Sistema de referencia de presión

El sistema de referencia de presión (PRS) es una mejora del sistema de referencia inercial y del sistema de referencia de actitud y rumbo, diseñado para proporcionar mediciones de ángulos de posición que son estables en el tiempo y no sufren deriva a largo plazo causada por imperfecciones del sensor. ^{[ 1 ]} El sistema de medición utiliza el comportamiento de la Atmósfera Estándar Internacional , donde la presión atmosférica disminuye con el aumento de la altitud , y dos pares de unidades de medición. Cada par mide la presión en dos posiciones diferentes que están conectadas mecánicamente con una distancia conocida entre unidades, por ejemplo, las unidades están montadas en las puntas del ala. En vuelo horizontal, no hay diferencia de presión medida por el sistema de medición, lo que significa que el ángulo de posición es cero. En caso de que el avión se incline (para girar), las puntas de las alas cambian mutuamente sus posiciones, una sube y la otra baja, y los sensores de presión en cada unidad miden diferentes valores que se traducen en un ángulo de posición .

El sistema de navegación inercial de montaje fijo utiliza la doble integración de las aceleraciones medidas por una unidad de medición inercial (IMU). ^{[ 2 ]} Este proceso suma las salidas de los sensores junto con todos los errores de los sensores y de medición. La precisión y la estabilidad a largo plazo del sistema INS dependen de la calidad de los sensores utilizados dentro de la IMU. La calidad del sensor se puede evaluar mediante la técnica de la varianza de Allan . Una IMU precisa utiliza giroscopios láser y acelerómetros precisos, que son costosos. El INS es un sistema único sin otras entradas. Actualmente, la tendencia en la navegación moderna es integrar ^{[ 3 ]} las señales de la IMU junto con los datos proporcionados por el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Este enfoque proporciona estabilidad a largo plazo a la salida del INS al suprimir la influencia del error del sensor en el cálculo de la posición del avión. El sistema de medición se convierte en un sistema de referencia de actitud y rumbo , lo que puede relajar el requisito de precisión del sensor porque la estabilidad a largo plazo está asegurada por el GPS. Los sensores utilizados dentro del AHRS se utilizan solo para la determinación de ángulos de posición, por lo que solo se requiere una integración numérica de las mediciones de velocidad angular . El sistema AHRS es más económico y muchas universidades y empresas están desarrollando sistemas AHRS basados ​​en sensores de sistemas microelectromecánicos (MEMS). Los sensores MEMS no tienen el rendimiento requerido para fines de navegación . Esto se muestra en un informe de investigación experimental, ^{[ 4 ]} donde la salida de la solución de navegación se desvía después de 2 segundos. Las unidades AHRS basadas en sensores inerciales MEMS generalmente también utilizan un magnetómetro vectorial , un receptor GPS y un algoritmo de fusión de datos para hacer frente a los errores de los sensores inerciales MEMS. Además de las imperfecciones del sensor, también existen parámetros ambientales que influyen en los valores calculados (ángulos de posición):

• efectos de la temperatura (y la humedad, la presión, etc.)
• vibraciones del motor
• aceleraciones causadas por el movimiento del avión, por ejemplo, giros
• etc. ^{[ 5 ]}

Todas estas influencias provocan desviaciones en los datos de salida calculados, lo que puede confundir al piloto que realiza el vuelo.

El concepto de PRS fue definido por Pavel Paces en su tesis doctoral ^{[ 6 ]} , donde también se publicaron resultados medidos en condiciones de laboratorio. Se evaluaron tres configuraciones del PRS:

• sensor/sensores centrales ^{[ 7 ]}
• sensores distribuidos con volúmenes separados
• sensores distribuidos con un volumen de referencia ^{[ 8 ]}

Si bien el primer método solo proporciona resultados ambiguos, el segundo funciona bien, ya que puede reemplazarse por dos altímetros. La desventaja del segundo método es la alta incertidumbre de medición de ambos valores. Esto se está solucionando mediante la ampliación de los volúmenes de referencia utilizados incluso en sensores de presión absoluta. ^{[ 8 ]}