Введение

Гироскоп, использующий волоконную оптику

Волоконно-оптический гироскоп (FOG) определяет изменения ориентации, используя эффект Сагнака, тем самым выполняя функцию механического гироскопа. Однако принцип его работы основан на интерференции света, прошедшего через катушку оптического волокна, длина которого может достигать .

Операция

Два луча лазера вводятся в одно и то же волокно, но в противоположных направлениях. Вследствие эффекта Сагнака, луч, распространяющийся против направления вращения, испытывает меньшую задержку по пути, чем другой луч. Результирующая разностная фазовая перестройка измеряется посредством интерферометрии, что позволяет преобразовать одну составляющую угловой скорости в сдвиг интерференционной картины, измеряемый фотометрическим методом. Лучеразделительная оптика разделяет свет от лазерного диода (или иного источника лазерного излучения) на две волны, распространяющиеся в обоих направлениях – по часовой стрелке и против часовой стрелки – через катушку, состоящую из множества витков оптического волокна. Интенсивность эффекта Сагнака зависит от эффективной площади замкнутого оптического контура: это не только геометрическая площадь петли, но и увеличивается с ростом числа витков в катушке. FOG (волоконно-оптический гироскоп) был впервые предложен Вали и Шорхиллом в 1976 году. Разработка как пассивного интерферометрического FOG, или IFOG, так и более новой концепции – пассивного кольцевого резонаторного FOG, или RFOG – ведется во многих компаниях и организациях по всему миру.

Преимущества

FOG обеспечивает исключительно точную информацию о скорости вращения, отчасти благодаря отсутствию чувствительности к вибрации, ускорению и ударам по осям, отличным от оси вращения. В отличие от классического гироскопа с вращающимся массой или резонансных/механических гироскопов, FOG не имеет движущихся частей и не опирается на инерционное сопротивление движению. Таким образом, FOG является отличной альтернативой механическому гироскопу. Благодаря присущей им надежности и длительному сроку службы, FOG используются в высокопроизводительных космических приложениях и военных инерциальных навигационных системах. Как правило, FOG демонстрирует более высокое разрешение, чем кольцевой лазерный гироскоп. FOG реализуются как в схемах с разомкнутым, так и с замкнутым контуром.

Недостатки

Как и другие гироскопические технологии, в зависимости от конкретной конструкции FOG, FOG может потребовать начальной калибровки (определения соответствия показаний нулевой угловой скорости). Некоторые конструкции FOG обладают некоторой чувствительностью к вибрациям. Однако, при использовании в сочетании с многоосевыми FOG и акселерометрами, а также при гибридизации с данными глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), это влияние снижается, что делает системы FOG пригодными для эксплуатации в условиях высоких ударных нагрузок, в том числе в системах наведения артиллерийских орудий для гаубиц калибра 105 мм и 155 мм.