Que é a navegación inercial?
Fundamentos da navegación inercial
Os principios fundamentais da navegación inercial son semellantes aos doutros métodos de navegación. Baséase na adquisición de información clave, incluíndo a posición inicial, a orientación inicial, a dirección e a orientación do movemento en cada momento, e na integración progresiva destes datos (análogo 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 sobre a orientación (actitude) e a posición dun obxecto en movemento, os sistemas de navegación inercial empregan un conxunto de sensores críticos, que consisten principalmente en acelerómetros e xiroscopios. Estes sensores miden a velocidade angular e a aceleración da portadora nun marco de referencia inercial. Os datos intégranse e procésanse ao longo do tempo para obter información sobre a velocidade e a posición relativa. Posteriormente, esta información transfórmase no sistema de coordenadas de navegación, xunto cos datos de posición inicial, o que culmina na determinación da localización actual da portadora.
Principios de funcionamento dos sistemas de navegación inercial
Os sistemas de navegación inercial funcionan como sistemas de navegación de bucle pechado interno e autónomos. Non dependen de actualizacións de datos externos en tempo real para corrixir erros durante o movemento do portaavións. Como tal, 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 os sistemas de navegación baseados en satélites, para corrixir periodicamente os erros internos acumulados.
A ocultación da navegación inercial
Nas tecnoloxías de navegación modernas, como a navegación celeste, a navegación por satélite e a radionavegación, a navegación inercial destaca por ser 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 maior nivel de ocultación, o que os fai ideais 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, baseándose na saída dos xiroscopios, establece un sistema de coordenadas de navegación mentres utiliza a saída dos acelerómetros para calcular a velocidade e a posición da portadora no sistema de coordenadas de navegación.
Aplicacións da navegación inercial
A tecnoloxía inercial atopou unha ampla gama de aplicacións en diversos dominios, incluíndo a industria aeroespacial, a aviación, o transporte marítimo, a exploración de petróleo, a xeodesia, os estudos oceanográficos, a perforación xeolóxica, a robótica e os sistemas ferroviarios. Coa chegada dos sensores inerciais avanzados, a tecnoloxía inercial estendeu a súa utilidade á industria do automóbil e aos dispositivos electrónicos médicos, entre outros campos. Este amplo alcance de aplicacións subliña o papel cada vez máis fundamental da navegación inercial á hora de proporcionar capacidades de navegación e posicionamento de alta precisión para unha multitude de aplicacións.
O compoñente central da guía inercial:Xiroscopio de fibra óptica
Introdución aos xiroscopios de fibra óptica
Os sistemas de navegación inercial dependen en gran medida da precisión e exactitude dos seus compoñentes principais. Un destes compoñentes que mellorou significativamente as capacidades destes sistemas é o xiroscopio de fibra óptica (FOG). O FOG é un sensor fundamental que desempeña un papel fundamental na medición da velocidade angular da portadora cunha precisión notable.
Funcionamento do xiroscopio de fibra óptica
Os FOG funcionan segundo o principio do efecto Sagnac, que consiste en dividir un raio láser en dúas traxectorias separadas, o que lle permite viaxar en direccións opostas ao longo dun bucle de fibra óptica enrolado. Cando o portador, integrado no FOG, xira, a diferenza no tempo de percorrido entre os dous raios é proporcional á velocidade angular da rotación do portador. Este retardo de tempo, coñecido como desprazamento de fase de Sagnac, mídese entón con precisión, o que permite que o FOG proporcione datos precisos sobre a rotación do portador.
O principio dun xiroscopio de fibra óptica consiste en emitir un feixe de luz desde un fotodetector. Este feixe de luz pasa a través dun acoplador, entrando por un extremo e saíndo polo 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 díodo 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 á lonxitude da traxectoria óptica dos dous feixes de luz. Este é un dos problemas máis críticos aos que se enfronta o desenvolvemento de xiroscopios de fibra óptica.
1: díodo superluminiscente 2: díodo fotodetector
3. acoplador de fonte de luz 4.acoplador de anel de fibra 5. anel de fibra óptica
Vantaxes dos xiroscopios de fibra óptica
Os xiroscopios inerciais (FOG) ofrecen varias vantaxes que os fan imprescindibles nos sistemas de navegación inercial. Son coñecidos pola súa excepcional precisión, fiabilidade e durabilidade. A diferenza dos xiroscopios mecánicos, os FOG non teñen pezas móbiles, o que reduce o risco de desgaste. Ademais, son resistentes aos golpes e ás vibracións, o que os fai ideais para entornos esixentes como as aplicacións aeroespaciais e de defensa.
Integración de xiroscopios de fibra óptica na navegación inercial
Os sistemas de navegación inercial incorporan cada vez máis xiroscopios FOG debido á súa alta precisión e fiabilidade. Estes xiroscopios proporcionan as medicións cruciais da velocidade angular necesarias para a determinación precisa da orientación e a posición. Ao integrar os FOG nos sistemas de navegación inercial existentes, os operadores poden beneficiarse dunha mellora da precisión da navegación, especialmente en situacións onde se require unha precisión extrema.
Aplicacións dos xiroscopios de fibra óptica na navegación inercial
A inclusión dos FOG ampliou as aplicacións dos sistemas de navegación inercial en diversos dominios. Na industria aeroespacial e da aviación, os sistemas equipados con FOG ofrecen solucións de navegación precisas para aeronaves, drons e naves espaciais. Tamén se empregan amplamente na navegación marítima, nos estudos xeolóxicos e na robótica avanzada, o que permite que estes sistemas funcionen cun rendemento e unha fiabilidade mellorados.
Diferentes variantes estruturais de xiroscopios de fibra óptica
Os xiroscopios de fibra óptica veñen en varias configuracións estruturais, sendo a predominante que actualmente entra no ámbito da enxeñaría oxiroscopio de fibra óptica de mantemento da polarización en bucle pechadoNo núcleo deste xiroscopio está obucle de fibra que mantén a polarización, que comprende fibras que manteñen a polarización e unha estrutura deseñada con precisión. A construción deste bucle implica un método de enrolamento simétrico cuadrúpede, complementado por un xel de selado único para formar unha bobina de bucle de fibra de estado sólido.
Características principais deFibra óptica G que mantén a polarizaciónbobina de ano
▶Deseño único da estrutura:Os bucles do xiroscopio presentan un deseño de estrutura distintivo que se adapta con facilidade a varios tipos de fibras que manteñen a polarización.
▶Técnica de enrolamento simétrico cuadrúpede:A técnica de enrolamento simétrico cuadruplo minimiza o efecto Shupe, garantindo medicións precisas e fiables.
▶Material de xel selante avanzado:O emprego de materiais de xel selante avanzados, combinado cunha técnica de curado única, mellora a resistencia ás vibracións, o que fai que estes bucles de xiroscopio sexan ideais para aplicacións en contornas esixentes.
▶Estabilidade de coherencia a altas temperaturas:Os bucles do xiroscopio presentan unha alta estabilidade de coherencia á 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, o que garante unha alta precisión de procesamento.
▶Proceso de enrolamento consistente:O proceso de enrolamento permanece estable, adaptándose aos requisitos de varios xiroscopios de fibra óptica de precisión.
Referencia
Groves, PD (2008). Introdución á navegación inercial.Revista de Navegación, 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). Introdución á navegación inercial.Universidade de Cambridge, Laboratorio de Informática, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. e Laumond, JP (1985). Referencia de posición e modelado de mundos consistentes para robots móbiles.En Actas da Conferencia Internacional IEEE de 1985 sobre Robótica e Automatización(Vol. 2, páxs. 138-145). IEEE.
Necesitas unha consulta gratuíta?
ALGÚNS DOS MEUS PROXECTOS
TRABALLOS INCRÍBLES NOS QUE CONTRIBUÍN. CON ORGULLO!
