Gyroscopes laser à anneau et gyroscopes à fibre optique : Principes, types et comparaison des performances

Les systèmes de navigation inertielle modernes reposent fortement sur des capteurs de rotation de haute précision. Parmi eux, le Gyroscope laser à anneau (RLG) et le Gyroscope à fibre optique (FOG) sont les plus largement utilisés en raison de leur stabilité, de leur précision et de leur fiabilité.

Cet article fournit un aperçu clair du fonctionnement de ces gyroscopes, des différentes classifications des gyroscopes à fibre optique et de la comparaison de leurs performances à l'échelle internationale.

1. Qu'est-ce qu'un gyroscope laser à anneau (RLG) ?

Le nom académique d'un gyroscope laser est le Laser à anneau.
Son terme internationalement reconnu est Gyroscope laser à anneau (RLG).

Un RLG est essentiellement un laser He-Ne (Hélium–Néon) avec une cavité annulaire fermée.
À l'intérieur de la cavité, deux faisceaux laser se propagent dans des directions opposées. Lorsque le système tourne, les longueurs des trajets optiques changent de manière asymétrique, ce qui entraîne une différence de fréquence mesurable.

Ce mécanisme physique est connu sous le nom d'Effet Sagnac — le même principe utilisé dans tous les gyroscopes optiques.

Pourquoi les RLG sont importants

Grande plage dynamique

Très haute précision

Stabilité exceptionnelle à long terme

Maturité et éprouvé dans les applications aérospatiales et de défense

2. Gyroscopes à fibre optique (FOG) : Types et principes de mesure

Les gyroscopes à fibre optique reposent également sur l'Effet Sagnac, mais au lieu d'une cavité laser, la lumière se déplace à travers une longue bobine de fibre optique.

Les FOG peuvent être classés en trois types principaux :

2.1 Gyroscope à fibre optique résonnant (RFOG)

Mesure la différence de fréquence entre les faisceaux se propageant en sens inverse

Utilise une cavité optique résonnante

Potentiel de très haute précision

Privilégié pour les systèmes de navigation de nouvelle génération

2.2 Gyroscope à fibre optique interférométrique (IFOG)

Mesure la différence de phase

Actuellement le type le plus mature et le plus largement utilisé

Haute fiabilité et bon rapport coût-performance

2.3 Gyroscope à fibre optique à diffusion Brillouin (BFOG)

Mesure la différence de phase

Utilise les effets de diffusion Brillouin dans la fibre optique

Adapté aux applications de haute précision

3. Architecture FOG en boucle ouverte ou en boucle fermée

Gyroscope à fibre optique en boucle ouverte

Conception relativement simple

Petite plage dynamique

Faible linéarité du facteur d'échelle

Précision inférieure

Idéal pour les applications sensibles aux coûts ou de performance moyenne.

Gyroscope à fibre optique en boucle fermée

Conception plus complexe

Grande plage dynamique

Excellente linéarité du facteur d'échelle

Haute précision

Largement adopté dans les applications aérospatiales, robotiques, marines et sans pilote.

4. RLG vs FOG : Comparaison des performances

5. Niveaux de précision : national vs international

Chine (national) :

Précision RLG : >5 ppm

Stabilité du biais : 0,01–0,001°/h

International (Top Tier) :

Précision RLG : <1 ppm

Stabilité du biais : 0,0001°/h

Ces spécifications placent les RLG étrangers haut de gamme parmi les capteurs inertiels les plus précis disponibles au monde.

6. Résumé

Les gyroscopes laser à anneau et les gyroscopes à fibre optique sont des composants indispensables de la navigation inertielle haute performance. Leurs différences peuvent être résumées comme suit :

Les RLG offrent une précision supérieure et une stabilité à long terme, ce qui les rend idéaux pour les systèmes aérospatiaux et stratégiques.

Les FOG offrent une approche flexible et évolutive avec de multiples architectures (IFOG, RFOG, BFOG) adaptées à différents niveaux de performance.

Les FOG en boucle fermée comblent le fossé entre le coût et la performance, dominant les applications industrielles et UAV grand public.

Grâce à l'innovation continue dans les technologies FOG résonnantes et Brillouin, et aux progrès constants des processus de fabrication des RLG, les gyroscopes optiques continueront de définir de nouvelles normes en matière de précision de la navigation inertielle.