링 레이저 자이로스코프 및 광섬유 자이로스코프: 원리, 유형 및 성능 비교

현대 관성 항법 시스템은 고정밀 회전 센서에 크게 의존합니다. 그중에서 링 레이저 자이로스코프(RLG)와 광섬유 자이로스코프(FOG)는 안정성, 정확성 및 신뢰성으로 인해 가장 널리 사용됩니다.

이 기사에서는 이러한 자이로스코프의 작동 방식, 광섬유 자이로의 다양한 분류, 그리고 국제적으로 성능을 비교하는 방법에 대한 명확한 개요를 제공합니다.

1. 링 레이저 자이로스코프(RLG)란?

레이저 자이로스코프의 학술적 명칭은 링 레이저입니다.
국제적으로 인정되는 용어는 링 레이저 자이로스코프(RLG)입니다.

RLG는 본질적으로 He-Ne(헬륨-네온) 레이저와 폐쇄 링 캐비티입니다.
캐비티 내부에서 두 개의 레이저 빔이 반대 방향으로 전파됩니다. 시스템이 회전하면 광학 경로 길이가 비대칭적으로 변경되어 측정 가능한 주파수 차이가 발생합니다.

이 물리적 메커니즘은 사그낙 효과 — 모든 광학 자이로스코프에 사용되는 동일한 원리입니다.

RLG가 중요한 이유

넓은 동적 범위

매우 높은 정확도

뛰어난 장기 안정성

항공 우주 및 방위 산업 분야에서 성숙하고 입증됨

2. 광섬유 자이로스코프(FOG): 유형 및 측정 원리

광섬유 자이로스코프 역시 사그낙 효과에 의존하지만, 레이저 캐비티 대신 광이 긴 광섬유 코일을 통과합니다.

FOG는 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다.

2.1 공진 광섬유 자이로스코프(RFOG)

위상차주파수 차이를 측정합니다.

공진 광학 캐비티를 사용합니다.

극도로 높은 정확도의 잠재력

차세대 항법 시스템에 선호됨

2.2 간섭 광섬유 자이로스코프(IFOG)

위상차를 측정합니다.

현재 가장 성숙하고 널리 사용되는 유형

높은 신뢰성과 우수한 비용 효율성

2.3 브릴루앙 산란 광섬유 자이로스코프(BFOG)

위상차를 측정합니다.

광섬유의 브릴루앙 산란 효과를 활용합니다.

고정밀 응용 분야에 적합

3. 개방 루프 vs. 폐쇄 루프 FOG 아키텍처

개방 루프 광섬유 자이로

상대적으로 단순한 설계

작은 동적 범위

낮은 스케일 팩터 선형성

낮은 정확도

비용에 민감하거나 중간 성능 응용 분야에 가장 적합합니다.

폐쇄 루프 광섬유 자이로

더 복잡한 설계

넓은 동적 범위

우수한 스케일 팩터 선형성

높은 정확도

항공 우주, 로봇 공학, 해양 및 무인 시스템에 널리 채택되었습니다.

4. RLG vs. FOG: 성능 비교

5. 정확도 수준: 국내 vs. 국제

중국(국내):

RLG 정확도: >5 ppm

바이어스 안정성: 0.01–0.001°/h

국제(최상위):

RLG 정확도: <1 ppm

바이어스 안정성: 0.0001°/h

이러한 사양은 해외 고급 RLG를 세계에서 가장 정확한 관성 센서 중 하나로 만듭니다.

6. 요약

링 레이저 자이로스코프와 광섬유 자이로스코프는 모두 고성능 관성 항법의 필수 구성 요소입니다. 그 차이점은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.

RLG 는 우수한 정밀도와 장기 안정성을 제공하여 항공 우주 및 전략 시스템에 이상적입니다.

FOG 는 다양한 성능 수준에 적합한 여러 아키텍처(IFOG, RFOG, BFOG)를 갖춘 유연하고 확장 가능한 접근 방식을 제공합니다.

폐쇄 루프 FOG 는 비용과 성능 사이의 격차를 해소하여 주류 산업 및 UAV 응용 분야를 지배합니다.

공진 및 브릴루앙 FOG 기술의 지속적인 혁신과 RLG 제조 공정의 꾸준한 발전을 통해 광학 자이로스코프는 관성 항법 정확도에서 새로운 표준을 계속 설정할 것입니다.