الجيورسكوبات الليزرية الحلقية والجيورسكوبات الليفية الضوئية: المبادئ والأنواع ومقارنة الأداء

تعتمد أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الحديثة بشكل كبير على مستشعرات الدوران عالية الدقة. من بينها، جيروسكوب الليزر الحلقي (RLG)و جيروسكوب الألياف الضوئية (FOG)هما الأكثر استخدامًا على نطاق واسع نظرًا لثباتهما ودقتهما وموثوقيتهما.

تقدم هذه المقالة نظرة عامة واضحة على كيفية عمل هذه الجيروسكوبات، والتصنيفات المختلفة لجيروسكوبات الألياف الضوئية، وكيف تتم مقارنة أدائها على المستوى الدولي.

1. ما هو جيروسكوب الليزر الحلقي (RLG)؟

الاسم الأكاديمي لجيروسكوب الليزر هو الليزر الحلقي.
مصطلحه المعترف به دوليًا هو جيروسكوب الليزر الحلقي (RLG).

جيروسكوب الليزر الحلقي هو في الأساس ليزر He-Ne (هيليوم-نيون) مع تجويف حلقي مغلق.
داخل التجويف، تنتشر حزمتان ليزريتان في اتجاهين متعاكسين. عندما يدور النظام، تتغير أطوال المسار البصري بشكل غير متماثل، مما يؤدي إلى اختلاف تردد قابل للقياس.

تُعرف هذه الآلية الفيزيائية باسم تأثير ساجناك  - وهو نفس المبدأ المستخدم في جميع الجيروسكوبات البصرية.

لماذا تعتبر جيروسكوبات الليزر الحلقي مهمة

نطاق ديناميكي كبير

دقة عالية جدًا

استقرار استثنائي على المدى الطويل

ناضجة ومثبتة في تطبيقات الفضاء والدفاع

2. جيروسكوبات الألياف الضوئية (FOG): الأنواع ومبادئ القياس

تعتمد جيروسكوبات الألياف الضوئية أيضًا على تأثير ساجناك، ولكن بدلاً من تجويف الليزر، ينتقل الضوء عبر ملف طويل من الألياف الضوئية.

يمكن تصنيف جيروسكوبات الألياف الضوئية إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

2.1 جيروسكوب الألياف الضوئية الرنان (RFOG)

يقيس فرق التردد بين الحزم المتعاكسة الانتشار

يستخدم تجويفًا بصريًا رنانًا

إمكانية الحصول على دقة عالية للغاية

مفضلة لأنظمة الملاحة من الجيل التالي

2.2 جيروسكوب الألياف الضوئية التداخلي (IFOG)

يقيس فرق الطور

النوع الأكثر نضجًا واستخدامًا على نطاق واسع حاليًا

موثوقية عالية ونسبة أداء إلى تكلفة جيدة

2.3 جيروسكوب الألياف الضوئية لتشتت بريلوين (BFOG)

يقيس فرق الطور

يستخدم تأثيرات تشتت بريلوين في الألياف الضوئية

مناسب للتطبيقات عالية الدقة

3. بنية جيروسكوب الألياف الضوئية ذات الحلقة المفتوحة مقابل الحلقة المغلقة

جيروسكوب الألياف الضوئية ذو الحلقة المفتوحة

تصميم بسيط نسبيًا

نطاق ديناميكي صغير

خطية عامل المقياس الضعيفة

دقة أقل

الأفضل للتطبيقات الحساسة للتكلفة أو متوسطة الأداء.

جيروسكوب الألياف الضوئية ذو الحلقة المغلقة

تصميم أكثر تعقيدًا

نطاق ديناميكي كبير

خطية ممتازة لعامل المقياس

دقة عالية

معتمد على نطاق واسع في تطبيقات الفضاء والروبوتات والبحرية والأنظمة غير المأهولة.

4. جيروسكوب الليزر الحلقي مقابل جيروسكوب الألياف الضوئية: مقارنة الأداء

5. مستويات الدقة: محلية مقابل دولية

الصين (محلية):

دقة جيروسكوب الليزر الحلقي: >5 جزء في المليون

استقرار التحيز: 0.01–0.001 درجة/ساعة

دولي (أعلى مستوى):

دقة جيروسكوب الليزر الحلقي: <1 جزء في المليون

استقرار التحيز: 0.0001 درجة/ساعة

تضع هذه المواصفات جيروسكوبات الليزر الحلقي الأجنبية المتطورة ضمن أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي الأكثر دقة المتوفرة في العالم.

6. الملخص

تعتبر كل من جيروسكوبات الليزر الحلقي وجيروسكوبات الألياف الضوئية مكونات لا غنى عنها للملاحة بالقصور الذاتي عالية الأداء. يمكن تلخيص اختلافاتهم على النحو التالي:

جيروسكوبات الليزر الحلقيتوفر دقة فائقة وثباتًا على المدى الطويل، مما يجعلها مثالية لتطبيقات الفضاء والأنظمة الاستراتيجية.

جيروسكوبات الألياف الضوئيةتوفر نهجًا مرنًا وقابلًا للتطوير مع هياكل متعددة (IFOG و RFOG و BFOG) تناسب مستويات الأداء المختلفة.

جيروسكوبات الألياف الضوئية ذات الحلقة المغلقةتسد الفجوة بين التكلفة والأداء، وتهيمن على تطبيقات الصناعة والطائرات بدون طيار السائدة.

مع الابتكار المستمر في تقنيات جيروسكوب الألياف الضوئية الرنانة وبريلوين، والتقدم المطرد في عمليات تصنيع جيروسكوب الليزر الحلقي، ستستمر الجيروسكوبات البصرية في وضع معايير جديدة في دقة الملاحة بالقصور الذاتي.