As Unidades de Referência de Movimento (MRU) são sistemas de deteção inercial de precisão que medem o movimento de embarcações ou plataformas, incluindo normalmente o rolamento, a inclinação, o balanço, a velocidade angular e a aceleração. Estes sensores são utilizados em embarcações navais, plataformas não tripuladas, cargas úteis estabilizadas, sistemas submarinos e equipamento de levantamento.
Esta página apresenta os principais fabricantes de MRU que fornecem suporte à navegação, ao posicionamento dinâmico, à estabilização de radares e de sistemas EO/IR, à compensação ativa do movimento de elevação e às operações de lançamento ou recuperação.
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IMU de nível tático, GPS/INS, soluções de orientação de armas
Sistemas de deteção inercial MEMS, quartzo e FOG de alta precisão para aplicações militares, aeroespaciais e de defesa
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Uma Unidade de Referência de Movimento (MRU) é um sistema de deteção inercial de precisão utilizado para medir e estimar o movimento e a orientação de uma embarcação, veículo ou plataforma estabilizada. Em aplicações navais e de defesa, as MRU fornecem normalmente dados relativos ao rolamento, inclinação, elevação, velocidade angular e aceleração, sendo que alguns sistemas também fornecem dados relacionados com o rumo, a velocidade ou a posição. Estes dados permitem que os equipamentos de navegação, sensores, armas, antenas e cargas úteis da missão compensem o movimento da plataforma em tempo real.
As MRUs modernas podem incorporar o apoio do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS), sensores de rumo, compensação do braço de alavanca e fusão de sensores. Uma MRU difere de uma Unidade de Medição Inercial (IMU), Sistema de Navegação Inercial (INS) ou Sistema de Referência de Atitude e Rumo (AHRS) na sua função principal: uma IMU mede a aceleração e a velocidade angular, um AHRS estima a atitude e o rumo, e um INS estima estados de navegação, tais como a posição e a velocidade.
Unidade de Referência de Movimento MRU-E da Inertial Labs, uma empresa da VIAVI Solutions
As unidades de referência de movimento baseadas em Sistemas Microeletromecânicos (MEMS) utilizam acelerómetros e giroscópios compactos para detetar movimento linear e angular. As suas dimensões reduzidas, peso leve e baixos requisitos de alimentação tornam-nas adequadas para embarcações de superfície, plataformas não tripuladas, sistemas portáteis, cargas úteis estabilizadas e instalações com restrições de espaço. O desempenho depende da qualidade dos sensores, da calibração, da compensação térmica, da resistência à vibração, da filtragem, do desvio e do ruído.
Os sistemas de giroscópios de fibra ótica (FOG) medem a rotação angular utilizando o efeito Sagnac, sem recorrer a um rotor que gire mecanicamente. As MRUs baseadas em FOG podem proporcionar elevada estabilidade angular e baixo desvio, tornando-as adequadas em situações em que a navegação, o levantamento topográfico, a estabilização ou o desempenho de sistemas de armamento exigem uma precisão de referência de movimento mais rigorosa ou uma estabilidade mais prolongada sem assistência.
Um sistema MRU assistido por GNSS combina medições inerciais com dados de navegação por satélite para limitar erros a longo prazo e melhorar as estimativas de rumo, velocidade ou posição. O GNSS com múltiplas antenas pode fornecer o rumo verdadeiro sem depender do campo magnético da Terra. O desempenho depende da geometria das antenas, da visibilidade dos satélites, da interferência, da qualidade da instalação e do comportamento inercial quando o GNSS está com desempenho reduzido, bloqueado, sujeito a falsificação ou indisponível.
Uma MRU submarina integra sensores inerciais e componentes eletrónicos de processamento num invólucro concebido para funcionar em profundidade. Estas unidades podem ser utilizadas com Veículos Operados à Distância (ROV), Veículos Subaquáticos Autónomos (AUV), equipamento de levantamento submarino, sistemas de sonar e outras cargas úteis. A seleção requer ainda a consideração da classificação de pressão, resistência à corrosão, conectores, rigidez de montagem, temperatura, alimentação e interfaces de dados.
As MRUs fornecem informações sobre a atitude e o movimento da embarcação aos sistemas de navegação, controlo e posicionamento dinâmico (DP). As medições de rolamento, inclinação, elevação e velocidade ajudam os sistemas de controlo a distinguir o movimento da plataforma do movimento comandado, enquanto a integração com GNSS, sensores de rumo, Doppler Velocity Logs (DVLs) ou outras fontes de navegação pode melhorar a solução global. A baixa latência e a sincronização temporal precisa são particularmente importantes em circuitos de controlo em tempo real.
O movimento do navio pode alterar rapidamente a direção de apontamento das antenas de radar, dos terminais de comunicações e das cargas úteis eletro-ópticas/infravermelhas (EO/IR). Um sensor MRU fornece uma referência para compensar a dinâmica da plataforma. A taxa de atualização, a latência, o alinhamento da montagem, a definição do sistema de coordenadas e a sincronização temporal são essenciais, uma vez que os erros podem traduzir-se diretamente em erros de orientação.
Os sistemas navais de armamento e de controlo de fogo podem necessitar de dados precisos sobre a atitude da plataforma e o movimento angular ao calcular soluções de orientação ou de engajamento. Os dados da MRU podem contribuir para os sistemas de referência estabilizados utilizados por diretores, sensores e equipamento de missão. O desempenho deve ser avaliado no âmbito do orçamento de erro global, incluindo o alinhamento, a flexão estrutural, a temporização, os dados de navegação e as características associadas dos sensores ou efetores.
M5000 Subsea INS/MRU da Micro Magic
Os sistemas de sonar, levantamento hidrográfico e cartografia batimétrica podem ser altamente sensíveis ao movimento da embarcação. O rolamento e a inclinação alteram a orientação do feixe acústico, enquanto o movimento vertical altera a altura do transdutor. Uma unidade de referência de movimento marítimo permite que os sistemas de processamento compensem as observações em função do movimento da embarcação. O desempenho do levantamento depende também da sincronização, dos desvios dos sensores, dos braços de alavanca, da velocidade do som, da precisão de posicionamento e da calibração. A compensação do movimento vertical, seja em tempo real ou pós-processada, pode melhorar os resultados nos casos em que não é exigida uma saída rigorosa em tempo real.
Os sistemas de compensação ativa da elevação utilizam estimativas do movimento da embarcação para reduzir o movimento vertical transmitido às cargas manuseadas por guindastes, guinchos e equipamento de implantação submarina. Uma MRU pode fornecer informações em tempo real sobre a elevação e a aceleração vertical. A localização do sensor e os efeitos do braço de alavanca são importantes, uma vez que o movimento na MRU pode diferir do movimento na ponta do guindaste, no moonpool, no ponto de lançamento ao mar ou na carga útil suspensa.
Os dados de movimento podem apoiar o lançamento e a recuperação de embarcações, sistemas não tripulados, equipamento submarino e aeronaves. Em embarcações com capacidade para aviação, a monitorização do movimento pode fornecer valores de rolamento, inclinação, elevação do convés e taxas associadas para avaliação operacional. A MRU deve representar o movimento no ponto de manuseamento ou aterragem relevante, utilizando a transformação de coordenadas e a compensação do braço de alavanca quando instalada noutro local.
As normas aplicáveis a uma MRU dependem da plataforma, da função, da instalação, das especificações de aquisição e dos requisitos de qualificação. As referências comuns incluem:
A qualificação deve ser avaliada em função do programa naval ou de defesa em questão, em vez de se partir do princípio de que todas as MRU requerem o mesmo regime de ensaios.
O desenvolvimento das MRU centra-se cada vez mais na melhoria da precisão de movimento, da resiliência e da integração, reduzindo simultaneamente o tamanho, o peso e o consumo de energia. As áreas importantes incluem:
Estes desenvolvimentos estão a reforçar o papel da tecnologia de referência de movimento na navegação resiliente, na estabilização de precisão, nas operações marítimas autónomas e nos sistemas integrados de missões navais.
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