Tecnologia de Navegação Inercial Explicada: Princípios de Posicionamento de 1D a 3D

Introdução à Tecnologia Inercial

(2) Princípio da Navegação Inercial

A navegação inercial é uma tecnologia fundamental de navegação e posicionamento baseada em leis de Newton da mecânica clássica. Ela determina a posição, velocidade e atitude de um objeto em movimento através da medição de sua aceleração e velocidade angular sem depender de quaisquer sinais de referência externos.

As relações básicas são expressas como:

Onde:

• a = vetor aceleração

• v = vetor velocidade

• r = vetor posição

• t = tempo

Através da integração contínua dos dados de aceleração e taxa angular, um Sistema de Navegação Inercial (SNI) pode calcular informações de movimento em tempo real, como deslocamento, velocidade e orientação.

Navegação 1D (Unidimensional)

Em um cenário simplificado de navegação unidimensional, apenas um acelerômetro é necessário.
Ele mede a aceleração linear ao longo de um único eixo (por exemplo, a direção do movimento de um trem).

Princípio chave:
Integrando a aceleração uma vez, você obtém a velocidade; integrando a velocidade novamente, você obtém a posição.

Navegação Planar 2D (Bidimensional)

Para movimento planar, como o de um trem ou veículo:

• Dois acelerômetros são usados para medir as acelerações lateral e dos longitudinal.

• Um giroscópio é adicionado para medir o ângulo de rumo em tempo real (orientação).

• Os dados de aceleração são projetados nos eixos X e Y e integrados para calcular a velocidade e posição no espaço 2D.

Aplicações:
Veículos terrestres, sistemas ferroviários, robótica, embarcações marítimas e outros sistemas de navegação que exigem rastreamento de posição em um plano.

Navegação 3D (Tridimensional)

Para navegação tridimensional completa:

• Três acelerômetros medem a aceleração ao longo dos eixos X (lateral), Y (longitudinal) e Z (vertical).

• Três giroscópios medem o movimento angular em torno de cada um desses eixos.

A combinação desses seis sensores permite que o sistema calcule informações completas de movimento e atitude 3D, incluindo os ângulos de arfo, cabeceio e guinada.

Componentes Principais:

• Acelerômetro (mede a aceleração linear)

• Giroscópio (mede a velocidade angular)

• Estrutura de montagem com motores de arfo, cabeceio e azimute

Esta configuração forma a base das Unidades de Medição Inercial (UMIs) e dos Sistemas de Navegação Inercial (SNIs) modernos, usados em:

• Aeroespacial e aviação

• Veículos autônomos

• Navios e navegação subaquática

• Drones (VANTs)

• Defesa e orientação de mísseis

• Robótica industrial e sistemas de mapeamento

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