Medição e navegação inercial em sistemas strapdown

Abstract

Atualmente os sistemas de navegação na aviação, em embarcações, satélites, veículos autônomos, realidade aumentada, smartphones, robótica, entre outros., possuem uma taxa de variação posicional com relação à navegação ideal, esta variação ocorre principalmente devido a erros de deriva causados pela gravidade e imprecisão dos sensores, assim como outros fenômenos. Este artigo tem por objetivo desenvolver um protótipo de um sistema de navegação com base e sensores de aceleração e rotação apresentando o quão grande é esta taxa de variação e quais os impactos nos sistemas inerciais. A pesquisa deste artigo, foi realizada através do conteúdo de canais digitais, através de artigos, sites, vídeos e relatórios disponíveis na rede para fins de estudo e consulta a fim de desenvolver o conteúdo que é abordado neste artigo. O conteúdo relatado, passa pela parte teórica que explica sobre os sistemas inerciais de navegação, dês de seu conteúdo mais simples até as equações e recursos necessários para que os sistemas funcionem na prática, passando por introdução, metodologia, fundamentação, dados, resultados, considerações finais etc. Na história, o sistema de navegação inercial passou a ter um maior desenvolvimento, a partir da segunda guerra mundial, onde teve grande influência para calcular a rota e a trajetória de misseis, e dês de então passou a ter um pleno desenvolvimento nos campos da ciência e da tecnologia, especialmente na física, engenharia, medicina e navegação. Nestes campos estes sensores se destacam devido a capacidade de determinação posicional a curto prazo sem erros de deriva elevados sem auxílio de dados externos como sistemas de navegação a rádio, isto torna-os altamente resistentes a interferências de qualquer tipo, característica que nestes setores é de extrema importância. O princípio pelo qual unidades inerciais funcionam, indiferentemente das nuanças por trás destas como diferenças sensoriais, é a integração de dados como aceleração angular e linear e compensação por erros através da fusão dos sensores disponíveis a fim de minimizar erros de deriva, deste modo, o estabelecimento de um eixo de referência inercial através de um sistema de rotação como o sistema de Euler ou através dos Quatérnios se torna desejável, permitindo a integração ao eixo de referência global obtido através de sensores externos como os sistemas GNSS.

Currently, navigation systems in aviation, on ships, satellites, autonomous vehicles, augmented reality, smartphones, robotics, among others., have a positional variation rate in relation to ideal navigation, this variation occurs mainly due to drift errors caused by gravity and inaccuracy of sensors, as well as other phenomena. This article aims to develop a prototype of a navigation system based on sensors and acceleration and rotation showing how large this rate of variation is and what the impacts on inertial systems. The research for this article was carried out through the content from digital channels, through articles, websites, videos and reports available on the network for study and consultation purposes in order to develop content that is covered in this article. The reported content goes through the theoretical part that explains about inertial navigation systems, from its simplest content to the equations and resources necessary for the systems to work in practice, including introduction, methodology, rationale, data, results, final considerations etc. In history, the inertial navigation system came to have a greater development, starting from the second world war, where there was great influence to calculate the route and trajectory of missiles, and from then on he began to have full development in the fields of science and technology, especially in physics, engineering, medicine and navigation. In these fields these sensors stand out due to the ability to determine position in the short term without errors high drift rates without the aid of external data such as navigation systems radio, this makes them highly resistant to interference of any kind, characteristic that is extremely important in these sectors. The principle by which inertial units work, regardless of the nuances behind them as sensory differences, is the integration of data such as angular and linear acceleration and compensation for errors through the fusion of available sensors in order to minimize drift errors, thus establishing an inertial reference axis through a rotation system such as the Euler system or through Quaternions becomes desirable, allowing integration with the global reference axis obtained through of external sensors such as GNSS systems.