Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов - Анучин О.Н.
ISBN 5-90780-22-8
Скачать (прямая ссылка):
Перспективы использования ДНГ для БИНС, интегрированных со спутниковой навигационной системой (СНС) связаны прежде всего с возможностью уменьшения их габаритов и стоимости без ухудшения метрологических характеристик. Как уже говорилось, большинство существующих разработок базируется на конструктивной схеме с двойным виброкардановым подвесом ротора. В евязи со сложной технологией производства стоимость таких приборов и в России, и за рубежом, оценивается примерно 3 В000 долл. США без стоимости электроники, а возможности Уменьшения массогабаритных характеристик можно считать практически исчерпанными. В этом плане существенными преимуществами обладает конструктивная схема с ротором, непосредственно подвешенным с валом приводного двигателя. При-
206
мерами реализации этой схемы являются РВГ-1М, MGL 80-3, MGL 80-50 и ТАМАМ.
На сегодняшний день стоимость РВГ-lM, включая электронику, составляет примерно 2000 долл. США. Имея в виду, что такие конструктивные схемы допускают применение планарньтх технологий, они обладают существенным резервом снижения габаритов и стоимости. Действительно, при изготовлении самого «деликатного» узла — ротора на упругом подвесе с датчиком угла и датчиком момента - возможно применение нетрадиционньтх для гироскопии материалов (кремний, кварц, стекло и др.) и технологических процессов, хорошо освоенных в электронной промышленности: травление, напыление и т.п. Учитывая высокую степень автоматизации этих процессов, а также возможность интеграции при этом механической и электронной части прибора, можно прогнозировать существенное уменьшение его стоимости и габаритов.
Таким образом, ДНГ могут быть основой для построения ИСОН, имеющих невысокую стоимость, трудоемкость и габариты и обладающих преимуществом перед аналогичными системами, построенными на микромеханических гироскопах, заключающимся в наличии так называемой «гироскопической памяти», т.е. возможности достаточно длительной автономной работы при потере сигнала СНС.
Однако среди недостатков для ДНГ как ДУС помимо ограниченных надежностных характеристик имеются существенная зависимость его дрейфа от кажущегося ускорения в месте установки и значительная величина (0,1%) нестабильности масштабного коэффициента. Вследствие этого в последнее время получили развитие в качестве ДУС новые типы гироскопов, например волоконно-оптические (БОГ), для которых характерно отсутствие указанных недостатков. ВОГ представляет собой цельноволоконный вариант кольцевого оптического интерферометра Саньяка, выполненного из специального сверхтонкого одномодового оптического волокна, сохраняющего поляризацию излучения. Принцип действия ВОГ аналогичен принципу действия лазерных гироскопов. Оптическое излучение люминесцентного диода вводится в два противоположных конца световода. Если кольцевой световод не вращается, то пути, проходимые каждой из встречно бегущих волн, оказываются одинаковыми и разность фаз между ними равна нулю. При вращении между встречными волнами возникает дифференциальная разность фаз. В оптиче-
207
ском диапазоне волн разность фаз регистрируется по линейному смещению интерференционной картины, т.е. разности хода встречных волн в кольцевом световоде. Минимальное значение регистрируемой разности определяет точность ВОГ.
Создание и широкое освоение волоконно-оптической технологии сделало возможным разработку разнообразных датчиков физических величин на базе волоконных световодов и интегрально-оптических компонентов. При достаточно высокой для многих случаев практического применения чувствительности и точности измерений волоконно-оптические датчики обладают следующими важными достоинствами:
• малые габариты и масса;
• малое потребление энергии;
• большой динамический диапазон измеряемых угловых скоростей;
• отсутствие вращающихся механических элементов, что повышает надежность и удешевляет их производство;
• практически мгновенная готовность к работе;
• нечувствительность к большим линейным ускорениям и, следовательно, работоспособность в условиях высоких механических перегрузок;
• высокая помехоустойчивость, нечувствительность к мощным внешним электромагнитным воздействиям благодаря диэлектрической природе волокна;
• отсутствие гальванической связи между чувствительным элементом и регистрирующим устройством;
• возможность передачи по световоду оптических сигналов малой мощности.
Работы по созданию ВОГ велись в течение более десяти лет и продолжаются в настоящее время многими известными зарубежными фирмами, среди которых в первую очередь следует назвать Honeywell, Litton, Rockwell International, Nojthrop, а также Лабораторию им. Ч.ДреЙпера. Появилось несколько разных типов ВОГ, которые в зависимости от технической завершенности либо уже используются, либо находятся в завершающей стадии разработок;
• интерферометрический ВОГ (ИВОГ) с разомкнутым контуром — наименее точный прибор, пригодный главным образом в качестве датчика угловой скорости в системах пространственной ориентации (рис.3.]]);
• ИВОГ с замкнутым контуром — более точный и более
