Pengantar Teknologi Inersia

(3) Komposisi Sistem dari Sistem Navigasi Inersia

Sistem Navigasi Inersia (INS) adalah solusi navigasi otonom sepenuhnya yang banyak digunakan di bidang dirgantara, UAV, kapal laut, robotika, dan aplikasi industri kelas atas. Tidak seperti sistem berbasis satelit, INS tidak bergantung pada sinyal eksternal. Sebaliknya, ia menghitung posisi, kecepatan, dan sikap murni melalui sensor internal dan algoritma.

Artikel ini menjelaskan komposisi sistem lengkap dari INS dan bagaimana subsistemnya bekerja bersama untuk memberikan navigasi yang presisi dan andal.

1. Ikhtisar Sistem Navigasi Inersia

INS menentukan gerakan platform dengan terus menerus mengukur percepatan dan laju sudut. Pengukuran ini diproses melalui algoritma navigasi untuk menghitung:

• Posisi

• Kecepatan

• Sikap (Roll, Pitch, Yaw)

Untuk mencapai hal ini, INS mengintegrasikan kombinasi perangkat keras presisi, struktur mekanis, elektronik, dan metode kalibrasi.

2. Komposisi Sistem

Komponen inti dari Sistem Navigasi Inersia meliputi:

(1) Unit Pengukuran Inersia (IMU)

IMU adalah inti penginderaan dari INS. Ia mengintegrasikan:

• Giroskop
  Mengukur laju rotasi sudut di sekitar tiga sumbu.

• Akselerometer
  Mengukur percepatan linier di sepanjang tiga sumbu.

Bersama-sama, enam derajat kebebasan ini menyediakan data gerakan mentah yang diperlukan untuk perhitungan navigasi.

(2) Komputer Navigasi

Komputer navigasi bertanggung jawab untuk mengubah sinyal mentah IMU menjadi informasi navigasi yang dapat digunakan.

Ia melakukan:

• Akuisisi & Pemrosesan Data
  Penyaringan, pengambilan sampel, dan konversi keluaran sensor.

• Solusi Navigasi
  Menerapkan algoritma seperti perhitungan strapdown, integrasi sikap, pembaruan kecepatan, dan perhitungan posisi.

• Kompensasi Kesalahan
  Menerapkan data kalibrasi, penghapusan bias, koreksi faktor skala, dan kompensasi suhu.

(3) Sistem Peredam

Untuk memastikan akurasi yang konsisten, sistem peredam menstabilkan gerakan platform dan mengurangi pengaruh getaran, guncangan, dan gangguan mekanis.

Fungsinya meliputi:

• Meminimalkan kebisingan sensor yang disebabkan oleh getaran

• Menyediakan peredaman untuk osilasi mekanis

• Membantu penyelarasan presisi

Desain peredaman sangat penting dalam aplikasi udara dan seluler.

(4) Sistem Elektronik

Sistem elektronik menyediakan manajemen daya, pengkondisian sinyal, dan antarmuka komunikasi.

Elemen kunci:

• Pengaturan & distribusi daya

• Sirkuit pemrosesan sinyal digital

• Protokol komunikasi (CAN, RS422, Ethernet, dll.)

• Pemantauan dan perlindungan sistem

(5) Struktur Mekanis

Struktur mekanis menyediakan fondasi fisik dari INS.
Struktur mekanis yang dirancang dengan baik meningkatkan:

• Ketahanan getaran

• Stabilitas termal

• Integritas struktural jangka panjang

• Ketahanan lingkungan

Bagian ini memastikan sistem beroperasi secara konsisten dalam kondisi yang menantang.

3. Inisialisasi Parameter & Mekanisme Kalibrasi

Untuk mencapai akurasi optimal, INS memerlukan beberapa lapisan kalibrasi dan inisialisasi.

(1) Parameter Awal

Ini termasuk bias sensor, sudut pemasangan, faktor skala, dan koefisien lingkungan.

(2) Posisi Awal

Sistem memerlukan koordinat awal yang akurat untuk memulai perhitungan navigasi.

(3) Kalibrasi Suhu

Sensor IMU sangat sensitif terhadap suhu.
Kalibrasi suhu mengkompensasi:

• Hanyutan bias

• Perubahan faktor skala

• Efek suhu non-linier

Ini sangat penting untuk kinerja presisi tinggi.

(4) Penyelarasan & Kalibrasi Awal

Penyelarasan awal menetapkan referensi sikap (Roll / Pitch / Heading).
Dua jenis penyelarasan umum:

• Penyelarasan statis– dilakukan saat sistem diam

• Penyelarasan dinamis– dilakukan saat bergerak, dibantu oleh algoritma

Penyelarasan yang tepat memastikan keluaran heading dan sikap yang akurat selama pengoperasian.

4. Keluaran dari INS

Setelah memproses semua data sensor dan menerapkan koreksi, INS mengeluarkan:

• Sikap(Roll, Pitch, Yaw)

• Kecepatan(utara/timur/bawah atau XYZ)

• Posisi(koordinat GPS atau sistem koordinat lokal)

• Parameter Kesalahan(diagnostik, status, indikator kualitas)

Akurasi keluaran ini bergantung pada kualitas sensor, kelengkapan kalibrasi, dan kinerja algoritma.

5. Kesimpulan

Sistem Navigasi Inersia adalah teknologi yang kompleks namun kuat yang dibangun di atas sensor presisi, algoritma canggih, dan proses kalibrasi tingkat lanjut. Kemampuannya untuk menyediakan navigasi tanpa gangguan di lingkungan yang ditolak GNSS menjadikannya tak tergantikan dalam aplikasi dirgantara, pertahanan, robotika, dan industri modern.

Memahami komposisi sistem INS lengkap—IMU, komputer navigasi, peredaman, subsistem elektronik, struktur mekanis, dan alur kerja kalibrasi—membantu pengguna menghargai kedalaman dan kepentingan teknisnya.