Navegación inercial: navegación a estima

A partir de las mediciones de tres acelerómetros y tres giroscopios, el OXTS sistema de navegación inercial mantiene un registro de dónde se encuentra en el espacio tridimensional. Para ello utiliza un proceso denominado cuenta atrás.

El proceso real de cálculo a ojo es bastante fácil de entender: se toma información de alguna fuente (giroscopios y acelerómetros en este caso) y convertirlos en un movimiento que se puede añadir a tu última posición conocida para ver dónde estás ahora.

A continuación se muestra un ejemplo simplificado en 2D de cálculo a ojo.

A continuación, la imagen muestra otras tres posiciones y la información registrada por los sensores entre ellas. Por supuesto, en la realidad, el INS actualizaría su posición decenas o cientos de veces por segundo, pero en este ejemplo sólo se muestran las actualizaciones de posición cuando se producen cambios clave para facilitar la comprensión.

Así que en el momento cero, el INS está inmóvil (y no sabe dónde está). Entonces ve una aceleración de 5 m/s² en el acelerómetro del eje x durante 1 segundo, lo que le da una velocidad de 5 m/s (o 18 km/h). A continuación, se detiene por completo y detecta una aceleración de -10 m/s² durante 0,5 segundos. Como no se ha registrado ninguna otra medición en los demás sensores, el navegador con cinturón puede calcular fácilmente que se ha desplazado 3,75 metros en la dirección del eje x. Una vez más, en este punto, el INS no sabe dónde está, ya que no le hemos dado ninguna información de posición para empezar.

Tan pronto como el INS se detiene en la actualización de posición 1, el giroscopio del eje z detecta un valor de 90 °/s durante 0,5 segundos; por lo que sabe que acaba de girar 45° en el sentido de las agujas del reloj. Una vez más, tan pronto como ese movimiento se ha completado el INS ve de nuevo la aceleración en el acelerómetro del eje x. Esta vez es de 1 m/s² durante 10 segundos seguido de -5 m/s² durante 2 segundos. Utilizando las mismas técnicas que antes, el INS puede calcular que ahora se ha movido 60 metros más adelante en un ángulo de 45° desde donde estaba en la actualización de posición 1. A esto nos referíamos antes cuando hablábamos de que las actualizaciones de posición de un INS eran relativas a la última posición conocida.
El último movimiento es diferente de los anteriores. En la actualización de la posición 2, se puede ver que el INS ha girado por lo que tiene la misma orientación que tenía inicialmente. Sin embargo, cuando se mueve hacia la posición 3, podemos ver que el INS se está moviendo en un ángulo con respecto a su eje de medición (el marco de la IMU) - se está moviendo hacia atrás y hacia la derecha con una orientación de 135°.

Debido a este movimiento, la aceleración se registra simultáneamente en los ejes X e Y. Tampoco se produce una aceleración negativa que provoque la parada del INS. Tampoco hay una aceleración negativa que haga que el INS se detenga, de modo que aunque las mediciones de los acelerómetros caen a cero después de 1 segundo, el ordenador de navegación sabe que la unidad todavía tiene una velocidad. En este caso, se está moviendo a 7,07 m/s (unos 25 km/h), y la actualización de posición 3 ocurre 1,5 segundos después de que el INS abandone la actualización de posición 2. En ese tiempo el INS ha recorrido 7,95 metros.

Como todas las cosas, la navegación inercial tiene sus puntos fuertes y sus puntos débiles. Uno de los más importantes que hay que comprender para obtener las mediciones más precisas de posición, orientación y dinámica es deriva.

Éste es uno de los artículos de nuestra serie '¿Qué es un sistema de navegación inercial?' serie.