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DoF – Graus de liberdade
Um modelo de graus de liberdade (DoF) descreve o número de variáveis independentes necessárias para definir completamente o movimento de um corpo. Na navegação inercial, os modelos DoF estabelecem a estrutura matemática utilizada para representar a translação, a rotação e o comportamento dinâmico de uma plataforma. Eles influenciam diretamente as equações de movimento, os algoritmos de fusão de sensores, a estimativa de estado e a precisão da navegação.
Os modelos mais simples descrevem o movimento ao longo de um único eixo. Um modelo de 1 DoF representa um movimento translacional ou um movimento rotacional e é comumente utilizado para análise de vibração ou estabilização em um único eixo. Os modelos de 2 DoF e 3 DoF ampliam esse conceito ao introduzir múltiplos eixos translacionais ou rotacionais. Um modelo rotacional de 3 graus de liberdade (3-DoF) estima o rolamento, a inclinação e a guinada usando giroscópios, acelerômetros e, opcionalmente, magnetômetros, tornando-o adequado para a estimativa de atitude em AHRS .
O modelo de corpo rígido de 6 graus de liberdade (6-DoF) é o padrão da indústria para navegação inercial. Ele combina três movimentos translacionais (surge, sway e heave) com três movimentos rotacionais (rolamento, inclinação e guinada), permitindo uma representação completa do movimento tridimensional. As IMUs modernas medem a velocidade angular e a força específica ao longo desses seis eixos, enquanto INS integram essas medições para estimar posição, velocidade e atitude por meio de técnicas de fusão de sensores, como o Filtro de Kalman Estendido (EKF).
Aplicações mais avançadas utilizam modelos de 7 a 15 graus de liberdade (DoF). Esses modelos incluem estados dinâmicos adicionais ou corpos articulados. Eles também representam sistemas de suspensão, mecanismos de direção e corpos rígidos acoplados. Os engenheiros os utilizam em simulações nas áreas de robótica, automotiva, aeroespacial e marítima. Eles melhoram o realismo dinâmico, mas aumentam a complexidade computacional. Também exigem algoritmos de estimativa mais avançados.
A seleção do modelo de DoF apropriado depende dos requisitos da aplicação. A dinâmica do veículo e os sensores disponíveis também influenciam a escolha. Os engenheiros devem equilibrar a eficiência computacional com a precisão da navegação. Modelos com maior número de DoF proporcionam maior fidelidade. No entanto, eles exigem informações suficientes dos sensores e modelos físicos precisos.
