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Giróscopos Ópticos en la Navegación Inercial. Guiomar Campos Rodríguez Gema Escobar Pajuelo Beatriz Sagaste Cavero. Navegación Inercial. Navegación Inercial.
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Giróscopos Ópticos en la Navegación Inercial Guiomar Campos Rodríguez Gema Escobar Pajuelo Beatriz Sagaste Cavero
Navegación Inercial • La navegación inercial es una técnica para determinar la posición y velocidad de aeronaves midiendo su aceleración y procesando dicha información en un computador. • La información se consigue a través de acelerómetros y giróscopos.
Ventajas e Inconvenientes Ventajas Inconvenientes • Indicaciones de posición y velocidad instantáneas y continuas • Sistema autónomo • La información de navegación se puede obtener a cualquier latitud y en cualquier condición meteorológica • Es la forma más precisa de determinar la actitud de un vehículo en movimiento • La información de posición y velocidad se degrada con el tiempo • El equipo tiene un precio elevado (si dispone de elementos ópticos) • Es necesaria una alineación inicial • La precisión es ligeramente dependiente de las maniobras del vehículo
El Efecto Sagnac • Es un fenómeno relativista relacionado con la propagación de la luz en un sistema de referencia rotatorio • Cuando los haces láser recorren una trayectoria fija que está rotando en un espacio inercial, la longitud óptica vista por el haz corrotatorio es mayor que la vista por el haz que gira en sentido contrario. Este efecto permite observar rotaciones en una o dos direcciones diferentes.
El Efecto Sagnac en Giróscopos Resonantes • Los rayos con direcciones de propagación contrarios forman modos resonantes dentro de la cavidad. Esto crea una onda electromagnética estacionaria que permanece en el espacio inercial. Cuando el soporte del giróscopo rota, un detector cuenta nodos de la onda estacionaria, cada uno de los cuales representa un incremento fijo de ángulo • RLG
El Efecto Sagnac en Giróscopos Interferómetros • Los rayos con direcciones de propagación contrarios se envían hacia una trayectoria óptica y se recombinan cuando salen de ella. La interferencia generada por la recombinación depende de la diferencia de fase óptica (proporcional a la diferencia de trayectoria óptica) entre los dos haces y por lo tanto proporciona una medida de rotación. • FOG
Giróscopos Ópticos Giróscopos de Anillo Laser con Dos Rayos Linealmente Polarizados (Two-Mode RLG) RLG Multioscilador Giróscopo de Fibra Óptica (FOG)
Two-ModeRLG I • Extenso desarrollo desde finales de los años 70 • Son planos por diseño, por lo que solo los modos linealmente polarizados pueden resonar en la cavidad • Uno de los rayos polarizados linealmente en sentido horario y el otro, en sentido antihorario • Trayectoria poligonal de al menos tres lados • Espejos de alta calidad en cada vértice de la trayectoria para completar la cavidad de resonancia • Cavidades rellenas de mezcla de gases (He y Ne)
Two-ModeRLG II • El láser se excita mediante una descarga eléctrica generada por uno o más cátodos y uno o más ánodos en contacto con la mezcla de gases • Se recombinan los rayos con sentidos horarios y antihorarios para permitir las observaciones del patrón de la onda estacionaria
Two-ModeRLG III • Los detectores fotoeléctricos miden la intensidad de las franjas de interferencia que se crean • Cuando el giróscopo rota, el detector se mueve con respecto al patrón de interferencia y detecta áreas claras y oscuras • El número de transiciones claro/oscuro puede ser geométricamente relacionado con el ángulo de rotación
Two-Mode RLG IV Problemática Soluciones • Emisión espontánea de fotones no relacionada con la señal láser, que introducen ruido en la medida. • Insensibilidad a bajas velocidades angulares, debida al bloqueo por retrodispersión en la cavidad. • La señal activa debe ser tan larga como sea posible y los espejos deben ser de alta calidad. • Placa giratoria que proporciona una rotación constante al giróscopo
FiberOpticGyros I • Se componen de: • fuente luminosa • acoplador • bobina de fibra • detector • La luz es proyectada por una fuente láser de banda ancha y acoplada a través de la bobina de fibra óptica en las direcciones horaria y antihoraria.
FiberOpticGyros II • Después de la recombinación, los dos haces interfieren y la intensidad mide la diferencia de fase entre los haces. • Se ha reemplazado el eje piezoeléctrico por un modulador óptico eléctrico dentro de la trayectoria del haz.
FiberOpticGyros III Mejoras: • Se utiliza una modulación digital compleja para evitar distorsión. • La implementación digital del “rango” de la realimentación del lazo cerrado permite mejorar la precisión del control, el seguimiento y la integración del rango de restauración de la señal.
FiberOpticGyros IV Problemática Soluciones • Acoplamiento de polarizaciones diferentes dentro del circuito. • Problemas térmicos y vibratorios • Uso de polarizadores de alta calidad, y fibra que mantenga la polarización o despolarizadores. • Métodos apropiados de devanado.
FiberOpticGyros V Ventajas: • No requiere influencia mecánica. • Extremadamente precisos • Gran fiabilidad • Bajo consumo energético
Conclusiones • Los giróscopos ópticos son muy precisos. • Mantenimiento poco frecuente. • Han sustituido a los giróscopos mecánicos. • Se utilizan en múltiples campos.
