Современное состояние разработок волоконно-оптических гироскопов и перспективы их развития
EDN: RGAZGI
Аннотация
В статье анализируется современное состояние разработок волоконно-оптических гироскопов (ВОГ). Делается обзор рынка гироскопов для инерциальной навигации, отдельно рассматривается ниша, занимаемая ВОГ. Кратко поясняется принцип действия этих приборов, приводится классификация существующих видов ВОГ, их преимущества и недостатки, дается описание некоторых существующих образцов в качестве примеров. Перечисляются также основные отечественные и зарубежные производители ВОГ. Кроме того, анализируются тенденции развития ВОГ и приводится оценка изменений рынка гироскопов в ближайшем будущем.
Об авторах
Е. В. Драницына
АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Университет ИТМО (С.-Петербург)
Россия
Россия
Драницына Елена Викторовна, кандидат технических наук, начальник группы, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; член секции молодых ученых международной общественной организации «Академия навигации и управления движением»
Д. А. Егоров
АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Россия
Россия
Егоров Дмитрий Александрович, ведущий инженер
А. А. Унтилов
АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Россия
Россия
Унтилов Александр Алексеевич, кандидат технических наук, заместитель начальника отдела, начальник лаборатории; действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением»
Список литературы
1. Yole Developpement. High End Inertial Sensors for Defense, Aerospace & Industrial Applications, 2020. Sample. [Электронный ресурс]. URL: https://s3.i-micronews.com/uploads/2020/02/YDR20063-High-End-Inertial-Sensors-2020-Sample.pdf. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
2. Lefevre, H.C., The Fiber Optic Gyroscope, 3rd ed. Norwood: Artech House Publishers, 2022. 512 p. 3. Лукьянов Д.П., Распопов В.Я., Филатов Ю.В. Прикладная теория гироскопов. СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2015. 316 c. 4. Лукьянов Д.П. и др. 50 лет лазерному гироскопу // Материалы XX Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2013. С. 7–21. 5. Венедиктов В.Ю., Филатов Ю.В., Шалымов Е.В. Современное состояние оптических резонаторных гироскопов // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31. №1 (120). С. 45–57.
3. Пешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. №2 (109). С. 3–10. DOI 10.17285/0869-7035.0028. 7. Foloppe, Y., Lenoir, Y., HRG CrystalTM DUAL CORE: Rebooting the INS revolution, Inertial Sensors and Systems, 2018, Braunschweig, Germany. 8. Lefevre,H.C., Steib,A., Claire,A., Sekeriyan,A., Couderette,A., et al.,The fiber optic gyro ‘adventure’ at Photonetics, iXsea and now iXblue, Optical Waveguide and Laser Sensors, edited by R.A. Lieberman, G.A. Sanders, I.U. Scheel, Proc. of SPIE, 2020, vol. 11405, 1140505, doi: 10.1117/12.2560791. 9. Exail Company. [Электронный ресурс]. URL: https://www.exail.com. Дата последнего обращения: 03.10.2023. 10. Airins. Georeferencing and Orientation System. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ixblue. com/wp-content/uploads/2022/01/airinsds-2021.pdf. Дата последнего обращения: 03.10.2023. 11. LN-251. Advanced Airborne INS/GPS (EGI) [Электронный ресурс]. URL: https://www. northropgrumman.com/what-we-do/air/ln-251-advanced-airborne-ins-gps-egi . 12. LN-260. [Электронный ресурс]. URL: https://news.northropgrumman.com/news/releases/ northrop-grumman-delivers-first-unit-of-its-newest-navigation-system-for-flight-testing-on-u-snavy-f-5-adversary-fleet-support-fighter. Дата последнего обращения: 03.10.2023. 13. Оптолинк. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы. [Электронный ресурс]. URL: http://optolink.ru/ru/products/strapdown_inertial_navigation_systems. Дата последнего обращения: 03.10.2023. 14. Skyline INS Family. [Электронный ресурс]. URL: https://www.cielo-inertial.com/products/ins/ skyline-100-ins/ . Дата последнего обращения: 03.10.2023. 15. StarNeto. Inertial navigation [Электронный ресурс]. URL: http://www.starneto.com/index. php?m=content&c=index&a=lists&catid=129. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
4. BWSensing. Catalog 2020. [Электронный ресурс]. URL: https://www.bwsensing.com/upload/userfile/BWSENSING_Catalog2020.pdf. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
5. Inertial navigation for space. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ixblue.com/photonicsspace/inertial-navigation-for-space/. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
6. Cielo Inertial Solutions Ltd. Starlight 1000 IRU. Inertial Reference Unit. [Электронный ресурс]. URL: https://www.cielo-inertial.com/products/iru/starlight-1000-iru/. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
7. Navy League 2023: US Navy awards Northrop Grumman AN/WSN-12 full-rate production contract. [Электронный ресурс]. URL: https://www.janes.com/defence-news/news-detail/navyleague-2023-us-navy-awards-northrop-grumman-anwsn-12-full-rate-production-contract. Дата последнего обращения: 26.10.2023.
8. АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». [Электронный ресурс]. URL: http://www.elektropribor.spb.ru. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
9. Андреев А.Г., Ермаков В.С., Мафтер М.Б., Струк В.К. Морская интегрированная малогабаритная система навигации и стабилизации на волоконно-оптических гироскопах КАМА-НС-В 2012 // Труды XXXVIII Всероссийской конференции «Управление движением корабля и специальных подводных аппаратов». М.: ИПУ РАН, 2012. С. 11–21.
10. Robertson, H.P., Postulate versus observation in the special theory of relativity, Rev. Mod. Phys., 1949, 21, 378–382, doi:10.1103/RevModPhys.21.378.
11. Page, L., Adams, N., Electrodynamics, 1st ed., D.Van Nostrand Company: NewYork, USA, 1940.
12. Шереметьев А.Г. Волоконный оптический гироскоп. М.: Радио и связь, 1987. 152 с.
13. KVH Industries, Inc. [Электронный ресурс]. URL: https://www.kvh.com. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
14. Lefevre, H.C., The fiber-optic gyroscope: Challenges to become the ultimate rotation-sensing technology, Optical Fiber Technology, December 2013, vol. 19, issue 6, part B, pp. 828–832.
15. Paturel, Y., Honthaas, J., Lefèvre, H., et al., One nautical mile per month fog-based strapdown inertial navigation system: A dream already within reach?, Gyroscopy and Navigation, 2014, 5, 1–8, https://doi.org/10.1134/S207510871401009X.
16. Лефевр Э.К. Волоконно-оптический гироскоп: достижения и перспективы // Гироскопия и навигация. 2012. №4 (79). С. 3–9.
17. de Toldi, E., Lefevre, H., Guattari, F., Bigueur, A., Steib, A., Ponceau, D., Molucon, C., Ducloux, E., Wassermann, J., Schreiber, U., First Steps for a Giant FOG: Searching for the Limits, Inertial Sensors and Systems, 2017, Karlsruhe, DGON-ITE, 4.1–4.14 (2017).
18. Korkishko, Yu.N., Fedorov, V.A., Prilutskiy, V.E., Ponomarev, V.G., Fedorov, I.V., Kostritskii, S.M., Morev, I.V., Obuhovich, D.V., Prilutskiy, S.V., Zuev, A.I., Varnakov, V.K., Highest bias stability fiber-optic gyroscope SRS-5000, Inertial Sensors and Systems, 2017, Karlsruhe, DGON-ITE.
19. АО «Физоптика». [Электронный ресурс]. URL: https://www.fizoptika.ru. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
20. ООО НПК «Оптолинк». [Электронный ресурс]. URL: http://www.optolink.ru. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
21. ПАО «ПНППК». [Электронный ресурс]. URL: https://pnppk.ru. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
22. Филиал АО «ЦЭНКИ» – НИИ ПМ им. академика В.И. Кузнецова. [Электронный ресурс]. URL: https://www.russian.space/filialy/nii-pm.html. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
23. Honeywell International Inc. [Электронный ресурс]. URL: https://www.honeywell.com. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
24. Northrop Grumman Corporation. [Электронный ресурс]. URL: https://www.northropgrumman. com. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
25. Cielo inertial Solutions Ltd. [Электронный ресурс]. URL: https://www.cielo-inertial.com. Дата последнего обращения: 03.10.2023. 38. China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC. [Электронный ресурс]. URL: http://english.spacechina.com/n16421/index.html. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
26. Ericco Inertial System. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ericcointernational.com. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
27. BeiJing StarNeto Technology Commany Ltd. [Электронный ресурс]. URL: http://www.starneto.com. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
28. Bewis Sensing company. [Электронный ресурс]. URL: https://www.bwsensing.com.
29. Design and development of fiber optic gyroscopes / Eric Udd and Michel Digonnet, SPIE P.O. Box 10 Bellingham, Washington 98227-0010 USA, 2019.
30. iXblue: Inertial Navigation Solutions for navies. [Электронный ресурс]. URL: https://www. ixblue.com/defense/naval-navigation/inertial-navigation-solutions-for-navies. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
31. АО «Физоптика». Группа ВГ091А. [Электронный ресурс]. URL: https://www.fizoptika.ru/catalog/gruppa-vg-091a. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
32. Ericco Inertial System. Low Cost FOG Rate Gyroscope ER-FOG-25 [Электронный ресурс]. URL: https://www.ericcointernational.com/gyroscope/fiber-optic-gyroscope/low-cost-fog-rategyroscope.html. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
33. Ferrand, S., Rattier, M., Molucon, C., Gautier, K., Cheiney, P., Peter, E., Mancini, M., UmiX series: How to miniaturize FOG technology, IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL), Avignon, France, 2022, pp. 1–4, doi: 10.1109/INERTIAL53425.2022.9787535.
34. Пономарев Р.С., Шевцов Д.И. Применение оптической рефлектометрии в производстве интегрально-оптических схем // Прикладная фотоника. 2018. Том 5. №1–2. С. 102–107.
35. Оптические кольцевые резонаторы - Optical ring resonators [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikibrief.org/wiki/Optical_ring_resonators. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
36. Лиокумович Л.Б. Волоконно-оптические интерферометрические измерения. Ч. 1. Волоконнооптические интерферометры. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2007. 110 с.
37. Titterton, D.H., Weston, J.L., Strapdown inertial navigation technology; IEE radar, sonar, navigation, and avionics series; 2nd ed.; Institution of Electrical Engineers: Stevenage, 2004.
38. Гилев Д.Г. Влияние поляризационной невзаимности и наведенного двулучепреломления в волокне на точностные параметры волоконно-оптического резонаторного гироскопа: диссертация … к. т. н. Пермь, 2023. 114 с.
39. Liu, L., Li, H., Liu, S., Jin, Z., Ma, H., Suppressing backscattering noise of a resonant fiber optic gyroscope using coherent detection, Appl. Opt., 2022, vol. 61, no. 15, pp. 4421–4428.
40. Li, H., Lin, Y., Liu, L., Ma, H., Jin, Z., Signal processing improvement of passive resonant fiber optic gyroscope using a reciprocal modulation-demodulation technique, Opt. Express, 2020, vol. 28, no. 12, pp. 18103–18111.
41. Smiciklas, M., Sanders, G., Strandjord, L., Williams, W., Benser, E., Ayotte, S., Costin, F., Development of a Silicon Photonics-based Light Source for Compact Resonator Fiber Optic Gyroscopes, Inertial Sensors and Systems, 2019, Braunschweig, Germany.
42. Liu, L., Li, H., Tu, J., Lin, Y., Qian, W., and Ma, H., Angular Random Walk Improvement of Resonant Fiber Optic Gyroscopes, 14th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO PR 2020), OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 2020), paper C7D_2.
43. Passaro, V.M.N., Cuccovillo, A., Vaiani, L., De Carlo, M., Campanella, C.E., Gyroscope Technology and Applications: A Review in the Industrial Perspective, Sensors, 2017, 17, 2284, doi:10.3390/s17102284.
44. Lawrence, A.W., Modern inertial technology – navigation, guidance and control, Springer-Verlag, 1998, 2nd ed.
45. Венедиктов В.Ю., Филатов Ю.В., Шалымов Е.В. Микрооптические гироскопы на основе пассивных кольцевых резонаторов // Квантовая электроника. 2016. Том 46. № 5. С. 437–446.
46. Филатов Ю.В., Кукаев А.С., Венедиктов В.Ю., Севрюгин А.А., Шалымов Е.В. Микрооптические гироскопы на основе резонаторов мод шепчущей галереи // Фотоника. 2023. Том 17. № 1. С. 26–44.
47. Srinivasan, S., Moreira, R., Blumenthal, D., Bowers, J.E., Design of integrated hybrid silicon waveguide optical gyroscope, Optics Express, 2014, vol. 22, no. 21, doi:10.1364/OE.22.024988.
48. Xia, D., Zhang, B., Wu, H., Wu, T., Optimization and Fabrication of an MOEMS Gyroscope Based on a WGM Resonator, Sensors, 2020, 20, 7264; doi:10.3390/s20247264.
49. Wu, B., Yu, Y., Xiong, J., Zhang, X., Silicon Integrated Interferometric Optical Gyroscope, Sсientifiс Reports, 2018, 8:8766, doi:10.1038/s41598-018-27077-x.
50. Кондаков А.А., Салгаева У.О., Мушинский С.С. и др. Проблемы реализации интегральнооптического гироскопа. Прикладная фотоника 2017. Т. 4. № 2.
Рецензия
Для цитирования:
Драницына Е.В., Егоров Д.А., Унтилов А.А. Современное состояние разработок волоконно-оптических гироскопов и перспективы их развития. Гироскопия и навигация. 2023;31(4):3-21. EDN: RGAZGI
For citation:
Dranitsyna E.V., Egorov D.A., Untilov A.A. Current State and Development Prospects of Fiber-Optic Gyroscopes. Gyroscopy and Navigation. 2023;31(4):3-21. (In Russ.) EDN: RGAZGI
Просмотров:
8
Послать статью по эл. почте 