O que é um Sistema de Navegação Inercial Integrado de Fibra Óptica? Princípio e Aplicação

O que é um sistema integrado de navegação por inércia de fibra óptica?

1Introdução

Um sistema de navegação integrado por inércia de fibra óptica é um sistema de navegação de alta precisão,solução de navegação totalmente autónoma construída com giroscópios de fibra óptica (FOG) e acelerômetros de alto desempenho como dispositivos de detecção inercial principaisDiferente dos módulos de navegação MEMS convencionais que se concentram em baixo custo e miniaturização, a navegação por inércia de fibra óptica apresenta drift ultra baixo, estrutura de estado sólido,e estabilidade a longo prazo, tornando-a uma das tecnologias de navegação mais confiáveis para equipamentos industriais, navais e aeroespaciais de ponta.

Uma vez que a navegação por inércia pura inevitavelmente produz erros acumulados durante a operação de longa duração, o sistema de inércia por fibra é geralmente combinado com GNSS, odômetro, DVL,ou outras fontes auxiliares de navegação para formar umasolução de navegação integradaEste método de fusão compensa a deriva inercial com informações de posicionamento externo e obtém uma saída de navegação de cenário completo contínua, de alta precisão e alta fiabilidade.

2Princípio de funcionamento fundamental

2.1 Unidade de medição da inércia por fibra de sensores centrais

A unidade inercial de fibra óptica coleta dados de velocidade angular de três eixos e força específica de três eixos em tempo real através de giroscópios de fibra óptica e acelerômetros de precisão.Baseado no princípio de detecção óptica Sagnac, o giroscópio capta as alterações de rotação do portador sem partes mecânicas de rotação, realizando medições de desgaste zero e alta estabilidade de posição.O acelerômetro detecta com precisão o movimento linear e as mudanças de gravidade do portador.

Através do algoritmo de navegação inercial em tempo real, o sistema produz continuamente ângulo de posição, taxa angular, velocidade e dados inerciais originais,fornecendo referência de estado de movimento de ultraalta frequência para o portador.

2.2 Fusão multi-sensor e correcção de erros

O sistema de navegação integrado adota algoritmos avançados de filtragem Kalman e fusão adaptativa para acoplar de forma apertada dados inerciais com GNSS ou outros dados de navegação auxiliares.

Quando os sinais de satélite são estáveis, o GNSS corrige a deriva de longo prazo da navegação inercial e mantém a precisão absoluta de posicionamento.A unidade de inércia de fibra realiza de forma independente um cálculo de morte de alta precisão para garantir uma saída de navegação contínua.Os dois sensores complementam-se perfeitamente, percebendosem desvio a longo prazo, sem interrupção a curto prazo.

3Principais vantagens da navegação integrada por fibra óptica

• Drift de longo prazo ultra-baixoO giroscópio de fibra óptica não tem atrito mecânico e desgaste estrutural, suprimindo efetivamente erros cumulativos, superando em muito a estabilidade dos sistemas de navegação inercial MEMS comuns.
• Forte anti-interferência e autonomiaEle não depende de sinais eletromagnéticos externos e pode funcionar normalmente sob negação GNSS, interferência eletromagnética e ambientes protegidos complexos.
• Excelente adaptabilidade ao ambienteA estrutura óptica de estado sólido possui forte resistência a vibrações, resistência a choques e estabilidade a altas temperaturas, adequada para a operação contínua a longo prazo de equipamentos de ponta.
• Saída de alta frequência e alta precisãoFornecer dados de posição e navegação de alta taxa, que podem capturar com precisão pequenas mudanças de posição e alto movimento dinâmico do portador.
• Duração de vida útil e alta fiabilidadeO projeto de perda mecânica zero reduz muito a taxa de falhas e o custo de manutenção, atendendo aos requisitos de missão de ciclo longo de equipamentos aeroespaciais e marítimos.

4Diferenças entre a navegação integrada FOG e a navegação integrada MEMS

A navegação inercial MEMS é caracterizada por miniaturização, baixo consumo de energia e baixo custo, e é amplamente utilizada em drones de consumo, AGVs e equipamentos inteligentes civis de baixa velocidade.tem uma deriva relativamente grande e não é adequado para missões de alta precisão de ultra longa duração;.

A navegação integrada por fibra óptica sacrifica a miniaturização parcial e o desempenho de custo em troca deEstabilidade ultra-alta e deriva ultra-baixaÉ usado principalmente para cenários de ponta que exigem longa resistência, alta precisão e alta confiabilidade, formando um posicionamento de produto complementar com a navegação inercial MEMS.

5Principais cenários de aplicação

• Equipamento marítimo e subaquáticoNavios offshore, UUVs submarinos e equipamentos de detecção submarinos, que permitem uma navegação autónoma a longo prazo sem sinais de satélite.
• Aeronáutica e aeronaves especiaisAeronaves de asa fixa de médio e grande porte, rotorcraft e plataformas de vôo especiais de alta velocidade, fornecendo posição estável e referência de navegação para vôo altamente dinâmico.
• Pesquisa e mapeamento de alta precisãoSistemas de mapeamento móvel a bordo de veículos, navios e aviões, que suportam a resolução de dados POS de alta precisão.
• Equipamento especial inteligenteVeículos autónomos de ponta, sistemas de estabilização de máquinas de engenharia e plataformas robóticas especiais que exigem uma navegação de elevada estabilidade.

6Resumo técnico

Como uma solução de navegação inercial de ponta, o sistema de navegação integrada inercial de fibra óptica combina as vantagens da detecção inercial autônoma e da fusão de dados de várias fontes.Resolve os principais problemas da indústria da dependência de sinal e erro acumulado dos métodos tradicionais de navegaçãoCom destacada estabilidade e confiabilidade, tornou-se a configuração de navegação principal para equipamentos inteligentes de ponta nos campos marítimo, aeroespacial e de pesquisa de precisão.