¿Qué es la navegación inercial?
Fundamentos de la navegación inercial
Los principios fundamentales de la navegación inercial son similares a los de otros métodos de navegación. Se basa en adquirir información clave, incluida la posición inicial, la orientación inicial, la dirección y orientación del movimiento en cada momento, y en integrar progresivamente estos datos (análoga a las operaciones de integración matemática) para determinar con precisión los parámetros de navegación, como la orientación y la posición.
El papel de los sensores en la navegación inercial
Para obtener la orientación (actitud) actual y la información de posición de un objeto en movimiento, los sistemas de navegación inercial emplean un conjunto de sensores críticos, que consisten principalmente en acelerómetros y giroscopios. Estos sensores miden la velocidad angular y la aceleración del portador en un marco de referencia inercial. Luego, los datos se integran y procesan a lo largo del tiempo para derivar información de velocidad y posición relativa. Posteriormente, esta información se transforma en el sistema de coordenadas de navegación, junto con los datos de posición inicial, culminando con la determinación de la ubicación actual del transportista.
Principios de funcionamiento de los sistemas de navegación inercial
Los sistemas de navegación inercial funcionan como sistemas de navegación internos de circuito cerrado autónomos. No dependen de actualizaciones de datos externos en tiempo real para corregir errores durante el movimiento del transportista. Como tal, un único sistema de navegación inercial es adecuado para tareas de navegación de corta duración. Para operaciones de larga duración, debe combinarse con otros métodos de navegación, como sistemas de navegación por satélite, para corregir periódicamente los errores internos acumulados.
La ocultabilidad de la navegación inercial
En las tecnologías de navegación modernas, incluida la navegación celeste, la navegación por satélite y la navegación por radio, la navegación inercial se destaca como autónoma. No emite señales al entorno exterior ni depende de objetos celestes ni de señales externas. En consecuencia, los sistemas de navegación inercial ofrecen el mayor nivel de ocultación, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren la máxima confidencialidad.
Definición oficial de navegación inercial
El sistema de navegación inercial (INS) es un sistema de estimación de parámetros de navegación que emplea giroscopios y acelerómetros como sensores. El sistema, basado en la salida de giroscopios, establece un sistema de coordenadas de navegación mientras utiliza la salida de acelerómetros para calcular la velocidad y la posición del portaaviones en el sistema de coordenadas de navegación.
Aplicaciones de la navegación inercial
La tecnología inercial ha encontrado una amplia gama de aplicaciones en diversos dominios, incluidos el aeroespacial, la aviación, el marítimo, la exploración petrolera, la geodesia, los estudios oceanográficos, la perforación geológica, la robótica y los sistemas ferroviarios. Con la llegada de los sensores inerciales avanzados, la tecnología inercial ha ampliado su utilidad a la industria automotriz y a los dispositivos electrónicos médicos, entre otros campos. Este alcance cada vez mayor de aplicaciones subraya el papel cada vez más fundamental de la navegación inercial a la hora de proporcionar capacidades de navegación y posicionamiento de alta precisión para una multitud de aplicaciones.
El componente central de la guía inercial:Giroscopio de fibra óptica
Introducción a los giroscopios de fibra óptica
Los sistemas de navegación inercial dependen en gran medida de la exactitud y precisión de sus componentes principales. Uno de esos componentes que ha mejorado significativamente las capacidades de estos sistemas es el giroscopio de fibra óptica (FOG). FOG es un sensor crítico que desempeña un papel fundamental en la medición de la velocidad angular del transportista con notable precisión.
Operación del giroscopio de fibra óptica
Los FOG funcionan según el principio del efecto Sagnac, que consiste en dividir un rayo láser en dos caminos separados, lo que le permite viajar en direcciones opuestas a lo largo de un bucle de fibra óptica enrollado. Cuando el transportador, incrustado con el FOG, gira, la diferencia en el tiempo de viaje entre los dos haces es proporcional a la velocidad angular de rotación del transportador. Este retraso de tiempo, conocido como cambio de fase de Sagnac, se mide con precisión, lo que permite al FOG proporcionar datos precisos sobre la rotación del portaaviones.
El principio de funcionamiento de un giroscopio de fibra óptica consiste en emitir un haz de luz desde un fotodetector. Este haz de luz pasa a través de un acoplador, entra por un extremo y sale por el otro. Luego viaja a través de un bucle óptico. Dos rayos de luz, provenientes de diferentes direcciones, entran en el bucle y completan una superposición coherente después de dar vueltas. La luz que regresa vuelve a entrar en un diodo emisor de luz (LED), que se utiliza para detectar su intensidad. Si bien el principio de un giroscopio de fibra óptica puede parecer sencillo, el desafío más importante radica en eliminar los factores que afectan la longitud del camino óptico de los dos haces de luz. Este es uno de los problemas más críticos que enfrenta el desarrollo de giroscopios de fibra óptica.
1: diodo superluminiscente 2: diodo fotodetector
3.acoplador de fuente de luz 4.acoplador de anillo de fibra 5.anillo de fibra óptica
Ventajas de los giroscopios de fibra óptica
Los FOG ofrecen varias ventajas que los hacen invaluables en los sistemas de navegación inercial. Son reconocidos por su excepcional precisión, confiabilidad y durabilidad. A diferencia de los giroscopios mecánicos, los FOG no tienen piezas móviles, lo que reduce el riesgo de desgaste. Además, son resistentes a golpes y vibraciones, lo que los hace ideales para entornos exigentes como aplicaciones aeroespaciales y de defensa.
Integración de giroscopios de fibra óptica en navegación inercial
Los sistemas de navegación inercial incorporan cada vez más FOG debido a su alta precisión y fiabilidad. Estos giroscopios proporcionan las mediciones de velocidad angular cruciales necesarias para la determinación precisa de la orientación y la posición. Al integrar FOG en los sistemas de navegación inercial existentes, los operadores pueden beneficiarse de una mayor precisión de navegación, especialmente en situaciones donde es necesaria una precisión extrema.
Aplicaciones de los giroscopios de fibra óptica en la navegación inercial
La inclusión de FOG ha ampliado las aplicaciones de los sistemas de navegación inercial en varios dominios. En el sector aeroespacial y de aviación, los sistemas equipados con FOG ofrecen soluciones de navegación precisas para aviones, drones y naves espaciales. También se utilizan ampliamente en navegación marítima, estudios geológicos y robótica avanzada, lo que permite que estos sistemas funcionen con mayor rendimiento y confiabilidad.
Diferentes variantes estructurales de giroscopios de fibra óptica
Los giroscopios de fibra óptica vienen en varias configuraciones estructurales, siendo la predominante la que actualmente ingresa al ámbito de la ingeniería.Giroscopio de fibra óptica con mantenimiento de polarización de circuito cerrado. El núcleo de este giroscopio es elbucle de fibra que mantiene la polarización, compuesto por fibras que mantienen la polarización y una estructura diseñada con precisión. La construcción de este bucle implica un método de bobinado simétrico cuádruple, complementado con un gel de sellado único para formar una bobina de bucle de fibra de estado sólido.
Características clave deFibra Óptica G que mantiene la polarizaciónbobina yro
▶Diseño de marco único:Los bucles del giroscopio presentan un diseño de estructura distintivo que se adapta con facilidad a varios tipos de fibras que mantienen la polarización.
▶Técnica de bobinado simétrico cuádruple:La técnica de bobinado simétrico cuádruple minimiza el efecto Shupe, garantizando mediciones precisas y fiables.
▶Material de gel de sellado avanzado:El empleo de materiales de gel de sellado avanzados, combinados con una técnica de curado única, mejora la resistencia a las vibraciones, lo que hace que estos bucles de giroscopio sean ideales para aplicaciones en entornos exigentes.
▶Estabilidad de coherencia a altas temperaturas:Los bucles del giroscopio exhiben estabilidad de coherencia de alta temperatura, lo que garantiza precisión incluso en condiciones térmicas variables.
▶ Marco ligero simplificado:Los bucles del giroscopio están diseñados con una estructura sencilla pero liviana, lo que garantiza una alta precisión de procesamiento.
▶Proceso de bobinado consistente:El proceso de bobinado permanece estable, adaptándose a los requisitos de diversos giroscopios de fibra óptica de precisión.
Referencia
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