Los giroscopios de fibra óptica (FOG) son sensores inerciales de precisión que miden la velocidad angular mediante el efecto Sagnac, proporcionando datos de rotación para sistemas militares de navegación, guía y estabilización. Estos giroscopios de estado sólido están disponibles en configuraciones de bucle abierto, bucle cerrado y multieje para satisfacer diferentes requisitos de rendimiento e integración.
Esta categoría incluye fabricantes de giroscopios de fibra óptica y soluciones para aeronaves militares, vehículos aéreos no tripulados (UAV), vehículos blindados, buques de guerra, submarinos y plataformas submarinas autónomas.
Sistemas avanzados de navegación inercial (INS) para una navegación fiable en entornos operativos difíciles
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Los giroscopios de fibra óptica (FOG) son sensores inerciales de precisión que miden la velocidad angular mediante la interferencia de la luz que se propaga a través de la fibra óptica. Estos giroscopios de estado sólido, que funcionan basándose en el efecto Sagnac, detectan la rotación sin necesidad de componentes mecánicos giratorios convencionales, lo que permite obtener mediciones estables de la velocidad angular para sistemas militares de navegación, guía y estabilización.
Disponibles en configuraciones de grado táctico, de navegación y estratégico, los giroscopios de fibra óptica se utilizan en aeronaves militares, vehículos aéreos no tripulados (UAV), vehículos blindados, plataformas navales y armas de guía de precisión. Asimismo, se integran en unidades de medición inercial (IMU) y sistemas de navegación inercial (INS), donde sus mediciones facilitan la determinación de la actitud, la estimación del rumbo y la navegación durante las interrupciones del GNSS.
Los giroscopios de fibra óptica están disponibles en varias arquitecturas y configuraciones, que difieren en cuanto a diseño óptico, procesamiento de señales, precisión de medición y requisitos de integración. También pueden clasificarse según su grado de rendimiento, lo que refleja su idoneidad para diferentes aplicaciones de navegación y estabilización.
| Tipo de FOG | Principio de funcionamiento y características de rendimiento |
| Giroscopios de fibra óptica de bucle abierto | Miden el desplazamiento de fase de Sagnac sin anularlo activamente mediante retroalimentación de bucle cerrado. Estos diseños suelen ofrecer una electrónica de control más sencilla, aunque su linealidad, rango dinámico y estabilidad del factor de escala pueden ser más limitados que los de las configuraciones de bucle cerrado. |
| Giroscopios de fibra óptica de bucle cerrado | Utilizan la modulación por retroalimentación para compensar el desplazamiento de fase medido, mejorando así la linealidad, el rango dinámico y el rendimiento del factor de escala. Estas configuraciones se emplean habitualmente en sistemas de navegación militar de alta precisión que requieren mediciones estables de la velocidad angular. |
| Giroscopios de fibra óptica interferométricos (IFOG) | Miden la rotación mediante la interferencia entre ondas de luz que se propagan en sentido contrario en una bobina de fibra óptica. Esta arquitectura consolidada de FOG puede emplear un procesamiento de señal de bucle abierto o de bucle cerrado, y su rendimiento depende del diseño de la bobina, los componentes ópticos y el procesamiento electrónico. |
| Giroscopios de fibra óptica resonantes (RFOG) | Utilizan un resonador de fibra óptica para detectar las diferencias de frecuencia inducidas por la rotación entre ondas de luz que se propagan en sentido contrario. Los diseños resonantes ofrecen la posibilidad de reducir la longitud de fibra necesaria, aunque el rendimiento depende del control del ruido óptico, la retrodispersión y la sensibilidad ambiental. |
| Giroscopios de fibra óptica de un solo eje | Miden la velocidad angular alrededor de un eje de detección, lo que permite el uso de canales de estabilización individuales, la monitorización de la velocidad angular y la integración en conjuntos multisensor. |
| Conjuntos de giroscopios de fibra óptica de tres ejes | Combinan tres ejes de detección dispuestos ortogonalmente para medir el movimiento rotacional en tres dimensiones. Cuando se integran con acelerómetros y sistemas de procesamiento de navegación, estos conjuntos permiten la navegación inercial, la estimación de la actitud y la estabilización de la plataforma. |
Boreas A70 y A90, sistemas de navegación con giroscopios de fibra óptica de alta resistencia, de Advanced Navigation
Las aeronaves militares utilizan sistemas inerciales basados en giroscopios de fibra óptica (FOG) para facilitar la estimación de la actitud, la navegación y el control de vuelo. Integrados con acelerómetros y otros sensores de aviónica, los giroscopios de fibra óptica proporcionan mediciones rotacionales que ayudan a determinar la orientación de la aeronave y a realizar un seguimiento de los cambios en la actitud. Las configuraciones de alto rendimiento son adecuadas para aviones de combate, plataformas de transporte militar y aeronaves de vigilancia especializadas que operan en condiciones de vuelo exigentes.
Los sistemas de navegación táctica incorporan giroscopios de fibra óptica (FOG) para proporcionar información sobre el rumbo y la actitud en operaciones militares. Los sistemas de navegación inercial basados en giroscopios de fibra óptica combinan mediciones de velocidad angular con datos de acelerómetros para estimar la orientación, la velocidad y la posición de la plataforma a partir de un estado de navegación inicializado. Cuando se integran con el GNSS u otros sensores auxiliares, estos sistemas pueden limitar los errores de navegación acumulados y garantizar el funcionamiento continuo durante interrupciones temporales de la señal de posicionamiento y en entornos electromagnéticos conflictivos.
Los UAV militares utilizan giroscopios de fibra óptica compactos para la navegación inercial, la estabilización del vuelo y el control de la actitud. Los sistemas FOG tácticos proporcionan mediciones de velocidad angular para plataformas que requieren una estimación precisa de la actitud y el movimiento, especialmente durante interferencias del GNSS o en condiciones de posicionamiento degradadas. Las configuraciones de tamaño, peso y potencia reducidos (SWaP) resultan especialmente relevantes para las aeronaves no tripuladas con capacidad de carga útil y disponibilidad de energía eléctrica limitadas.
Los sistemas de guía de misiles y de armas guiadas de precisión utilizan giroscopios de alto rango dinámico para medir el movimiento angular durante el lanzamiento, las maniobras y el vuelo. Los sistemas inerciales basados en FOG pueden proporcionar una estimación continua de la actitud y la navegación sin depender de señales externas, aunque los errores inerciales se acumulan con el tiempo. Los giroscopios seleccionados para estas aplicaciones deben cumplir requisitos exigentes en cuanto a tolerancia a la aceleración, resistencia a las vibraciones, arranque rápido y estabilidad de medición.
Los vehículos blindados, los camiones militares y las plataformas terrestres autónomas incorporan giroscopios de fibra óptica en sus sistemas de navegación y estabilización. Las unidades INS basadas en FOG proporcionan estimaciones de rumbo y movimiento cuando no se dispone de señales GNSS, mientras que las mediciones de los giroscopios también sirven de apoyo a las estaciones de armas estabilizadas, los equipos de observación y las plataformas de sensores. Las configuraciones reforzadas están diseñadas para soportar las vibraciones del vehículo, los golpes mecánicos y las fluctuaciones de temperatura.
Giroscopios de fibra óptica de doble eje de Micro Magic
Los buques de guerra y los submarinos utilizan sistemas FOG de alto rendimiento para la determinación de la actitud, la referencia de rumbo y la navegación inercial. Integrados en los equipos de navegación a bordo, los giroscopios de fibra óptica proporcionan mediciones rotacionales que facilitan la orientación de la embarcación y la estimación de su movimiento sin necesidad de elementos sensores que giren mecánicamente. Los sistemas de grado de navegación y de mayor rendimiento son especialmente relevantes para los submarinos, donde es posible que no se disponga de actualizaciones de navegación por satélite durante largos periodos de tiempo.
Los vehículos submarinos autónomos (AUV) militares utilizan sistemas de navegación basados en FOG para estimar la orientación y el movimiento mientras se encuentran sumergidos. En combinación con acelerómetros, registradores de velocidad Doppler (DVL) y sistemas de posicionamiento acústico, los FOG facilitan la navegación submarina durante misiones en las que no se dispone de acceso continuo al GNSS. Las mediciones de los DVL pueden proporcionar información sobre la velocidad para reducir los errores acumulados de la navegación inercial, lo que hace que los sistemas compactos de grado de navegación resulten especialmente valiosos para el reconocimiento submarino, las contramedidas contra minas y las operaciones de prospección submarina.
Los satélites militares y las naves espaciales pueden incorporar giroscopios de fibra óptica para la medición de la velocidad angular y el control de actitud. Los FOG proporcionan información rotacional a los sistemas de guía, navegación y control a bordo, lo que contribuye a la orientación de la nave espacial y a la estabilidad de apuntado junto con otros sensores de actitud y equipos de control. Los diseños homologados para uso espacial requieren una tolerancia adecuada a la radiación, estabilidad térmica, resistencia a las vibraciones del lanzamiento y fiabilidad para el entorno de misión previsto.
Los giroscopios de fibra óptica destinados a aplicaciones de defensa pueden requerir una cualificación ambiental, eléctrica y de rendimiento de acuerdo con sus requisitos de instalación y funcionamiento. Las normas pertinentes dependen de la plataforma de acogida, la arquitectura del sistema y las especificaciones de adquisición.
Los requisitos de cualificación aplicables dependen de la plataforma de acogida, la arquitectura eléctrica, las especificaciones de adquisición y el entorno operativo previsto. El cumplimiento de cada norma debe verificarse con arreglo a los métodos de ensayo aplicables y a los requisitos especificados, en lugar de darse por supuesto a partir del uso militar previsto del giroscopio.
Los avances en componentes fotónicos, sensores ópticos y procesamiento digital están propiciando mejoras en el rendimiento, la integración y la flexibilidad operativa de los giroscopios de fibra óptica (FOG) para aplicaciones de defensa.
Estos avances son especialmente relevantes para las plataformas militares que requieren sensores inerciales compactos y fiables con una menor dependencia de las señales de navegación externas.
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