Qu'est-ce que la navigation inertielle ?
Fondamentaux de la navigation inertielle
Les principes fondamentaux de la navigation inertielle s'apparentent à ceux des autres méthodes de navigation.Elle repose sur l'acquisition d'informations clés, notamment la position initiale, l'orientation initiale, la direction et l'orientation du mouvement à chaque instant, et sur l'intégration progressive de ces données (analogue aux opérations d'intégration mathématique) pour déterminer avec précision les paramètres de navigation, tels que l'orientation et la position.
Le rôle des capteurs dans la navigation inertielle
Pour obtenir l'orientation actuelle (attitude) et les informations de position d'un objet en mouvement, les systèmes de navigation inertielle utilisent un ensemble de capteurs critiques, principalement constitués d'accéléromètres et de gyroscopes.Ces capteurs mesurent la vitesse angulaire et l'accélération du porteur dans un référentiel inertiel.Les données sont ensuite intégrées et traitées au fil du temps pour obtenir des informations sur la vitesse et la position relative.Par la suite, ces informations sont transformées dans le système de coordonnées de navigation, en conjonction avec les données de position initiale, aboutissant à la détermination de l'emplacement actuel du transporteur.
Principes de fonctionnement des systèmes de navigation inertielle
Les systèmes de navigation inertielle fonctionnent comme des systèmes de navigation internes autonomes en boucle fermée.Ils ne s'appuient pas sur des mises à jour de données externes en temps réel pour corriger les erreurs lors du mouvement du transporteur.En tant que tel, un seul système de navigation inertielle convient aux tâches de navigation de courte durée.Pour les opérations de longue durée, il doit être combiné avec d’autres méthodes de navigation, telles que les systèmes de navigation par satellite, pour corriger périodiquement les erreurs internes accumulées.
La dissimulation de la navigation inertielle
Dans les technologies de navigation modernes, notamment la navigation céleste, la navigation par satellite et la radionavigation, la navigation inertielle se distingue comme étant autonome.Il n'émet pas de signaux vers l'environnement extérieur et ne dépend pas d'objets célestes ou de signaux externes.Par conséquent, les systèmes de navigation inertielle offrent le plus haut niveau de dissimulation, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant la plus grande confidentialité.
Définition officielle de la navigation inertielle
Le système de navigation inertielle (INS) est un système d'estimation des paramètres de navigation qui utilise des gyroscopes et des accéléromètres comme capteurs.Le système, basé sur les résultats des gyroscopes, établit un système de coordonnées de navigation tout en utilisant les résultats des accéléromètres pour calculer la vitesse et la position du porteur dans le système de coordonnées de navigation.
Applications de la navigation inertielle
La technologie inertielle a trouvé de nombreuses applications dans divers domaines, notamment l'aérospatiale, l'aviation, le maritime, l'exploration pétrolière, la géodésie, les levés océanographiques, le forage géologique, la robotique et les systèmes ferroviaires.Avec l’avènement des capteurs inertiels avancés, la technologie inertielle a étendu son utilité à l’industrie automobile et aux appareils électroniques médicaux, entre autres domaines.Cette portée croissante des applications souligne le rôle de plus en plus crucial de la navigation inertielle dans la fourniture de capacités de navigation et de positionnement de haute précision pour une multitude d'applications.
Le composant essentiel du guidage inertiel :Gyroscope à fibre optique
Introduction aux gyroscopes à fibre optique
Les systèmes de navigation inertielle dépendent fortement de l’exactitude et de la précision de leurs composants principaux.L'un de ces composants qui a considérablement amélioré les capacités de ces systèmes est le gyroscope à fibre optique (FOG).FOG est un capteur essentiel qui joue un rôle central dans la mesure de la vitesse angulaire du porteur avec une précision remarquable.
Fonctionnement du gyroscope à fibre optique
Les FOG fonctionnent sur le principe de l'effet Sagnac, qui consiste à diviser un faisceau laser en deux trajets distincts, lui permettant de se déplacer dans des directions opposées le long d'une boucle de fibre optique enroulée.Lorsque le porteur, intégré au FOG, tourne, la différence de temps de trajet entre les deux faisceaux est proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation du porteur.Ce retard, appelé déphasage de Sagnac, est ensuite mesuré avec précision, permettant au FOG de fournir des données précises sur la rotation du porteur.
Le principe d'un gyroscope à fibre optique consiste à émettre un faisceau lumineux à partir d'un photodétecteur.Ce faisceau lumineux traverse un coupleur, entrant par une extrémité et sortant par une autre.Il traverse ensuite une boucle optique.Deux faisceaux de lumière, venant de directions différentes, entrent dans la boucle et complètent une superposition cohérente après avoir tourné autour.La lumière renvoyée rentre dans une diode électroluminescente (DEL), qui est utilisée pour détecter son intensité.Bien que le principe d'un gyroscope à fibre optique puisse paraître simple, le défi le plus important réside dans l'élimination des facteurs qui affectent la longueur du trajet optique des deux faisceaux lumineux.Il s’agit de l’un des problèmes les plus critiques rencontrés lors du développement de gyroscopes à fibre optique.
1 : diode superluminescente 2 : diode photodétecteur
3. coupleur de source lumineuse 4.coupleur à anneau de fibre 5. anneau de fibre optique
Avantages des gyroscopes à fibre optique
Les FOG offrent plusieurs avantages qui les rendent inestimables dans les systèmes de navigation inertielle.Ils sont réputés pour leur précision, leur fiabilité et leur durabilité exceptionnelles.Contrairement aux gyroscopes mécaniques, les FOG ne comportent aucune pièce mobile, ce qui réduit le risque d'usure.De plus, ils résistent aux chocs et aux vibrations, ce qui les rend idéaux pour les environnements exigeants tels que les applications aérospatiales et de défense.
Intégration de gyroscopes à fibre optique dans la navigation inertielle
Les systèmes de navigation inertielle intègrent de plus en plus de FOG en raison de leur haute précision et fiabilité.Ces gyroscopes fournissent les mesures cruciales de vitesse angulaire nécessaires à la détermination précise de l'orientation et de la position.En intégrant les FOG dans les systèmes de navigation inertielle existants, les opérateurs peuvent bénéficier d'une précision de navigation améliorée, en particulier dans les situations où une précision extrême est nécessaire.
Applications des gyroscopes à fibre optique dans la navigation inertielle
L'inclusion des FOG a élargi les applications des systèmes de navigation inertielle dans divers domaines.Dans l'aérospatiale et l'aviation, les systèmes équipés de FOG offrent des solutions de navigation précises pour les avions, les drones et les engins spatiaux.Ils sont également largement utilisés dans la navigation maritime, les études géologiques et la robotique avancée, permettant à ces systèmes de fonctionner avec des performances et une fiabilité améliorées.
Différentes variantes structurelles de gyroscopes à fibre optique
Les gyroscopes à fibre optique se présentent sous diverses configurations structurelles, la plus prédominante entrant actuellement dans le domaine de l'ingénierie étant lagyroscope à fibre optique à maintien de polarisation en boucle fermée.Au cœur de ce gyroscope se trouve leboucle de fibre à maintien de polarisation, comprenant des fibres maintenant la polarisation et une structure conçue avec précision.La construction de cette boucle implique une méthode d'enroulement quadruple symétrique, complétée par un gel d'étanchéité unique pour former une bobine de boucle de fibre à l'état solide.
Principales caractéristiques deFibre optique G à maintien de polarisationyro Bobine
▶Conception de cadre unique :Les boucles du gyroscope présentent une conception de cadre distinctive qui s'adapte facilement à différents types de fibres maintenant la polarisation.
▶Technique d'enroulement symétrique quadruple :La technique d'enroulement quadruple symétrique minimise l'effet Shupe, garantissant des mesures précises et fiables.
▶Matériau de gel d'étanchéité avancé :L'emploi de matériaux de gel d'étanchéité avancés, combinés à une technique de durcissement unique, améliore la résistance aux vibrations, ce qui rend ces boucles de gyroscope idéales pour les applications dans des environnements exigeants.
▶ Stabilité de cohérence à haute température :Les boucles du gyroscope présentent une stabilité de cohérence à haute température, garantissant la précision même dans des conditions thermiques variables.
▶Cadre léger simplifié :Les boucles du gyroscope sont conçues avec un cadre simple mais léger, garantissant une haute précision de traitement.
▶ Processus d'enroulement cohérent :Le processus d'enroulement reste stable, s'adaptant aux exigences de divers gyroscopes à fibre optique de précision.
Référence
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