Разработка як дослідження методів зменшення впливу зони захоплення під час роботи лазерного гироскопа

Разработка і дослідження методів зменшення впливу зони захоплення під час роботи лазерного гироскопа.

В поєднані із акселерометрами лазерні гіроскопи (ЛГ) знайшли широке використання у бесплатформенных інерціальних навігаційних системах (БИНС), дозволяють із високим точністю визначати кути орієнтації рухомого объекта.

Главной проблемою під час роботи ЛГ служить наявність зони захоплення, визначене якістю що відбивають дзеркал. Збільшення коефіцієнта відображення пов’язані з великими матеріальними витратами і технологічними трудностями.

Наибольшее поширення для боротьби з зоною захоплення отримав метод так званої «вібраційної частотною підставки» (ВЧП). У цьому методі ЛГ закріплюється на пружному підвісі і з допомогою електромагнітного чи п'єзоелектричного моментного устрою піддається примусовим кутовим коливань.

На сьогоднішній день практично єдиний засіб зниження зони захоплення є амплітудна модуляція коливань резонатора квази-случайной періодичної функцією (ошумление частотною підставки). Модулирующая функція вибирається таким чином, що амплітуди коливань виявляються нормально розподіленими, які автокорреляционная функція швидко загасає.

Основным недоліком ВЧП і те, що з проходженні резонатором у процесі коливань зони малих швидкостей виникають похибки, викликані захопленням, при постійної частотною підставці ці похибки призводять до постійному дрейфу, залежному від вимірюваною швидкості, а при ошумлении — до випадковим погрішностям, близькими до білому шуму.

Поскольку сигнали ЛГ, зазвичай, використовуються після інтегрування, інтегруються і аналізовані похибки. Як відомо, інтеграл білого шуму є нестационарным процесом, дисперсія якого лінійно росте з часом. Отже, в складі сигналу приладу з’являється зростаюча згідно із законом t0.5- похибка, що визначає точність прибора.

С метою дослідження характеру поведінки зони захоплення під час роботи з вібраційної частотною підставкою було запропоновано модифікація рівняння класичного рівняння ЛГ гироскопа.

y/+W0sinY= W1+ W2sin (nt) (1),.

где W0- кордон смуги синхронізації за відсутності коливань ВЧП; W1- яка вимірюється швидкість, викликана обертанням лазера; W2- амплітуда коливань ВЧП; nчастота коливань подставки.

Второй член в лівої частини рівняння відбиває вплив захоплення, яке зводиться до нелінійному демпфированию процесу. Причому у залежність від різниці фаз двох зустрічних хвиль може бути як зменшення, і антидемпфирование.

Для аналізу впливу зони захоплення рівняння (1) було включено випадкова ВЧП. За наявності частотною підставки вплив захоплення проявляється, переважно, при малих кутових швидкостях, тобто при максимальних відхиленнях резонатора від становища рівноваги. Отже, логічно очікувати, що у даному такті частотною підставки похибки формуються під час проходження резонатором амплітудних значень кута. Це припущення було підтверджено для нульової кутовий швидкості. Показано, що у районі механічних экстремумов (90о і 270о) помилка максимальна. Цей факт обгрунтовує те, що помилки, від яких формується білий галасу сигналі ЛГ, творяться у моменти проходження резонатором амплітудних значень кута коливань. Отже, величина і це ознака похибки кожному такті ВЧП визначаються становищем амплітудних значень кутів резонатора на фазової площині оптичних коливань чи, що таке саме, щодо итерференционной картини на фотоприемнике.

Ошибки виміру, особливо у районі механічних экстремумов, визначають головну похибка вносимою вібраційної частотною підставкою званої випадковим дрейфом. Для боротьби з випадковим дрейфом пропонувалося дуже багато різних фільтрів. Оптимальним у п’ятому класі лінійних є фільтр, який реалізує просте осреднение сигналу. Пропонувалися також нелинейные фільтри, проте завжди чинився, що вони неприпустимим чином спотворюють сигнал. Практично єдиний засіб боротьби з аналізованої випадкової складової похибки нині є збільшення тривалості спостереження. Помилка виміру кута зростає пропорційно корені квадратному з часу, а похибка визначення кутовий швидкості падає з такого самого закону.

Рассмотренный спосіб фільтрації, будучи, оптимальним, все-таки неефективний. Для підвищення точності в N якщо треба в N2 разів більше времени.

Поэтому актуальною представляється завдання пошуку альтернативних шляхів зменшення шумовий складової похибки ЛГ, які потребують збільшення часу виміру. Рішення поставленого завдання дозволило б зменшити час готовності інерціальних систем, підвищити швидкодія лазерних компасов тощо. з одночасним поліпшенням точності приборов.

Фильтрация белошумовой складової дрейфу малоефективна і тому способи боротьби з цим похибкою слід не серед методів обробки вихідного сигналу гироскопа, але в шляхах придушення умов, сприяють її возникновению.

В рамках запропонованої вище математичну модель целесобразно досліджувати величину дрейфу ЛГ щодо різноманітних законів ошумления частотною підставки (нормального, рівномірного, а як і щодо різноманітних коефіцієнтів кореляції амплітуд). Ця робота проводиться авторами нині із єдиною метою вибору оптимального алгоритму ошумления механічної частотною подставки.

Из теорії відомо, що є ціла послідовність значень амплітуди коливань (амплітуди Бесселя), у яких ширина області синхронізації звертається до ноль.

В зв’язку з чим представляє певний інтерес аналіз вихідний характеристики ЛГ Y (t) від величини амплітуди підставки W2, т.к. залежність ширини області синхронізації перестав бути монотонної та засобами визначення точності підтримки амплітуди підставки jБ, які забезпечують виняток впливу зони захвата.

Решение рівняння (1) показало, що, за підтримки jб з точністю 0.0001 можна вимірювати швидкість порядку 0.001 o/час. Однак у цьому випадку є відхилення від істинного значення. Тримати амплітуду коливань ВЧП з такою точністю практично неможливо, і у прямому вигляді даний метод для виміру кутовий швидкості використаний не может.

В ідеальному разі, при кутовий швидкості захоплення рівної нулю, оптичний і механічний екстремуми збігаються. Чим більший швидкість захоплення, тим більше коштів різницю між экстремумами.

При цьому при коливаннях щодо четной смуги оптичний екстремум випереджає механічний, при коливаннях щодо нечетной смуги механічний випереджає оптичний. У зв’язку з цим потрібен зміна полярності подачі імпульсів, залежно від интерференционной полосы.

По мері збільшення амплітуди, але ще (j.