Sistem Navigasi Inersia
Desain

Navigasi inersia adalah teknik navigasi mandiri di mana pengukuran yang dilakukan oleh akselerometer dan giroskop digunakan untuk melacak posisi dan orientasi suatu objek relatif terhadap titik awal, orientasi, dan kecepatan yang diketahui. Unit pengukuran inersia (IMU) biasanya berisi tiga giroskop laju ortogonal dan tiga akselerometer ortogonal, yang masing-masing mengukur kecepatan sudut dan percepatan linier. Dengan memproses sinyal dari perangkat ini, posisi dan orientasi perangkat dapat dilacak.
Sistem navigasi inersia mencakup setidaknya komputer dan platform atau modul yang berisi akselerometer, giroskop, atau perangkat penginderaan gerak lainnya. INS awalnya diberikan posisi dan kecepatannya dari sumber lain (operator manusia, penerima satelit GPS, dll.) disertai dengan orientasi awal dan kemudian menghitung posisi dan kecepatan terbarunya dengan mengintegrasikan informasi yang diterima dari sensor gerak. Keuntungan dari INS adalah tidak memerlukan referensi eksternal untuk menentukan posisi, orientasi, atau kecepatannya setelah diinisialisasi.
INS dapat mendeteksi perubahan posisi geografisnya (misalnya pergerakan ke timur atau utara), perubahan kecepatan (kecepatan dan arah pergerakan), dan perubahan orientasi (rotasi terhadap suatu sumbu). Hal ini dilakukan dengan mengukur percepatan linier dan kecepatan sudut yang diterapkan pada sistem. Karena tidak memerlukan referensi eksternal (setelah inisialisasi), maka kebal terhadap kemacetan dan penipuan.
Giroskop mengukur perpindahan sudut bingkai sensor terhadap kerangka acuan inersia. Dengan menggunakan orientasi awal sistem dalam kerangka acuan inersia sebagai kondisi awal dan mengintegrasikan perpindahan sudut, orientasi arus sistem dapat diketahui setiap saat. Hal ini dapat dianggap sebagai kemampuan penumpang mobil yang matanya ditutup untuk merasakan mobil berbelok ke kiri dan ke kanan atau miring ke atas dan ke bawah saat mobil menanjak atau menuruni bukit. Berdasarkan informasi ini saja, penumpang mengetahui ke arah mana mobil tersebut menghadap, tetapi tidak mengetahui seberapa cepat atau lambat mobil tersebut melaju, atau apakah mobil tersebut meluncur ke samping.
Akselerometer mengukur percepatan linier kendaraan yang bergerak di dalam sensor atau rangka bodi, namun dalam arah yang hanya dapat diukur secara relatif terhadap sistem yang bergerak (karena akselerometer dipasang pada sistem dan berputar bersama sistem, namun tidak menyadarinya). orientasi sendiri). Hal ini dapat dianggap sebagai kemampuan penumpang yang matanya ditutup di dalam mobil untuk merasakan dirinya ditekan kembali ke tempat duduknya saat kendaraan melaju ke depan atau ditarik ke depan saat melambat; dan merasakan diri mereka terdesak ke tempat duduknya saat kendaraan melaju kencang ke atas bukit atau bangkit dari tempat duduknya saat mobil melewati puncak bukit dan mulai menurun. Berdasarkan informasi ini saja, mereka mengetahui bagaimana kendaraan tersebut mengalami percepatan relatif terhadap dirinya sendiri; yaitu, apakah percepatannya maju, mundur, kiri, kanan, atas (ke arah langit-langit mobil), atau ke bawah (ke arah lantai mobil), diukur relatif terhadap mobil, tetapi bukan arah relatif terhadap Bumi, karena mereka melakukannya tidak mengetahui ke arah mana mobil itu menghadap relatif terhadap Bumi ketika mereka merasakan percepatannya.
Namun, dengan melacak kecepatan sudut sistem saat ini dan percepatan linier saat ini dari sistem yang diukur relatif terhadap sistem yang bergerak, percepatan linier sistem dapat ditentukan dalam kerangka acuan inersia. Melakukan integrasi pada percepatan inersia (menggunakan kecepatan awal sebagai kondisi awal) menggunakan persamaan kinematik yang benar akan menghasilkan kecepatan inersia sistem dan integrasi lagi (menggunakan posisi awal sebagai kondisi awal) akan menghasilkan posisi inersia. Dalam contoh kita, jika penumpang yang matanya ditutup mengetahui bagaimana mobil diarahkan dan berapa kecepatannya sebelum mereka ditutup matanya, dan jika mereka dapat melacak bagaimana mobil tersebut berbelok dan bagaimana mobil tersebut dipercepat dan diperlambat sejak saat itu, maka mereka dapat mengetahui secara akurat orientasi saat ini, posisi, dan kecepatan mobil setiap saat.