DoF – Graus de liberdade
Um modelo de Graus de Liberdade ou DoF descreve o número de variáveis independentes necessárias para definir completamente o movimento de um corpo. Na navegação inercial, os modelos de DoF estabelecem a estrutura matemática usada para representar translação, rotação e o comportamento dinâmico de uma plataforma. Eles influenciam diretamente as equações de movimento, algoritmos de fusão de sensores, estimativa de estado e precisão de navegação.
Os modelos mais simples descrevem o movimento ao longo de um único eixo. Um modelo de 1-DoF representa um movimento translacional ou rotacional e é comumente usado para análise de vibração ou estabilização de eixo único. Os modelos de 2-DoF e 3-DoF expandem esse conceito introduzindo múltiplos eixos translacionais ou rotacionais. Um modelo rotacional de 3-DoF estima rolagem (roll), arfagem (pitch) e guinada (yaw) usando giroscópios, acelerômetros e opcionalmente magnetômetros, tornando-o adequado para estimativa de atitude em sistemas AHRS.
O modelo de corpo rígido de 6-DoF é o padrão da indústria para navegação inercial. Ele combina três movimentos translacionais (avanço/surge, oscilação lateral/sway e arfagem vertical/heave) com três movimentos rotacionais (rolagem, arfagem e guinada), permitindo a representação completa de movimento tridimensional. IMUs modernas medem velocidade angular e força específica ao longo desses seis eixos, enquanto os algoritmos INS integram essas medições para estimar posição, velocidade e atitude por meio de técnicas de fusão de sensores, como o Filtro Kalman Extendido (EKF).
Aplicações mais avançadas usam modelos de 7 a 15-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 de robótica, automotivas, aeroespaciais e marítimas. Eles melhoram o realismo dinâmico, mas aumentam a complexidade computacional. Eles 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 de DoF mais altos fornecem maior fidelidade. No entanto, eles exigem informações suficientes dos sensores e modelos físicos precisos.
