Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Авиация и космонавтика /

Исследование влияния зоны захвата при работе лазерного гироскопа



Скачать реферат


InherРазработка и исследование методов уменьшения влия-ния зоны захвата при работе лазерного гироскопа.

В сочетании с акселерометрами лазерные гироскопы (ЛГ) на-шли широкое применение в бесплатформенных инерциальных нави-гационных системах (БИНС), позволяющих с высокой точностью определять углы ориентации подвижного объекта.

Главной проблемой при работе ЛГ является наличие зоны за-хвата, которая определяется качеством отражающих зеркал. Увели-чение коэффициента отражения связано с большими материальными затратами и технологическими трудностями.

Наибольшее распространение для борьбы с зоной захвата по-лучил метод так называемой «вибрационной частотной подставки» (ВЧП). При этом методе ЛГ закрепляется на упругом подвесе и с помощью электромагнитного или пьезоэлектрического моментного устройства подвергается принудительным угловым колебаниям.

На сегодняшний день практически единственным способом снижения зоны захвата является амплитудная модуляция колебаний резонатора квази-случайной периодической функцией (ошумление частотной подставки). Модулирующая функция выбирается таким образом, что амплитуды колебаний оказываются нормально распре-деленными, а их автокорреляционная функция быстро затухает.

Основным недостатком ВЧП является то, что при прохожде-нии резонатором в процессе колебаний зоны малых скоростей воз-никают погрешности, вызываемые захватом, при постоянной час-тотной подставке эти погрешности приводят к постоянному дрейфу, зависящему от измеряемой скорости, а при ошумлении - к случай-ным погрешностям, близким к белому шуму.

Поскольку сигналы ЛГ, как правило, используются после ин-тегрирования, интегрируются и рассматриваемые погрешности. Как известно, интеграл белого шума является нестационарным процес-сом, дисперсия которого линейно растет со временем. Таким обра-зом, в составе сигнала прибора появляется возрастающая по закону t0.5- погрешность, которая определяет точность прибора.

С целью исследования характера поведения зоны захвата при работе с вибрационной частотной подставкой была предложена мо-дификация уравнения классического уравнения ЛГ гироскопа.

/+0sin= 1+ 2sin(t) (1),

где 0- граница полосы синхронизации в отсутствии колеба-ний ВЧП; 1- измеряемая скорость, вызванная вращением лазера; 2- амплитуда колебаний ВЧП; - частота колебаний подставки.

Второй член в левой части уравнения отражает влияние захва-та, которое сводится к нелинейному демпфированию процесса. При этом в зависимости от разности фаз двух встречных волн возможно как демпфирование, так и антидемпфирование.

Для анализа влияния зоны захвата в уравнение (1) была включена случайная ВЧП. При наличии частотной подставки влия-ние захвата проявляется, в основном, при малых угловых скоростях, т.е при максимальных отклонениях резонатора от положения равно-весия. Следовательно, логично ожидать, что на данном такте час-тотной подставки погрешности формируются во время прохождения резонатором амплитудных значений угла. Это предположение было подтверждено для нулевой угловой скорости. Показано, что в рай-оне механических экстремумов (90о и 270о) ошибка максимальна. Данный факт обосновывает предположение о том, что ошибки, из-за которых формируется белый шум в сигнале ЛГ, возникают в момен-ты прохождения резонатором амплитудных значений угла колеба-ний. Следовательно, величина и знак погрешности на каждом такте ВЧП определяются положением амплитудных значений углов резо-натора на фазовой плоскости оптических колебаний или, что то же самое, относительно итерференционной картины на фотоприемнике.

Ошибки измерения, особенно в районе механических экстре-мумов, определяют главную погрешность вносимою вибрационной частотной подставкой называемой случайным дрейфом. Для борьбы со случайным дрейфом предлагалось большое количество различ-ных фильтров. Оптимальным в классе линейных является фильтр, реализующий простое осреднение сигнала. Предлагались также не-линейные фильтры, однако всегда оказывалось, что они недопусти-мым образом искажают сигнал. Практически единственным спосо-бом борьбы с рассматриваемой случайной составляющей погрешно-сти в настоящее время является увеличение длительности наблюде-ния. Ошибка измерения угла растет пропорционально корню квад-ратному из времени, а погрешность определения угловой скорости падает по тому же закону.

Рассмотренный способ фильтрации, являясь, оптимальным, все же крайне неэффективен. Для повышения точности в N раз тре-буется в N2 раз больше времени.

Поэтому актуальной представляется задача поиска альтерна-тивных путей уменьшения шумовой составляющей погрешности ЛГ, не требующих увеличения времени измерения. Решение поставлен-ной задачи позволило бы уменьшить время готовности инерциаль-ных систем, повысить быстродействие лазерных компасов и т.д. с одновременным улучшением точности приборов.

Фильтрация белошумовой составляющей дрейфа малоэффек-тивна и поэтому способы борьбы с этой погрешностью следует ис-кать не среди методов обработки выходного сигнала гироскопа, а на путях подавления условий, способствующих ее возникновению.

В рамках предложенной выше математической модели целе-собразно исследовать величину дрейфа ЛГ для различных законов ошумления частотной подставки (нормального, равномерного, а так же для различных коэффициентов корреляции амплитуд). Эта рабо-та проводится авторами в настоящее время с целью выбора опти-мального алгоритма ошумления механической частотной подставки.

Из теории известно , что существует целая последователь-ность значений амплитуды колебаний (амплитуды Бесселя), при ко-торых ширина области синхронизации обращается в ноль.

В связи с чем представляет определенный интерес анализ вы-ходной характеристики ЛГ (t) от величины амплитуды подставки 2, т.к. зависимость ширины области синхронизации не является монотонной и определения точности поддержания амплитуды под-ставки Б, обеспечивающей исключение влияния зоны захвата.

Решение уравнения (1) показало, что, при поддержании б с точностью 0.0001 можно измерять скорость порядка 0.001 o/час. Од-нако даже в этом случае имеется отклонение от истинного значения. Держать амплитуду колебаний ВЧП с такой точностью практически невозможно, и в прямом виде данный метод для измерения угловой скорости использован быть не может.

В идеальном случае, при угловой скорости захвата равной ну-лю, оптический и механический экстремумы совпадают. Чем больше скорость захвата, тем больше разность между экстремумами.

При этом при колебаниях относительно четной полосы опти-ческий экстремум опережает механический, при колебаниях относи-тельно нечетной полосы механический опережает оптический. В связи с этим необходимо осуществлять изменение полярности пода-чи импульсов, в зависимости от интерференционной полосы.

По мере увеличения амплитуды, но еще (




Copyright © 2005—2007 «Mark5»