Un quadro di riferimento è un sistema di coordinate utilizzato per misurare posizioni, velocità e accelerazioni degli oggetti. Fornisce un punto di riferimento fisso o mobile, consentendo a ingegneri e scienziati di descrivere il movimento in modo coerente. Applicazioni diverse utilizzano quadri di riferimento diversi a seconda della prospettiva richiesta.
Tipi di quadri di riferimento
Per comprendere il movimento e la navigazione è necessario definire il giusto quadro di riferimento. La selezione del quadro di riferimento appropriato garantisce un tracciamento accurato del movimento in diverse applicazioni.
Quadro di riferimento inerziale
Un quadro di riferimento inerziale rimane a velocità costante, cioè è a riposo o si muove senza accelerazione. Gli ingegneri utilizzano questo quadro di riferimento in fisica e nella navigazione. Nello spazio, i satelliti orbitano intorno alla Terra in un quadro inerziale in cui si applicano le leggi di Newton senza forze esterne. In mare, il sistema di navigazione di una nave assume un quadro inerziale per calcolare la sua traiettoria in acque aperte.
Telaio centrato sulla Terra e fissato alla Terra (ECEF)
Questo frame ruota con la Terra, rendendolo utile per le applicazioni GPS e di geolocalizzazione. Definisce le posizioni utilizzando gli assi X, Y e Z centrati sul nucleo della Terra. Ad esempio, un ricevitore GNSS su un'automobile calcola la sua posizione nel quadro ECEF per fornire una navigazione in tempo reale. Lo stesso vale quando il sistema di gestione del volo di un aereo determina la sua posizione rispetto alla superficie terrestre utilizzando le coordinate ECEF.
Telaio Nord-Est-Giù (NED)
I professionisti utilizzano il quadro NED come sistema di coordinate locali per i veicoli che operano in prossimità della superficie terrestre. Questa cornice si allinea alle direzioni geografiche Nord, Est e Sud. L'utilizzo delle coordinate NED da parte di un drone garantisce il mantenimento di un posizionamento preciso durante la regolazione della traiettoria di volo. Un esempio analogo è quello di un sottomarino, che utilizza il sistema NED per tracciare i propri movimenti al fine di mantenere una navigazione subacquea precisa.
Telaio del corpo
Il telaio del corpo si muove insieme a un oggetto, in genere allineandosi alla sua struttura. Gli ingegneri utilizzano questo telaio per calcolare la dinamica e controllare i movimenti. L'autopilota di un jet da combattimento, ad esempio, stabilizza l'orientamento utilizzando il proprio telaio del corpo. Un braccio robotico, ad esempio, calcola i movimenti delle sue articolazioni in relazione alla struttura del corpo.
I quadri di riferimento aiutano a definire il movimento, assicurando una navigazione, un controllo e un tracciamento precisi nelle applicazioni aerospaziali, marine e robotiche.
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