광섬유 자이로스코프(FOG)란 무엇인가요? 어떻게 작동하나요? | STABLE INERTIAL SYSTEMS LTD.

광섬유 자이로스코프(FOG)는 기존의 기계식 로터 구조와 일반적인 진동 MEMS 자이로 아키텍처를 완전히 배제한 고급 고체 관성 센서입니다. 당사의 기술 팀이 독립적으로 설계 및 최적화한 이 핵심 정밀 광학 관성 장치는 순수 광섬유 전송 감지 기술을 채택하여 이동하는 운반체의 각속도를 정확하게 포착하고 측정하며, 높은 신뢰성이 요구되는 관성 항법 시나리오에 대해 탁월한 성능을 제공합니다.

시중의 주류 MEMS 자이로스코프 및 기계식 자이로스코프와 달리, 당사가 자체 개발한 FOG는 기계적 움직이는 부품이 없고, 장기 드리프트가 매우 낮으며, 즉각적인 콜드 스타트가 가능하고, 극한 환경에서도 안정적입니다. 이는 상용 등급 관성 센서의 정밀도 격차를 효과적으로 해소하고, 일반적인 관성 장치로는 지원할 수 없는 항공 우주, 심해 탐사, 해양 항법 및 고정밀 산업 측정의 엄격한 기술 요구 사항을 충족합니다.

당사의 FOG는 뛰어난 감지 유연성을 갖춘 초광대역 동적 측정 범위를 자랑합니다. 지구의 회전에 해당하는 초저속 회전을 정밀하게 포착하고 항공기, 무인 차량 및 해양 장비의 고속 동적 회전에 신속하게 응답할 수 있습니다. 예열 시간이 필요 없는 제로 지연 시작을 지원하는 당사의 광섬유 자이로스코프는 전원 공급 후 즉시 안정적인 출력을 제공하며, 이는 빠른 응답과 고정밀 임무 시나리오에 매우 중요합니다.

구조 설계 및 애플리케이션 포지셔닝에 따라 당사의 FOG 시리즈는 단축 및 삼축 구성으로 나뉩니다. 단축 FOG는 컴팩트하고 가벼운 구조, 저렴한 비용 및 간단한 보정 절차를 채택하여 단방향 자세 안정화 및 중급 산업 및 무인 장비의 기본 항법 시스템에 완벽하게 적합합니다. 삼축 FOG는 완전한 3D 자세 추적 및 초고 종합 항법 정확도를 실현하는 완전 차원 광학 감지 설계를 통합하여 탑승 항공기, 장기 체공 UUV, 해상 선박 및 심해 탐지 플랫폼과 같은 고급 전체 위치 항법 장비에 사용됩니다. 뛰어난 종합 성능을 갖춘 당사의 FOG 제품은 전 세계 고정밀 관성 측정 및 항법 분야에 널리 배포됩니다.

당사의 모든 광섬유 자이로스코프는 광학 관성 감지의 기본 물리 원리인 고전적인 사냑 효과를 기반으로 작동하며, 기계적 간섭 없이 비접촉, 고안정성 및 드리프트 억제 회전 측정을 보장합니다.

작동 메커니즘은 표준화된 물리적 비유를 통해 직관적으로 설명할 수 있습니다. 두 개의 광선은 정밀한 "고속 주자" 역할을 하고, 촘촘하게 감긴 고정밀 광섬유 코일은 폐쇄된 원형 광 전송 경로 역할을 합니다. 자이로스코프가 정지 상태일 때 내부 안정적인 광원에서 방출되는 두 개의 동일한 저간섭성 광선은 각각 섬유 루프를 따라 시계 방향과 반시계 방향으로 분할되어 전파되며, 위상차 없이 동시에 돌아옵니다.

운반체가 회전하면 두 개의 역방향으로 전파되는 광선의 유효 광 전송 경로가 동기적으로 변경됩니다. 한 광선은 확장된 광 경로를 이동하고 다른 광선은 단축된 경로를 이동하여 작지만 감지 가능한 시간 차이와 위상 편이를 생성합니다. 운반체의 실시간 각속도에 엄격하게 비례하는 이 위상 편이는 당사가 자체 개발한 신호 복조 알고리즘 시스템에 의해 포착, 분석 및 계산됩니다.

당사의 FOG에서 생성되는 사냑 위상 편이는 광속 변화가 아닌 회전 운동 하에서의 유효 광 경로 변경에서 순수하게 발생한다는 점을 강조할 가치가 있습니다. 이 핵심 물리적 이점은 근본적인 측정 오류를 제거하여 당사의 FOG 시리즈에 기존 관성 센서의 정확도 한계를 훨씬 뛰어넘는 초고 장기 측정 안정성과 반복성을 부여합니다.

당사의 FOG는 자체 개발 및 보정된 5가지 핵심 구성 요소로 구성된 고도로 통합된 광전자 시스템입니다. 모든 구조 설계 및 기술 프로세스는 당사의 R&D 팀이 독립적으로 최적화하여 광 신호 전송에서 전기 신호 출력까지 정밀한 조정을 실현하고 미세한 광 위상 변화를 고정밀, 고안정성 각속도 데이터로 변환합니다.

• 전문 안정 광원 자체적으로 선별 및 보정된 맞춤형 SLD/ASE 저간섭성 광원을 장착하여 초안정적이고 저잡음의 광 출력을 제공합니다. 광원에서 발생하는 광 누설 간섭을 억제하여 장기간의 항법 임무에 대한 장기적인 일관된 측정 정확도와 감쇠 방지 성능을 보장합니다.
• 고정밀 광 커플러 및 Y-접합 도파로 자체 보정된 2*2 X형 커플러와 고안정성 Y-도파로 구성 요소를 채택하여 균등 광 분할 및 효율적인 광 결합을 달성합니다. 정밀한 편광 제어 및 선형 위상 변조 기능을 통합하여 고감도 사냑 효과 감지에 대한 신뢰할 수 있는 광학 기반을 제공합니다.
• 고급 권선 광섬유 코일 (핵심 감지 장치) 핵심 감지 구성 요소는 당사 팀이 독립적으로 최적화한 다층 밀집 권선 기술을 갖춘 초저손실 특수 광섬유를 채택합니다. 합리적인 광섬유 길이와 코일 턴 수는 미세한 사냑 위상 차이를 크게 증폭하여 센서 해상도와 감지 감도를 크게 향상시킵니다. 당사의 독점적인 권선 공정과 고정 구조 설계는 외부 진동 및 온도 변형에 효과적으로 저항하여 감지 성능 저하를 방지합니다.
• 고감도 광검출기 맞춤형 광전 감지 구성 요소는 미세한 간섭광 강도 변화를 포착하여 미세한 광 위상 차이를 초고 신호 대 잡음비의 약한 전기 원시 신호로 변환하여 후속 알고리즘 해결을 위한 순수하고 효과적인 원시 데이터를 제공합니다.
• 자체 개발 신호 처리 회로 시스템 당사의 독점적인 적응형 복조, 노이즈 필터링 및 온도 보상 회로는 원시 전기 신호의 증폭, 보정 및 오류 보상을 실현합니다. 실시간으로 환경 노이즈 간섭을 제거하고 최종적으로 안정적이고 고정밀하며 사용 가능한 각속도 및 자세 데이터를 출력합니다.

기존 기계식 자이로스코프 및 상용 MEMS 자이로스코프와 비교할 때, 당사가 독립적으로 개발한 FOG 시리즈는 고성능 관성 항법 분야에서 대체 불가능한 핵심 강점을 가지고 있습니다:

1. 완전 고체 및 제로 마모: 기계식 회전 부품이나 진동 구조가 없어 기계적 마모 및 피로 손실이 없으며, 서비스 수명이 크게 연장되고 유지 보수 비용이 절감됩니다.
2. 매우 낮은 장기 드리프트: 전체 온도 범위 보정 및 자체 적응형 오류 보상 알고리즘을 통해 장시간 연속 작동 중에도 매우 낮은 드리프트를 유지하여 기존 관성 센서의 누적 오류라는 핵심 문제를 해결합니다.
3. 즉각적인 시작 및 빠른 응답: 예열이 필요 없으며 전원 공급 후 실시간 항법 출력이 가능하여 빠른 응답 임무 시나리오에 완벽하게 적응합니다.
4. 극한 환경 적응성: 뛰어난 진동 저항성, 충격 저항성 및 광범위한 온도 안정성을 갖추고 있어 고고도, 심해, 고습 및 강한 진동과 같은 열악한 환경에서도 장기간 안정적인 작동을 지원합니다.

고정밀 광학 장치 및 초장거리 광섬유 코일 공정으로 인해 당사의 FOG는 더 높은 정밀도와 신뢰성을 제공하지만, 소형 소비자 등급 MEMS 센서에 비해 부피가 상대적으로 크고 제조 비용이 높으며 전력 소비가 약간 더 높습니다. 따라서 초소형, 초저전력 휴대용 민간 장치에는 적용할 수 없으며 MEMS 관성 센서와 차별화된 제품 포지셔닝을 형성합니다.

글로벌 관성 항법 시장에서 당사의 FOG와 SI-MIMU MEMS 시리즈는 차별화된 포지셔닝과 상호 보완적인 성능을 갖춘 완벽한 제품 매트릭스를 형성합니다. 당사가 자체 개발한 SI-MIMU MEMS IMU는 상용 드론, 산업용 로봇 및 저속 자율 주행 차량과 같은 소형화, 저비용 및 대량 민간 시나리오에 중점을 둡니다. 반면에 당사의 광섬유 자이로스코프는 항공 우주 장비, 해양 선박, 심해 탐지 시스템 및 고정밀 측량 및 매핑 관성 항법 시스템을 포함하는 고성능 정밀 시나리오를 목표로 합니다.

당사 팀이 독립적으로 개발한 핵심 고성능 관성 센서로서, 당사의 FOG 시리즈는 해외 기술 독점을 타파하고 핵심 광학 관성 기술의 완전한 국내 독립 제어를 실현하며, 전 세계 고성능 지능형 장비 및 해양 항공 우주 산업에 신뢰할 수 있고 고정밀하며 비용 효율적인 관성 항법 솔루션을 제공합니다.