación , a menos que sean integrados con procesamiento adicional. Las IMU varían en precisión, desde sensores de nivel comercial de bajo costo a táctico y de grado de navegación como GMS400 de Guidenav.
¿Qué es un INS?
Un sistema de navegación inercial (INS) es un sistema completo que utiliza datos de IMU para calcular la posición, la velocidad y la actitud en tiempo real. Normalmente incluye:
- Un imu incrustado
- Un poderoso procesador a bordo
- Algoritmos de fusión del sensor (por ejemplo, filtro Kalman )
- A menudo, un módulo GNSS para ayudar
El INS realiza la integración en tiempo real de las salidas de IMU para proporcionar una solución de navegación continua. Debido a esto, puede operar incluso en entornos deglitados de GNSS durante un tiempo limitado, lo que lo hace esencial en misiones aeroespaciales, marítimas y autónomas . Sistemas como Guidenav's GFS120 y Guide2D ejemplifican dicha integración.
¿En qué se diferencian IMU e INSS?
La mayoría de las personas lo simplifican diciendo: "Un INS es solo un IMU con un módulo GNSS". Técnicamente, ese es un comienzo, pero está lejos de toda la imagen.
Sí, un INS incluye un IMU en su núcleo. Pero también integra un procesador, GNSS (a menudo con soporte RTK o SBAS) y, a veces, sensores de ayuda externos como codificadores de ruedas, sensores de velocidad aérea, altímetros barométricos o registros de velocidad Doppler (DVL) . Estas adiciones permiten que los INS fusionen los datos en tiempo real, entregando no solo el movimiento, sino que las estimaciones de alta confianza de posición, velocidad y orientación.
Piense en una IMU como un termómetro, le indica los datos sin procesar. El INS es el informe meteorológico: filtrado, fusionado y listo para actuar.
| Característica | IMU | INS |
|---|---|---|
| Función central | Mide la aceleración y la rotación | Calcula la posición completa, la velocidad, la orientación |
| Componentes | Acelerómetro, giroscopio | IMU + GNSS + procesador + sensores opcionales |
| Producción | Datos de movimiento sin procesar | Datos de navegación fusionados (tiempo real) |
| Soporte GNSS | Ninguno | Incorporado (RTK/SBAS opcional) |
| Ayuda externa | No aplicable | Odómetro, DVL, velocidad aérea, altímetro, etc. |
¿Puedes navegar con solo un IMU?
Piense en un imu como sentir movimiento con los ojos cerrados. Puede decir que está avanzando o girando, pero no tiene idea de dónde está. Eso es lo que sucede cuando intentas navegar usando solo una IMU.
Claro, puede integrar la aceleración con el tiempo para estimar la posición. Pero pequeños errores se acumulan rápidamente, convirtiéndose en grandes errores en segundos. Esto se llama Drift, y hace que Imus independiente sea poco confiable para la navegación.
Son excelentes para la estabilización a corto plazo, como mantener un nivel de cardán, pero no para descubrir a dónde se encuentra o dónde va. Para eso, necesitas un INS.
¿Cómo procesan los datos de IMU un INS?
A diferencia de un IMU, que solo detecta el movimiento, un INS interpreta que el movimiento y lo transforma en una visión completa de la navegación. Esto incluye saber dónde se encuentra, qué tan rápido se mueve y en qué dirección enfrenta. Pero no sucede automáticamente. Requiere una cadena de pasos cuidadosamente diseñados (combinación de física, matemáticas y corrección en tiempo real) para convertir las señales sin procesar en navegación confiable.
Caminemos por el proceso:
1.
Todo comienza con la IMU, que mide continuamente la aceleración (a través de acelerómetros) y la velocidad angular (a través de Gyroscopes). Estos valores reflejan cómo el sistema se mueve en el espacio 3D.
➡ Este paso le da al INS su conciencia de movimiento bruto.
2. Calcule la velocidad y la posición
El INS integra la aceleración para obtener la velocidad, luego integra la velocidad para estimar la posición con el tiempo. Esto le dice al sistema qué tan lejos ha viajado desde su punto de partida.
➡ Así es como el INS rastrea el movimiento, incluso sin GPS.
3. Estimación de orientación
Al procesar datos de giroscopio y hacer referencia a vectores como la gravedad y el campo magnético de la Tierra, el INS determina el rollo, el tono y el guiñada, su orientación 3D completa.
➡ Este paso ayuda al sistema a comprender cómo está girado o inclinado.
4. Aplicar la fusión del sensor para la precisión
Los datos de IMU solo se desplazan con el tiempo. El INS utiliza algoritmos inteligentes, como los filtros Kalman, para combinar la entrada de IMU con otros sensores:
- GNSS / RTK / SBAS
- Odómetros de la rueda
- Sensores de DVL o velocidad aérea
- Altímetros barométricos
Estas correcciones mejoran drásticamente la precisión y la estabilidad a largo plazo.
➡ Fusión mantiene el sistema confiable, incluso cuando algunos sensores pierden señal.
5. Entregue la salida de navegación en tiempo real
La salida final es un flujo continuo en tiempo real de posición, velocidad y datos de actitud, se refrescaron muchas veces por segundo, y listo para usar por controladores de vuelo, pilotos automáticos o sistemas de mapeo.
➡ Esto es lo que hace que el INS sea una solución de navegación completa.
Los productos INS de GuidenAV siguen esta arquitectura, con motores de fusión sintonizados para condiciones, entornos dinámicos y plataformas con altos vibraciones. El resultado: navegación confiable en la que puede confiar cuando más importa.
¿Cuándo es un IMU suficiente para su aplicación?
Una IMU es todo lo que necesita si su sistema solo necesita detectar el movimiento , no calcular la posición o el rumbo con el tiempo. Es ideal cuando reacciona al movimiento, no intentas rastrear la ubicación absoluta.
Los casos de uso comunes incluyen:
Estabilización de la cámara
Detecta la vibración o la inclinación para ayudar a los motores a mantener la cámara estable.
Seguimiento de gestos
En AR/VR o portátiles, donde sigue el movimiento, no una posición exacta.
Orientación a corto plazo
Usado en drones o robots durante las maniobras de inicio, flotar o maniobras rápidas.
Soporte de control de vuelo
Junto con GNSS o flujo óptico, las IMU proporcionan retroalimentación rápida para la estabilización de drones.
Solo tenga en cuenta: Imus solo da aceleración y rotación cruda. Si necesita orientación o velocidad, tendrá que construir las matemáticas usted mismo: filtros, corrección de deriva y más.
Si eso está dentro de la capacidad de su sistema, una IMU es una solución ligera, asequible y eficiente
¿Cuándo realmente necesitas un INS completo?
Necesita un INS completo cuando su sistema debe conocer la posición y la orientación exacta en todo momento , especialmente en entornos donde GNSS puede fallar o no está disponible.
Los casos de uso típicos incluyen:
- Entornos con lagada de GNSS: como túneles, en interiores, bajo el agua o cañones urbanos
- Plataformas de alta dinámica: como drones, misiles y vehículos todoterreno que necesitan actualizaciones rápidas y precisas
- Recorte muerto: donde el sistema debe mantener la navegación entre las señales GNSS, o sin GNSS en absoluto
- Tareas críticas de precisión: como mapeo, orientación o conducción autónoma
En estas situaciones, un IMU solo se desplazaría rápidamente, lo que conduciría a resultados poco confiables. Un INS resuelve esto fusionando datos inerciales con GNSS y sensores opcionales como DVL, odómetros o altímetros.
¿Cuáles son los errores comunes al elegir IMU o INS?
Seamos honestos: cuando se trata de sensores inerciales, es fácil hacer la llamada equivocada, especialmente si eres nuevo en el campo. He visto a los equipos elegir la herramienta equivocada más veces de las que puedo contar. Y rara vez se trata de la tecnología, se trata de malinterpretar el problema.
Aquí es donde las cosas suelen salir del camino:
Error #1: Pensar que una IMU te da posición
No lo hace. Un IMU solo te dice qué tan rápido te estás moviendo o girando. Si esperas coordenadas en tiempo real fuera de la caja, te decepcionará.
Error #2: Uso de una IMU de nivel de entrada para un trabajo exigente
Un sensor de bajo costo puede verse bien en el papel, pero una vez que lo ata a un dron o robot de movimiento rápido, el ruido y la deriva arruinarán sus datos.
Error #3: Pagar por un INS cuando un IMU habría hecho el truco
Si todo lo que necesita es estabilizar una cámara o detectar orientación básica, un INS completo es excesivo. No resuelva un problema de $ 300 con una solución de $ 3000.
Error #4: Olvidando el entorno del mundo real
Las especificaciones de laboratorio no siempre reflejan el rendimiento del campo. La alta vibración, las temperaturas extremas o las cargas de choque pueden arrojar sensores baratos rápidamente.
Error #5: Subestimando el esfuerzo de integración
Los datos de IMU sin procesar no son enchufes. Si no tiene el software, los filtros o los algoritmos correctos en su lugar, incluso el mejor sensor subdirerá.
¿Qué apoyo ofrece Guidenav para la selección de IMU/INS?
En Guidenav, no solo enviamos sensores, sino que lo ayudamos a construir el sistema correcto . Ofrecemos:
- Consultoría de aplicaciones individuales
- IMU/INS RENDIMIENTO COMPORTENCIA
- Guías de integración para UAV, UGV y sistemas marítimos
- Kits de acceso y evaluación de la hoja de datos
- Soporte de ingeniería de respuesta rápida
Ya sea que esté construyendo un UAV de baja potencia o un sistema de navegación con GNSS, lo ayudamos a seleccionar entre MEMS IMU, FOG IMU o InS Complete en función de su perfil de misión.
