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¿Qué es IMU, GPS y RTK?

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¿Qué es IMU?

La unidad de movimiento inercial (en inglés: unidad de movimiento inercial, es un dispositivo que mide el ángulo de actitud de tres ejes (o tasa angular) y la aceleración de un objeto. Generalmente, un giroscopio de tres ejes y acelerómetros tri direccionales se instalan en una IMU para medir la velocidad angular y la aceleración del objeto en un espacio tridimensional y para calcular la postura del objeto. Para mejorar la fiabilidad, también es posible equipar más sensores para cada eje. En términos generales, la IMU debe instalarse en el centro de gravedad del objeto medido. Las IMU generalmente se incorporan en los sistemas de navegación inercial, que utilizan mediciones de IMU sin procesar para calcular la actitud, la velocidad angular, la velocidad lineal y la posición en relación con el marco de referencia global.

 

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Sistema IMU

¿Qué es AHRS?

El AHRS llamado sistema de referencia de rumbo incluye múltiples sensores axiales, que pueden proporcionar información de rumbo, y balanceo de la aeronave. Este tipo de sistema se utiliza para proporcionar información precisa y confiable de actitud y navegación para la aeronave. El sistema de referencia de actitud y rumbo (sistema de referencia de actitud y rumbo en inglés abreviado: AHRS) proporciona información sobre la actitud de la aeronave a partir de sensores en tres ejes, que incluyen balanceo, cabeceo y guiñada. Estos a veces se denominan sensores MARG (magnéticos, de velocidad angular y de gravedad) y consisten en giroscopios, acelerómetros y magnetómetros de estado sólido o sistemas micro electromecánicos (MEMS). Están diseñados para reemplazar los giroscopios mecánicos tradicionales.

La diferencia entre IMU y AHRS

La principal diferencia entre la unidad de medida inercial (IMU) y AHRS es la adición de un sistema de procesamiento a bordo a AHRS, que puede proporcionar información de actitud y rumbo. Esto es lo opuesto a IMU, que simplemente transmite datos de sensores a otros dispositivos que calculan la actitud y el rumbo. A través de la fusión del sensor, la deriva de la integración del giroscopio se compensa con el vector de referencia (es decir, la gravedad y el campo geomagnético). Esto da como resultado una dirección libre de desviaciones, lo que hace que AHRS sea más rentable que las IMU (unidades de movimiento inercial) avanzadas tradicionales. ) Solo integre el giroscopio y confíe en la alta estabilidad de polarización del giroscopio. Además de determinar la actitud, AHRS también puede formar parte de un sistema de navegación inercial.

¿Navegación inercial?

El sistema de navegación inercial (INS) es una computadora que se utiliza para la navegación. El sensor de movimiento (acelerómetro) y el sensor de rotación (giroscopio) calculan la posición, la orientación y la velocidad (dirección y velocidad del movimiento) calculando continuamente las posiciones muertas. Objetos en movimiento que no requieren referencias externas. Por lo general, los sensores inerciales se complementan con altímetros barométricos y, a veces, con sensores magnéticos (magnetómetros) y / o dispositivos de medición de velocidad. INS se utiliza para mover robots y en vehículos como barcos, aviones, submarinos, misiles y naves espaciales.

La navegación inercial es una tecnología de navegación independiente en la que los valores de medición proporcionados por el acelerómetro y el giroscopio se utilizan para rastrear la posición y dirección del objeto en relación con un punto de partida, dirección y velocidad conocidos. Una unidad de medida inercial (IMU) generalmente contiene tres giroscopios de velocidad ortogonal y tres acelerómetros ortogonales, que miden la velocidad angular y la aceleración lineal, respectivamente. Al procesar las señales de estos dispositivos, se puede rastrear la ubicación y dirección de los dispositivos.

El sistema de navegación inercial incluye al menos una computadora y una plataforma o módulo que contiene acelerómetros, giroscopios u otros dispositivos de detección de movimiento. La posición y velocidad del INS y la dirección inicial se obtienen inicialmente de otra fuente (operador humano, receptor satelital GPS, etc.), y luego se calcula la posición y velocidad actualizadas del INS integrando la información recibida del sensor de movimiento. La ventaja del INS es que después de la inicialización, su posición, dirección o velocidad se pueden determinar sin referencia externa.

El INS puede detectar cambios en su ubicación geográfica (por ejemplo, moverse hacia el este o norte), cambios en su velocidad (velocidad y dirección de movimiento) y cambios en la dirección (rotación alrededor de un eje). Se logra midiendo la aceleración lineal y la velocidad angular aplicadas al sistema. Dado que no requiere una referencia externa (después de la inicialización), está libre de interferencias.

¿Qué es RTK?

Real Time Kinematic (en inglés: Real Time Kinematic, RTK) es la abreviatura de tecnología dinámica en tiempo real. Es una tecnología de medición diferencial que realiza una función de posicionamiento rápida y de alta precisión a través de la observación sincrónica de la estación base y el rover y el uso de observaciones de fase portadora.

El sistema RTK consta de una estación base, varias estaciones móviles y un sistema de comunicación por radio. Durante el funcionamiento, se coloca un receptor en un punto conocido de alto nivel como estación de referencia para observar continuamente los satélites GPS, y los datos de observación y la información de la estación se envían a la estación móvil en tiempo real a través del equipo de transmisión de radio y el receptor de la estación móvil. Mientras se reciben señales de satélite GPS y se recopilan datos de satélite, el enlace de datos de la estación base se recibe a través del equipo de recepción inalámbrico, y los dos conjuntos de datos recopilados y recibidos se procesan en el sistema mediante el procesamiento de diferencia de fase de portadora, y los tres. Las coordenadas dimensionales y las coordenadas del rover se calculan en tiempo real Su precisión. El uso de la tecnología RTK utiliza la correlación espacial de errores de observación entre la estación de referencia y la estación móvil, y elimina la mayoría de los errores en los datos de observación de la estación móvil por medio de diferencia, para lograr un posicionamiento de alta precisión.

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Antena RTK

¿Qué es la medición de la fase portadora?

En resumen, la medición de la fase de la portadora se refiere a una medición de la distancia entre un satélite y un receptor expresada en unidades de ciclos de frecuencia de la portadora. Esta medición se puede realizar con una precisión muy alta (nivel milimétrico), pero no es posible medir el número total de ciclos entre el satélite y el receptor.

 

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¿Qué es el GPS y cómo funciona?

El sistema de posicionamiento global (GPS) es un sistema de navegación que utiliza satélites, receptores y algoritmos para sincronizar datos de ubicación, velocidad y tiempo para viajes aéreos, marítimos y terrestres.

El sistema de satélites consta de 24 satélites en seis planos orbitales centrados en la Tierra, con cuatro satélites en cada plano, que operan a 13.000 millas (20.000 kilómetros) sobre la Tierra ya una velocidad de 8.700 millas por hora (14.000 km / h).

Aunque solo necesitamos tres satélites para generar una posición en la superficie de la tierra, generalmente se usa un cuarto satélite para verificar la información de los otros tres satélites. El cuarto satélite también nos lleva a la tercera dimensión y nos permite calcular la altura del dispositivo.

¿Cuáles son los tres elementos del GPS?

El GPS consta de tres partes diferentes (llamadas segmentos) que trabajan juntas para proporcionar información de ubicación.

Las tres partes del GPS son:

1- Espacio (satélite): satélites que orbitan la Tierra y envían señales a los usuarios según la ubicación geográfica y la hora del día.

2- Control de tierra: la sección de control está compuesta por una estación de monitoreo con base en la tierra, una estación de control principal y una antena con conexión a tierra. Las actividades de control incluyen el seguimiento y funcionamiento de satélites en el espacio y el seguimiento de las transmisiones. Hay estaciones de vigilancia en casi todos los continentes del mundo, incluidos América del Norte y del Sur, África, Europa, Asia y Australia.

3- Equipo de usuario: receptores y transmisores GPS, incluidos relojes, teléfonos inteligentes y equipos telemáticos.

¿Cómo funciona la tecnología GPS?

El GPS funciona mediante una técnica llamada levantamiento trilateral. La medición trilateral se utiliza para calcular la posición, la velocidad y la altitud. Recoge señales de los satélites para generar información sobre la posición. A menudo se confunde con la triangulación, que se utiliza para medir ángulos en lugar de distancias.

Las señales enviadas por los satélites que orbitan alrededor de la tierra serán leídas e interpretadas por dispositivos GPS ubicados en o cerca de la superficie de la tierra. Para calcular la posición, el dispositivo GPS debe poder leer las señales de al menos cuatro satélites.

Cada satélite de la red orbita la Tierra dos veces al día y cada satélite envía una señal, un parámetro orbital y una hora únicos. En cualquier momento, los dispositivos GPS pueden leer las señales de seis o más satélites.

Un solo satélite emite una señal de microondas, que es capturada por el dispositivo GPS y utilizada para calcular la distancia desde el dispositivo GPS al satélite. Dado que los dispositivos GPS solo proporcionan información sobre la distancia al satélite, un solo satélite no puede proporcionar mucha información de ubicación. Los satélites no envían información sobre ángulos, por lo que la posición del dispositivo GPS puede estar en cualquier lugar de la superficie de la esfera.

Cuando un satélite envía una señal, crea un círculo con un radio desde el dispositivo GPS al satélite.

Cuando agregamos un segundo satélite, creará un segundo círculo y reducirá la posición a uno de los dos puntos donde se cruza el círculo.

Con el tercer satélite, dado que el dispositivo está ubicado en la intersección de los tres círculos, finalmente se puede determinar la ubicación del dispositivo.

En otras palabras, vivimos en un mundo tridimensional, lo que significa que cada satélite produce una esfera, no un círculo. La intersección de las tres bolas produce dos puntos de intersección, por lo que se selecciona el punto más cercano a la tierra.

Algunos factores que pueden afectar la precisión del GPS incluyen:

Obstáculos físicos: El valor medido de la hora de llegada puede variar debido a objetos grandes como montañas, edificios y árboles.

Influencia atmosférica: El retraso ionosférico, la cobertura de tormentas a gran escala y las tormentas solares afectarán al equipo GPS.

Efemérides: El modelo orbital dentro del satélite puede ser incorrecto o estar desactualizado, aunque esto es cada vez más raro.

Error de cálculo numérico: Si el diseño del hardware del dispositivo no cumple con las especificaciones, esto puede ser un factor.

Interferencia humana: Estas interferencias incluyen dispositivos de interferencia de GPS o engaños.

La diferencia entre GPS y RTK

RTK es una abreviatura de cinemática en tiempo real. Un receptor GPS con función RTK puede recibir señales normales y corrientes de corrección del sistema global de navegación por satélite para lograr una precisión de posición de 1cm. GNSS incluye satélites de GPS (Estados Unidos), GLONASS (Rusia), Beidou (China) y Galileo (Europa).
Además de estas señales, el receptor RTK recibe el flujo de corrección RTCM y luego calcula su posición en tiempo real con una precisión de 1cm.