Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов - Анучин О.Н.
ISBN 5-90780-22-8
Скачать (прямая ссылка):
208
сложный прибор, который может применяться в ИНС (рис.3,12}.
• резонансный ВОГ — наименее отработанный технологи^' ски, но имеющий наибольшую потенциальную точность.
Рис.3. II И нтерф еро метр ичес кий ВОГ с разомкнутым контуром: 1 — ответвитєль; 2 - фотодиод; 3 — фотодетектор, 4 - многофункциональная оіггическая интегральная схема (МОИС); 5 - катушка; 6 - фазовый модулятор; 7- поляризатор; S- расщепитель
Рис.3.12. И ВОГ с замкнутым контуром. 1 - источник света; 2— фотодиод, 3 — фотодетектор, мнософункцио-нальная оптическая интегральная схема (МОИС); 5 — катушка: 6 — фазовый модулятор; 7 — поляризатор; S - расщепитель
Для ВОГ характерны гибкость конструкции, высокая чувствительность (большая величина масштабного коэффициента), низкая стоимость и потенциально высокая надежность. Гибкость конструкции ВОГ обеспечивается использованием базового набора однотипных компонентов, к которым относятся: источник светового излучения (светодиод или лазерный диод); детектор» многофункциональная оптическая интегральная схема (МОИС)>
209
f . '
ответвитель (может быть встроен в МОИС); волоконная катушка; электроника.
Характеристики ВОГ в значительной степени задаются длиной волокна и диаметром катушки. Большие длина и диаметр обеспечивают более высокие характеристики, однако увеличение длины волокна повышает стоимость, а увеличение диаметра — массу. Точность масштабного коэффициента определяется стабильностью длины волны источника излучения, от которого зависит также вводимая в волоконный световод мощность и, следовательно, соотношение сигнал/шум. Допустимый уровень последнего ограничивается чувствительностью фото детектора. МОИС, в принципе, определяет стабильность смещения нуля и линейность масштабного коэффициента.
С точки зрения эффектавности производства оптимальным гироскопом является такой, в котором используется минимальное количество различных базовых элементов для удовлетворения различным требованиям к рабочим характеристикам гироскопа. В табл. 3.4 показан такой набор компонентов для трех различных уровней характеристик: 1-й уровень — гироскоп для автономной ИНС класса точности 1 миля/ч; 2-Й уровень — гироскоп для систем ориентации, систем стабилизации антенн PJIC и электронно-оптических визиров; 3-й уровень — ПфОСкОП для измерения угловых скоростей.
Таблица 3.4
Характеристика Уровень характеристик НОГ
1-й 2-й 3-й
Стоимость Средняя H из кая Очень низкая
Габариты, мм диаметр/высота 100/25 50/12 25/12
Источник света Светодиод или лазерный диод
Длина волны, им 820 - 1500
Длина ію.кжна. м 1000 200 100
Диаметр катушки, мм 100 50 25
N1 асіїпаб ни Й коэфф HI Hl-епт. мкрад /(грал/ч) 12,55 1,24 0.32
МОПС Тип 1 Тип 2
Ф" голетектор Аналоговый
Электроника Прецизионная (время прохождения - 5 мке) Прецизионная (время прохождения - I MKC) Прецизионная (время прохождения - 0,5 мхе)
Из этой таблицы видно, что три существенно различных овня требований к гироскопам можно охватить:
210
• переменной длиной и диаметром катушки;
• двумя типами МОИС;
• одним типом фотодетектора;
• двумя типами источника излучения.
Следует также иметь в виду, что базовые элементы ВОГ позволяют компоновать их в зависимости от условий эксплуатации различными способами: либо в одном корпусе либо в виде двух или нескольких подблоков. Исполнение в одном корпусе удобно для использования ВОГ в системах, предназначенных для работы короткими периодами в течение нескольких лет, так как в случае отказа піроскопа считается выгодным его демонтаж и замена. При компоновке в двух подблоках чисто оптические элементы отделены от элсктрооптическнх, выделяющих значительное тепло, которое может стать при некоторых условиях проблемой.
ВОГ является высокочувствительным прибором, позволяющим измерять крайне малые угловые движения. В этом отношении он имеет значительные преимущества перед ЛГ сравнимых размеров. Так, например, ЛГ с оптическим путем длиной ]20 мм имеет масштабный коэффициент 4 утл.с на одну интерференционную полосу (при некотором усложнении конструкции можно достичь углового разрешения в 1 угл.с), а для измерения углов менее ] угл.с требуется дополнительный аналого-цифровой преобразователь. В то же время близкий по габаритам ВОГ обеспечивает разрешение 0,025 угл.с.
Надежность всех оптических датчиков, в том числе ЛГ и ВОГ, определяется в первую очередь надежностью источника излучения. Применяемый в ВОГ полупроводниковый источник, не требующий большой мощности возбуждения, способен обеспечить продолжительный срок службы данного піроскопа при высокой надежности. Электроника ВОГ работает в области умеренных чUCTOT (сотни герц) и может быть выполнена по стандартной технологии. В ряде ВОГ может использоваться детектор с длительным сроком службы, вьшускающийся серийно. Остальные оптические элементы в основном являются пассивными и не влияют на надежность.
Для построения системы пространственной ориентации или инерциальной навигационной системы требуется как минимум три ВОГ.
Для построения отказоустойчивых ИНС значительная эффективность достигается при использовании интеферометрических ВОГ с замкнутым контуром. При этом нет необходимости иметь
