Διατάξεις Γυροσκοπίων Δακτυλίου Laser και Γυροσκοπίων Οπτικών Ινών: Αρχές, Τύποι και Σύγκριση Απόδοσης

Τα σύγχρονα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε αισθητήρες περιστροφής υψηλής ακρίβειας. Μεταξύ αυτών, το Γυροσκόπιο Δακτυλίου Laser (RLG) και το Γυροσκόπιο Οπτικών Ινών (FOG) είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα λόγω της σταθερότητας, της ακρίβειας και της αξιοπιστίας τους.

Αυτό το άρθρο παρέχει μια σαφή επισκόπηση του τρόπου λειτουργίας αυτών των γυροσκοπίων, των διαφορετικών ταξινομήσεων των γυροσκοπίων οπτικών ινών και του τρόπου σύγκρισης της απόδοσής τους διεθνώς.

1. Τι είναι το Γυροσκόπιο Δακτυλίου Laser (RLG);

Το ακαδημαϊκό όνομα ενός γυροσκοπίου λέιζερ είναι το Δακτύλιος Laser.
Ο διεθνώς αναγνωρισμένος όρος του είναι Γυροσκόπιο Δακτυλίου Laser (RLG).

Ένα RLG είναι ουσιαστικά ένα He-Ne (Ήλιο–Νέον) λέιζερ με μια κλειστή κοιλότητα δακτυλίου.
Μέσα στην κοιλότητα, δύο δέσμες λέιζερ διαδίδονται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Όταν το σύστημα περιστρέφεται, τα οπτικά μήκη διαδρομής αλλάζουν ασύμμετρα, με αποτέλεσμα μια μετρήσιμη διαφορά συχνότητας.

Αυτός ο φυσικός μηχανισμός είναι γνωστός ως το Φαινόμενο Sagnac — η ίδια αρχή που χρησιμοποιείται σε όλα τα οπτικά γυροσκόπια.

Γιατί τα RLG είναι σημαντικά

Μεγάλο δυναμικό εύρος

Πολύ υψηλή ακρίβεια

Εξαιρετική μακροπρόθεσμη σταθερότητα

Δοκιμασμένα και αποδεδειγμένα σε αεροδιαστημικές και αμυντικές εφαρμογές

2. Γυροσκόπια Οπτικών Ινών (FOG): Τύποι και Αρχές Μέτρησης

Τα Γυροσκόπια Οπτικών Ινών βασίζονται επίσης στο Φαινόμενο Sagnac, αλλά αντί για μια κοιλότητα λέιζερ, το φως ταξιδεύει μέσω ενός μακρού πηνίου οπτικών ινών.

Τα FOG μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις κύριους τύπους:

2.1 Γυροσκόπιο Συντονισμού Οπτικών Ινών (RFOG)

Μετράει τη διαφορά συχνότητας μεταξύ των δεσμών που διαδίδονται αντίθετα

Χρησιμοποιεί μια συντονιστική οπτική κοιλότητα

Δυνατότητα εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας

Προτιμάται για συστήματα πλοήγησης επόμενης γενιάς

2.2 Παρεμβολικό Γυροσκόπιο Οπτικών Ινών (IFOG)

Μετράει τη διαφορά φάσης

Επί του παρόντος ο πιο ώριμος και ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος

Υψηλή αξιοπιστία και καλή σχέση κόστους-απόδοσης

2.3 Γυροσκόπιο Οπτικών Ινών Σκέδασης Brillouin (BFOG)

Μετράει τη διαφορά φάσης

Χρησιμοποιεί φαινόμενα σκέδασης Brillouin σε οπτικές ίνες

Κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ακρίβειας

3. Αρχιτεκτονική FOG Ανοικτού Βρόχου έναντι Κλειστού Βρόχου

Γυροσκόπιο Οπτικών Ινών Ανοικτού Βρόχου

Σχετικά απλό σχέδιο

Μικρό δυναμικό εύρος

Κακή γραμμικότητα συντελεστή κλίμακας

Χαμηλότερη ακρίβεια

Καλύτερο για εφαρμογές ευαίσθητες στο κόστος ή μεσαίας απόδοσης.

Γυροσκόπιο Οπτικών Ινών Κλειστού Βρόχου

Πιο σύνθετο σχέδιο

Μεγάλο δυναμικό εύρος

Εξαιρετική γραμμικότητα συντελεστή κλίμακας

Υψηλή ακρίβεια

Ευρέως υιοθετημένο σε αεροδιαστημικές, ρομποτικές, θαλάσσιες και μη επανδρωμένες εφαρμογές.

4. RLG έναντι FOG: Σύγκριση απόδοσης

5. Επίπεδα ακρίβειας: Εγχώρια έναντι Διεθνών

Κίνα (Εγχώρια):

Ακρίβεια RLG: >5 ppm

Σταθερότητα προκατάληψης: 0.01–0.001°/h

Διεθνές (Κορυφαίο Επίπεδο):

Ακρίβεια RLG: <1 ppm

Σταθερότητα προκατάληψης: 0.0001°/h

Αυτές οι προδιαγραφές τοποθετούν τα ξένα RLG υψηλής τεχνολογίας μεταξύ των πιο ακριβών αδρανειακών αισθητήρων που διατίθενται στον κόσμο.

6. Σύνοψη

Τόσο τα Γυροσκόπια Δακτυλίου Laser όσο και τα Γυροσκόπια Οπτικών Ινών είναι απαραίτητα συστατικά της αδρανειακής πλοήγησης υψηλής απόδοσης. Οι διαφορές τους μπορούν να συνοψιστούν ως:

RLGs παρέχουν ανώτερη ακρίβεια και μακροπρόθεσμη σταθερότητα, καθιστώντας τα ιδανικά για αεροδιαστημικά και στρατηγικά συστήματα.

FOGs προσφέρουν μια ευέλικτη, κλιμακούμενη προσέγγιση με πολλαπλές αρχιτεκτονικές (IFOG, RFOG, BFOG) κατάλληλες για διάφορα επίπεδα απόδοσης.

FOGs κλειστού βρόχου γεφυρώνουν το χάσμα μεταξύ κόστους και απόδοσης, κυριαρχώντας στις κύριες βιομηχανικές και UAV εφαρμογές.

Με τη συνεχή καινοτομία στις τεχνολογίες συντονισμού και σκέδασης Brillouin FOG, και τη σταθερή πρόοδο των διαδικασιών κατασκευής RLG, τα οπτικά γυροσκόπια θα συνεχίσουν να θέτουν νέα πρότυπα στην ακρίβεια αδρανειακής πλοήγησης.