Le unità di riferimento del movimento (MRU) sono sistemi di rilevamento inerziale di precisione che misurano il movimento di navi o piattaforme, includendo tipicamente rollio, beccheggio, sollevamento, velocità angolare e accelerazione. Questi sensori trovano impiego su navi militari, piattaforme senza equipaggio, carichi utili stabilizzati, sistemi sottomarini e apparecchiature di rilevamento.
Questa pagina presenta i principali produttori di MRU che forniscono supporto per la navigazione, il posizionamento dinamico, la stabilizzazione di radar e sistemi EO/IR, la compensazione attiva del sollevamento e le operazioni di lancio o recupero.
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Soluzioni tattiche IMU, GPS/INS e di orientamento delle armi
Sistemi di rilevamento inerziale MEMS, al quarzo e FOG ad alta precisione per applicazioni militari, aerospaziali e di difesa
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Un’unità di riferimento del movimento (MRU) è un sistema di rilevamento inerziale di precisione utilizzato per misurare e stimare il movimento e l’orientamento di un’imbarcazione, di un veicolo o di una piattaforma stabilizzata. Nelle applicazioni navali e di difesa, le MRU forniscono tipicamente dati relativi a rollio, beccheggio, sollevamento, velocità angolare e accelerazione, mentre alcuni sistemi forniscono anche dati relativi alla prua, alla velocità o alla posizione. Questi dati consentono alle apparecchiature di navigazione, ai sensori, alle armi, alle antenne e ai carichi utili di missione di compensare in tempo reale il movimento della piattaforma.
Le moderne MRU possono integrare il supporto del Sistema Globale di Navigazione via Satellite (GNSS), sensori di rotta, compensazione del braccio di leva e fusione dei sensori. Un’MRU si differenzia da un’Unità di Misura Inerziale (IMU), un sistema di navigazione inerziale (INS) o da un sistema di riferimento di assetto e rotta (AHRS) per la sua funzione primaria: un’IMU misura l’accelerazione e la velocità angolare, un AHRS stima l’assetto e la rotta, mentre un INS stima gli stati di navigazione quali la posizione e la velocità.
Unità di riferimento del movimento MRU-E di Inertial Labs, una società del gruppo VIAVI Solutions
Le unità di riferimento del movimento basate su sistemi microelettromeccanici (MEMS) utilizzano accelerometri e giroscopi compatti per rilevare il movimento lineare e angolare. Le loro dimensioni ridotte, il peso contenuto e i bassi requisiti di alimentazione le rendono adatte a imbarcazioni di superficie, piattaforme senza equipaggio, sistemi portatili, carichi utili stabilizzati e installazioni con spazio limitato. Le prestazioni dipendono dalla classe dei sensori, dalla calibrazione, dalla compensazione termica, dalla resistenza alle vibrazioni, dal filtraggio, dal bias e dal rumore.
I sistemi a giroscopio a fibra ottica (FOG) misurano la rotazione angolare sfruttando l’effetto Sagnac senza ricorrere a un rotore meccanico. Le MRU basate su FOG sono in grado di fornire un’elevata stabilità angolare e una bassa deriva, rendendole adatte a situazioni in cui le prestazioni di navigazione, rilevamento, stabilizzazione o dei sistemi d’arma richiedono una maggiore precisione di riferimento del movimento o una stabilità più prolungata senza ausili.
Un sistema MRU assistito da GNSS combina le misurazioni inerziali con i dati di navigazione satellitare per limitare gli errori a lungo termine e migliorare le stime di rotta, velocità o posizione. Il GNSS multi-antenna è in grado di fornire la rotta vera senza fare affidamento sul campo magnetico terrestre. Le prestazioni dipendono dalla geometria delle antenne, dalla visibilità dei satelliti, dalle interferenze, dalla qualità dell’installazione e dal comportamento inerziale quando il GNSS è compromesso, ostacolato, subjecto a spoofing o non disponibile.
Un’unità MRU sottomarina integra i sensori inerziali e l’elettronica di elaborazione in un involucro progettato per il funzionamento in profondità. Queste unità possono supportare veicoli telecomandati (ROV), veicoli subacquei autonomi (AUV), apparecchiature di rilevamento sottomarino, sistemi sonar e altri carichi utili. La scelta richiede inoltre di tenere conto della resistenza alla pressione, della resistenza alla corrosione, dei connettori, della rigidità di montaggio, della temperatura, dell’alimentazione e delle interfacce dati.
Le MRU forniscono informazioni sull’assetto e sul movimento dell’imbarcazione ai sistemi di navigazione, controllo e posizionamento dinamico (DP). Le misurazioni di rollio, beccheggio, sollevamento e velocità angolare aiutano i sistemi di controllo a distinguere il movimento della piattaforma da quello comandato, mentre l’integrazione con GNSS, sensori di rotta, log di velocità Doppler (DVL) o altre fonti di navigazione può migliorare la soluzione complessiva. La bassa latenza e l’ accurata sincronizzazione temporale sono particolarmente importanti nei circuiti di controllo in tempo reale.
Il movimento della nave può modificare rapidamente la direzione di puntamento delle antenne radar, dei terminali di comunicazione e dei carichi utili elettro-ottici/infrarossi (EO/IR). Un sensore MRU fornisce un riferimento per compensare la dinamica della piattaforma. La frequenza di aggiornamento, la latenza, l’allineamento del montaggio, la definizione del sistema di coordinate e la sincronizzazione temporale sono essenziali, poiché eventuali errori possono tradursi direttamente in errori di puntamento.
I sistemi d’arma e di controllo del fuoco navali possono richiedere dati precisi sull’assetto della piattaforma e sul movimento angolare per il calcolo delle soluzioni di puntamento o di ingaggio. I dati MRU possono contribuire alla creazione di sistemi di riferimento stabilizzati utilizzati da direttori di fuoco, sensori e apparecchiature di missione. Le prestazioni dovrebbero essere valutate nell’ambito del bilancio di errore complessivo, che include l’allineamento, la flessione strutturale, la temporizzazione, i dati di navigazione e le caratteristiche associate dei sensori o degli effettori.
Sistema INS/MRU sottomarino M5000 di Micro Magic
I sistemi sonar, di rilevamento idrografico e di mappatura batimetrica possono essere estremamente sensibili al movimento dell’imbarcazione. Il rollio e il beccheggio modificano l’orientamento del fascio acustico, mentre il sollevamento modifica l’altezza del trasduttore. Un’unità di riferimento del movimento marino consente ai sistemi di elaborazione di compensare le osservazioni in base al movimento dell’imbarcazione. Le prestazioni del rilevamento dipendono inoltre dalla temporizzazione, dagli scostamenti dei sensori, dai bracci di leva, dalla velocità del suono, dalla precisione di posizionamento e dalla calibrazione. Il sollevamento ritardato o post-elaborato può migliorare i risultati nei casi in cui non sia richiesta un’uscita rigorosamente in tempo reale.
I sistemi di compensazione attiva del sollevamento utilizzano le stime del movimento dell’imbarcazione per ridurre il movimento verticale trasmesso ai carichi movimentati da gru, argani e attrezzature di dispiegamento sottomarino. Un’unità MRU può fornire informazioni in tempo reale sul sollevamento e sull’accelerazione verticale. La posizione del sensore e gli effetti del braccio di leva sono importanti poiché il movimento presso l’MRU può differire da quello alla punta della gru, al moonpool, al punto di cala o al carico utile sospeso.
I dati sul movimento possono supportare il varo e il recupero di imbarcazioni, sistemi senza equipaggio, attrezzature sottomarine e aeromobili. Sulle navi attrezzate per l’aviazione, il monitoraggio del movimento può fornire i valori di rollio, beccheggio, sollevamento del ponte e le relative velocità per la valutazione operativa. L’MRU dovrebbe rappresentare il movimento nel punto di movimentazione o di atterraggio pertinente, utilizzando la trasformazione delle coordinate e la compensazione del braccio di leva qualora fosse installata in un’altra posizione.
Le norme applicabili a un’MRU dipendono dalla piattaforma, dalla funzione, dall’installazione, dalle specifiche di appalto e dai requisiti di qualificazione. Tra i riferimenti comuni figurano:
La qualificazione deve essere valutata in base al programma navale o di difesa effettivo, anziché presumere che ogni MRU richieda lo stesso regime di prove.
Lo sviluppo delle MRU si concentra sempre più sul miglioramento della precisione di movimento, della resilienza e dell’integrazione, riducendo al contempo dimensioni, peso e consumo energetico. Tra le aree di maggiore rilevanza figurano:
Questi sviluppi stanno rafforzando il ruolo della tecnologia di riferimento del movimento nella navigazione resiliente, nella stabilizzazione di precisione, nelle operazioni marittime autonome e nei sistemi integrati per le missioni navali.
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