Las unidades de referencia de movimiento (MRU) son sistemas de detección inercial de precisión que miden el movimiento de una embarcación o plataforma, incluyendo normalmente el balanceo, el cabeceo, el cabeceo vertical, la velocidad angular y la aceleración. Estos sensores se utilizan en buques de guerra, plataformas no tripuladas, cargas útiles estabilizadas, sistemas submarinos y equipos de prospección.
En esta página se presentan los principales fabricantes de MRU que ofrecen soluciones para la navegación, el posicionamiento dinámico, la estabilización de radares y sistemas EO/IR, la compensación activa del cabeceo y las operaciones de lanzamiento o recuperación.
Soluciones tácticas de IMU, GPS/INS y orientación de armas
Sistemas de detección inercial MEMS, de cuarzo y FOG de alta precisión para aplicaciones militares, aeroespaciales y de defensa
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Una unidad de referencia de movimiento (MRU) es un sistema de detección inercial de alta precisión que se utiliza para medir y estimar el movimiento y la orientación de una embarcación, un vehículo o una plataforma estabilizada. En aplicaciones navales y de defensa, las MRU suelen proporcionar datos de balanceo, cabeceo, cabeceo vertical, velocidad angular y aceleración, y algunos sistemas también ofrecen información relacionada con el rumbo, la velocidad o la posición. Estos datos permiten que los equipos de navegación, los sensores, las armas, las antenas y las cargas útiles de la misión compensen el movimiento de la plataforma en tiempo real.
Las MRU modernas pueden incorporar asistencia del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), sensores de rumbo, compensación del brazo de palanca y fusión de sensores. Una MRU se diferencia de una unidad de medición inercial (IMU), un sistema de navegación inercial (INS) o un sistema de referencia de actitud y rumbo (AHRS) en su función principal: una IMU mide la aceleración y la velocidad angular; un AHRS estima la actitud y el rumbo; y un INS estima los estados de navegación, como la posición y la velocidad.
Unidad de referencia de movimiento MRU-E de Inertial Labs, una empresa de VIAVI Solutions
Las unidades de referencia de movimiento basadas en sistemas microelectromecánicos (MEMS) utilizan acelerómetros y giroscopios compactos para detectar el movimiento lineal y angular. Su reducido tamaño, peso y bajos requisitos de alimentación las hacen idóneas para buques de superficie, plataformas no tripuladas, sistemas portátiles, cargas útiles estabilizadas e instalaciones con limitaciones de espacio. El rendimiento depende de la calidad de los sensores, la calibración, la compensación térmica, la resistencia a las vibraciones, el filtrado, el sesgo y el ruido.
Los sistemas de giroscopios de fibra óptica (FOG) miden la rotación angular utilizando el efecto Sagnac sin necesidad de un rotor que gire mecánicamente. Las MRU basadas en FOG pueden proporcionar una alta estabilidad angular y una deriva reducida, lo que las hace adecuadas para aquellas aplicaciones en las que el rendimiento de la navegación, la topografía, la estabilización o los sistemas de armas requiere una mayor precisión en la referencia de movimiento o una estabilidad más prolongada sin asistencia.
Un sistema MRU asistido por GNSS combina mediciones inerciales con datos de navegación por satélite para limitar los errores a largo plazo y mejorar las estimaciones de rumbo, velocidad o posición. El GNSS con múltiples antenas puede proporcionar el rumbo real sin depender del campo magnético terrestre. El rendimiento depende de la geometría de las antenas, la visibilidad de los satélites, las interferencias, la calidad de la instalación y el comportamiento inercial cuando el GNSS se ve degradado, bloqueado, suplantado o no está disponible.
Una MRU submarina integra sensores inerciales y componentes electrónicos de procesamiento en una carcasa diseñada para funcionar a gran profundidad. Estas unidades pueden dar soporte a vehículos operados a distancia (ROV), vehículos submarinos autónomos (AUV), equipos de prospección submarina, sistemas de sonar y otras cargas útiles. A la hora de seleccionar estas unidades, también hay que tener en cuenta la resistencia a la presión, la resistencia a la corrosión, los conectores, la rigidez de montaje, la temperatura, la alimentación y las interfaces de datos.
Las MRU proporcionan información sobre la actitud y el movimiento de la embarcación a los sistemas de navegación, control y posicionamiento dinámico (DP). Las mediciones de balanceo, cabeceo, cabeceo vertical y velocidad de movimiento ayudan a los sistemas de control a distinguir el movimiento natural de la plataforma del movimiento ordenado, mientras que la integración con el GNSS, los sensores de rumbo, los registradores de velocidad Doppler (DVL) u otras fuentes de navegación puede mejorar la solución global. La baja latencia y la sincronización horaria precisa son especialmente importantes en los bucles de control en tiempo real.
El movimiento del buque puede alterar rápidamente la dirección de apuntado de las antenas de radar, los terminales de comunicaciones y las cargas útiles electroópticas/infrarrojas (EO/IR). Un sensor MRU proporciona una referencia para compensar la dinámica de la plataforma. La frecuencia de actualización, la latencia, la alineación del montaje, la definición del sistema de coordenadas y la sincronización temporal son esenciales, ya que los errores pueden traducirse directamente en un error de orientación.
Los sistemas navales de armamento y control de fuego pueden requerir datos precisos sobre la actitud y el movimiento angular de la plataforma a la hora de calcular soluciones de apuntado o de ataque. Los datos de la MRU pueden contribuir a la creación de marcos de referencia estabilizados utilizados por los directores, los sensores y los equipos de misión. El rendimiento debe evaluarse dentro del presupuesto de error completo, incluyendo la alineación, la flexión estructural, la sincronización, los datos de navegación y las características asociadas de los sensores o efectores.
Sistema submarino INS/MRU M5000 de Micro Magic
Los sistemas de sonar, levantamiento hidrográfico y cartografía batimétrica pueden ser muy sensibles al movimiento de la embarcación. El balanceo y el cabeceo modifican la orientación del haz acústico, mientras que el cabeceo cambia la altura del transductor. Una unidad de referencia de movimiento marino permite a los sistemas de procesamiento compensar las observaciones en función del movimiento de la embarcación. El rendimiento de los levantamientos también depende de la sincronización, las desviaciones de los sensores, los brazos de palanca, la velocidad del sonido, la precisión de posicionamiento y la calibración. La compensación del cabeceo retardada o posprocesada puede mejorar los resultados cuando no se requiere una salida estricta en tiempo real.
Los sistemas de compensación activa del cabeceo utilizan estimaciones del movimiento de la embarcación para reducir el movimiento vertical transmitido a las cargas manipuladas por grúas, cabrestantes y equipos de despliegue submarino. Una MRU puede proporcionar información en tiempo real sobre el cabeceo y la aceleración vertical. La ubicación de los sensores y los efectos de los brazos de palanca son importantes, ya que el movimiento en la MRU puede diferir del movimiento en la punta de la grúa, el pozo de grúa, el punto de lanzamiento al mar o la carga útil suspendida.
Los datos de movimiento pueden facilitar el lanzamiento y la recuperación de embarcaciones, sistemas no tripulados, equipos submarinos y aeronaves. En buques aptos para la aviación, la monitorización del movimiento puede proporcionar el balanceo, el cabeceo, el cabeceo vertical y las velocidades asociadas de la cubierta para la evaluación operativa. La MRU debe representar el movimiento en el punto de manipulación o aterrizaje pertinente, utilizando la transformación de coordenadas y la compensación del brazo de palanca cuando se instale en otro lugar.
Las normas aplicables a una MRU dependen de la plataforma, la función, la instalación, las especificaciones de adquisición y los requisitos de cualificación. Entre las referencias habituales se incluyen:
La cualificación debe evaluarse en función del programa naval o de defensa concreto, en lugar de dar por sentado que todas las MRU requieren el mismo régimen de ensayos.
El desarrollo de las MRU se centra cada vez más en mejorar la precisión del movimiento, la resiliencia y la integración, al tiempo que se reducen el tamaño, el peso y el consumo energético. Entre las áreas más importantes se incluyen:
Estos avances están potenciando el papel de la tecnología de referencia de movimiento en la navegación resiliente, la estabilización de precisión, las operaciones marítimas autónomas y los sistemas integrados de misiones navales.
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