Navigazione con giroscopio
La girobussola (gyrocompassing) è il processo di determinazione del nord vero misurando la rotazione terrestre con un sistema di navigazione inerziale (INS). A differenza delle bussole magnetiche, che fanno riferimento al campo magnetico terrestre, il gyrocompassing si basa esclusivamente su misurazioni inerziali. Di conseguenza, fornisce una prua che rimane immune ai disturbi magnetici, rendendola la soluzione preferita per le applicazioni.
Un sistema di gyrocompassing combina giroscopi e accelerometri all'interno di un'unità di misura inerziale (IMU). Innanzitutto, gli accelerometri misurano il vettore di gravità. Quindi, i giroscopi rilevano la rotazione angolare della Terra, consentendo al sistema di stimare l'orientamento dell'asse di rotazione terrestre rispetto al sensore. Infine, l'INS calcola la rotta rispetto al nord vero dopo aver compensato latitudine, bias del sensore e rumore di misura.
Tuttavia, il gyrocompassing pratico diventa impegnativo quando la piattaforma non è stazionaria. Ad esempio, le navi subiscono continuamente movimenti, vibrazioni e oscillazioni che possono superare la velocità di rotazione terrestre. Pertanto, i moderni algoritmi di gyrocompassing non si limitano a misurare la rotazione terrestre. Invece, analizzano la rotazione apparente del vettore di gravità in un quadro di riferimento inerziale o adattano una traiettoria inerziale per stimare l'assetto con robustezza. Questi approcci migliorano significativamente la convergenza della prua mantenendo un'elevata integrità in condizioni operative realistiche.
Inoltre, il gyrocompassing esegue la fase di allineamento grossolano di un INS prima che inizi l'allineamento fine. Una prua iniziale affidabile consente al filtro di Kalman esteso (EKF) di convergere rapidamente. Migliora anche la precisione di convergenza e garantisce una navigazione stabile per tutta la missione. I moderni metodi di gyrocompassing combinano analisi della gravità, fitting delle traiettorie e fonti di ausilio. Queste fonti includono GNSS e Doppler Velocity Log (DVL). Questo approccio riduce il tempo di inizializzazione e migliora la precisione della prua. Aumenta anche la disponibilità del sistema in condizioni difficili. Di conseguenza, i moderni sistemi offrono una solida determinazione del nord vero sia durante le operazioni statiche che dinamiche.
