Tecnología de Navegación Inercial Explicada: Principios de Posicionamiento de 1D a 3D

Introducción a la tecnología inercial

(2) Principio de la navegación inercial

La navegación inercial es una tecnología fundamental de navegación y posicionamiento basada en las leyes de la mecánica clásica de Newton. Determina la posición, la velocidad y la actitud de un objeto en movimiento mediante la medición de su aceleración y velocidad angular sin depender de ninguna señal de referencia externa.

Las relaciones básicas se expresan como:

Donde:

• a = vector de aceleración

• v = vector de velocidad

• r = vector de posición

• t = tiempo

Mediante la integración continua de los datos de aceleración y velocidad angular, un Sistema de Navegación Inercial (SNI) puede calcular información de movimiento en tiempo real, como desplazamiento, velocidad y orientación.

Navegación 1D (Unidimensional)

En un escenario de navegación unidimensional simplificado, solo se requiere un acelerómetro.
Mide la aceleración lineal a lo largo de un solo eje (por ejemplo, la dirección de movimiento de un tren).

Principio clave:
Al integrar la aceleración una vez, se obtiene la velocidad; al integrar la velocidad nuevamente, se obtiene la posición.

Navegación 2D (Bidimensional) Plana

Para el movimiento plano, como el de un tren o un vehículo:

• Se utilizan dos acelerómetros para medir las aceleraciones laterales y los longitudinales.

• Se añade un giroscopio para medir el ángulo de rumbo en tiempo real (orientación).

• Los datos de aceleración se proyectan sobre los ejes X e Y y se integran para calcular la velocidad y la posición en el espacio 2D.

Aplicaciones:
Vehículos terrestres, sistemas ferroviarios, robótica, embarcaciones marinas y otros sistemas de navegación que requieren seguimiento de la posición en un plano.

Navegación 3D (Tridimensional)

Para la navegación tridimensional completa:

• Tres acelerómetros miden la aceleración a lo largo de los ejes X (lateral), Y (longitudinal) y Z (vertical).

• Tres giroscopios miden el movimiento angular alrededor de cada uno de estos ejes.

La combinación de estos seis sensores permite al sistema calcular la información completa de movimiento y actitud 3D, incluyendo los ángulos de cabeceo, balanceo y guiñada.

Componentes principales:

• Acelerómetro (mide la aceleración lineal)

• Giroscopio (mide la velocidad angular)

• Marco de montaje con motores de balanceo, cabeceo y azimut

Esta configuración forma la base de las Unidades de Medición Inercial (UMI) y los Sistemas de Navegación Inercial (SNI) modernos utilizados en:

• Aeroespacial y aviación

• Vehículos autónomos

• Barcos y navegación submarina

• Drones (UAV)

• Defensa y guía de misiles

• Robótica industrial y sistemas de mapeo

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