Os giroscópios de fibra ótica (FOGs) são sensores inerciais de precisão que medem a velocidade angular recorrendo ao efeito Sagnac, fornecendo dados de rotação para sistemas militares de navegação, orientação e estabilização. Estes giroscópios de estado sólido estão disponíveis em configurações de malha aberta, malha fechada e multieixos, de modo a satisfazer diferentes requisitos de desempenho e integração.
Esta categoria apresenta fabricantes de giroscópios de fibra ótica e soluções para aeronaves militares, UAVs, veículos blindados, navios da marinha, submarinos e plataformas subaquáticas autónomas.
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Sistemas avançados de navegação inercial (INS) para navegação confiável em ambientes operacionais desafiadores
Sistemas de deteção inercial MEMS, quartzo e FOG de alta precisão para aplicações militares, aeroespaciais e de defesa
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Os giroscópios de fibra ótica (FOGs) são sensores inerciais de precisão que medem a velocidade angular através da interferência da luz que se propaga pela fibra ótica. Funcionando com base no efeito Sagnac, estes giroscópios de estado sólido detetam a rotação sem recorrer a componentes mecânicos rotativos convencionais, proporcionando medições estáveis da taxa angular para sistemas militares de navegação, orientação e estabilização.
Disponíveis em configurações de nível tático, de navegação e estratégico, os giroscópios de fibra ótica são utilizados em aeronaves militares, veículos aéreos não tripulados (UAVs), veículos blindados, plataformas navais e armas de orientação de precisão. Estão também integrados em Unidades de Medição Inercial (IMUs) e Sistemas de Navegação Inercial (INS), onde as suas medições apoiam a determinação da atitude, a estimativa do rumo e a navegação durante interrupções do GNSS.
Os giroscópios de fibra ótica estão disponíveis em várias arquiteturas e configurações, diferindo no design ótico, no processamento de sinal, na precisão de medição e nos requisitos de integração. Podem também ser classificados por nível de desempenho, refletindo a sua adequação a diferentes aplicações de navegação e estabilização.
| Tipo de FOG | Princípio de Funcionamento e Características de Desempenho |
| Giroscópios de fibra ótica de circuito aberto | Medem o desfasamento de Sagnac sem o anular ativamente através de retroalimentação em circuito fechado. Estes designs oferecem, normalmente, uma eletrónica de controlo mais simples, embora a sua linearidade, gama dinâmica e estabilidade do fator de escala possam ser mais limitadas do que as das configurações em circuito fechado. |
| Giroscópios de fibra ótica de circuito fechado | Utilizam modulação de retroalimentação para compensar o desfasamento medido, melhorando a linearidade, a gama dinâmica e o desempenho do fator de escala. Estas configurações são habitualmente utilizadas em sistemas de navegação militares de alta precisão que requerem medições estáveis da taxa angular. |
| Giroscópios de fibra ótica interferométricos (IFOGs) | Medem a rotação através da interferência entre ondas de luz que se propagam em sentidos opostos numa bobina de fibra ótica. Esta arquitetura FOG consolidada pode empregar processamento de sinal em circuito aberto ou em circuito fechado, sendo o desempenho influenciado pelo design da bobina, pelos componentes óticos e pelo processamento eletrónico. |
| Giroscópios de fibra ótica ressonantes (RFOGs) | Utilizam um ressonador de fibra ótica para detetar diferenças de frequência induzidas pela rotação entre ondas de luz que se propagam em sentidos opostos. Os projetos ressonantes oferecem a possibilidade de reduzir o comprimento de fibra necessário, embora o desempenho dependa do controlo do ruído ótico, da retrodifusão e da sensibilidade ambiental. |
| Giroscópios de fibra ótica de eixo único | Medem a velocidade angular em torno de um eixo de deteção, suportando canais de estabilização individuais, monitorização da taxa angular e integração em conjuntos multissensores. |
| Conjuntos de giroscópios de fibra ótica de três eixos | Combinam três eixos de deteção dispostos ortogonalmente para medir o movimento rotacional em três dimensões. Quando integrados com acelerómetros e processamento de navegação, estes conjuntos suportam a navegação inercial, a estimativa de atitude e a estabilização da plataforma. |
Boreas A70 e A90, sistema de navegação robusto com giroscópios de fibra ótica, da Advanced Navigation
As aeronaves militares utilizam sistemas inerciais baseados em giroscópios de fibra ótica (FOG) para apoiar a estimativa da atitude, a navegação e o controlo de voo. Integrados com acelerómetros e outros sensores de aviónica, os giroscópios de fibra ótica fornecem medições rotacionais que ajudam a determinar a orientação da aeronave e a acompanhar as alterações na atitude. As configurações de alto desempenho são adequadas para caças, plataformas de transporte militar e aeronaves de vigilância especializadas que operam em condições de voo exigentes.
Os sistemas de navegação tática incorporam giroscópios de fibra ótica (FOG) para fornecer informações de rumo e atitude para operações militares. Os sistemas de navegação inercial baseados em giroscópios de fibra ótica combinam medições da taxa angular com dados de acelerómetros para estimar a orientação, a velocidade e a posição da plataforma a partir de um estado de navegação inicializado. Quando integrados com o GNSS ou outros sensores auxiliares, estes sistemas podem limitar os erros de navegação acumulados e garantir a continuidade da operação durante interrupções temporárias do sinal de posicionamento e em ambientes eletromagnéticos adversos.
Os UAV militares utilizam giroscópios de fibra ótica compactos para navegação inercial, estabilização de voo e controlo de atitude. Os sistemas FOG táticos fornecem medições de taxa angular para plataformas que requerem uma estimativa precisa da atitude e do movimento, particularmente durante interferências do GNSS ou em condições de posicionamento degradadas. As configurações de tamanho, peso e potência reduzidos (SWaP) são especialmente relevantes para aeronaves não tripuladas com capacidade de carga útil e disponibilidade de energia elétrica limitadas.
Os sistemas de orientação de mísseis e de armas guiadas com precisão utilizam giroscópios de elevada gama dinâmica para medir o movimento angular durante o lançamento, as manobras e o voo. Os sistemas inerciais baseados em FOG podem suportar a estimativa contínua da atitude e da navegação sem depender de sinais externos, embora os erros inerciais se acumulem ao longo do tempo. Os giroscópios selecionados para estas aplicações devem cumprir requisitos exigentes em termos de tolerância à aceleração, resistência à vibração, arranque rápido e estabilidade de medição.
Veículos blindados, camiões militares e plataformas terrestres autónomas incorporam giroscópios de fibra ótica nos sistemas de navegação e estabilização. As unidades INS baseadas em FOG fornecem estimativas de rumo e movimento quando os sinais GNSS não estão disponíveis, enquanto as medições dos giroscópios também apoiam estações de armas estabilizadas, equipamento de observação e plataformas de sensores. As configurações reforçadas são concebidas para resistir à vibração dos veículos, aos choques mecânicos e às flutuações de temperatura.
Giroscópios de fibra ótica de dois eixos da Micro Magic
As embarcações navais e os submarinos utilizam sistemas FOG de alto desempenho para a determinação da atitude, referência de rumo e navegação inercial. Integrados no equipamento de navegação a bordo, os giroscópios de fibra ótica fornecem medições rotacionais que apoiam a orientação da embarcação e a estimativa do movimento, sem necessitarem de elementos sensores que girem mecanicamente. Os sistemas de nível de navegação e de desempenho superior são particularmente relevantes para os submarinos, onde as atualizações de navegação por satélite podem não estar disponíveis durante longos períodos.
Os veículos subaquáticos autónomos (AUV) militares utilizam sistemas de navegação baseados em FOG para estimar a orientação e o movimento enquanto estão submersos. Combinados com acelerómetros, registadores de velocidade Doppler (DVL) e sistemas de posicionamento acústico, os FOG apoiam a navegação subaquática durante missões sem acesso contínuo ao GNSS. As medições dos DVL podem fornecer auxílio à velocidade para reduzir os erros acumulados da navegação inercial, tornando os sistemas compactos de nível de navegação particularmente valiosos para operações de reconhecimento submarino, contramedidas contra minas e levantamentos subaquáticos.
Os satélites militares e as naves espaciais podem incorporar giroscópios de fibra ótica para a medição da taxa angular e o controlo de atitude. Os FOG fornecem informações de rotação aos sistemas de orientação, navegação e controlo a bordo, apoiando a orientação da nave espacial e a estabilidade de apontamento, a par de outros sensores de atitude e equipamento de controlo. Os projetos qualificados para o espaço exigem tolerância adequada à radiação, estabilidade térmica, resistência às vibrações de lançamento e fiabilidade para o ambiente de missão pretendido.
Os giroscópios de fibra ótica destinados a aplicações de defesa podem exigir qualificação ambiental, elétrica e de desempenho, de acordo com os seus requisitos de instalação e operação. As normas relevantes dependem da plataforma anfitriã, da arquitetura do sistema e das especificações de aquisição.
Os requisitos de qualificação aplicáveis dependem da plataforma anfitriã, da arquitetura elétrica, das especificações de aquisição e do ambiente operacional previsto. A conformidade com as normas individuais deve ser verificada em relação aos métodos de ensaio aplicáveis e aos requisitos especificados, em vez de ser presumida com base na utilização militar prevista do giroscópio.
Os avanços nos componentes fotónicos, na deteção ótica e no processamento digital estão a contribuir para melhorias no desempenho, na integração e na flexibilidade operacional dos giroscópios de fibra ótica (FOG) para aplicações de defesa.
Estes desenvolvimentos são particularmente relevantes para plataformas militares que requerem sensores inerciais compactos e fiáveis, com menor dependência de sinais de navegação externos.
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