Desvio de posição

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O desvio de posição é o crescimento progressivo do erro de posição em um sistema de navegação inercial (INS) à medida que ele estima a trajetória de um veículo ao longo do tempo. Um INS calcula a posição integrando as medições de aceleração de uma unidade de medição inercial (IMU). Como a integração amplifica os erros dos sensores, até mesmo pequenos vieses de medição geram uma incerteza de navegação crescente.

Uma IMU mede a força específica e a velocidade angular usando acelerômetros e giroscópios. O algoritmo de navegação transforma essas medições do referencial do sensor para o referencial de navegação usando a estimativa de atitude. O INS então integra a aceleração para calcular a velocidade e integra a velocidade para calcular a posição:

$$p(t)=p_0+\int_0^t v(\tau)d\tau$$

Como a posição requer uma integração dupla da aceleração, pequenos erros geram um desvio significativo. Por exemplo, um viés constante no acelerômetro $b_a$​ produz um erro de velocidade que aumenta linearmente com o tempo:

$$\Delta v(t)=b_a t$$

O erro de posição resultante cresce quadraticamente:

$$\Delta p(t)=\frac{1}{2}b_a t^2$$

Os erros do giroscópio também contribuem para o desvio de posição. Pequenos erros de atitude projetam incorretamente o vetor da gravidade no plano horizontal, gerando falsas acelerações que aumentam os erros de navegação ao longo do tempo. Instabilidade de viés do sensor, densidade de ruído, erros de fator de escala, alinhamento incorreto, mudanças de temperatura, vibração e qualidade da calibração influenciam o crescimento do desvio.

IMUs de alto desempenho de grau tático e de navegação reduzem esses efeitos por meio de calibração precisa e compensação avançada de erros. As soluções de INS modernas limitam ainda mais o desvio integrando as medições inerciais com fontes de auxílio, como GNSS, odometria, Torquímetro Doppler (DVL) ou navegação visual.

Algoritmos de estimativa avançados (por exemplo, EKF) estimam continuamente os erros dos sensores, melhorando a precisão da navegação e estendendo o desempenho de posicionamento autônomo durante interrupções prolongadas de GNSS.