Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов - Анучин О.Н.
ISBN 5-90780-22-8
Скачать (прямая ссылка):
Перечисленные недостатки метода виброподставки и rate-bias техники заставляют разработчиков искать альтернативные пути преодоления зоны захвата. Попытки решения этой проблемы оптическими методами предпринимались в течение всего периода развития ЛГ. В настоящее время они вылились в создание так называемых четырехчастотных ЛГ [58]. Принципиальным отличием четырехчастотного ЛГ от двухчастотного является то, что в четырехчастотных ЛГ осуществляется генерация волн с круговой поляризацией. Причем в каждом из направлений распространения генерируются две волны с правой и левой круговыми поляризациями (рис.3.9).
Рис.3.9. Четырехчастот-ный ЛҐ
Av г
Av1 = Av11 +KQ
левая круговая поляризация
правая круговая поляризация
По существу можно сказать, что в этом случае в одном P^30' наторе одновременно реализуются два кольцевых лазера. РазД?" ление волн с левой и правой круговой поляризацией может о°У' 193
ществляться посредством помещения в резонатор элемента, обдающего оптической активностью. В этом случае оптическая длина периметра для волн с левой и правой круговыми поляризациями становится неодинаковой и возникает расщепление по частоте волн, распространяющихся в одном направлении. Другим способом их разделения по частоте является использование неплоского или «сломанного» резонатора. Такой способ является предпочтительным, так как в данном случае отпадает необходимость размещения в резонаторе элемента, вносящего дополнительный вклад в потери и анизотропию резонатора.
Зона захвата для каждой пары волн сохраняется. Для ее исключения в резонаторе четырехчастотного ЛГ размешается элемент Фарадея (фарадеевский вращатель), который создает начальное расщепление частот для каждой пары волн с разными круговыми поляризациями. Чрезвычайно важным фактором при этоМ является то, что начальные расщепления для разных круговых поляризаций имеют разные знаки, в то время как расщепление, обусловленное врашением ЛГ, имеет один и тот же знак для обеих поляризаций, т.е. для одного кольцевого лазера разность частот встречных волн
Av1 = Av1-J +Ш; Av2 = Av0 -Ш.
где Avи — начальное фарадсевское расщепление. Регистрация разности частот в каждом из лазеров и последующее вычитание одного расщепления из другого позволяет полностью скомпенсировать начальное фарадсевское смещение Av(1. При этом величина разности частот за счет вращения удваивается, что эквивалентно удвоению масштабного коэффициента, фарадсевское расщепление может быть осуществлено наложением магнитного поля непосредственно на активную среду.
Реализация четырехчастотного ЛГ позволяет создать датчик Для инерциальных систем, свободный от недостатков, характерных для двухчастотных ЛГ.
Кроме описанных выше систем и устройств, основным назначением которых является преодоление зоны захвата, в ЛГ используются, как правило, дополнительные системы, без которых невозможно было бы достигнуть высоких точностных характеристик. Среди таких систем необходимо отметить следующие:
• система стабилизации мощности излучения, поддержи-вающая неизменной постоянную составляющую интенсивности
194
одного из выходных лучен ЛГ либо амплитуду сигнала биений встречных волн ЛГ;
• система стабилизации периметра резонатора, поддерживающая постоянной оптическую длину периметра резонатора ЛГ за счет удержания одной из генерируемых волн на вершине линии усиления активной среды. Стабилизация осуществляется в зеркатъных резонаторах с помощью перемещения одного из зеркал резонатора пьезоэлементом. В призменных резонаторах используется изменение температуры в одном из каналов ЛГ, заполненных пассивной газовой средой;
• система минимизации влияния обратного рассеяния, регулирующая положение еще одного из зеркал резонатора таким образом, чтобы глубина модуляции за счет обратного рассеяния каждой из встречных волн на частоте биений была бы минимальной.
Чрезвычайно важным для работы ЛГ является качество зеркал с точки зрения величины обратного рассеяния и потерь в резонаторе Именно успехи в этой области, обусловленные значительным прогрессом в технологии, обеспечили существенное повышение точностных характеристик ЛГ.
Использование в качестве материала резонатора стеклокерамики с чрезвычайно низким (порядка 10~9) коэффициентом теплового расширения, обеспечение высокой стабильности тока разряда при возбуждении активной среды постоянным током и ряд других факторов позволили создать ЛГ с достаточно высокой точностью, обеспечить их конкурентноспособность по отношению к традиционным гироскопам.
Основными параметрами, характеризующими точность работы ЛГ, являются следующие:
• масштабный коэффициент, определяющий разрешение ЛГ;
• стабильность и нелинейность масштабного коэффициента;
• сдвиг нуля иыходной характеристики или дрейф ЛГ (обычно определяют постоянную составляющую этого параметра и его нестабильность от запуска к запуску, ото дня ко дню и т.д.);
• случайный дрейф ЛГ, являющийся результатом интегрирования белого гауссового шума разности фаз выходного сигнала ЛГ. Основными источниками белого шума являются спонтанное излучение активной среды и многократный проход через зону захвата при использовании виброподставки и rate-bias техники.