Los componentes principales de los sistemas de navegación inercial (INS), como los giroscopios y los acelerómetros, son extremadamente sensibles a las fluctuaciones de temperatura. Esta sensibilidad se debe a la dependencia de la temperatura de las propiedades físicas de los materiales: variaciones en el módulo elástico de las microestructuras de silicio; tensiones térmicas causadas por la diferencia en los coeficientes de expansión térmica (CTE) entre el silicio y el vidrio en el encapsulado MEMS; cambios en el índice de refracción de la fibra óptica y la geometría de la bobina en los giroscopios de fibra óptica; y la deriva inducida por la temperatura en los voltajes de referencia y las ganancias de los amplificadores dentro de los circuitos electrónicos.
La deriva térmica es particularmente crítica debido al "efecto de amplificación de doble integración": un desplazamiento de sesgo inducido por la temperatura, al someterse a la doble integración inherente a los cálculos de navegación, resulta en un error de posicionamiento que diverge cuadráticamente con el tiempo de navegación. Las investigaciones indican que el coeficiente de deriva térmica para acelerómetros MEMS puede alcanzar 0,54 mg/°C, mientras que la inestabilidad del sesgo de los giroscopios MEMS en un amplio rango de temperaturas puede llegar a 4,6 °/h, niveles inaceptables para aplicaciones tácticas.
Los mecanismos de deriva se pueden clasificar en tres tipos:
· Efectos térmicos en los materiales: La diferencia en el coeficiente de dilatación térmica (CTE) entre el silicio y los materiales de encapsulado genera tensiones térmicas, alterando la rigidez y la frecuencia de resonancia de la estructura sensora.
• Deriva de parámetros eléctricos: Los cambios inducidos por la temperatura en las resistencias, los condensadores y los voltajes de referencia dentro del circuito de detección alteran el factor de escala y el desplazamiento cero del sensor.
• Variaciones de los parámetros ópticos (giroscopios de fibra óptica): Los cambios en el índice de refracción de la fibra óptica, combinados con la expansión y contracción térmica de la bobina de fibra, alteran la longitud del recorrido óptico y el área equivalente.
Principios matemáticos de los algoritmos de compensación de la deriva de temperatura por tramos
La tarea fundamental de la compensación de la deriva de temperatura es establecer un modelo de correspondencia entre el sesgo y la temperatura, es decir, resolver la función de error:
Las investigaciones indican que el método polinómico por tramos adaptativo puede lograr una precisión de compensación comparable a la del método de tabla de consulta, requiriendo significativamente menos parámetros de compensación. En cuanto a los errores de rumbo a nivel de sistema causados por fluctuaciones de temperatura, un método de compensación basado en la expansión de Fourier de las variaciones de temperatura puede reducir el error entre un 40 % y un 90 %.
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