Geodesia. Cartografía. Sistemas de referencia. Tiempos.

Sistema de navegación autónomo: Navegación inercial.
Errores en navegación inercial.
Modelos de Error
Historia de la navegación inercial III
Sistema de navegación autónomo: Navegación inercial.
Errores en navegación inercial.
Modelos de Error
Historia de la navegación inercial IV
La IMU: sensores inerciales
Mecanización en ejes n y en ejes e
Alineamiento inicial
En la II Guerra Mundial, se emplearon
giróscopos y acelerómetros por primera vez,
para guiar misiles V-2.
La invención de este sistema de guiado se debe
a un estadounidense, Robert Goddard.
Tras la guerra, hubo un rápido desarrollo. Los
primeros sistemas de navegación inercial
consistían en una triada de acelerómetros y
giróscopos montados en una plataforma, capaz
de rotar y orientarse con libertad.
Se diseña la plataforma de manera que siempre
mantenga su orientación respecto a un sistema
de referencia dado (g o n).
Por tanto medimos directamente an NG y C n b .
Estos sistemas a veces se llaman
semianalíticos.
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La IMU: sensores inerciales
Mecanización en ejes n y en ejes e
Alineamiento inicial
Éstos sistemas son funcionales en cualquier sitio de la
Tierra: tierra, aire, océanos, bajo el agua...
Con navegación inercial el submarino USS Nautilus
cruzó bajo el hielo y pasó por el polo Norte en 1958.
Sin embargo es muy costoso, contiene elementos mecánicos
que se desgastan, requiere una perfecta alineación inicial
(lenta), y presenta problemas de bloqueo de los gimbals
(gimbal lock) si se alinean los ejes de rotación.
El sistema inercial más sofisticado que se creó fue el
AIRS-Advanced Inertial Reference Sphere, que consiste en
una esfera hueca con un fluido donde flota otra esfera con
giróscopos y acelerómetros.
Mantiene (mediante inyección de chorros) siempre una referencia
inercial, con lo que se mide a i NG
(que se puede integrar
. Por esto se llama geométrico o analítico.
directamente) y C b
i
Su coste era enorme, pero se obtiene una gran precisión, con una
deriva de 105 grados por hora (1,15o por año). Se usó en misiles
balísticos y en bombarderos.
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Errores en navegación inercial.
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Historia de la navegación inercial V
La IMU: sensores inerciales
Mecanización en ejes n y en ejes e
Alineamiento inicial
En 1956 se patenta la idea del INS “strapdown”, es decir, fijo
(fijado al cuerpo).
En éste caso los sensores inerciales miden las magnitudes en
ejes cuerpo, es decir, ωb b/i y ab NG . Éste tipo se sistema INS se
denomina “analítico” o de plataforma analítica, porque
realmente no existe una plataforma y todo se realiza mediante
cálculo numérico.
Requiere el uso de ordenadores de gran capacidad de cómputo
y de sensores precisos (por las vibraciones). Eso sólo fue
posible a partir de los 70.
Hoy en día es el único que se usa en la práctica.
Además, gracias a la navegación integrada (complementar el
INS con otros sistemas como el GPS) se pueden emplear
sensores de baja calidad, con lo que el coste se ha abaratado
enormemente.
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Errores en navegación inercial.
Modelos de Error
La IMU: sensores inerciales.
La IMU: sensores inerciales
Mecanización en ejes n y en ejes e
Alineamiento inicial
Una IMU consta de giróscopos y acelerómetros. Estos
dispositivos han sido estudiados en otras asignaturas.
Un modelo típico de medida sería: ˆm = (1 + σ)m + b + ξ,
donde ˆm es la medida obtenida del valor real m, σ es el factor
de escala, b es el sesgo y ξ es ruido de medida. Estos valores
se pueden calibrar pero están sujetos a variaciones.
Las principales características de estos dispositivos son:
Ancho de banda: determina la frecuencia máxima de
aceleración o giro que son capaces de detectar. Se asimila a la
“velocidad” máxima con la que se toman medidas.
Rango de medición.
Supervivencia a choques.
Ruido (en unidades de medida por √ Hz). Mide ξ. Se puede
usar para calcular como se degrada la medida acumulada.
Inestabilidad del sesgo (en unidades de medida). Mide el ruido
aleatorio que entra en b.
Inestabilidad del factor de escala (en porcentaje). Mide el ruido
aleatorio que entra en χ.
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