Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов - Анучин О.Н.
ISBN 5-90780-22-8
Скачать (прямая ссылка):
В общем виде теоретически решены задачи идентификации параметров детерминированной модели дрейфа, разработаны математическое и программное обеспечение, методики испытаний, определены требования к аппаратуре испытаний и созданы образцы такой аппаратуры на базе автоматизированной регистрации и обработки результатов испытаний с помощью IBM PC
Необходимыми направлениями дальнейшей отработки модели дрейфа ЭСГ являются :
187
• создание прецизионных статических и динамических стендов, обеспечивающих точную ориентацию гироскопа в географической системе координат и задаваемые программно его развороты;
• разработка МО и ПО с использованием моделирующих и прикладных программ на базе современных PC высокой мощности и быстродействия;
• продолжение теоретических исследований по совершенствованию модели дрейфа ЭСГ, обусловленного действием консервативных и не консервативных сил, в частности для ЭСГ с полым ротором — градиентом температуры окружающей среды;
• разработка ПО для алгоритмической компенсации погрешностей ЭСГ;
• продолжение теоретических исследований влияния режимов движения основания на погрешности ЭСГ, в том числе исследования возможных режимов автокомненсации.
Общие направления развития ЭСГ. Дальнейшая разработка таких приборов должна базироваться на:
• использовании прецизионного станочного оборудования, обеспечивающего точность изготовления малогабаритных деталей на уровне не хуже 0,1 мкм;
• разработке и использовании специального метрологического оборудования, обеспечивающего измерение и паспортизацию: линейных размеров деталей с точностью на хуже 0,05 мкм; угловых размеров с точностью единиц угловых секунд; чистоты поверхности не хуже 0,01 мкм;
• использовании импортной элементной базы аналоговой и цифровой техники, микрокомпьютеров;
• использовании современных средств проектирования на 'базе мошных ЭВМ.
3.1.2. Лазерные гироскопы. Лазерный гироскоп (ЛГ) является в настоящее время одним из наиболее широко распространенных инерциальных датчиков. За три десятилетия развития он прошел все стадии от лабораторных макетов до серийно выпускаемых приборов, используемых для построения инерциальных систем навигации различных классов точности. Глубокие теоретические исследования и опыт промышленного изготовления позволили определить наиболее целесообразные области практического использования ЛГ [20,48,58,62,73,76],
В основе работы ЛГ лежит эффект Саньяка, определяющий разность времен обхода At вращающегося замкнутого контура
388
световыми пучками, распространяющимися в противоположны^ направлениях [20, 4S]:
р2
Al =
1
(3.1.3)
1 + -
где Cl — скорость вращения; R — радиус вектор точки замкнуто, го контура. В случае когда оптический замкнутый контур образован зеркала^щ кольцевого резонатора (три, четыре зеркала или более) разность времен обхода трансформируется в разность собственных частот кольцевого резонатора для собственных типов колебаний, распространяющихся в противоположньгх направлениях (разность частот встречных волн). Если компенсировать потери кольцевого резонатора помещением в него усиливающей среды, например смеси He-Ne, то могут быть созданы условия для генерации встречных волн. Их частоты оказываются зависимы от угловой скорости вращения вокруг нормали к плоскости резонатора. Тогда разностная частота встречных волн оказывается в первом приближении пропорциональна угловой скорости 45
~ (3.1.4)
где LuS резонатора.
Av = 2л—П,, XL
соответственно периметр и площадь кольцевого
Рис 3.7. Трех- и четырехзеркальный кольцевой лазер
Таким образом в общем случае ЛГ представляет собой трех-или четырехзеркальный кольцевой лазер (рис.3.7), в котором генерируется одна или несколько пар встречных волн. Разность частот Av несет в себе информацию о скорости вращения Лґ, я
'і
разность фаз, которая может быть получена как А*? = J Д •
h
характеризует угловое положение ЛГ. Записывая выраженИе
189
M дч^
4.V
(З 1.4) в форме Av-KQ.. где K = 2к— — масштабный коэффициент ЛГ, нетрудно увидеть, что ЛГ обладает исключительно высокой чувствительностью. Действительно, для ЛГ с резонатором квадратной формы и стороной 10 см имеем A^lO6. Для оценки потенциальной точности ЛГ необходимо знать источники шума, принципиально неустранимого посредством каких-либо технических решений. Основным источником такого шума в ЛГ является спонтанное излучение активной среды, некогерентное по отношению к генерируемым в лазере волнам. Результаты анализа [25]. учитывающего вклад спонтанного излучения, показывают, что величина флюктуации разности фаз встречных волн (средний квадрат отклонения) пропорциональна времени измерения T
Г Л-^-р}т, (3.1.5)
где P — мощность выходного излучения, Av р — ширина линии резонатора, v — частота электромагнитного излучения, h ~ постоянная Планка, Переход от разности фаз к измеряемым угловым перемещениям даст для среднеквадратической ошибки определение углового положения ДО
ДО J-^Av __&/?\ (3.1.6)
Предельная погрешность измерений и ЛГ, как следует из (3.1.6), пропорциональна *JT, так как она является результатом интегрирования белого шума (вклада спонтанного излучения). В связи с этим потенциальную точность ЛГ (его «квантовый предел») характеризуют обычно коэффициентом случайного блуждания или случайного дрейфа