Acelerómetro para AHRS
Problema que resolvemos
Los sistemas de navegación inercial por plataforma fija requieren un proceso de inicialización que establezca la relación entre el sistema de referencia del fuselaje de la aeronave y la referencia geográfica local. Este proceso, denominado alineación, generalmente exige que el dispositivo permanezca estacionario durante un período de tiempo para poder establecer este estado inicial. Para inicializarse, el sistema de referencia inercial lleva a cabo un proceso de autoalineación con el fin de alinear el eje vertical del sistema de coordenadas de nivel local con la aceleración percibida (nivelación) y medir la velocidad de rotación terrestre horizontal para determinar el acimut inicial (compensación giroscópica). Si se conociera la actitud inicial del vehículo y si los giroscopios proporcionaran lecturas perfectas, el procesador de actitud sería suficiente. Sin embargo, la actitud inicial rara vez se conoce y, típicamente, los giroscopios proporcionan datos corruptos debido a la deriva de polarización y a la inestabilidad en el encendido.
El papel del acelerómetro MEMS en una aplicación AHRS es proporcionar una referencia de actitud inicial (nivelación) utilizando la gravedad, así como proporcionar correcciones de actitud durante el vuelo necesarias para corregir la deriva del giroscopio.
Tanto los giroscopios como los acelerómetros MEMS presentan términos de deriva de polarización, errores de desalineación, errores debidos a la aceleración (sensibilidad a g), efectos no lineales (término de segundo orden o VRE) y errores del factor de escala. Los acelerómetros necesarios para sistemas de navegación inercial deben tener una polarización estable y repetitiva, coeficientes de temperatura de polarización reducidos y una no linealidad prácticamente inexistente.
Por qué es importante
La navegación inercial es el proceso mediante el cual se calcula la posición y la velocidad de un cuerpo (por ejemplo, una aeronave) a partir de acelerómetros y giroscopios autónomos. Los sistemas de navegación inercial de precisiones medias, los sistemas de referencia de actitud y rumbo (AHRS) y los sistemas de control de vuelo (FCS) requieren giroscopios y acelerómetros para predecir la posición de un objeto en movimiento en el espacio libre.
Los sistemas AHRS son sensores multieje que proporcionan información de rumbo, actitud y guiñada para aeronaves o cualquier sujeto que se desplace en el espacio libre. Los sistemas FCS controlan la dirección de una aeronave en vuelo y también modifican su velocidad. Los AHRS están compuestos por giroscopios, acelerómetros y magnetómetros en los tres ejes. Algunos AHRS utilizan receptores GPS para mejorar la estabilidad a largo plazo de los giroscopios. Para calcular la solución a partir de estas múltiples fuentes se utiliza típicamente un filtro de Kalman.
Cómo lo resolvemos
Los sistemas AHRS o FCS de precisión grado táctico utilizan generalmente giroscopios de fibra óptica (FOG) o giroscopios resonadores hemisféricos (HRG). Estos sistemas deben ser extremadamente precisos, ya que se emplean en el modo de vuelo automático y tienen que ser suficientemente exactos para evitar la colisión contra el suelo durante el despegue y el aterrizaje, especialmente en condiciones de niebla y condiciones meteorológicas extremas. Para este tipo de aplicaciones se requieren habitualmente acelerómetros MEMS o de cuarzo con una repetibilidad de la polarización (bias) mejor de 2 mg en todas las condiciones, incluyendo rango de temperatura, linealidad, efectos de segundo orden y desalineación de ejes.
Los sistemas AHRS de precisión de gama alta y gama media tienen como función asistir la visión de los pilotos o servir como sistemas de respaldo, por lo que no requieren un rendimiento tan elevado. Este tipo de AHRS se utiliza muy a menudo en pequeñas aeronaves civiles, helicópteros y algunos UAV. En estos casos, se emplean mayoritariamente acelerómetros MEMS y giroscopios MEMS. La elección del rango del acelerómetro para AHRS depende de la aplicación y de los entornos vibratorios. La precisión global requerida es de aproximadamente 5 mg para un sistema de gama alta y de 10 a 20 mg para un sistema de gama media.
El acelerómetro MEMS MS1000 de Safran está diseñado para aplicaciones inerciales como sistemas AHRS.
Por qué elegirnos
Diseñado para abordar aplicaciones inerciales avanzadas de grado táctico, el MS1000 es una nueva clase de acelerómetros de alto rendimiento, basada en la experiencia de Safran en desarrollo y producción de MEMS durante 25 años.
Características principales
- Repetibilidad de la polarización a largo plazo: 1,2 mg (±10 g, típ.)
- Error de modelado residual de la polarización: 0,7 mg (±10 g, típ.)
- Estabilidad de la polarización en régimen (varianza de Allan @ 10 s): 15 µg (±10 g, típ.)
- No linealidad (norma IEEE, % del fondo de escala): 0,3 %