Nel presente lavoro è stata utilizzata la strumentazione inerziale dell’Analog Device ADIS 16350. L’ADIS 16350 è costituito da un sistema inerziale composto da giroscopi ed accelerometri triassiali. Con i sensori MEMSs, l’ADIS 16350 include altresì un sistema di calibrazione e messa a punto interno per i sensori stessi. L’interfaccia SPI permette un facile accesso alle misurazioni effettuate: le velocità angolari, le accelerazioni e le temperature misurate sui tre assi x, y e z oltre alla tensione di alimentazione, ed un input ausiliario analogico. L’interfaccia dei sensori è semplificata dalle seguenti caratteristiche addizionali programmabili: auto bias calibrazione, frequenza di acquisizione, auto testing, gestione della potenza di alimentazione, I/O ausiliario analogico. Il modulo compatto ha dimensioni di 23x23x23 mm e comunica con un computer per mezzo di interfaccia a porta parallela. In figura 4.13 è mostrato il diagramma a blocchi funzionale dell’INS
124 Fig. 4.13 – Diagramma a blocchi funzionale dell’ADIS 16350
L’ADIS 16350 non è calibrato per gli effetti della temperatura. Le sue prestazioni sono infatti sensibili fortemente allo scostamento della temperatura di funzionamento da quella di riferimento pari a 25°C. Il successivo modello ADIS 16355 differisce proprio per la sua calibrazione agli effetti della temperatura che lo rende molto meno sensibile nelle prestazioni a questa variabile.
Di seguito sono riportati alcuni diagrammi forniti dalla casa costruttrice che descrivono le performances dei sistemi ADIS 16350 sia per gli accelerometri che per i giroscopi triassiali. Gli accelerometri sono orientati lungo gli assi di rotazione per ciascun giroscopio. I sei sensori sono quindi collegati ad una struttura in alluminio che provvede alla trasmissione della forza e coppia motrice. L’output di ciascun segnale è campionato usando un ADC, e, quindi il dato digitale è processato in un circuito proprietario digitale. Il processamento avviene applicando all’output di ciascun sensore le correzioni volute usando un semplice registro di struttura e una porta seriale di interfaccia.
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I modelli successivi dell’ADIS 16350 e 16355 sono i sistemi ADIS 16400 e ADIS 16405che includono, oltre agli accelerometri e giroscopi anche i magnetometri triassiali.
129 La calibrazione di fabbrica caratterizza ciascun sensore per sensitività, bias, allineamento e fattori di scala dell’accelerazione e delle velocità angolari per i giroscopi. Le dimensioni del sistema sono le stesse di quelle dell’ADIS 16350 o 16355 (23mm x 23mm x 23mm). Anche in questo caso una SPI
130 e un registro di struttura provvedono ad una più rapida raccolta dei dati e controllo della configurazione. Si riportano le principali caratteristiche tecniche fornite dalla casa costruttrice. Nel presente lavoro è stato utilizzato un sistema ADIS 16350, ma la progettazione del sistema navigazionale è prevista integrando il sistema ADIS 16405, provvisto di magnetometri triassiali, con un GPS.
4.6 ‐ BIBLIOGRAFIA
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sistema INS/GPS; 7. http://www.americangnc.com/products/AHRS_INS_GPS_spec.htm sito di ditta produttrice di sistemi INS/GPS; 8. http://www.spirentfederal.com/analysis/technology.cfm?media=7&WS=334&SS=240&D=1 0 sito della Spirent Communication ditta produttrice di sistemi GPS e INS; 9. http://www.memsnet.org/mems/ sito che tratta specificatamente dei sensori mems; 10. http://www.memsnet.org/mems/processes/deposition.html sito che tratta
specificatamente dei sensori mems;
11. http://www.sensorsmag.com/articles/0203/14/ sito dove vengono riportate novità, recensioni e pubblicazioni su nuovi modelli di sensori, in particolare mems; 12. www.nsd.es.northropgrumman.com sito di un’importante società (la Northrop Grumman che produce sistemi integrati INS/GPS per applicazioni militari e civili prevalentemente con giroscopi a fibra ottica;
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135 CAP.5 – IL SISTEMA GPS
5.1 – INTRODUZIONE
Le applicazioni del GPS e delle tecniche satellitari analoghe (GLONASS), possono essere raggruppate in due principali categorie: le applicazioni di tipo navigazionale (determinazioni di posizione effettuate in tempo reale, per la guida o il controllo di mezzi in movimento, o problemi simili) e quelle di tipo propriamente geodetico‐topografico (tra le quali possono essere inclusi anche i posizionamenti finalizzati alla definizione o aggiornamento di GIS).
Le applicazioni navigazionali del GPS utilizzano quasi esclusivamente la osservabile codice, ovvero il codice numerico trasmesso, con tecniche di modulazione, nel segnale dei satelliti GPS.
Mediante il codice è possibile effettuare posizionamenti assoluti (point positioning) di punti nel sistema geodetico globale WGS 84 utilizzando un solo ricevitore, con una precisione che per l'utenza civile è attualmente limitata a circa ± 10 metri in planimetria e ± 15 metri circa in quota. E' anche possibile, utilizzando due o più ricevitori, eseguire posizionamenti relativi tridimensionali (planimetrici e altimetrici) rispetto a punti noti. Nel posizionamento relativo per mezzo del codice l'approssimazione diviene dell'ordine di ± 1 metro (o poco più) e permette di effettuare una navigazione di precisione in tempo reale se i ricevitori sono collegati tra loro (via radio modem o GSM). Questa precisione dell'ordine del metro può essere utilizzata anche nel settore topografico, limitatamente ad applicazioni di modesta precisione, quali la realizzazione di alcuni tipi di GIS o carte tematiche, o l'aggiornamento di cartografia a piccola scala.
Negli impieghi geodetico‐topografici si utilizza prevalentemente la osservabile fase dell'onda portante del segnale GPS, nelle sue diverse possibili "varianti" (singola o doppia frequenza, combinazioni lineari varie, ecc.). Attraverso l'elaborazione delle misure di fase è possibile ottenere posizionamenti relativi, sempre tridimensionali, con precisione di ordine centimetrico o subcentimetrico, quindi paragonabile o superiore a quella ottenibile con le tecniche topografiche classiche.