Introdução à Tecnologia Inercial

(3) Composição do Sistema de um Sistema de Navegação Inercial

O Sistema de Navegação Inercial (SNI) é uma solução de navegação totalmente autônoma amplamente utilizada em aeroespacial, VANTs, embarcações marítimas, robótica e aplicações industriais de ponta. Ao contrário dos sistemas baseados em satélites, um SNI não depende de sinais externos. Em vez disso, ele calcula a posição, velocidade e atitude puramente através de sensores internos e algoritmos.

Este artigo explica a composição completa do sistema de um SNI e como seus subsistemas trabalham juntos para fornecer navegação precisa e confiável.

1. Visão Geral do Sistema de Navegação Inercial

Um SNI determina o movimento de uma plataforma medindo continuamente a aceleração e a taxa angular. Essas medições são processadas por meio de algoritmos de navegação para calcular:

• Posição

• Velocidade

• Atitude (Roll, Pitch, Yaw)

Para conseguir isso, um SNI integra uma combinação de hardware de precisão, estruturas mecânicas, eletrônicos e métodos de calibração.

2. Composição do Sistema

Os componentes principais de um Sistema de Navegação Inercial incluem:

(1) Unidade de Medição Inercial (UMI)

A UMI é o núcleo de sensoriamento do SNI. Ela integra:

• Giroscópio
  Mede a taxa angular de rotação em torno de três eixos.

• Acelerômetro
  Mede a aceleração linear ao longo de três eixos.

Juntos, esses seis graus de liberdade fornecem os dados brutos de movimento necessários para os cálculos de navegação.

(2) Computador de Navegação

O computador de navegação é responsável por converter os sinais brutos da UMI em informações de navegação utilizáveis.

Ele realiza:

• Aquisição e Processamento de Dados
  Filtragem, amostragem e conversão das saídas dos sensores.

• Solução de Navegação
  Implementa algoritmos como cálculo strapdown, integração de atitude, atualização de velocidade e cálculo de posição.

• Compensação de Erros
  Aplica dados de calibração, remoção de polarização, correção do fator de escala e compensação de temperatura.

(3) Sistema de Amortecimento

Para garantir uma precisão consistente, o sistema de amortecimento estabiliza o movimento da plataforma e reduz a influência de vibrações, choques e perturbações mecânicas.

Suas funções incluem:

• Minimizar o ruído do sensor causado por vibração

• Fornecer amortecimento para oscilações mecânicas

• Auxiliar no alinhamento de precisão

O projeto de amortecimento é especialmente crítico em aplicações aéreas e móveis.

(4) Sistema Eletrônico

O sistema eletrônico fornece gerenciamento de energia, condicionamento de sinal e interfaces de comunicação.

Elementos chave:

• Regulação e distribuição de energia

• Circuitos de processamento de sinal digital

• Protocolos de comunicação (CAN, RS422, Ethernet, etc.)

• Monitoramento e proteção do sistema

(5) Estrutura Mecânica

A estrutura mecânica fornece a base física do SNI.
Uma estrutura mecânica bem projetada melhora:

• Resistência à vibração

• Estabilidade térmica

• Integridade estrutural a longo prazo

• Robustez ambiental

Esta parte garante que o sistema funcione consistentemente em condições exigentes.

3. Inicialização de Parâmetros e Mecanismos de Calibração

Para obter a precisão ideal, um SNI requer múltiplas camadas de calibração e inicialização.

(1) Parâmetros Iniciais

Estes incluem polarizações do sensor, ângulos de instalação, fatores de escala e coeficientes ambientais.

(2) Posição Inicial

O sistema precisa de uma coordenada inicial precisa para iniciar os cálculos de navegação.

(3) Calibração de Temperatura

Os sensores da UMI são altamente sensíveis à temperatura.
A calibração de temperatura compensa:

• Deriva de polarização

• Mudanças no fator de escala

• Efeitos de temperatura não lineares

Isso é essencial para um desempenho de alta precisão.

(4) Alinhamento e Calibração Iniciais

O alinhamento inicial estabelece a referência de atitude (Roll / Pitch / Heading).
Dois tipos comuns de alinhamento:

• Alinhamento estático– realizado quando o sistema está estacionário

• Alinhamento dinâmico– realizado durante o movimento, auxiliado por algoritmos

O alinhamento adequado garante uma saída precisa de rumo e atitude durante a operação.

4. Saída do SNI

Após processar todos os dados do sensor e aplicar correções, o SNI emite:

• Atitude(Roll, Pitch, Yaw)

• Velocidade(norte/leste/baixo ou XYZ)

• Posição(coordenadas GPS ou sistema de coordenadas local)

• Parâmetros de Erro(diagnósticos, status, indicadores de qualidade)

A precisão dessas saídas depende da qualidade do sensor, da integridade da calibração e do desempenho do algoritmo.

5. Conclusão

O Sistema de Navegação Inercial é uma tecnologia complexa, mas poderosa, construída com sensores precisos, algoritmos sofisticados e processos de calibração avançados. Sua capacidade de fornecer navegação ininterrupta em ambientes negados por GNSS o torna insubstituível em aplicações aeroespaciais, de defesa, robótica e industriais modernas.

Compreender a composição completa do sistema SNI—UMI, computador de navegação, amortecimento, subsistema eletrônico, estrutura mecânica e fluxo de trabalho de calibração—ajuda os usuários a apreciar sua profundidade e importância técnica.