Fundamentos de la Navegación Inercial

¿Qué es un Giróscopo Óptico?

Un giróscopo óptico es un instrumento capaz de detectar una rotación respecto al espacio inercial, el cual, a fines prácticos, se considera fijo.

Principios Básicos de la Navegación Inercial

  • Navegación inercial: Arte básico de navegación que proporciona una medida de la posición, velocidad, orientación y velocidad de orientación de un vehículo.
  • Sistema inercial de navegación: Sistema de navegación por estima de mucha exactitud.
  • Navegación por estima: Cálculo de la posición de un buque considerando los rumbos y las distancias recorridas en todo momento.

Componentes de un Navegador Inercial

  • Acelerómetros
  • Giróscopos
  • Plataforma
  • Computador inercial

Características de la Navegación Inercial

  • No les afectan variables exteriores, salvo los efectos gravitatorios de la Tierra.
  • No necesitan ayuda de elementos externos; son autosuficientes.
  • Su principio básico de funcionamiento reside en el cálculo de las aceleraciones que actúan sobre el buque.
  • Se basan en el cálculo estimado del movimiento del vehículo, añadiendo el resultado a las coordenadas base, calculando la nueva dirección y posición del vehículo.

Tipos de Giróscopos en Navegadores Inerciales

¿Qué dos tipos de giróscopos se utilizan en los navegadores inerciales y cuál es el efecto de su principio de funcionamiento?

  • Giróscopos de anillo láser (RLG)
  • Giróscopos de fibra óptica (RFO)

Ambos sensores basan su funcionamiento en el llamado efecto Sagnac.

Equipos para la Medición de la Velocidad del Buque

Para conocer la velocidad del buque, ¿qué dos tipos de equipos que están montados a bordo nos proporcionan esa información?

Los navegadores inerciales y las correderas.

Sistemas de Navegación Inercial (INS)

¿Qué proporciona el INS a los navegadores inerciales?

  • Rumbo del barco
  • Velocidad de la corredera y distancia
  • Velocidad del barco
  • Balance
  • Cabezada
  • Valores de latitud, posición y datos de tiempo a otros sistemas del barco

Sistema DIANA

¿Qué función tiene el sistema DIANA?

Recoge información y señales de todos los sistemas de navegación y lo distribuye por todo el barco (Distribución Avanzada de Navegación).

¿Qué elementos comunes forman parte del sistema DIANA de los buques F-100 y buques LHD?

  • Estación de mantenimiento
  • Unidad autónoma de mantenimiento
  • Red redundante
  • TCB (Terminal Control Box) con capacidad cada una hasta 4 TCB alojadas en su interior
  • Unidades de entrada y salida

Sistema de Comunicaciones por Hilo Radiante

¿Qué conoce por sistema de comunicaciones por hilo radiante?

Sistema de comunicaciones de Seguridad Interior, rápido, flexible y fiable que garantiza la comunicación entre dos puntos cualesquiera del buque, reduciendo al mínimo las emisiones al exterior.

Profundizando en la Navegación Inercial

Principios de la Navegación Inercial

  • Navegación inercial: Proporciona una medida de la posición, velocidad, orientación y velocidad de orientación de un vehículo.
  • Sistema inercial de navegación: Sistema de navegación por estima de mucha exactitud.
  • Navegación por estima: Cálculo de la posición de un buque teniendo en cuenta los rumbos y las distancias recorridas en todo momento.

Componentes Básicos de un Sistema de Navegación Inercial

  • IMU (Unidad de Medida Inercial): Contiene acelerómetros y giróscopos.
  • Plataforma: Soporte físico.
  • Computador inercial (Integrador-calculador): Procesa la información que le dan los elementos de la plataforma y hace una estimación de la posición del buque.

Tipos de Giróscopos Ópticos

  • Giróscopo de anillo láser (RLG)
  • Giróscopo de fibra óptica (RFO)

Principio de Funcionamiento de los Giróscopos de Anillo Láser

Se fundamenta en la exactitud de la medición de las aceleraciones horizontales. El calculador integra la información recibida y la envía hacia los equipos consumidores de datos de navegación del barco. Proporciona señales de error que mantendrán la plataforma nivelada, para que los acelerómetros estén horizontales con respecto al plano inercial.

Funcionamiento Sencillo de un Giróscopo de Anillo Láser

Detecta giros por una diferencia de fase entre dos rayos de luz inicialmente en fase, que recorren un bucle en sentidos opuestos. Enviamos dos rayos en sentido opuesto a través de una circunferencia de fibra óptica, desde un punto determinado. Si dicha circunferencia gira durante el viaje de la luz, un rayo llegará antes al punto de emisión. El desfase se detecta mediante un interferómetro y se calcula la velocidad angular a la que gira el aparato.

Tipos de Plataformas en Sistemas de Navegación Inercial

  • Convencionales o servoestabilizadas
  • Strapdown:
    • Sistema strapdown puros
    • Sistema strapdown con función indexing

Preguntas y Respuestas sobre Sistemas de Navegación Inercial

13. ¿Un sistema de navegación inercial se caracteriza por que su funcionamiento depende de un sistema externo, como puede ser GPS o la corredera?

FALSO

14. ¿Un sistema de navegación inercial basa su funcionamiento en la medida de las distancias desde una posición inercial conocida?

VERDADERO

15. ¿La misión de una plataforma estabilizadora en un sistema inercial convencional es hacer trabajar a los acelerómetros a un nivel real o verdadero paralelo al eje que están controlando?

VERDADERO

16. ¿En un sistema Strapdown los movimientos del barco son compensados por unos motores de par montados sobre los aros balancines?

FALSO

17. ¿El verdadero cerebro de este tipo de sistemas es el integrador-calculador?

VERDADERO

18. ¿Es vital para este tipo de sistemas partir de una posición inicial conocida?

VERDADERO

19. ¿Cuáles son los componentes principales de la MK-49?

Cada INS tiene una IMU utilizando tres RLG y cada uno de estos tiene:

  • Procesador
  • Gabinete de medición inercial

20. ¿La función primordial de estos sistemas es la de proporcionar información de rumbo, balance y cabezada del barco?

FALSO (falta velocidad y posición)

Unidad de Referencia Dinámica (DRU)

Su corazón es la Unidad Sensora Inercial que consta de 3 giróscopos láser, 3 acelerómetros inerciales y equipos electrónicos asociados para controlar y adaptar sus salidas. Los giróscopos y los acelerómetros forman una “triada” con los ejes de los acelerómetros colineales con los ejes de entrada de los RLG. La plataforma analítica asegura que los ejes de referencia analítica apuntan al Norte, Este y verticalmente. Adquiere su información de orientación del hecho que la aceleración de la gravedad va en la dirección del centro de la tierra y la velocidad angular de la tierra apunta al norte verdadero, siendo su componente vertical opuesta a la dirección de la aceleración de la gravedad terrestre.