Zapoznaj się z naszymi rozwiązaniami w zakresie orientacji i pozycjonowania ↓
DoF – stopnie swobody
Model stopni swobody (DoF) określa liczbę niezależnych zmiennych niezbędnych do pełnego zdefiniowania ruchu ciała. W nawigacji inercyjnej modele DoF stanowią ramy matematyczne służące do przedstawiania ruchu translacyjnego, obrotowego oraz zachowania dynamicznego platformy. Mają one bezpośredni wpływ na równania ruchu, algorytmy fuzji danych z czujników, estymację stanu oraz dokładność nawigacji.
Najprostsze modele opisują ruch wzdłuż jednej osi. Model 1-DoF reprezentuje albo jeden ruch translacyjny, albo jeden ruch obrotowy i jest powszechnie stosowany do analizy drgań lub stabilizacji jednoosiowej. Modele 2-DoF i 3-DoF rozszerzają tę koncepcję poprzez wprowadzenie wielu osi translacyjnych lub obrotowych. Model obrotowy o 3 stopniach swobody (3-DoF) szacuje przechył boczny, przechył wzdłużny i odchylenie za pomocą żyroskopów, akcelerometrów oraz opcjonalnie magnetometrów, dzięki czemu nadaje się do szacowania położenia w AHRS .
Model ciała sztywnego o 6 stopniach swobody (6-DoF) stanowi branżowy standard w nawigacji inercyjnej. Łączy on trzy ruchy translacyjne (ruch wzdłużny, ruch poprzeczny i ruch pionowy) z trzema ruchami obrotowymi (przechył, pochylenie i odchylenie), umożliwiając pełną trójwymiarową reprezentację ruchu. Nowoczesne jednostki IMU mierzą prędkość kątową i siłę właściwą wzdłuż tych sześciu osi, natomiast INS integrują te pomiary w celu oszacowania pozycji, prędkości i położenia za pomocą technik fuzji czujników, takich jak rozszerzony filtr Kalmana (EKF).
Bardziej zaawansowane zastosowania wykorzystują modele o 7–15 stopniach swobody. Modele te uwzględniają dodatkowe stany dynamiczne lub ciała przegubowe. Reprezentują one również układy zawieszenia, mechanizmy kierownicze oraz sprzężone ciała sztywne. Inżynierowie wykorzystują je w symulacjach z zakresu robotyki, motoryzacji, lotnictwa i przemysłu morskiego. Poprawiają one realizm dynamiczny, ale zwiększają złożoność obliczeniową. Wymagają również bardziej zaawansowanych algorytmów estymacji.
Wybór odpowiedniego modelu DoF zależy od wymagań aplikacji. Na wybór wpływają również dynamika pojazdu i dostępne czujniki. Inżynierowie muszą znaleźć równowagę między wydajnością obliczeniową a dokładnością nawigacji. Modele o wyższym DoF zapewniają większą wierność. Wymagają one jednak wystarczającej ilości informacji z czujników oraz dokładnych modeli fizycznych.
