Deriva del INS y por qué un INS asistido por GNSS es la solución

Sin ayuda significa sistemas que sólo utilizan acelerómetro y giroscopio para calcular su posición. Deriva es el término utilizado para describir la acumulación de pequeños errores en las mediciones del acelerómetro y el giroscopio, que gradualmente hacen que la estimación de la posición INS sea cada vez más inexacta.

Entender por qué se produce la deriva es bastante fácil. Imagínese que mide un trozo de madera con una cinta métrica de 5 m de longitud. Si puede leer las divisiones de la cinta con una precisión de 1 mm, podrá afirmar fácilmente que ese trozo de madera mide 4 m ± 1 mm. Si, por el contrario, la única cinta métrica que encuentras mide 0,5 m y sólo puedes leerla con una precisión de 1 mm, cuando hayas medido y movido la cinta ocho veces, sólo podrás decir que la madera mide 4 m ± 8 mm. De hecho, puede que no llegues a los 4 m.

Navegación inercial La deriva se acumula de la misma manera. Cada vez que se lee un acelerómetro o un giroscopio, hay un error minúsculo en la lectura. Si sólo tomáramos una lectura para calcular la velocidad a la que aceleramos o giramos, esto no sería un problema. Pero como el ordenador de navegación está sumando cada medición para calcular cómo se ha movido respecto a la estimación de posición anterior, el minúsculo error crece con el tiempo.

Este diagrama muestra de forma muy simplificada cómo puede acumularse la deriva en un sistema de navegación inercial no asistido. Se ha trabajado mucho en sistemas que reduzcan al mínimo la acumulación de estos errores, pero es innegable que existen. Sin embargo, eso no significa que el principio de los sistemas de navegación inercial sea inútil o inferior al GPS, por ejemplo. Ni mucho menos.

La teoría de la estimación, en sus términos más básicos, se refiere al modo en que se realiza una predicción a partir de los datos disponibles. Es una forma de resolver el problema del observador. El valor real de cualquier cosa nunca puede conocerse con certeza, por lo que utilizamos la teoría de la estimación para predecir cuál debería ser el valor real y hasta qué punto es buena esa predicción. Aunque es importante utilizar los datos para predecir el valor real de algo, también lo es saber hasta qué punto se puede confiar en esa predicción. Confiar en una predicción errónea puede causar más problemas que hacer una predicción errónea.

La teoría de la estimación permite a matemáticos y científicos hacer predicciones precisas sobre ciertos parámetros que contienen un componente aleatorio. Uno de los ejemplos más relevantes en el mundo de la navegación inercial proviene de cómo el dispositivo calcula su posición utilizando otros sensores como un receptor GNSS o, más concretamente, los satélites de los que recibe datos.

Por ejemplo, si un INS está rastreando veinte satélites y los veinte proporcionan la misma posición actualizada, el INS puede estar seguro de que se encuentra en esa posición. Sin embargo, si uno de los satélites, por ejemplo, sufre interferencias atmosféricas e indica una posición a unas veinte millas de distancia, ¿cómo sabe el INS que debe confiar en los diecinueve en lugar de en uno? Tiene que haber una forma calculada y metódica de hacerlo.

Si a esto le añadimos otros satélites (no sólo uno) que dan lecturas incorrectas y otros sensores de la red que pueden dar su opinión, de repente se necesita una forma de analizar todos esos datos para determinar en qué confiar y qué ignorar.

Aquí es donde entra en juego la teoría de la estimación: en esencia, se trata de un marco teórico para combinar información procedente de varios sensores y utilizar esos datos para realizar predicciones precisas sobre diversos parámetros, como la posición.

Al principio de esta página decíamos que la deriva era el talón de Aquiles de los sistemas de navegación inercial no asistidos, pero ¿qué pasa con los asistidos? Cuando se combina un sistema de navegación inercial con un GPS para crear un sistema de navegación inercial asistido por GPS (también conocido como GPS+INS), se resuelve el problema de la deriva y también los problemas que afectan al GPS. Esta es la razón por la que OXTS puede ofrecer a sus clientes la posibilidad de medir con confianza, proporcionando una solución completa para medir la posición, la orientación y la dinámica en todos los entornos. En nuestro artículo '¿Qué es el GNSS?'.

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