Гирокомпас на основе зеемановского кольцевого лазера

• Автор: Колбас, Юрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 69 с. : ил.

Содержание.
:
Введение

Глава 1. Функциональная схема и принцип работы гирокомпаса на основе

зеемановского кольцевого лазера

§1.1 Функциональная схема гирокомпаса

§ 1.2 Алгоритм работы гирокомпаса

§1.3 Определение предварительного азимута

§1.4 Определение точного азимута

Глава 2. Модель ошибок гирокомпаса с использованием зеемановского»

кольцевого лазера
§2:1 Источники ошибок гирокомпаса
§2.2 Ошибка, связанная с дрейфом лазерного гирокомпаса.
Вывод формул и количественная оценка
§ 2.3 Ошибки, связанные с определением точки стояния и нестабильностями
базовых плоскостей гирокомпаса. Вывод формул и количественная оценка
§ 2.4 Ошибка, связанная с определением углов к плоскости горизонта.
Вывод формул и количественная оценка:
Глава 3. Физические причины ошибок и методы их устранения или
компенсации
§ 3.1 Физические причины дрейфа лазерного гироскопа с зеемановским
кольцевым лазером в режиме реверса мод генерации: Выбор оптимальной схемы и алгоритма температурной коррекции
§ 3.2 Физические причины изменения положений базовых поверхностей.
Выбор оптимальной схемы и алгоритма температурной коррекции
§ 3.3 Физические причины ошибок определения углов к плоскости горизонта.
Выбор оптимальной схемы и алгоритма температурной коррекции
§ 3.4 Сравнение с экспериментальными результатами и количественная
оценка предельно достижимой технической точности статического
гирокомпаса с использованием зеемановского кольцевого лазера.
Глава 4.

Конструкция лазерного гирокомпаса ЛГК-4 и результаты ее испытаний.
Описание конструкции лазерного гирокомпаса ЛГК-4.
Программное обеспечение лазерного гирокомпаса ЛГК-4.
Результаты испытаний лазерного гирокомпаса ЛГК-4 при повышенных и пониженных температурах окружающей среды.
Результаты испытаний лазерного гирокомпаса ЛГК-4 при механических ударах и вибрациях.
Результаты испытаний лазерного гирокомпаса ЛГК-4 при отличных от нуля наклонах измерительной оси прибора к плоскости местного горизонта.
Результаты практической эксплуатации ЛГК-4 в составе дальномера целеуказателя.
Заключение
Литература
Введение.
В исторической ретроспективе инструменты для определения азимута - т.е. направления на Север (или Юг) претерпели ряд инновационных изменений. Начавшись с простых наблюдений за природными объектами (включая наблюдения за положениями звезд и Солнца) в 15 веке они привели к широкому распространению среди навигаторов магнитных компасов, которые до начала 20 века были единственным автономным прибором для измерения азимута. К сожалению, магнитные компасы неустойчиво работают в условиях магнитных аномалий, механических вибраций, климатических воздействий. Само магнитное склонение, т.е. угол между направлениями на магнитный и истинный полюса Земли, не является постоянным, что требует постоянного обновления карт и точного знания точки стояния. Использование магнитных компасов на объектах, содержащих ферромагнетики, требует учета девиации магнитного поля, величина которой сильно зависит от ориентации самого объекта в магнитном поле Земли. В настоящее время лучшие образцы магнитных компасов обеспечивают точность не лучше 1,5° при отсутствии магнитных аномалий.
В начале 20-го века появился альтернативный способ измерения азимута при помощи гироскопов. Этот метод основан на использовании вектора высокостабильной угловой скорости вращения Земли как репера направления непосредственно на Север или Юг. Для этого используются механические гироскопы с двумя степенями свободы й смещенным центром тяжести [1,2] или снабженных датчиками уровня, по показаниям которых ось вращения гироскопа удерживается в плоскости местного горизонта [3].
С появлением в 70-х годах прошлого века бесплатформенных инерциальных систем (БИ11С) их начальная выставка, в которую входит определение азимута и углов наклона к плоскости местного горизонта стала производиться путем измерения проекций угловой скорости вращения Земли и ускорения силы тяжести на измерительные оси датчиков угловой скорости (ДУС) и акселерометров [4..7]. С развитием лазерных гироскопов (лазерных ДУС) и достижением ими точности 0,01°/ч появились идеи создания лазерных гирокомпасов:
Первые схемы гирокомпасов на лазерных гироскопах были предложены в начале 70-х годов 20 в. [8..12]. В этих работах был предложен динамический метод измерения азимута, а именно непрерывное измерение показаний лазерного гироскопа, ось чувствительности которого непрерывно вращается в горизонтальной плоскости. Очевидно,

Оценим величину сдвига. За время гирокомпасирования Т самопрогрев лазера описывается формулой (44) и соответственно расширение лазера равно АЬ = КТР Ь,
Тгир
где Ь- длина оптического контура. Считая начальную форму оптического контура абсолютно симметричной можно считать, что для компенсации расширения АЬ каждое из двух пьезозеркал должно переместиться на расстояние ЛЬ/'/32. Соответственно максимальный Дг сдвиг луча по сечению канала составит примерно ЛЬ/8.
Учтем, что диаметр луча составляет примерно 0,5 мм, диаметр канала 2 мм, Ь=160 мм, КТР=1.5*10'7 отн.ед.ЛС, АТг11р=25 °С, тгир=40 мин., Т=5 мин.. Тогда сдвиг луча составит 1*10'5 мм, что пренебрежимо мало по сравнению как с диметром луча так и с диаметром канала.
Вклад квазинемагнитной составляющей дрейфа из-за электронных блоков весьма значителен, прежде всего, из-за БЧП.
Из формулы (31) с учетом (45) запишем зависимость коэффициента Ь от температуры гироскопа:

7Г 7Г 7Г
12кТП1?(—)2 12к(273) (—)2 8,94* 105 к(~)2
П1 п - АТ А
гир о
(49),
3,276 *103к(-)2 Л
Для временной зависимости магнитного дрейфа из-за несимметрии подставки А08МП из (33) и (49) можно записать формулу:
АП =~2(4. - )Н3АТ е'7* (50)>
емп От О' К
* гир
где АТК- разность между длительностями положительного и отрицательного полупериодами коммутации подставки в момент включения 1=0.
Тогда согласно (29) найдем величину квазинемагнитной составляющей дрейфа 08Шбчи: