InherРазработкаи исследование методов уменьшения влияния зоны захвата при работе лазерногогироскопа.В сочетании сакселерометрами лазерные гироскопы ЛГ нашли широкое применение вбесплатформенных инерциальных навигационных системах БИНС , позволяющих свысокой точностью определять углы ориентации подвижного объекта.Главной проблемой приработе ЛГ является наличие зоны захвата, которая определяется качествомотражающих зеркал.Увеличение коэффициента отражения связано с большимиматериальными затратами и технологическими трудностями.Наибольшеераспространение для борьбы с зоной захвата получил метод так называемой вибрационной частотной подставки ВЧП . При этом методе ЛГ закрепляется наупругом подвесе и с помощью электромагнитного или пьезоэлектрическогомоментного устройства подвергается принудительным угловым колебаниям.
На сегодняшний деньпрактически единственным способом снижения зоны захвата является амплитуднаямодуляция колебаний резонатора квази-случайной периодической функцией ошумление частотной подставки . Модулирующая функция выбирается таким образом,что амплитуды колебаний оказываются нормально распределенными, а ихавтокорреляционная функция быстро затухает.
Основным недостатком ВЧПявляется то, что при прохождениирезонатором в процессе колебаний зоны малых скоростей возникают погрешности, вызываемыезахватом, при постояннойчастотной подставке эти погрешности приводятк постоянному дрейфу, зависящему от измеряемой скорости, а при ошумлении - к случайным погрешностям, близким к белому шуму. Поскольку сигналы ЛГ, как правило, используются послеинтегрирования, интегрируются и рассматриваемые погрешности.
Как известно,интеграл белого шума является нестационарным процессом, дисперсия которого линейно растет со временем.Такимобразом, в составе сигнала прибора появляется возрастающая по закону t0.5-погрешность, которая определяет точность прибора.С целью исследованияхарактера поведения зоны захвата при работе с вибрационной частотной подставкойбыла предложена модификация уравнения классического уравнения ЛГ гироскопа.y W0sinY W1 W2sin nt 1 ,где W0- граница полосы синхронизации вотсутствии колебаний ВЧП W1- измеряемая скорость, вызванная вращением лазера W2- амплитуда колебаний ВЧП n-частота колебаний подставки.Второй член в левой частиуравнения отражает влияние захвата, которое сводится к нелинейномудемпфированию процесса.
При этом в зависимости от разности фаз двух встречныхволн возможно как демпфирование, так и антидемпфирование.
Для анализа влияния зоны захвата в уравнение 1 была включена случайная ВЧП. При наличии частотной подставки влияниезахвата проявляется, в основном, при малых угловых скоростях, т.епри максимальных отклонениях резонатора от положения равновесия.Следовательно, логично ожидать, что на данном такте частотной подставкипогрешности формируются во времяпрохождения резонатором амплитудных значений угла. Это предположение былоподтверждено для нулевой угловой скорости.Показано, что в районе механическихэкстремумов 90о и 270о ошибка максимальна.
Данный фактобосновывает предположение о том, что ошибки, из-за которых формируется белый шум в сигнале ЛГ,возникают в моменты прохождения резонатором амплитудных значений углаколебаний.Следовательно, величина и знак погрешности на каждом такте ВЧПопределяются положением амплитудных значений углов резонатора на фазовойплоскости оптических колебаний или, что то же самое, относительноитерференционной картины на фотоприемнике.Ошибки измерения,особенно в районе механических экстремумов, определяют главную погрешностьвносимою вибрационной частотной подставкой называемой случайным дрейфом.
Дляборьбы со случайным дрейфом предлагалось большое количество различных фильтров. Оптимальным в классе линейных является фильтр, реализующийпростое осреднение сигнала. Предлагались также нелинейные фильтры, однако всегда оказывалось, что онинедопустимым образом искажают сигнал.Практически единственным способом борьбыс рассматриваемой случайной составляющей погрешности в настоящее время являетсяувеличение длительности наблюдения.
Ошибка измерения угла растетпропорционально корню квадратномуиз времени, а погрешность определения угловой скорости падает по тому же закону.Рассмотренный способфильтрации, являясь, оптимальным,все же крайне неэффективен.Для повышения точности в N раз требуется в N2 разбольше времени.Поэтому актуальной представляется задача поискаальтернативных путей уменьшения шумовой составляющей погрешности ЛГ, нетребующих увеличения времени измерения.
Решение поставленной задачи позволилобы уменьшить время готовности инерциальных систем, повысить быстродействиелазерных компасов и т.д. с одновременным улучшением точности приборов.Фильтрация белошумовой составляющей дрейфамалоэффективна и поэтому способы борьбы с этой погрешностью следует искать несреди методов обработки выходного сигнала гироскопа, а на путях подавленияусловий, способствующих ее возникновению.В рамках предложенной выше математической моделицелесобразно исследовать величину дрейфа ЛГ для различных законов ошумлениячастотной подставки нормального, равномерного, а так же для различныхкоэффициентов корреляции амплитуд . Эта работа проводится авторами в настоящеевремя с целью выбора оптимального алгоритма ошумления механической частотнойподставки.Из теории известно , чтосуществует целая последовательность значений амплитуды колебаний амплитудыБесселя , при которых ширина области синхронизации обращается в ноль.В связи с чем представляет определенный интерес анализвыходной характеристики ЛГ Y t от величиныамплитуды подставки W2, т.к.зависимость ширины области синхронизации не является монотонной и определенияточности поддержания амплитуды подставки jБ, обеспечивающей исключениевлияния зоны захвата.Решение уравнения 1 показало, что, при поддержании jб с точностью 0.0001 можно измерятьскорость порядка 0.001 o час. Однако даже в этом случае имеетсяотклонение от истинного значения.
Держать амплитуду колебаний ВЧП с такойточностью практически невозможно, и в прямом виде данный метод для измеренияугловой скорости использован быть не может.В идеальном случае, приугловой скорости захвата равной нулю, оптический и механический экстремумы совпадают.Чем больше скорость захвата, тем больше разность между экстремумами.При этом при колебаниях относительно четной полосыоптический экстремум опережает механический, при колебаниях относительнонечетной полосы механический опережает оптический. В связи с этим необходимоосуществлять изменение полярности подачи импульсов, в зависимости отинтерференционной полосы.По мере увеличенияамплитуды, но еще j lt jб появляется чувствительность к угловойскорости.
Происходит постепенное смещение центра колебаний под действиемугловой скорости.
Следовательно, D1 перестает быть равной D2 и начинает действовать обратная связь, котораяпытается парировать угловую скорость и симетрировать колебания.
По выходномузначению обратной связи появляется возможность измерять действующую угловуюскорость.Дляадекватного описания переходных процессов происходящих при обнулении, а так жедля выбора момента обнуления необходимо учитывать динамику вибрационнойчастотной подставки, которую целесобразно описать колебательным звеном.Полученаматематическая модель ЛГ с обратной связью x 1 x2,x 2 - 2pf 2x1-2d x2 a0cos2pf t,x 3 W1 siny x2 S D2-D1 уравнениелазерного гироскопа ,где a0 2dwB0 4dp k D.Предложена математическая моделькольцевого квантового генератора, позволяющая создать ЛГ нового поколения,удовлетворяющего требованиям к перспективным навигационным системам.Показанавозможность создания ЛГ с обратной связью, в котором пробным сигналомопределяется отклонение амплитуды от значения амплитуды Бесселя, а так жевлияние зоны захвата в данный момент.
При помощи системы автоматическогорегулирования амплитуды колебаний и мгновенной разности фаз между встречнымиволнами осуществляется режим, при котором влияние захвата сводится к нулю, иповышается точность при существующем уровне технологии изготовления ЛГ.