Que é a navegación inercial?
Fundamentos de navegación inercial
Os principios fundamentais da navegación inercial son semellantes aos doutros métodos de navegación.Confía na adquisición de información clave, incluíndo a posición inicial, a orientación inicial, a dirección e orientación do movemento en cada momento, e integrando progresivamente estes datos (análogos ás operacións de integración matemática) para determinar con precisión os parámetros de navegación, como a orientación e a posición.
O papel dos sensores na navegación inercial
Para obter a información actual de orientación (actitude) e posición dun obxecto en movemento, os sistemas de navegación inercial empregan un conxunto de sensores críticos, que consisten principalmente en acelerómetros e xiróscopos.Estes sensores miden a velocidade angular e a aceleración do portador nun marco de referencia inercial.Os datos son entón integrados e procesados ao longo do tempo para obter información sobre a velocidade e a posición relativa.Posteriormente, esta información transfórmase no sistema de coordenadas de navegación, en conxunto cos datos de posición inicial, culminando coa determinación da localización actual do transportista.
Principios de funcionamento dos sistemas de navegación inercial
Os sistemas de navegación inercial funcionan como sistemas de navegación de bucle pechado internos autónomos.Non confían en actualizacións de datos externos en tempo real para corrixir erros durante o movemento do operador.Polo tanto, un único sistema de navegación inercial é axeitado para tarefas de navegación de curta duración.Para operacións de longa duración, debe combinarse con outros métodos de navegación, como sistemas de navegación por satélite, para corrixir periodicamente os erros internos acumulados.
A ocultabilidade da navegación inercial
Nas tecnoloxías de navegación modernas, incluíndo a navegación celeste, a navegación por satélite e a radionavegación, a navegación inercial destaca como autónoma.Non emite sinais ao ambiente externo nin depende de obxectos celestes nin de sinais externos.En consecuencia, os sistemas de navegación inercial ofrecen o máis alto nivel de ocultabilidade, polo que son idóneos para aplicacións que requiren a máxima confidencialidade.
Definición oficial de navegación inercial
O sistema de navegación inercial (INS) é un sistema de estimación de parámetros de navegación que emprega xiroscopios e acelerómetros como sensores.O sistema, baseado na saída dos xiroscopios, establece un sistema de coordenadas de navegación ao tempo que utiliza a saída dos acelerómetros para calcular a velocidade e a posición do transportista no sistema de coordenadas de navegación.
Aplicacións da navegación inercial
A tecnoloxía inercial atopou unha ampla aplicación en diversos dominios, incluíndo aeroespacial, aviación, marítima, exploración de petróleo, xeodesia, estudos oceanográficos, perforación xeolóxica, robótica e sistemas ferroviarios.Coa chegada dos sensores inerciales avanzados, a tecnoloxía inercial estendeu a súa utilidade á industria do automóbil e aos dispositivos electrónicos médicos, entre outros campos.Este alcance en expansión de aplicacións subliña o papel cada vez máis fundamental da navegación inercial para proporcionar navegación de alta precisión e capacidades de posicionamento para multitude de aplicacións.
O compoñente central da orientación inercial:Xiroscopio de fibra óptica
Introdución aos xiroscopios de fibra óptica
Os sistemas de navegación inercial dependen en gran medida da exactitude e precisión dos seus compoñentes principais.Un destes compoñentes que mellorou significativamente as capacidades destes sistemas é o xiroscopio de fibra óptica (FOG).FOG é un sensor crítico que xoga un papel fundamental na medición da velocidade angular do portador cunha precisión notable.
Funcionamento do xiroscopio de fibra óptica
Os FOG funcionan co principio do efecto Sagnac, que consiste en dividir un raio láser en dous camiños separados, o que lle permite viaxar en direccións opostas ao longo dun bucle de fibra óptica enrollada.Cando o portador, integrado co FOG, xira, a diferenza no tempo de viaxe entre os dous feixes é proporcional á velocidade angular da rotación do portador.Este retardo de tempo, coñecido como o cambio de fase de Sagnac, mídese con precisión, o que permite que o FOG proporcione datos precisos sobre a rotación do transportista.
O principio dun xiroscopio de fibra óptica consiste en emitir un feixe de luz desde un fotodetector.Este feixe de luz atravesa un acoplador, entrando por un extremo e saíndo por outro.Despois viaxa a través dun bucle óptico.Dous feixes de luz, procedentes de diferentes direccións, entran no bucle e completan unha superposición coherente despois de dar unha volta.A luz que regresa volve entrar nun diodo emisor de luz (LED), que se usa para detectar a súa intensidade.Aínda que o principio dun xiroscopio de fibra óptica pode parecer sinxelo, o desafío máis importante reside en eliminar os factores que afectan a lonxitude do camiño óptico dos dous feixes de luz.Este é un dos problemas máis críticos aos que se enfronta o desenvolvemento de xiróscopos de fibra óptica.
1: diodo superluminiscente 2: diodo fotodetector
3.acoplador da fonte de luz 4.acoplador de anel de fibra 5. anel de fibra óptica
Vantaxes dos xiroscopios de fibra óptica
Os FOG ofrecen varias vantaxes que os fan inestimables nos sistemas de navegación inercial.Son coñecidos pola súa excepcional precisión, fiabilidade e durabilidade.A diferenza dos xiros mecánicos, os FOG non teñen pezas móbiles, o que reduce o risco de desgaste.Ademais, son resistentes aos golpes e vibracións, polo que son ideais para ambientes esixentes como aplicacións aeroespaciais e de defensa.
Integración de xiroscopios de fibra óptica na navegación inercial
Os sistemas de navegación inercial incorporan cada vez máis FOG debido á súa alta precisión e fiabilidade.Estes xiróscopos proporcionan as medidas de velocidade angular cruciais necesarias para a determinación precisa da orientación e posición.Ao integrar os FOG nos sistemas de navegación inercial existentes, os operadores poden beneficiarse dunha precisión de navegación mellorada, especialmente nas situacións nas que é necesaria unha precisión extrema.
Aplicacións dos xiroscopios de fibra óptica na navegación inercial
A inclusión de FOG ampliou as aplicacións dos sistemas de navegación inercial en varios dominios.En aeroespacial e aviación, os sistemas equipados con FOG ofrecen solucións de navegación precisas para avións, drons e naves espaciais.Tamén se usan amplamente na navegación marítima, estudos xeolóxicos e robótica avanzada, o que permite que estes sistemas funcionen cun rendemento e fiabilidade mellorados.
Diferentes variantes estruturais dos xiroscopios de fibra óptica
Os xiróscopos de fibra óptica teñen varias configuracións estruturais, sendo a que predomina actualmente no ámbito da enxeñaría.Xiroscopio de fibra óptica que mantén a polarización de bucle pechado.No núcleo deste xiroscopio está obucle de fibra que mantén a polarización, que comprende fibras que manteñen a polarización e un marco deseñado con precisión.A construción deste bucle implica un método de enrolamento simétrico cuádruple, complementado por un xel de selado único para formar unha bobina de bucle de fibra de estado sólido.
Características principais deFibra óptica de mantemento da polarización Gano Bobina
▶ Deseño de marco único:Os bucles do xiroscopio presentan un deseño de marco distintivo que acomoda con facilidade varios tipos de fibras que manteñen a polarización.
▶ Técnica de bobinado simétrico cuádruple:A técnica de enrolamento simétrico cuádruple minimiza o efecto Shupe, garantindo medicións precisas e fiables.
▶Material de xel de selado avanzado:O emprego de materiais de xel de selado avanzados, combinado cunha técnica de curado única, mellora a resistencia ás vibracións, facendo que estes bucles de xiroscopio sexan ideais para aplicacións en ambientes esixentes.
▶ Estabilidade de coherencia a alta temperatura:Os bucles do xiroscopio presentan unha estabilidade de coherencia de alta temperatura, o que garante a precisión mesmo en condicións térmicas variables.
▶ Marco lixeiro simplificado:Os bucles do xiroscopio están deseñados cunha estrutura sinxela pero lixeira, que garante unha alta precisión de procesamento.
▶ Proceso de bobinado consistente:O proceso de enrolamento mantense estable, adaptándose aos requisitos de varios xiróscopos de fibra óptica de precisión.
Referencia
Groves, PD (2008).Introdución á navegación inercial.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H. e Niu, X. (2019).Tecnoloxías de sensores inerciais para aplicacións de navegación: estado da arte.Navegación por satélite, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007).Unha introdución á navegación inercial.University of Cambridge, Computer Laboratory, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. e Laumond, JP (1985).Referencia de posición e modelado coherente do mundo para robots móbiles.En Proceedings of the 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(Vol. 2, pp. 138-145).IEEE.
Necesitas unha consulta gratuíta?
ALGÚNS DOS MEUS PROXECTOS
OBRAS MARAVILLOSAS NAS QUE CONTRIBUÍN.ORGULLOSO!
