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À l'ère des avancées technologiques majeures, les systèmes de navigation se sont imposés comme des piliers fondamentaux, moteurs de nombreux progrès, notamment dans les secteurs de haute précision. Le passage de la navigation astronomique rudimentaire aux systèmes de navigation inertielle (INS) sophistiqués illustre la quête inlassable de l'humanité pour l'exploration et la précision extrême. Cette analyse explore en profondeur les mécanismes complexes des INS, en examinant la technologie de pointe des gyroscopes à fibre optique (FOG) et le rôle crucial de la polarisation dans le maintien des boucles de fibre.
Partie 1 : Déchiffrer les systèmes de navigation inertielle (INS) :
Les systèmes de navigation inertielle (INS) se distinguent comme des aides à la navigation autonomes, calculant avec précision la position, l'orientation et la vitesse d'un véhicule, indépendamment des signaux extérieurs. Ces systèmes harmonisent les données des capteurs de mouvement et de rotation, s'intégrant parfaitement aux modèles informatiques de vitesse, de position et d'orientation initiales.
Un INS archétypal comprend trois composantes cardinales :
• Accéléromètres : Ces éléments essentiels enregistrent l’accélération linéaire du véhicule, traduisant le mouvement en données mesurables.
• Gyroscopes : Indispensables à la détermination de la vitesse angulaire, ces composants sont essentiels à l’orientation du système.
• Module informatique : Centre névralgique du système de navigation inertielle, il traite des données multifacettes pour fournir des analyses de position en temps réel.
L'immunité du système de navigation inertielle (INS) aux perturbations extérieures le rend indispensable dans le secteur de la défense. Cependant, il est confronté à la dérive – une dégradation progressive de sa précision –, ce qui nécessite des solutions sophistiquées comme la fusion de capteurs pour atténuer les erreurs (Chatfield, 1997).
Partie 2. Dynamique opérationnelle du gyroscope à fibre optique :
Les gyroscopes à fibre optique (FOG) marquent le début d'une ère révolutionnaire dans la détection rotationnelle, grâce à l'exploitation des interférences lumineuses. Leur précision intrinsèque les rend indispensables à la stabilisation et à la navigation des véhicules aérospatiaux.
Les gyroscopes à fibre optique (FOG) fonctionnent selon l'effet Sagnac : la lumière, se propageant en sens inverse à l'intérieur d'une bobine de fibre en rotation, subit un déphasage corrélé aux variations de la vitesse de rotation. Ce mécanisme subtil permet d'obtenir des mesures précises de la vitesse angulaire.
Les composants essentiels comprennent :
• Source lumineuse : Le point de départ, généralement un laser, initiant le trajet de la lumière cohérente.
· Bobine de fibreUn conduit optique enroulé prolonge la trajectoire de la lumière, amplifiant ainsi l'effet Sagnac.
• Photodétecteur : Ce composant discerne les figures d'interférence complexes de la lumière.
Partie 3 : Importance des boucles de fibres à maintien de polarisation :
Les boucles de fibres à maintien de polarisation (PM), essentielles aux gyroscopes à fibre optique (FOG), garantissent un état de polarisation uniforme de la lumière, facteur déterminant pour la précision des figures d'interférence. Ces fibres spécialisées, en limitant la dispersion des modes de polarisation, améliorent la sensibilité des FOG et la fiabilité des données (Kersey, 1996).
Le choix des fibres PM, dicté par les exigences opérationnelles, les attributs physiques et l'harmonie systémique, influence les indicateurs de performance globaux.
Partie 4 : Applications et preuves empiriques :
Les gyroscopes à fibre optique (FOG) et les systèmes de navigation inertielle (INS) trouvent des applications dans de nombreux domaines, allant de la coordination de missions aériennes sans pilote à la garantie d'une stabilité cinématographique malgré l'imprévisibilité de l'environnement. Leur fiabilité est attestée par leur déploiement sur les rovers martiens de la NASA, assurant une navigation extraterrestre à toute épreuve (Maimone, Cheng et Matthies, 2007).
Les trajectoires du marché prévoient un créneau florissant pour ces technologies, avec des axes de recherche visant à renforcer la résilience du système, les matrices de précision et les spectres d'adaptabilité (MarketsandMarkets, 2020).
Gyroscope laser annulaire
Schéma d'un gyroscope à fibre optique basé sur l'effet Sagnac
Références :
- Chatfield, AB, 1997.Principes fondamentaux de la navigation inertielle de haute précision.Progrès en astronautique et en aéronautique, vol. 174. Reston, VA : American Institute of Aeronautics and Astronautics.
- Kersey, AD, et al., 1996. « Gyros à fibre optique : 20 ans de progrès technologique », dansActes de l'IEEE,84(12), pp. 1830-1834.
- Maimone, MW, Cheng, Y. et Matthies, L., 2007. « Odométrie visuelle sur les rovers d'exploration martienne - Un outil pour garantir une conduite précise et une imagerie scientifique »,Magazine IEEE Robotics & Automation,14(2), pp. 54-62.
- MarketsandMarkets, 2020. « Marché des systèmes de navigation inertielle par catégorie, technologie, application, composant et région - Prévisions mondiales jusqu'en 2025. »
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Date de publication : 18 octobre 2023