Bei schwachem oder nicht verfügbarem GPS ist die Navigation auf Gyroskope angewiesen. Die Herausforderung besteht jedoch darin, ein zu einfaches System zu wählen, die Fehlerquote schnell zu erhöhen; ein zu komplexes System hingegen führt zu drastischen Kostensteigerungen. Glasfaser-Gyroskope (FOGs) lösen dieses Dilemma. Sie sind in zwei Ausführungen erhältlich – mit offenem und geschlossenem Regelkreis – und erfüllen jeweils unterschiedliche Missionsanforderungen.
Open-Loop-FOGs sind kompakt und kostengünstig und bieten eine mittlere Genauigkeit (1–10 °/h) für UAVs und Roboter. Closed-Loop-FOGs liefern ultrahohe Präzision (0,001–0,1 °/h) und sind daher für U-Boote, Raketen und Luft- und Raumfahrtsysteme unverzichtbar.
Jede Technologie hat ihre eigenen Stärken, Nachteile und typischen Anwendungsfälle – von unbemannten Luftfahrzeugen und Industrierobotern bis hin zu U-Booten und Raumfahrzeugen. Wenn man diese Unterschiede versteht, ist es einfacher, die richtige Technologie für die jeweilige Mission zu finden.
Inhaltsverzeichnis
Wie funktionieren faseroptische Gyroskope?
Stellen Sie sich zwei Läufer , die in entgegengesetzter Richtung auf einer Bahn . Wenn die Bahn eine Drehung beginnt, braucht ein Läufer etwas länger, während der andere schneller ist. Dieser Unterschied zeigt die Rotation .
Ein faseroptischer Kreisel (FOG) funktioniert auf die gleiche Weise – nur dass er Lichtstrahlen . Das Licht bewegt sich in entgegengesetzter Richtung durch eine Glasfaserspule . Dreht sich das Gerät, legt ein Strahl einen etwas längeren Weg zurück. Durch diese Messung kann der FOG selbst kleinste Bewegungen .
ein FOG Licht verwendet und keine beweglichen Teile äußerst zuverlässig, langlebig und wartungsfrei – und daher ideal für Drohnen, U-Boote und Luft- und Raumfahrtsysteme .
Was ist ein Open-Loop-Glasfaser-Gyroskop (O-FOG)?
Ein FOG mit offenem Regelkreis liest den der Lichtintensität direkt aus dem Interferenzmuster. Das Design ist einfach und kostengünstig , aber seine Reaktion ist leicht nichtlinear , was die Präzision bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten einschränkt.
In der Praxis erreicht ein O-FOG typischerweise eine Bias-Stabilität von 1–10 °/h . Damit ist es genau genug für Drohnen, Roboter, Bodenfahrzeuge und Industriesysteme , bei denen die Missionen kurz sind und Kosten und Energieeffizienz wichtiger sind als höchste Präzision.
Vorteile von O-FOG:
- Geringere Kosten im Vergleich zu geschlossenen Kreislaufsystemen
- Kleinere Größe und einfachere Elektronik
- Geringerer Stromverbrauch , ideal für UAVs und tragbare Systeme
- Ausreichende Genauigkeit für taktische oder industrielle Anwendungen
Was ist ein Closed-Loop-Glasfaser-Gyroskop (C-FOG)?
Ein geschlossener FOG verwendet eine fortschrittliche Technik: Anstatt die Lichtintensität direkt zu messen, wird ein Rückkopplungssignal , um das Interferometer an seinem empfindlichsten Punkt zu halten. Diese Methode linearisiert das Ausgangssignal sehr hohe Rotationsraten ohne Verzerrung zu verarbeiten
In der Praxis kann ein C-FOG eine Bias-Stabilität von nur 0,001–0,1 °/h , was ihn zur Wahl für U-Boote, Raketen, Kampfjets und Raumfahrzeuge , bei denen selbst der kleinste Fehler zum Scheitern der Mission führen könnte.
Vorteile von C-FOG:
- Ultrahohe Genauigkeit, geeignet für Navigations- und strategische Missionen
- Großer Dynamikbereich , stabil bei niedrigen und hohen Winkelgeschwindigkeiten
- Hervorragende Temperaturstabilität , zuverlässige Leistung unter extremen Bedingungen
- Bewährt in der Verteidigung, Luft- und Raumfahrt und Geodäsie für langfristige Navigation ohne GNSS
Welches ist genauer?
Open-Loop-FOG (O-FOG):
Offene Systeme bieten eine mittlere Genauigkeit , üblicherweise mit einer Abweichungsstabilität von 1–10 °/h . Dieser Wert ist für Drohnen, Roboter und Bodenfahrzeuge akzeptabel, insbesondere wenn sie häufige GNSS-Updates empfangen können. Über längere Zeiträume ohne Korrektur akkumuliert sich die Drift jedoch schnell, was ihren Einsatz in hochpräzisen Missionen einschränkt.
Closed-Loop-FOG (C-FOG):
Systeme mit geschlossenem Regelkreis erreichen eine navigationsübliche Genauigkeit mit einer Abweichungsstabilität von nur 0,001–0,1 °/h . Dank ihres Feedback-Designs bleiben sie linear und langfristig stabil. Dadurch können U-Boote, Raketen und Raumfahrzeuge tage- oder sogar wochenlang ohne GNSS-Signale navigieren, wo selbst ein kleiner Fehler inakzeptabel wäre.
| Besonderheit | Offener Nebelkreislauf (O-FOG) | Closed-Loop-FOG (C-FOG) |
|---|---|---|
| Bias-Stabilität | 1–10 °/h | 0,001–0,1 °/h |
| Fehlerwachstum | Spürbar in Stunden | Vernachlässigbar in Tagen/Wochen |
Welches kommt mit extremen Bewegungen besser zurecht?
Open-Loop-FOG (O-FOG):
Offene Kreisel sind bei schnellen Rotationen der Plattform eingeschränkt. Da ihre Ausgangskurve nichtlinear ist, können sie bei hohen Winkelgeschwindigkeiten in die Sättigung geraten , was zu einem starken Genauigkeitsverlust führt. Daher sind sie für schnelle Flugzeuge, Raketen oder hochdynamische Fahrzeuge weniger geeignet.
Closed-Loop-FOG (C-FOG):
Geschlossene Systeme nutzen Feedback, um das Interferometer an seinem empfindlichsten Punkt zu halten. Dadurch gewährleisten sie eine lineare Leistung über einen sehr großen Dynamikbereich – von extrem langsamen Rotationen bis hin zu schnellen Manövern. Diese Fähigkeit macht sie zum Standard für Raketen, Kampfjets und Raumfahrzeuge , bei denen extreme Bewegungen üblich sind.
| Besonderheit | O-FOG | C-FOG |
|---|---|---|
| Dynamikbereich | Begrenzt, sättigt bei hoher Geschwindigkeit | Sehr breit, bleibt linear |
| Hochgeschwindigkeitsbewegung | Genauigkeit sinkt | Stabile Leistung |
Welches ist in rauen Umgebungen zuverlässiger?
Open-Loop-FOG (O-FOG):
Offene Kreisel können unter stabilen Bedingungen gut funktionieren, reagieren aber empfindlicher auf Temperaturschwankungen und Vibrationen . In der Wüstenhitze oder arktischen Kälte können ihre Messwerte abweichen, wenn keine zusätzlichen Kompensationsalgorithmen verwendet werden. Dies macht sie für lange Missionen in unvorhersehbaren Umgebungen weniger zuverlässig.
Closed-Loop-FOG (C-FOG):
Geschlossene Kreisel sind für extreme Umgebungen . Ihr Feedback-Design reduziert die Auswirkungen von Temperaturschwankungen auf natürliche Weise, und die meisten C-FOGs erfüllen die MIL-STD-Standards (-40 °C bis +85 °C) . Ob auf einem U-Boot, in einem Kampfjet oder im Weltraum – sie liefern konstante Leistung ohne aufwändige Softwarekorrekturen.
| Besonderheit | O-FOG | C-FOG |
|---|---|---|
| Temperaturstabilität | Anfällig für Drift | Stabil von −40 °C bis +85 °C |
| Vibrationsfestigkeit | Mäßig | Hoch, Verteidigungsqualität |
Was ist mit Größe, Leistung und Kosten?
Open-Loop-FOG (O-FOG):
Eine der größten Stärken von Open-Loop-Gyroskopen ist ihre kompakte Bauweise und hohe Effizienz . Sie nutzen einfachere Elektronik, wodurch die Geräte kleiner und leichter sind und weniger Strom verbrauchen – manchmal nur wenige Watt pro Achse. Das macht sie ideal für Drohnen, mobile Roboter und andere tragbare Plattformen, bei denen jedes Gramm und jedes Watt zählt. Ihr niedrigerer Preis macht sie zudem für kommerzielle Projekte und kostensensitive Verteidigungsprogramme attraktiv.
Closed-Loop-FOG (C-FOG):
Geschlossene Kreisel sind aufgrund ihrer komplexen Rückkopplungselektronik und hochpräzisen Komponenten teurer pro Achse 5–10 W und kostet ein Vielfaches eines O-FOG. Dafür erhalten Käufer jedoch unübertroffene Genauigkeit und Zuverlässigkeit , was die Investition in U-Boote, Flugzeuge und Raumfahrtsysteme, bei denen ein Missionsausfall keine Option ist, oft rechtfertigt.
| Besonderheit | O-FOG | C-FOG |
|---|---|---|
| Größe und Gewicht | Kleiner, leichter | Größer, komplexer |
| Stromverbrauch | Niedrig (wenige Watt) | Höher (5–10 W/Achse) |
| Kosten | Erschwinglich | Um ein Vielfaches höher |
Wo werden O-FOGs und C-FOGs verwendet?
Open-Loop-FOG (O-FOG):
Offene Kreisel werden gewählt, wenn Kosten, Größe und Energieeffizienz wichtiger sind als extreme Präzision.
- UAVs und Drohnen – bieten eine stabile Ausrichtung für die Flugsteuerung ohne zusätzliche schwere Nutzlast.
- Mobile Roboter und AGVs – genau genug für die Indoor-Navigation oder Lagerautomatisierung.
- Industrielle Systeme – werden in Vermessungswerkzeugen, bei der Pipeline-Inspektion oder in Fahrzeugen verwendet und können mit GNSS-Updates korrigiert werden.
Closed-Loop-FOG (C-FOG):
Geschlossene Kreisel dominieren bei Missionen, bei denen Genauigkeit und Zuverlässigkeit über Erfolg oder Misserfolg entscheiden .
- U-Boote – navigieren wochenlang unter Wasser ohne GPS-Signale.
- Raketen und Flugkörper – Behalten Sie bei extremen Geschwindigkeiten und Manövern eine stabile Lenkung.
- Kampfjets und Raumfahrzeuge – sorgen für eine präzise Lageregelung bei Verteidigungs- und Weltraummissionen.
- Geodäsie und Kartierung – wird in Vermessungsgeräten verwendet, bei denen die Drift nahezu Null sein muss.
- FOG : Hohe Kosten, aber unübertroffene Leistung für langfristige, kritische Vorgänge.
- MEMS : Preiswert und kompakt, ideal für kleine oder kurze Missionen.
- Fazit : Die richtige Wahl hängt vom Einsatzprofil Ihrer Plattform ab – FOG für Präzision, MEMS für Flexibilität .
Warum ist GuideNav die vertrauenswürdige Wahl für FOGs?
Glasfaser-Gyroskope sind zu einem Eckpfeiler der modernen Navigation geworden – bewährt in der Verteidigung, der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt und in industriellen Anwendungen. Käufer müssen sich nicht mehr zwischen Kosten, Größe oder Präzision entscheiden. Mit dem umfassenden Portfolio an FOG-Lösungen von GuideNav können Sie sich auf Genauigkeit, Zuverlässigkeit und bewährte Leistung , die auf Ihre Mission zugeschnitten sind. Von taktischen Plattformen bis hin zu strategischen Systemen sorgt GuideNav dafür, dass jedes Projekt von der richtigen Balance aus Technologie und Vertrauen .
