Giroscopios de fibra óptica que permiten a los UAV lograr un vuelo autónomo preciso

Giroscopio de Fibra Óptica: Una Visión General

¿Qué son los giróscopos de fibra óptica?

Los giróscopos de fibra óptica (FOG) son sensores de velocidad angular avanzados que detectan el movimiento rotacional aprovechando la interferencia de la luz dentro de fibras ópticas enrolladas. A diferencia de los giroscopios mecánicos tradicionales, los FOG operan sin piezas móviles, lo que se traduce en una mayor durabilidad, menores necesidades de mantenimiento y una resistencia excepcional a las vibraciones y los golpes.

Cuando se integran en los sistemas de navegación de los UAV, los FOG proporcionan datos rotacionales en tiempo real midiendo la velocidad a la que el vehículo está rotando a lo largo de los ejes de balanceo, cabeceo y guiñada. Estos datos son vitales para una estimación precisa de la actitud y el rumbo, incluso cuando las señales de posicionamiento externas como el GNSS están comprometidas.

Por qué los FOG son cruciales para la navegación de los UAV

Control y estabilidad precisos de la actitud

Para mantener el control sobre la actitud de un UAV — la orientación con respecto a la superficie de la Tierra — los giroscopios desempeñan un papel esencial. Proporcionan al controlador de vuelo datos de velocidad angular en tiempo real, lo que permite a los drones mantener un vuelo estable, ejecutar giros suaves y responder rápidamente a las fuerzas aerodinámicas cambiantes. Sin datos precisos del giroscopio, los UAV pueden experimentar deriva, oscilaciones o no mantener una trayectoria de vuelo estable.

Navegación sin GPS

Aunque los sistemas GPS y GNSS son comunes, son susceptibles a interrupciones de señal, interferencias y errores causados por efectos de trayectorias múltiples, especialmente en entornos urbanos, interiores o bajo interferencias electrónicas. Al incorporar FOG en el sistema de navegación inercial (INS), los UAV pueden seguir determinando su orientación y movimiento incluso cuando se pierden las señales GPS, lo que garantiza un rendimiento y una seguridad ininterrumpidos de la misión.

Precisión excepcional y baja deriva

Los FOG son conocidos por sus mediciones rotacionales altamente estables y una deriva mínima a lo largo del tiempo — un factor crítico en aplicaciones que requieren una navegación precisa, como levantamientos, cartografía y operaciones autónomas. Esta baja deriva asegura que, incluso durante largos períodos, las lecturas del sensor sigan siendo fiables, lo que reduce la probabilidad de errores que podrían acumularse durante vuelos prolongados.

Cómo funciona la navegación basada en FOG en los UAV

Típicamente, en los UAV, los FOG se integran en una Unidad de Medición Inercial (IMU), que también incluye acelerómetros para medir la aceleración lineal. La IMU proporciona continuamente datos de movimiento en tiempo real al ordenador de navegación a bordo del UAV. El ordenador procesa estos datos utilizando algoritmos de fusión de sensores para estimar:

Actitud (balanceo, cabeceo, guiñada)

Velocidad angular

Posición y velocidad (cuando se combinan con GNSS)

Estos datos permiten el control de vuelo, la estabilización, el seguimiento de puntos de referencia y la toma de decisiones autónoma, con una dependencia mínima de las señales externas.

LiCOF: Liderando la innovación en navegación inercial

LiCOF, fundada en 2019 y con sede en Wuhan, China, es una empresa de vanguardia especializada en tecnologías de detección inercial como giróscopos de fibra óptica, IMU basadas en MEMS y sistemas de navegación integrados. Sus soluciones están diseñadas para su uso en aplicaciones de alto rendimiento como drones, robótica, vehículos autónomos y más.

Instantánea de la empresa

Experiencia: I+D, desarrollo e integración de sensores inerciales avanzados y tecnologías de navegación.

Gama de productos: Incluye sensores FOG de alta precisión, IMU MEMS y módulos combinados GNSS/INS diseñados para el uso en UAV.

Aplicaciones: Robótica, drones, vehículos autónomos, agricultura inteligente, maquinaria de ingeniería y comunicaciones por satélite.

Al avanzar tanto en las tecnologías inerciales basadas en fibra óptica como en MEMS, LiCOF permite a los fabricantes e integradores de sistemas de UAV construir sistemas de navegación centrados en la precisión, la fiabilidad y la resiliencia — esenciales para las operaciones de misión crítica.

Beneficios clave de la navegación basada en FOG en los UAV

Los sistemas basados en giróscopos de fibra óptica ofrecen numerosas ventajas para la navegación de los UAV:

Fiabilidad de estado sólido:

La falta de piezas móviles significa un menor desgaste, menos mantenimiento y una vida útil operativa prolongada en comparación con los giroscopios mecánicos tradicionales.

Alta precisión:

Los FOG ofrecen lecturas de velocidad angular estables y de baja deriva, cruciales para mantener un control preciso durante vuelos de larga duración.

Resistencia en entornos hostiles:

Al resistir las vibraciones, los golpes y las interferencias electromagnéticas, los FOG son ideales para los UAV que operan en condiciones de vuelo dinámicas y desafiantes.

Independencia del GPS:

Un INS habilitado para FOG continúa rastreando el movimiento y la orientación incluso cuando las señales GNSS son débiles o están ausentes, lo que garantiza un funcionamiento ininterrumpido.

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Todos los UAV utilizan giróscopos de fibra óptica?

R: No todos los UAV. Muchos drones de consumo o de afición utilizan giroscopios MEMS por razones de coste y tamaño. Sin embargo, los UAV industriales o militares de gama alta suelen depender de FOG o sistemas de navegación híbridos para garantizar una precisión y fiabilidad superiores.

P: ¿Pueden los FOG reemplazar completamente al GPS?

R: Si bien los FOG ofrecen excelentes datos rotacionales y seguimiento del movimiento, no miden la posición geográfica absoluta como el GPS. Complementan los sistemas GNSS, asegurando una navegación continua cuando el GPS no está disponible.

P: ¿Son caros los giróscopos de fibra óptica?

R: Los FOG tienden a ser más caros que los sensores MEMS debido a sus componentes ópticos avanzados y sus capacidades de alto rendimiento. Sin embargo, el coste está justificado en aplicaciones de misión crítica donde se requiere una navegación precisa, como las operaciones más allá de la línea de visión visual (BVLOS).

P: ¿Qué tan compactos pueden ser los sistemas de navegación basados en FOG para los UAV?

R: Los recientes avances en miniaturización han hecho posible integrar módulos FOG e IMU compactos en UAV de tamaño pequeño a mediano sin sacrificar el rendimiento.

Conclusión

Los giróscopos de fibra óptica son un habilitador clave de los sistemas de navegación UAV de alto rendimiento. Su precisión, fiabilidad y robustez superiores los hacen indispensables en entornos donde las señales GPS no son fiables o no están disponibles. Al proporcionar datos rotacionales precisos y apoyar los sistemas de navegación inercial, los FOG ayudan a mejorar la estabilidad, el control y la autonomía de los UAV — cruciales para llevar a cabo misiones complejas en los sectores comercial, industrial y de defensa. Empresas como LiCOF, con su experiencia en detección inercial e integración de navegación, están superando los límites de lo posible en la tecnología UAV, allanando el camino para sistemas de navegación aún más resistentes y capaces en el futuro.