I giroscopi a fibra ottica (FOG) sono sensori inerziali di precisione che misurano la velocità angolare sfruttando l’effetto Sagnac, fornendo dati rotazionali per i sistemi militari di navigazione, guida e stabilizzazione. Questi giroscopi a stato solido sono disponibili in configurazioni a ciclo aperto, a ciclo chiuso e multiasse per soddisfare diversi requisiti prestazionali e di integrazione.
Questa categoria presenta produttori di giroscopi a fibra ottica e soluzioni destinate a velivoli militari, UAV, veicoli blindati, navi da guerra, sottomarini e piattaforme subacquee autonome.
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Sistemi avanzati di navigazione inerziale (INS) per una navigazione affidabile in ambienti operativi difficili
Sistemi di rilevamento inerziale MEMS, al quarzo e FOG ad alta precisione per applicazioni militari, aerospaziali e di difesa
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I giroscopi a fibra ottica (FOG) sono sensori inerziali di precisione che misurano la velocità angolare sfruttando l’interferenza della luce che viaggia attraverso la fibra ottica. Basati sull’effetto Sagnac, questi giroscopi a stato solido rilevano la rotazione senza ricorrere ai tradizionali componenti meccanici rotanti, fornendo misurazioni stabili della velocità angolare per i sistemi militari di navigazione, guida e stabilizzazione.
Disponibili in configurazioni di livello tattico, di navigazione e strategico, i giroscopi a fibra ottica vengono impiegati in velivoli militari, veicoli aerei senza pilota (UAV), veicoli corazzati, piattaforme navali e armi a guida di precisione. Sono inoltre integrati nelle unità di misura inerziale (IMU) e nei sistemi di navigazione inerziale (INS), dove le loro misurazioni supportano la determinazione dell’assetto, la stima della rotta e la navigazione in caso di interruzioni del segnale GNSS.
I giroscopi a fibra ottica sono disponibili in diverse architetture e configurazioni, che si differenziano per il design ottico, l’elaborazione del segnale, la precisione di misura e i requisiti di integrazione. Possono inoltre essere classificati in base al grado di prestazione, che riflette la loro idoneità alle diverse applicazioni di navigazione e stabilizzazione.
| Tipo di FOG | Principio di funzionamento e caratteristiche prestazionali |
| Giroscopi a fibra ottica a ciclo aperto | Misurano lo sfasamento di Sagnac senza annullarlo attivamente tramite un sistema di retroazione a circuito chiuso. Questi modelli offrono in genere un’elettronica di controllo più semplice, sebbene la loro linearità, la gamma dinamica e la stabilità del fattore di scala possano risultare più limitate rispetto a quelle delle configurazioni a circuito chiuso. |
| Giroscopi a fibra ottica ad anello chiuso | Utilizzano la modulazione di retroazione per compensare lo sfasamento misurato, migliorando la linearità, la gamma dinamica e le prestazioni del fattore di scala. Queste configurazioni sono comunemente impiegate nei sistemi di navigazione militari ad alta precisione che richiedono misurazioni stabili della velocità angolare. |
| Giroscopi a fibra ottica interferometrici (IFOG) | Misurano la rotazione tramite l’interferenza tra onde luminose che si propagano in senso opposto all’interno di una bobina di fibra ottica. Questa consolidata architettura FOG può avvalersi di un’elaborazione del segnale ad anello aperto o ad anello chiuso, con prestazioni influenzate dal design della bobina, dai componenti ottici e dall’elaborazione elettronica. |
| Giroscopi a fibra ottica risonanti (RFOG) | Utilizzano un risonatore a fibra ottica per rilevare le differenze di frequenza indotte dalla rotazione tra onde luminose che si propagano in direzioni opposte. I progetti risonanti offrono la possibilità di ridurre la lunghezza della fibra richiesta, sebbene le prestazioni dipendano dal controllo del rumore ottico, dalla retrodiffusione e dalla sensibilità ambientale. |
| Giroscopi a fibra ottica monoassiali | Misurano la velocità angolare attorno a un asse di rilevamento, supportando canali di stabilizzazione individuali, il monitoraggio della velocità angolare e l’integrazione in assemblaggi multisensore. |
| Assemblaggi di giroscopi a fibra ottica a tre assi | Combinano tre assi di rilevamento disposti ortogonalmente per misurare il movimento rotatorio in tre dimensioni. Se integrati con accelerometri e sistemi di elaborazione della navigazione, questi sistemi supportano la navigazione inerziale, la stima dell’assetto e la stabilizzazione della piattaforma. |
Boreas A70 e A90, sistemi di navigazione con giroscopi a fibra ottica resistenti, realizzati da Advanced Navigation
I velivoli militari utilizzano sistemi inerziali basati su giroscopi a fibra ottica (FOG) per supportare la stima dell’assetto, la navigazione e il controllo di volo. Integrati con accelerometri e altri sensori avionici, i giroscopi a fibra ottica forniscono misurazioni rotazionali che aiutano a determinare l’orientamento del velivolo e a monitorare i cambiamenti di assetto. Le configurazioni ad alte prestazioni sono adatte a aerei da combattimento, piattaforme di trasporto militare e velivoli da sorveglianza specializzati che operano in condizioni di volo particolarmente impegnative.
I sistemi di navigazione tattica incorporano i FOG per fornire informazioni sulla rotta e sull’assetto in vista delle operazioni militari. I sistemi di navigazione inerziale basati su giroscopi a fibra ottica combinano le misurazioni della velocità angolare con i dati degli accelerometri per stimare l’orientamento, la velocità e la posizione della piattaforma a partire da uno stato di navigazione inizializzato. Se integrati con il GNSS o altri sensori ausiliari, questi sistemi possono limitare gli errori di navigazione accumulati e garantire il funzionamento continuo in caso di interruzioni temporanee del segnale di posizionamento e in ambienti elettromagnetici ostili.
Gli UAV militari utilizzano giroscopi a fibra ottica compatti per la navigazione inerziale, la stabilizzazione del volo e il controllo dell’assetto. I sistemi FOG tattici forniscono misurazioni della velocità angolare per le piattaforme che richiedono una stima precisa dell’assetto e del movimento, in particolare in caso di interferenze GNSS o in condizioni di posizionamento compromesse. Le configurazioni a dimensioni, peso e potenza ridotti (SWaP) sono particolarmente rilevanti per i velivoli senza pilota con capacità di carico utile limitata e disponibilità di energia elettrica ridotta.
I sistemi di guida dei missili e le armi a guida di precisione utilizzano giroscopi ad alto intervallo dinamico per misurare il movimento angolare durante il lancio, le manovre e il volo. I sistemi inerziali basati su FOG sono in grado di supportare una stima continua dell’assetto e della navigazione senza fare affidamento su segnali esterni, sebbene gli errori inerziali si accumulino nel tempo. I giroscopi selezionati per queste applicazioni devono soddisfare requisiti rigorosi in termini di tolleranza all’accelerazione, resistenza alle vibrazioni, avvio rapido e stabilità di misurazione.
I veicoli corazzati, i camion militari e le piattaforme terrestri autonome integrano giroscopi a fibra ottica nei sistemi di navigazione e stabilizzazione. Le unità INS basate su FOG forniscono stime di rotta e movimento quando i segnali GNSS non sono disponibili, mentre le misurazioni dei giroscopi supportano anche postazioni d’arma stabilizzate, apparecchiature di osservazione e piattaforme di sensori. Le configurazioni rinforzate sono progettate per resistere alle vibrazioni del veicolo, agli urti meccanici e alle fluttuazioni di temperatura.
Giroscopi a fibra ottica a doppio asse di Micro Magic
Le navi da guerra e i sottomarini utilizzano sistemi FOG ad alte prestazioni per la determinazione dell’assetto, il riferimento di rotta e la navigazione inerziale. Integrati nelle apparecchiature di navigazione di bordo, i giroscopi a fibra ottica forniscono misurazioni rotazionali che supportano l’orientamento dell’imbarcazione e la stima del movimento senza richiedere elementi sensibili in rotazione meccanica. I sistemi di grado navigazionale e quelli ad alte prestazioni sono particolarmente rilevanti per i sottomarini, dove gli aggiornamenti della navigazione satellitare potrebbero non essere disponibili per periodi prolungati.
I veicoli subacquei autonomi (AUV) militari utilizzano sistemi di navigazione basati su FOG per stimare l’orientamento e il movimento mentre sono immersi. In combinazione con accelerometri, log di velocità Doppler (DVL) e sistemi di posizionamento acustico, i FOG supportano la navigazione subacquea durante le missioni in assenza di accesso continuo al GNSS. Le misurazioni dei DVL possono fornire un ausilio alla velocità per ridurre gli errori accumulati della navigazione inerziale, rendendo i sistemi compatti di grado di navigazione particolarmente preziosi per la ricognizione sottomarina, le contromisure antimine e le operazioni di rilevamento subacqueo.
I satelliti militari e i veicoli spaziali possono incorporare giroscopi a fibra ottica per la misurazione della velocità angolare e il controllo dell’assetto. I FOG forniscono informazioni rotazionali ai sistemi di guida, navigazione e controllo di bordo, supportando l’orientamento del veicolo spaziale e la stabilità di puntamento insieme ad altri sensori di assetto e apparecchiature di controllo. I progetti qualificati per l’uso spaziale richiedono un’adeguata tolleranza alle radiazioni, stabilità termica, resistenza alle vibrazioni di lancio e affidabilità per l’ambiente di missione previsto.
I giroscopi a fibra ottica destinati ad applicazioni nel settore della difesa possono richiedere una qualificazione ambientale, elettrica e prestazionale in base ai requisiti di installazione e operativi. Le norme pertinenti dipendono dalla piattaforma ospitante, dall’architettura di sistema e dalle specifiche di appalto.
I requisiti di qualificazione applicabili dipendono dalla piattaforma ospitante, dall’architettura elettrica, dalle specifiche di appalto e dall’ambiente operativo previsto. La conformità ai singoli standard deve essere verificata in base ai metodi di prova applicabili e ai requisiti specificati, piuttosto che essere dedotta dall’uso militare previsto del giroscopio.
I progressi nei componenti fotonici, nel rilevamento ottico e nell’elaborazione digitale stanno favorendo miglioramenti nelle prestazioni, nell’integrazione e nella flessibilità operativa dei FOG per le applicazioni nel settore della difesa.
Tali sviluppi sono particolarmente rilevanti per le piattaforme militari che richiedono un sistema di rilevamento inerziale compatto e affidabile, con una ridotta dipendenza dai segnali di navigazione esterni.
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