¿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 la adquisición de información clave, como la posición inicial, la orientación inicial, la dirección y la orientación del movimiento en cada instante, y en la integración progresiva de 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) y la posición actuales de un objeto en movimiento, los sistemas de navegación inercial emplean un conjunto de sensores críticos, principalmente acelerómetros y giroscopios. Estos sensores miden la velocidad angular y la aceleración del objeto en un sistema de referencia inercial. Los datos se integran y procesan a lo largo del tiempo para obtener información sobre la velocidad y la posición relativa. Posteriormente, esta información se transforma al sistema de coordenadas de navegación, junto con los datos de posición inicial, lo que permite determinar la ubicación actual del objeto.
Principios de funcionamiento de los sistemas de navegación inercial
Los sistemas de navegación inercial funcionan como sistemas de navegación internos de bucle cerrado y autónomos. No dependen de actualizaciones de datos externos en tiempo real para corregir errores durante el movimiento del vehículo. Por ello, 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 los sistemas de navegación por satélite, para corregir periódicamente los errores internos acumulados.
La capacidad de ocultación de la navegación inercial
En las tecnologías de navegación modernas, como la navegación astronómica, la navegación por satélite y la radionavegación, la navegación inercial destaca por su autonomía. No emite señales al entorno ni depende de objetos celestes ni señales externas. Por consiguiente, los sistemas de navegación inercial ofrecen el máximo nivel de discreción, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren la más estricta 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. A partir de la información proporcionada por los giroscopios, el sistema establece un sistema de coordenadas de navegación, mientras que, utilizando la información de los acelerómetros, calcula la velocidad y la posición del vehículo en dicho sistema.
Aplicaciones de la navegación inercial
La tecnología inercial ha encontrado una amplia gama de aplicaciones en diversos ámbitos, como la industria aeroespacial, la aviación, la industria marítima, la exploración petrolera, la geodesia, los estudios oceanográficos, la perforación geológica, la robótica y los sistemas ferroviarios. Con el desarrollo de sensores inerciales avanzados, su utilidad se ha extendido a la industria automotriz y a los dispositivos electrónicos médicos, entre otros campos. Este creciente abanico de aplicaciones subraya el papel cada vez más crucial de la navegación inercial para proporcionar capacidades de navegación y posicionamiento de alta precisión en 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 estos componentes, que ha mejorado significativamente las capacidades de estos sistemas, es el giroscopio de fibra óptica (FOG). El FOG es un sensor crucial que desempeña un papel fundamental en la medición de la velocidad angular del vehículo con una precisión extraordinaria.
Operación de giroscopio de fibra óptica
Los FOG funcionan según el principio del efecto Sagnac, que consiste en dividir un haz láser en dos trayectorias separadas, permitiéndole viajar en direcciones opuestas a lo largo de una espira de fibra óptica. Cuando el portador, que incorpora el FOG, gira, la diferencia en el tiempo de viaje entre los dos haces es proporcional a la velocidad angular de rotación del portador. Este retardo temporal, conocido como desplazamiento de fase de Sagnac, se mide con precisión, lo que permite al FOG proporcionar datos exactos sobre la rotación del portador.
El principio de un giroscopio de fibra óptica consiste en emitir un haz de luz desde un fotodetector. Este haz atraviesa un acoplador, entrando por un extremo y saliendo por el otro. A continuación, viaja a través de un bucle óptico. Dos haces de luz, provenientes de direcciones opuestas, entran en el bucle y, tras recorrerlo, completan una superposición coherente. La luz reflejada 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 mayor desafío reside en eliminar los factores que afectan a la longitud del recorrido óptico de los dos haces de luz. Este es uno de los problemas más críticos a los que se 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 giroscopios de fibra óptica (FOG) ofrecen diversas ventajas que los hacen indispensables en los sistemas de navegación inercial. Destacan por su excepcional precisión, fiabilidad 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 los golpes y las vibraciones, lo que los hace ideales para entornos exigentes como las aplicaciones aeroespaciales y de defensa.
Integración de giroscopios de fibra óptica en la navegación inercial
Los sistemas de navegación inercial incorporan cada vez más giroscopios de fibra óptica (FOG) debido a su alta precisión y fiabilidad. Estos giroscopios proporcionan las mediciones cruciales de velocidad angular necesarias para la determinación precisa de la orientación y la posición. Al integrar los FOG en los sistemas de navegación inercial existentes, los operadores pueden beneficiarse de una mayor precisión de navegación, especialmente en situaciones donde se requiere una precisión extrema.
Aplicaciones de los giroscopios de fibra óptica en la navegación inercial
La incorporación de giroscopios de fibra óptica (FOG) ha ampliado las aplicaciones de los sistemas de navegación inercial en diversos ámbitos. En el sector aeroespacial y la aviación, los sistemas equipados con FOG ofrecen soluciones de navegación precisas para aeronaves, drones y naves espaciales. También se utilizan ampliamente en la navegación marítima, los estudios geológicos y la robótica avanzada, lo que permite que estos sistemas operen con mayor rendimiento y fiabilidad.
Diferentes variantes estructurales de los giroscopios de fibra óptica
Los giroscopios de fibra óptica se presentan en diversas configuraciones estructurales, siendo la predominante que actualmente se está introduciendo en el campo de la ingeniería lagiroscopio de fibra óptica de mantenimiento de polarización de bucle cerradoEn el núcleo de este giroscopio se encuentra 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 emplea un método de bobinado con simetría cuádruple, complementado con un gel sellador único para formar una bobina de bucle de fibra de estado sólido.
Características clave deFibra óptica G con mantenimiento de polarizaciónyro Coil
▶Diseño de marco único:Los bucles del giroscopio presentan un diseño de estructura distintivo que permite la fácil adaptación de diversos 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 sellador avanzado:El empleo de materiales de gel selladores avanzados, combinado 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 alta temperatura:Los bucles del giroscopio presentan una alta estabilidad de coherencia térmica, lo que garantiza la precisión incluso en condiciones térmicas variables.
▶Marco de trabajo ligero y simplificado:Los bucles del giroscopio están diseñados con una estructura sencilla pero ligera, lo que garantiza una alta precisión de procesamiento.
▶Proceso de bobinado uniforme:El proceso de bobinado se mantiene estable, adaptándose a los requisitos de diversos giroscopios de fibra óptica de precisión.
Referencia
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