¿Qué es la navegación inercial?
Fundamentos de 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 la orientación del movimiento en cada momento, e integrar progresivamente estos datos (análogos 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 actual (actitud) 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. Los datos se integran y procesan con el tiempo para obtener la velocidad de la velocidad y la información relativa de posición. Posteriormente, esta información se transforma en el sistema de coordenadas de navegación, junto con los datos de posición inicial, que culminan en la determinación de la ubicación actual del portador.
Principios de operación de los sistemas de navegación inercial
Los sistemas de navegación inercial funcionan como sistemas de navegación internos de circuito cerrado y autónomo. No confían en las actualizaciones de datos externas en tiempo real para corregir los errores durante la moción del operador. Como tal, un solo 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 basados en satélite, para corregir periódicamente los errores internos acumulados.
La ocultabilidad de la navegación inercial
En las tecnologías de navegación modernas, incluida la navegación celestial, la navegación por satélite y la navegación por radio, la navegación inercial se destaca como autónoma. No emite señales al entorno externo ni depende de objetos celestiales o señales externas. En consecuencia, los sistemas de navegación inercial ofrecen el más alto nivel de ocultabilidad, 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 portador en el sistema de coordenadas de navegación.
Aplicaciones de navegación inercial
La tecnología inercial ha encontrado aplicaciones de gran alcance en diversos dominios, incluyendo aeroespacial, aviación, marítimo, exploración de petróleo, geodesia, encuestas oceanográficas, perforación geológica, robótica y sistemas ferroviarios. Con el advenimiento de los sensores inerciales avanzados, la tecnología inercial ha extendido su utilidad a la industria automotriz y los dispositivos electrónicos médicos, entre otros campos. Este alcance en expansión de las aplicaciones subraya el papel cada vez más fundamental de la navegación inercial para 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 precisión y precisión de sus componentes centrales. Uno de esos componentes que ha mejorado significativamente las capacidades de estos sistemas es el giroscopio de fibra óptica (FOG). La niebla es un sensor crítico que juega un papel fundamental en la medición de la velocidad angular del portador con notable precisión.
Operación de giroscopio de fibra óptica
Las nieblas operan en el principio del efecto Sagnac, que implica dividir un haz láser en dos caminos separados, lo que le permite viajar en direcciones opuestas a lo largo de un bucle de fibra óptica enrollada. Cuando el portador, incrustado con la niebla, gira, la diferencia en el tiempo de viaje entre las dos vigas es proporcional a la velocidad angular de la rotación del portador. Este retraso de tiempo, conocido como el cambio de fase SAGNAC, se mide con precisión, lo que permite que la niebla proporcione datos precisos con respecto a la rotación del portador.
El principio de un giroscopio de fibra óptica implica emitir un haz de luz de un fotodetector. Este haz de luz pasa a través de un acoplador, entrando desde un extremo y saliendo de otro. Luego viaja a través de un bucle óptico. Dos vigas de luz, provenientes de diferentes direcciones, ingresan al bucle y completan una superposición coherente después de dar vueltas. La luz de regreso 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 significativo radica en eliminar los factores que afectan la longitud del camino óptico de los dos vigas de luz. Este es uno de los problemas más críticos que enfrentan el desarrollo de los giroscopios de fibra óptica.
1: diodo superluminiscente 2: diodo de fotodetector
3. Coupler de fuente de luz 4.acoplador de anillo de fibra 5. Anillo de fibra óptica
Ventajas de los giroscopios de fibra óptica
Las nieblas ofrecen varias ventajas que las hacen invaluables en los sistemas de navegación inercial. Son reconocidos por su precisión excepcional, confiabilidad y durabilidad. A diferencia de los giroscopios mecánicos, las nieblas no tienen partes móviles, reduciendo el riesgo de desgaste. Además, son resistentes al choque y la vibración, 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 nieblas debido a su alta precisión y confiabilidad. Estos giroscopios proporcionan las mediciones cruciales de velocidad angular requeridas para la determinación precisa de orientación y posición. Al integrar las nieblas en los sistemas de navegación inerciales existentes, los operadores pueden beneficiarse de la precisión mejorada de la navegación, especialmente en situaciones donde es necesaria la precisión extrema.
Aplicaciones de giroscopios de fibra óptica en navegación inercial
La inclusión de FOGS ha ampliado las aplicaciones de los sistemas de navegación inercial en varios dominios. En aeroespacial y aviación, los sistemas equipados con niebla ofrecen soluciones de navegación precisas para aviones, drones y naves espaciales. También se usan ampliamente en navegación marítima, encuestas geológicas y robótica avanzada, lo que permite que estos sistemas funcionen con un mejor rendimiento y confiabilidad.
Diferentes variantes estructurales de giroscopios de fibra óptica
Los giroscopios de fibra óptica vienen en varias configuraciones estructurales, con la predominante que actualmente ingresa al ámbito de la ingeniería es elGiroscopio de fibra óptica que mantiene la polarización de circuito cerrado. En el núcleo de este giroscopio está elbucle de fibra que mantiene la polarización, que comprende fibras que mantienen polarización y un marco diseñado con precisión. La construcción de este bucle implica un método de devanado simétrico cuádruple, complementado por un gel de sellado único para formar una bobina de bucle de fibra de estado sólido.
Características clave deFibra óptica de mantenimiento de polarización Gbobina de yro
▶ Diseño de marco único:Los bucles de giroscopio cuentan con un diseño de marco distintivo que acomoda varios tipos de fibras que mantienen polarización con facilidad.
▶ Técnica de devanado simétrico cuádruple:La técnica de devanado simétrico cuádruple minimiza el efecto Shupe, asegurando mediciones precisas y confiables.
▶ Material de gel de sellado avanzado:El empleo de materiales de gel de sellado avanzado, 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 de alta temperatura:Los bucles de giroscopio exhiben estabilidad de coherencia de alta temperatura, asegurando una precisión incluso en condiciones térmicas variables.
▶ Marco liviano simplificado:Los bucles de giroscopio están diseñados con un marco sencillo pero liviano, que garantiza una alta precisión de procesamiento.
▶ Proceso de devanado constante:El proceso de devanado permanece estable, adaptándose a los requisitos de varios giroscopios de fibra óptica de precisión.
Referencia
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