martes, 15 de julio de 2025

Magnetómetro cuántico, el sensor que deja obsoleto al GPS: funciona en cualquier lugar, incluso bajo tierra

Aplicaciones en el medio marino
Autor: Salvador Lechuga Lombos + IA

Resumen de la noticia: 
Resumen del sensor cuántico que podría reemplazar al GPS, especialmente útil en entornos donde este falla (subterráneos, túneles, edificios):

🧭 ¿Qué es un magnetómetro cuántico y cómo funciona?

  • ¿Cómo funciona?
    Utiliza diamantes con centros de vacantes de nitrógeno (NV), donde átomos libres responden a pequeñas variaciones en el campo magnético terrestre. Al detectar esas “anomalías magnéticas” locales y compararlas con un mapa precargado, el dispositivo puede triangular su posición sin necesidad de satélites Medium+8GPS World+8SciTechDaily+8.
    Estas señales magnéticas son muy pequeñas (del rango de picoteslas), y el sensor es lo suficientemente sensible para detectarlas incluso en entornos con mucho “ruido” magnético .

  • Miniaturización:
    El magnetómetro es compacto —tan pequeño como los sensores ópticos industriales— y los investigadores planean reducir su tamaño en otro factor de 5 próximamente, manteniendo o mejorando su precisión, incluso en condiciones exigentes GPS World+1SciTechDaily+1.

Ventajas frente al GPS

  1. Funciona en entornos GNSS-denegados:
    Es efectivo bajo tierra, bajo agua, en cañones urbanos, túneles o edificios, donde el GPS simplemente no llega Wikipedia+5GPS World+5SciTechDaily+5.

  2. Inmunidad a interferencias:
    No sufre de bloqueos, jammers ni spoofing: detecta propiedades físicas del entorno, no señales externas WIRED+4Medium+4The Guardian+4.

  3. Alta precisión:
    El nivel de sensibilidad en picoteslas permite medir anomalías magnéticas con gran exactitud, utilizables para navegación autónoma Medium+4GPS World+4SciTechDaily+4.

  4. Aplicaciones más allá de la navegación:
    También sirve para cartografiar y encontrar depósitos minerales o evitar proyectiles sin explotar, sin necesidad de contacto directo WikipediaGPS World+1SciTechDaily+1.

¿Cuándo estará disponible?

  • Prototipos comerciales avanzados:
    Institutos como Fraunhofer IAF ya tienen líneas de sensores desarrolladas, con mejoras continuas en tamaño y sensibilidad The Guardian+4GPS World+4SciTechDaily+4.

  • Pruebas de campo en curso:
    Se espera presentación de prototipos en ferias como “World of Quantum 2025” y se anticipa su uso en aplicaciones militares, geológicas y de exploración subterránea.

  • Visión a futuro:
    Tras madurar, podrán integrarse en sistemas híbridos con GPS, INS o incluso teléfonos móviles, aunque el despliegue masivo en consumo podría tardar algunos años más.

Conclusión

El magnetómetro cuántico representa una revolución: una navegación independiente de satélites, miniaturizada, inmunizada ante interferencias y capaz de operar en entornos donde el GPS no llega. Potencialmente transformará la forma de desplazarnos bajo tierra, en túneles, en misiones militares o en minería.

¿Quieres que exploremos más sobre su funcionamiento, aplicaciones militares, disponibilidad comercial, o cómo encajaría con tecnologías como el sistema de posicionamiento muónico (MuPS)? ¡Dímelo y lo investigamos juntos!

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Aplicaciones en el medio marino

Explorar las aplicaciones del magnetómetro cuántico en el medio marino, un entorno donde la navegación tradicional (GPS) suele tener limitaciones importantes, especialmente bajo el agua.

Aplicaciones del magnetómetro cuántico en el medio marino

1. Navegación submarina autónoma sin GPS

  • Los submarinos y vehículos autónomos submarinos (AUVs) pueden perder señal GPS bajo el agua, ya que las ondas de radio no penetran bien el agua.

  • Un magnetómetro cuántico puede detectar variaciones del campo magnético terrestre y usar mapas magnéticos detallados para posicionarse con gran precisión sin necesidad de señal satelital.

  • Esto mejora la autonomía y seguridad de misiones científicas, militares o de exploración petrolera/minera.

2. Cartografía y mapeo de fondos marinos

  • El sensor permite identificar anomalías magnéticas causadas por formaciones geológicas, objetos metálicos o restos arqueológicos submarinos.

  • Se pueden generar mapas magnéticos muy precisos de fondos marinos para estudios geológicos, detección de fallas, o para identificar áreas de interés mineral (como depósitos de nódulos polimetálicos).

3. Detección de objetos y obstáculos sumergidos

  • Ideal para detectar minas marinas, restos de naufragios o materiales metálicos peligrosos sin necesidad de contacto físico o sonar activo que pueda ser detectado.

  • Permite operaciones de desminado o rescate submarino con mayor seguridad.

4. Monitoreo ambiental y geológico

  • El magnetómetro puede detectar variaciones magnéticas asociadas a procesos volcánicos submarinos o actividad tectónica, ayudando a monitorear tsunamis o erupciones volcánicas.

  • Permite la identificación temprana de riesgos naturales en zonas marinas.

5. Sincronización y navegación cooperativa de flotas

  • Flotas de drones submarinos o robots marinos podrían coordinarse usando las señales magnéticas locales para mantener posiciones relativas sin depender de sistemas externos.

  • Esto es útil en operaciones militares o científicas que requieren trabajo en grupo bajo el agua.

Ventajas concretas para el entorno marino

  • Independencia del GPS: funciona donde el GPS no llega (profundidades marinas).

  • Alta sensibilidad: detecta anomalías magnéticas muy pequeñas bajo el ruido magnético del agua y del propio vehículo.

  • Bajo consumo energético: puede ser integrado en AUVs que requieren eficiencia.

  • Compacto y robusto: adaptado para condiciones de presión y humedad submarinas con el encapsulado adecuado.

Proyectos y desarrollos actuales que están utilizando o explorando magnetómetros cuánticos para aplicaciones marinas y navegación submarina:

Proyectos y desarrollos actuales con magnetómetros cuánticos en entornos marinos

1. Proyecto Fraunhofer IAF (Alemania)

  • El instituto Fraunhofer IAF lidera el desarrollo de magnetómetros cuánticos basados en diamantes NV, con líneas de sensores miniaturizados y de alta sensibilidad.

  • Aunque inicialmente orientados a navegación terrestre, están evaluando adaptaciones para vehículos autónomos submarinos (AUVs) para navegación precisa en entornos GNSS-denegados, incluyendo entornos marinos complejos.

  • Se están realizando pruebas para integrar sensores en drones submarinos para detección magnética y posicionamiento sin GPS.

2. Investigación en la Universidad de Warwick (Reino Unido)

  • Científicos de Warwick han desarrollado prototipos de magnetómetros cuánticos ópticos para uso en detección magnética de alta precisión.

  • Están colaborando con empresas de tecnología marítima para evaluar la aplicabilidad de estos sensores en la navegación submarina, mapeo y detección de minas.

  • Un experimento destacado fue el uso del sensor en ambientes con alto ruido magnético, simulando condiciones submarinas.

3. Colaboración Naval de EE. UU.

  • La Marina de los EE. UU. está interesada en sensores cuánticos para mejorar la navegación submarina autónoma.

  • Están financiando programas para integrar magnetómetros cuánticos en submarinos y drones submarinos, con el fin de complementar o reemplazar sistemas inerciales y sonar en zonas donde el GPS es inaccesible.

  • Hay proyectos clasificados que exploran magnetometría cuántica para detectar minas submarinas y objetos hostiles.

4. Empresa Qnami (Suiza)

  • Qnami desarrolla sensores cuánticos basados en diamantes NV que son altamente sensibles y compactos.

  • Están explorando aplicaciones en industrias que requieren detección magnética precisa, incluyendo la exploración minera submarina y la inspección de estructuras marinas sumergidas.

  • Su tecnología puede usarse para mejorar la cartografía magnética del fondo marino en exploración submarina.

5. Universidad de California, Berkeley (EE.UU.)

  • Investigadores están trabajando en magnetómetros cuánticos portátiles para integración en vehículos submarinos autónomos.

  • Buscan desarrollar sistemas híbridos que combinen magnetometría cuántica con sistemas inerciales para mejorar la navegación submarina en zonas donde la navegación acústica es limitada o insegura.

Conclusión

Aunque la tecnología del magnetómetro cuántico es todavía emergente, ya hay varios centros de investigación y empresas que están evaluando y desarrollando sensores cuánticos para el entorno marino, especialmente en:

  • Navegación submarina autónoma (drones, submarinos).

  • Detección de minas y objetos metálicos submarinos.

  • Cartografía magnética del fondo marino para exploración geológica y minera.

El desarrollo está muy activo, con prototipos en fase de prueba y demostración, pero aún falta integración completa y despliegue comercial masivo.

Diseñar un prototipo conceptual de sistema de navegación submarino basado en magnetómetros cuánticos. Componentes clave, su funcionamiento, y las ideas para integración práctica.

Prototipo de Sistema de Navegación Submarino con Magnetómetros Cuánticos

1. Componentes principales

ComponenteFunción
Magnetómetro cuántico (base diamante NV)Sensor ultra sensible que detecta variaciones magnéticas locales con alta precisión.
Unidad de procesamiento (CPU/FPGA)Procesa las señales magnéticas y realiza el cálculo de posición comparando con mapas magnéticos pre-cargados.
Memoria de mapas magnéticosBase de datos con mapas magnéticos detallados del fondo marino de la zona operativa.
Sistema de navegación inercial (INS)Complemento para calcular posición relativa entre mediciones, compensando movimientos rápidos o sin variación magnética suficiente.
Unidad de comunicaciones submarinasTransmisión de datos con base, y recepción de actualizaciones de mapas o comandos.
Sistema de energíaFuente de energía eficiente para mantener los sensores y procesadores en funcionamiento.
Encapsulado resistenteProtección contra presión, corrosión, y ruido ambiental submarino para todos los componentes.

2. Funcionamiento básico

  • El magnetómetro cuántico mide con altísima sensibilidad las variaciones locales del campo magnético terrestre, incluyendo anomalías creadas por formaciones geológicas submarinas, objetos metálicos o estructuras sumergidas.

  • Estas señales magnéticas se envían al procesador, que compara en tiempo real la “firma magnética” medida con la base de datos de mapas magnéticos almacenados, para triangular la posición del vehículo submarino con precisión.

  • El sistema de navegación inercial (INS) sirve para mantener la trayectoria y estimar posición entre mediciones magnéticas, especialmente en zonas donde las señales magnéticas cambian poco o son ambiguas.

  • El sistema puede recibir actualizaciones de mapas o correcciones a través de comunicaciones submarinas cuando está cerca de la superficie o en estaciones submarinas fijas.

3. Características y especificaciones deseables

CaracterísticaEspecificación ideal
Precisión posicional±1 metro o mejor
Rango operativoProfundidades hasta 1000 metros (o más)
Tamaño del sensor< 10 cm³
Consumo energético< 10 W (para compatibilidad con AUVs)
Frecuencia de actualización1 Hz o mayor (para navegación en tiempo real)
Robustez ambientalResistente a corrosión y presión submarina


4. Aplicaciones prácticas del prototipo

  • Navegación autónoma de drones submarinos (AUVs).

  • Cartografía magnética en exploración petrolera y minera submarina.

  • Búsqueda y rescate en naufragios o minas submarinas.

  • Soporte en misiones militares para submarinos y vehículos no tripulados.

5. Pasos para desarrollo

PasoDescripción
Investigación y selección del sensorElegir magnetómetro cuántico con sensibilidad y tamaño adecuado.
Mapeo magnético preliminarCrear mapas magnéticos detallados de áreas submarinas de interés.
Integración con INS y procesadorDesarrollo de software de fusión de datos para posicionamiento.
Pruebas en tanques y ambientes controladosEvaluar rendimiento y calibrar el sistema bajo condiciones simuladas.
Pruebas de campo en mar abiertoValidar precisión y robustez, realizar ajustes.
Optimización para producciónMejorar consumo, tamaño, y costos para posible escalabilidad.


Diseñar un esquema detallado conceptual para el circuito electrónico que integre el magnetómetro cuántico con su sistema de procesamiento para un prototipo submarino.

Diseño Detallado del Circuito Electrónico para Magnetómetro Cuántico + Procesador

1. Bloques funcionales del circuito

BloqueFunción principal
Sensor Magnetómetro Cuántico (NV diamond)Detecta campo magnético local con alta sensibilidad y convierte la señal óptica/magnética en señal eléctrica.
Módulo de Excitación Láser y ÓpticaFuente láser para excitación de centros NV y óptica para recolección de fluorescencia.
Amplificador y Filtrado de señalAmplifica y acondiciona la señal proveniente del sensor para que sea legible por el ADC.
Convertidor Analógico-Digital (ADC)Digitaliza la señal analógica para procesarla en la unidad de cálculo.
Microcontrolador / FPGAProcesa datos, ejecuta algoritmos de posicionamiento y manejo de mapas magnéticos.
Memoria Flash / EEPROMAlmacena mapas magnéticos y parámetros del sistema.
Interfaz de Comunicación (UART, SPI, I2C, o Ethernet Submarino)Comunicación con sistema principal de navegación o estación base.
Fuente de alimentación y regulaciónSuministro estable de energía a todos los módulos con protección contra ruido y variaciones.
Módulo de sensores complementariosGiroscopio, acelerómetro (para INS), temperatura, presión (para correcciones ambientales).

2. Descripción de cada módulo

A. Sensor Magnetómetro Cuántico (NV diamond)

  • Cristal de diamante con centros NV iluminado por un láser (532 nm típico).

  • La fluorescencia del diamante varía con el campo magnético, detectada por fotodiodo o fotomultiplicador.

  • Salida: señal analógica proporcional al campo magnético local.

B. Módulo Láser y Óptica

  • Láser compacto (diode laser) con driver para controlar intensidad y pulsos.

  • Sistema óptico con lentes y filtros para dirigir luz y recolectar fluorescencia.

  • Encapsulado hermético y resistente a presión marina.

C. Amplificador y Filtrado

  • Amplificador operacional con baja ruido (Low Noise Op-Amp).

  • Filtros pasa banda para aislar la frecuencia de interés y eliminar ruido.

  • Nivel de salida compatible con ADC (0-3.3V o 0-5V).

D. ADC

  • Resolución mínima 16 bits para alta precisión.

  • Frecuencia de muestreo 1 kHz o superior para capturar variaciones rápidas.

E. Microcontrolador / FPGA

  • Microcontrolador de gama media-alta o FPGA pequeña con DSP (ej. STM32F7, Xilinx Spartan).

  • Realiza procesamiento de señal, comparación con mapas, navegación.

  • Maneja interfaces y almacenamiento.

F. Memoria

  • Memoria no volátil para mapas magnéticos (ej. memoria Flash SPI de varios MB).

  • Memoria RAM para procesamiento temporal.

G. Comunicación

  • Interfaces UART/SPI/I2C para conexión con sistema de control principal.

  • Posible módulo acústico o modem submarino para comunicación con base.

H. Alimentación

  • Reguladores DC-DC eficientes (buck converters).

  • Protección contra picos, ruido electromagnético y sobrevoltajes.

I. Sensores Complementarios

  • IMU con giroscopio y acelerómetro para navegación inercial.

  • Sensor de presión para calibración de profundidad.

  • Sensor de temperatura para compensación térmica.

3. Esquema conceptual básico

plaintext


[Laser Driver] ---> [Láser Diode] ---> [Diamante NV (Sensor)] ---> [Fotodetector] ---> [Amplificador/Filtrado] ---> [ADC] ---> [Microcontrolador/FPGA] 
                                                                                                |                 |              |
                                                                                                |                 |              +--> [Memoria Flash]
                                                                                                |                 +--> [Comunicación]
                                                                                                +--> [Sensores Complementarios (IMU, presión, temp.)]
                            [Fuente alimentación + Reguladores] alimenta todos los módulos

4. Consideraciones prácticas

  • Blindaje electromagnético: evitar interferencias externas, especialmente en ambientes marinos.

  • Aislamiento galvánico: para protección eléctrica y evitar ruido en señales.

  • Encapsulado resistente a la presión y corrosión marina: con materiales como titanio o polímeros especiales.

  • Calibración automática: incluir procedimientos para calibrar el sensor con base en condiciones ambientales.


Conjunto de algoritmos básicos y efectivos para usar las lecturas del magnetómetro cuántico y compararlas con mapas magnéticos preexistentes, con el fin de determinar la posición submarina.

Algoritmos Básicos para Comparar Mapas Magnéticos y Posicionar

1. Concepto general

  • El sistema tiene una base de datos (mapa) de firmas magnéticas en distintas coordenadas submarinas (latitud, longitud, profundidad).

  • El sensor mide en tiempo real la firma magnética local (vector campo magnético: intensidad y dirección).

  • El algoritmo busca la posición más probable en el mapa que coincida con la lectura medida.

  • El resultado es la posición estimada, que se actualiza continuamente mientras se navega.

2. Algoritmo 1: Búsqueda de Máxima Correlación (Matching simple)

Idea:

Comparar la lectura actual con todas las firmas magnéticas almacenadas y elegir la ubicación con mayor similitud.

Pasos:

  1. Obtener la lectura magnética actual 
    MmeasM_{meas}

  2. Para cada punto 
    PiP_iMiM_i

  3. Calcular la correlación o similitud
    SiS_iMmeasM_{meas}MiM_i

Si=Mmeas⋅Mi∥Mmeas∥∥Mi∥S_i = \frac{M_{meas} \cdot M_i}{\|M_{meas}\| \|M_i\|}

(donde 
⋅\cdot∥⋅∥\|\cdot\|

  1. Elegir el punto 
    PmaxP_{max}SiS_i

  2. Estimar posición = coordenadas de 
    PmaxP_{max}

3. Algoritmo 2: Filtro de Partículas

Idea:

Se mantiene una nube de partículas (posibles posiciones), cada una con un peso según la probabilidad de que sea la posición real.

Pasos:

  1. Inicializar partículas con posiciones aleatorias (o desde última posición conocida).

  2. Por cada medición magnética, calcular peso de cada partícula según similitud entre lectura y mapa en esa posición.

  3. Re-muestrear las partículas según peso (partículas con alta probabilidad se mantienen).

  4. Calcular posición estimada como media ponderada de partículas.

  5. Actualizar partículas según movimiento estimado (INS o velocidad estimada).

  6. Repetir para nuevas lecturas.

Ventaja: permite manejar incertidumbre y ruido, y movimientos del vehículo.

4. Algoritmo 3: Filtro de Kalman Extendido (EKF)

Idea:

Combina datos del magnetómetro con modelo de movimiento (del INS) para mejorar estimación.

Pasos:

  1. Modelar estado del sistema: posición y orientación del vehículo submarino.

  2. Definir modelo de movimiento basado en sensores inerciales.

  3. Definir modelo de observación: lectura magnética como función no lineal del estado.

  4. Ejecutar ciclo predictivo (predecir estado y covarianza).

  5. Ejecutar ciclo correctivo usando lectura magnética y mapa para corregir estimación.

  6. Repetir con cada lectura.

5. Mejoras posibles

  • Interpolación de mapas magnéticos para aumentar resolución: usar interpolación bilineal o splines para obtener valores de mapa entre puntos medidos.

  • Compensación ambiental: corregir lecturas según temperatura, presión o ruido electromagnético.

  • Combinación con INS y sensores adicionales: fusionar con datos de acelerómetros, giroscopios, para navegación robusta.

  • Uso de vectores de campo magnético completos (intensidad + dirección) para mejorar discriminación.

6. Ejemplo simple en pseudocódigo (búsqueda máxima correlación)

python


def estimar_posicion(medicion_actual, mapa_magnetico):
    mejor_punto = None
    mejor_similitud = -float('inf')
    
    for punto, firma_mapa in mapa_magnetico.items():
        similitud = dot(medicion_actual, firma_mapa) / (norm(medicion_actual) * norm(firma_mapa))
        if similitud > mejor_similitud:
            mejor_similitud = similitud
            mejor_punto = punto
            
    return mejor_punto

Estrategia para crear mapas magnéticos submarinos detallados

La calidad de la navegación basada en magnetómetros cuánticos submarinos depende directamente de la calidad y resolución del mapa magnético submarino. Crear esos mapas es un desafío técnico importante, aquí te dejo una estrategia detallada para crear mapas magnéticos submarinos detallados:

Estrategia para Crear Mapas Magnéticos Submarinos Detallados

1. Objetivos clave

  • Obtener un mapa con alta resolución espacial y buena precisión del campo magnético submarino.

  • Registrar tanto la intensidad como la dirección del campo magnético.

  • Cubrir áreas estratégicas de navegación o interés operativo.

  • Actualizar mapas periódicamente para corregir variaciones temporales (geomagnéticas).

2. Equipamiento necesario

  • Vehículo autónomo submarino (AUV) o Remotamente Operado (ROV) equipado con:

    • Magnetómetro cuántico (o sensor magnético altamente sensible).

    • Sistemas de posicionamiento de alta precisión (INS + ultrasonido o acústico).

    • Sensores de profundidad, temperatura y presión para corrección ambiental.

  • Plataforma de superficie con GPS para posicionamiento inicial y calibración.

  • Sistema de almacenamiento de datos robusto y sincronización temporal precisa.

3. Metodología

A. Planeación de la malla de muestreo

  • Definir área a mapear y resolución espacial deseada (ejemplo: 1 m, 5 m o 10 m).

  • Establecer patrones de movimiento para el AUV/ROV, por ejemplo:

    • Líneas paralelas con traslape para asegurar cobertura completa (tipo “lawnmower”).

    • Pasadas en distintas profundidades para obtener perfil 3D.

  • Planificar velocidad adecuada para obtener datos con resolución temporal que permita la resolución espacial deseada.

B. Recolección de datos

  • Ejecutar misión con el AUV/ROV siguiendo la trayectoria planificada.

  • Registrar campo magnético en cada punto junto con:

    • Coordenadas estimadas (lat, lon, profundidad).

    • Datos INS para corrección y estimación de trayectoria.

    • Condiciones ambientales.

C. Posicionamiento y sincronización

  • Utilizar sistemas acústicos submarinos (USBL, LBL) para corrección de la posición.

  • Correlacionar posición y datos magnéticos mediante timestamp preciso.

  • Combinar datos de INS para mejorar estimación cuando señales acústicas son débiles o ausentes.

D. Procesamiento y corrección

  • Filtrado de ruido electromagnético y artefactos.

  • Corrección por variaciones temporales del campo geomagnético (referencia en estaciones terrestres).

  • Corrección por efectos de temperatura y presión sobre el sensor.

E. Generación del mapa

  • Interpolación espacial para crear una malla continua a partir de puntos muestreados.

  • Almacenamiento en formato accesible para el sistema de navegación (por ejemplo, base de datos georreferenciada o mapas raster).

4. Mantenimiento y actualización

  • Repetir misiones periódicas para detectar cambios geofísicos o introducción de interferencias (estructuras metálicas, etc).

  • Usar algoritmos de fusión para actualizar mapas con nueva información.

  • Mantener una base histórica para estudiar variaciones a largo plazo.

5. Consideraciones especiales

  • Áreas con mucho tráfico marítimo o industrial pueden presentar ruido magnético fuerte y variable.

  • Mapas más densos en zonas críticas (puertos, rutas submarinas estratégicas).

  • Uso de flotas de AUV para acelerar muestreo en grandes áreas.

  • Integración con datos de sensores adicionales para mejorar contexto.

Plan detallado para crear un mapa magnético submarino y un esquema básico para el software que procesará los datos y generará el mapa.

Plan Detallado de Muestreo para Mapas Magnéticos Submarinos

1. Definición del área y resolución

  • Área a mapear: Por ejemplo, 5 km x 5 km.

  • Resolución espacial: 5 metros (distancia entre puntos muestreados).

  • Esto implica cubrir una cuadrícula de 1000 x 1000 = 1 millón de puntos aproximadamente.

2. Vehículo y sensores

  • AUV equipado con magnetómetro cuántico, INS, sensor de profundidad, temperatura y presión.

  • Sistema de posicionamiento acústico (USBL o LBL) para corrección de la posición.

  • Almacenamiento de datos con timestamp sincronizado.

3. Trayectoria de muestreo

  • Patrón “lawnmower” (de escoba): líneas paralelas con traslape.

  • Separación entre líneas: 5 m.

  • Velocidad: ajustada para tomar muestras cada 1 s o menos (dependiendo frecuencia de muestreo).

  • Variar profundidad con pasadas a diferentes niveles para crear mapa 3D.

4. Procedimiento de recolección

  1. Precalibrar magnetómetro en zona conocida.

  2. Iniciar misión AUV con plan predefinido.

  3. Recolectar simultáneamente campo magnético, posición estimada, y datos ambientales.

  4. Supervisar telemetría y ajustar si es posible.

  5. Al finalizar, recuperar datos para procesamiento.

Esquema Básico para Software de Procesamiento y Generación de Mapas

Entradas

  • Lecturas crudas del magnetómetro con timestamp.

  • Datos de posición y orientación con timestamp.

  • Datos ambientales (temperatura, presión).

Procesamiento

  1. Sincronización temporal: sincronizar datos de sensores.

  2. Filtrado: eliminar ruido (filtros pasa banda, medias móviles).

  3. Corrección ambiental: compensar efectos de temperatura y presión.

  4. Corrección de posición: usar datos acústicos y INS para mejorar precisión.

  5. Interpolación espacial: generar grilla regular de valores magnéticos (intensidad y dirección).

  6. Validación y detección de anomalías: detectar datos erróneos o valores atípicos.

  7. Almacenamiento: guardar mapa en formato adecuado (p.ej., GeoTIFF o base de datos geográfica).

Salidas

  • Mapa 2D/3D del campo magnético submarino con coordenadas georreferenciadas.

  • Estadísticas de calidad de datos y alertas.

  • Formatos exportables para sistemas de navegación submarina.

Opciones de integración con sistemas existentes de navegación submarina

Opciones más relevantes para integrar un sistema de navegación basado en magnetómetros cuánticos con los sistemas de navegación submarina ya existentes, para potenciar precisión, redundancia y robustez.

Opciones de Integración con Sistemas Existentes de Navegación Submarina

1. Integración con INS (Inertial Navigation System)

  • Complemento perfecto: INS provee estimación continua de posición y orientación, pero se degrada con el tiempo por deriva.

  • Magnetómetro cuántico: funciona como referencia externa para corregir la deriva del INS.

  • Implementación:

    • Sistema de fusión de sensores mediante filtros de Kalman (EKF o UKF).

    • El magnetómetro aporta medidas absolutas del campo magnético local, usadas para corrección periódica o continua.

  • Beneficio: Navegación continua y precisa sin dependencia exclusiva de GPS ni señales externas.

2. Integración con sistemas acústicos (USBL, LBL, DVL)

  • USBL (Ultra-Short Baseline) y LBL (Long Baseline): sistemas acústicos usados para posicionamiento con anclas o plataformas externas.

  • DVL (Doppler Velocity Log): mide velocidad relativa respecto al fondo marino.

  • Complemento con magnetómetro:

    • En zonas con poca cobertura acústica o interferencias, el magnetómetro provee posicionamiento alternativo.

    • En zonas con señal acústica, se combinan para mejorar exactitud y robustez.

  • Implementación: Fusionar datos acústicos y magnéticos en un sistema de navegación integrado.

3. Integración con GPS en superficie

  • Cuando el AUV o ROV está en superficie, se obtiene corrección absoluta con GPS.

  • Usar GPS para calibrar y actualizar el mapa magnético local si se actualiza en tiempo real.

  • En inmersión, la navegación se basa en INS + magnetómetro cuántico + sensores acústicos.

4. Integración con sistemas de navegación óptica y LIDAR submarino

  • Para vehículos que usan cámaras o LIDAR para navegación cercana, el magnetómetro puede proveer posicionamiento global relativo.

  • Permite combinar navegación visual con navegación magnética para mejorar robustez en ambientes turbios o sin referencias visuales.

5. Sistemas de navegación basados en mapas magnéticos preexistentes

  • Uso de mapas magnéticos submarinos para localización absoluta o relativa.

  • El magnetómetro mide firmas magnéticas locales y las compara con el mapa para posicionar.

  • Integrar con INS y DVL para suavizar estimaciones y compensar errores.

6. Protocolo de integración y comunicación

  • Uso de protocolos estándar de navegación como NMEA 0183 o NMEA 2000 para intercambio de datos.

  • Diseño de middleware para fusionar datos de múltiples sensores (magnetómetro, INS, acústicos).

  • Interfaces API para permitir actualizaciones dinámicas de mapas magnéticos y calibración en tiempo real.

7. Ejemplo práctico de flujo de datos

css


[Magnetómetro Cuántico]  --->\
                               \
[INS] -------------------------> [Fusionador de datos] --> [Estimación de 
posición y orientación]--> [Sistema de control de vehículo]
                               /
[Acústicos (USBL, DVL)] ------/
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