Introducción a la Tecnología Inercial
(3) Composición del sistema de un Sistema de Navegación Inercial
El Sistema de Navegación Inercial (INS) es una solución de navegación totalmente autónoma ampliamente utilizada en aplicaciones aeroespaciales, vehículos aéreos no tripulados (UAV), embarcaciones marinas, robótica y aplicaciones industriales de alta gama. A diferencia de los sistemas basados en satélites, un INS no depende de señales externas. En cambio, calcula la posición, la velocidad y la actitud puramente a través de sensores internos y algoritmos.
Este artículo explica la composición completa del sistema de un INS y cómo sus subsistemas trabajan juntos para ofrecer una navegación precisa y fiable.
1. Descripción general del Sistema de Navegación Inercial
Un INS determina el movimiento de una plataforma midiendo continuamente la aceleración y la velocidad angular. Estas mediciones se procesan a través de algoritmos de navegación para calcular:
Para lograr esto, un INS integra una combinación de hardware de precisión, estructuras mecánicas, electrónica y métodos de calibración.
2. Composición del sistema
Los componentes principales de un Sistema de Navegación Inercial incluyen:
(1) Unidad de Medición Inercial (IMU)
La IMU es el núcleo de detección del INS. Integra:
Juntos, estos seis grados de libertad proporcionan los datos de movimiento en bruto necesarios para los cálculos de navegación.
(2) Computadora de navegación
La computadora de navegación es responsable de convertir las señales en bruto de la IMU en información de navegación utilizable.
Realiza:
-
Adquisición y procesamiento de datos
Filtrado, muestreo y conversión de las salidas del sensor.
-
Solución de navegación
Implementa algoritmos como el cálculo de montaje directo, la integración de la actitud, la actualización de la velocidad y el cálculo de la posición.
-
Compensación de errores
Aplica datos de calibración, eliminación de sesgos, corrección del factor de escala y compensación de temperatura.
(3) Sistema de amortiguación
Para garantizar una precisión constante, el sistema de amortiguación estabiliza el movimiento de la plataforma y reduce la influencia de las vibraciones, los golpes y las perturbaciones mecánicas.
Sus funciones incluyen:
-
Minimizar el ruido del sensor causado por la vibración
-
Proporcionar amortiguación para las oscilaciones mecánicas
-
Ayudar a la alineación de precisión
El diseño de amortiguación es especialmente crítico en aplicaciones aéreas y móviles.
(4) Sistema electrónico
El sistema electrónico proporciona gestión de energía, acondicionamiento de señales e interfaces de comunicación.
Elementos clave:
-
Regulación y distribución de energía
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Circuitos de procesamiento de señales digitales
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Protocolos de comunicación (CAN, RS422, Ethernet, etc.)
-
Monitorización y protección del sistema
(5) Estructura mecánica
La estructura mecánica proporciona la base física del INS.
Una estructura mecánica bien diseñada mejora:
Esta parte asegura que el sistema funcione consistentemente en condiciones exigentes.
3. Inicialización de parámetros y mecanismos de calibración
Para lograr una precisión óptima, un INS requiere múltiples capas de calibración e inicialización.
(1) Parámetros iniciales
Estos incluyen sesgos del sensor, ángulos de instalación, factores de escala y coeficientes ambientales.
(2) Posición inicial
El sistema necesita una coordenada de inicio precisa para comenzar los cálculos de navegación.
(3) Calibración de temperatura
Los sensores IMU son muy sensibles a la temperatura.
La calibración de temperatura compensa:
Esto es esencial para un rendimiento de alta precisión.
(4) Alineación y calibración iniciales
La alineación inicial establece la referencia de actitud (Balanceo / Cabeceo / Rumbo).
Dos tipos comunes de alineación:
-
Alineación estática – realizada cuando el sistema está estacionario
-
Alineación dinámica – realizada mientras se mueve, asistida por algoritmos
La alineación adecuada asegura una salida precisa del rumbo y la actitud durante toda la operación.
4. Salida del INS
Después de procesar todos los datos del sensor y aplicar correcciones, el INS emite:
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Actitud (Balanceo, Cabeceo, Guiñada)
-
Velocidad (norte/este/abajo o XYZ)
-
Posición (coordenadas GPS o sistema de coordenadas local)
-
Parámetros de error (diagnósticos, estado, indicadores de calidad)
La precisión de estas salidas depende de la calidad del sensor, la integridad de la calibración y el rendimiento del algoritmo.
5. Conclusión
El Sistema de Navegación Inercial es una tecnología compleja pero poderosa construida sobre sensores precisos, algoritmos sofisticados y procesos de calibración avanzados. Su capacidad para proporcionar navegación ininterrumpida en entornos denegados por GNSS lo hace insustituible en aplicaciones aeroespaciales, de defensa, robótica e industriales modernas.
Comprender la composición completa del sistema INS (IMU, computadora de navegación, amortiguación, subsistema electrónico, estructura mecánica y flujo de trabajo de calibración) ayuda a los usuarios a apreciar su profundidad e importancia técnica.
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