Transcript 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
 La información 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
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 de Anillo Laser con Dos Rayos
Linealmente Polarizados (Two-Mode RLG)
 RLG Multioscilador
 Giróscopo de Fibra Óptica (FOG)
Two-Mode RLG 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-Mode RLG 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-Mode RLG 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
 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.
Soluciones
 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
Fiber Optic Gyros 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.
Fiber Optic Gyros 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.
Fiber Optic Gyros 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.
Fiber Optic Gyros IV
Problemática
Soluciones
 Acoplamiento de
 Uso de polarizadores de alta
polarizaciones diferentes
dentro del circuito.
 Problemas térmicos y
vibratorios
calidad, y fibra que mantenga
la polarización o
despolarizadores.
 Métodos apropiados de
devanado.
Fiber Optic Gyros 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.