Spiegazione della Tecnologia di Navigazione Inerziale: Principi di Posizionamento da 1D a 3D

Introduzione alla Tecnologia Inerziale

(2) Principio della Navigazione Inerziale

La navigazione inerziale è una tecnologia fondamentale di navigazione e posizionamento basata su le leggi della meccanica classica di Newton. Determina la posizione, la velocità e l'assetto di un oggetto in movimento misurando la sua accelerazione e velocità angolare senza fare affidamento su segnali di riferimento esterni.

Le relazioni fondamentali sono espresse come:

Dove:

• a = vettore accelerazione

• v = vettore velocità

• r = vettore posizione

• t = tempo

Attraverso l'integrazione continua dei dati di accelerazione e velocità angolare, un Sistema di Navigazione Inerziale (INS) può calcolare informazioni di movimento in tempo reale come spostamento, velocità e orientamento.

Navigazione 1D (Unidimensionale)

In uno scenario di navigazione unidimensionale semplificato, è richiesto un solo accelerometro.
Misura l'accelerazione lineare lungo un singolo asse (ad esempio, la direzione del movimento di un treno).

Principio chiave:
Integrando l'accelerazione una volta, si ottiene la velocità; integrando di nuovo la velocità, si ottiene la posizione.

Navigazione planare 2D (Bidimensionale)

Per il movimento planare come quello di un treno o di un veicolo:

• Vengono utilizzati due accelerometri per misurare le accelerazioni laterali e dei longitudinali.

• Un giroscopio viene aggiunto per misurare l'angolo di rotta in tempo reale (orientamento).

• I dati di accelerazione vengono proiettati sugli assi X e Y e integrati per calcolare velocità e posizione nello spazio 2D.

Applicazioni:
Veicoli terrestri, sistemi ferroviari, robotica, navi marine e altri sistemi di navigazione che richiedono il tracciamento della posizione su un piano piatto.

Navigazione 3D (Tridimensionale)

Per la navigazione tridimensionale completa:

• Tre accelerometri misurano l'accelerazione lungo gli assi X (laterale), Y (longitudinale) e Z (verticale).

• Tre giroscopi misurano il movimento angolare attorno a ciascuno di questi assi.

La combinazione di questi sei sensori consente al sistema di calcolare informazioni complete sul movimento e assetto 3D, inclusi gli angoli di rollio, beccheggio e imbardata.

Componenti principali:

• Accelerometro (misura l'accelerazione lineare)

• Giroscopio (misura la velocità angolare)

• Telaio di montaggio con motori di rollio, beccheggio e azimut

Questa configurazione costituisce la base delle moderne Unità di Misurazione Inerziale (IMU) e dei Sistemi di Navigazione Inerziale (INS) utilizzati in:

• Aerospaziale e aviazione

• Veicoli autonomi

• Navi e navigazione subacquea

• Droni (UAV)

• Difesa e guida missilistica

• Robotica industriale e sistemi di mappatura

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