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¿Cómo funciona realmente un INS?
Un sistema de navegación inercial consta de dos partes bien diferenciadas: la primera es la IMU (unidad de medición inercial), a veces llamada IRU (unidad de referencia inercial).
Este es el nombre colectivo de los acelerómetros y giroscopios que proporcionan mediciones de la aceleración y la velocidad angular. La segunda parte es el ordenador de navegación. El ordenador de navegación toma medidas de la IMU y las utiliza para calcular la posición relativa, la orientación y la velocidad del INS.
Existen básicamente dos tipos de ordenadores de navegación; plataformas estabilizadas y navegadores con correas.
Plataformas estabilizadas
Las plataformas estabilizadas utilizan giroscopios mecánicos reales que giran para estabilizar una plataforma que gira independientemente del sistema de navegación inercial. De este modo, mientras el sistema de navegación inercial gira, la plataforma estabilizada en su interior no lo hace. De este modo, el sistema aprende su orientación y puede utilizar las mediciones de los acelerómetros. Los inconvenientes de este tipo de sistema son el bloqueo del cardán (véase giroscopios para una explicación completa), el elevado coste y la complejidad.
Navegador con correas
En cambio, los sensores del interior de un navegador atado no se mueven independientemente del INS. Están, si se quiere, atados. Esto supera muchos de los problemas asociados a las plataformas estabilizadas y es la principal razón por la que los sistemas de navegación inercial están ahora al alcance de mucha más gente. A diferencia de los giroscopios mecánicos giratorios de las plataformas estabilizadas, los giroscopios de los navegadores con correas suelen ser MEMS (sistemas microelectromecánicos), que no parecen tener partes móviles. De hecho, es mejor pensar en ellos como sensores de velocidad angular, en lugar de giroscopios, aunque así es como se les suele llamar.
¿Cómo funciona un INS?
Para obtener las mediciones necesarias para la navegación en el espacio tridimensional, los ejes de los sensores inerciales están dispuestos de forma perpendicular entre sí. En otras palabras, cada eje está a 90° de los otros dos (como se muestra en la imagen inferior).
Marco IMU
Esta imagen muestra los tres ejes (xyz) que el sistema de navegación inercial utiliza para medir el movimiento y la orientación. La posición de los ejes dentro del INS es fija, por lo que giran con él. Cada eje mide en ambas direcciones - las puntas de flecha en la imagen muestran qué dirección se lee como positiva. Por ejemplo:
- Si el SIN acelera en la dirección de la flecha verde, el eje y mostrará una aceleración positiva.
- Si el SIN acelera en sentido contrario, veríamos una aceleración negativa a lo largo del eje y.
También se mide la velocidad angular alrededor de cada eje.
- Si el INS gira como indica la flecha roja circular, veríamos una lectura positiva en el giroscopio del eje x.
- Si el INS gira en la dirección opuesta veríamos un valor negativo en el giroscopio del eje x.
Al realizar mediciones a lo largo (y alrededor) de los ejes x, y y z, el ordenador de navegación puede entender cómo se está moviendo y girando. En la imagen del marco de la IMU, puede ver claramente cómo están dispuestos los ejes xyz de medición en uno de nuestros productos. También puede ver una flecha circular que muestra cómo el giroscopio del eje x mide la velocidad angular.
Cabe señalar que, aunque cada flecha apunta en una dirección, los giroscopios y acelerómetros siguen midiendo en ambas direcciones a lo largo o alrededor de cada eje. Las flechas indican simplemente en qué dirección ven los sensores un movimiento positivo. Así, si el producto acelera hacia abajo (en la dirección de la flecha azul), el acelerómetro del eje z indicará un valor positivo; si el producto acelera hacia arriba, el acelerómetro del eje z mostrará un valor negativo. Una consideración importante aquí es el marco de referencia.
