Исследование конструктивно-технологических характеристик лазерного гироскопа с целью повышения его качества

• Автор: Молчанов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 206 с. : ил.

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи

1.1. БИНС на лазерных гироскопах и их характеристики

1.2. Анализ требования к гироскопическим датчикам БИНС

1.3. Лазерный гироскоп

1.3.1. Основные погрешности лазерного гироскопа

1.3.2. Анализ способов снижения влияния синхронизации частот на выходной сигнал ЛГ

1.4. Лазерный гироскоп ЛГ

1.4.1. Основные элементы лазерного гироскопа ЛГ

1.4.2. Технологический процесс изготовления ЛГ

1.5. Проблематика повышения качества в технологии ЛГ

1.6. Постановка задачи исследования

Глава 2. Разработка математической модели лазерного гироскопа с вибрационной частотной подставкой
2.1. Модель выходного сигнала ЛГ с вибрационной частотной подставкой
2.2. Модель распределения поля в кольцевом резонаторе
2.3. Модель положительного столба газового разряда
2.3. Выводы
Глава 3. Разработка способа управления вибрационной частотной подставкой, компенсирующего влияние зоны захвата
3.1. Определение условий для компенсации влияния зоны захвата
3.2. Формирование компенсационного алгоритма управления вибрационной частотной подставкой
3.3. Получение исходной информации для управления
3.4. Результаты математического моделирования
3.4.1. Работа ЛГ в режиме вибрационной частотной подставки со случайным ошумлением
3.4.2. Работа ЛГ в режиме вибрационной частотной подставки с алгоритмом КУ

3.4.3. Учет влияния ошибок получения исходной информации 3.5. Выводы
Глава 4. Модернизация конструкции и технологии изготовления кольцевого резонатора
4.1. Моделирование распределение поля в кольцевом резонаторе
4.1.1.Моделирование распределение поля в резонаторе не возмущенном диафрагмой
4.1.2. Моделирование распределения поля в резонаторе с эллиптической диафрагмой
4.2. Формирование требований к диафрагме
4.3. Методика комплектования резонатора перед сборкой
4.4. Модернизация технологии изготовления диафрагмы
4.5. Экспериментальная оценка параметров кольцевых резонаторов
4.5. Выводы.
Глава 5. Индивидуальное прогнозирование ресурса КЛ
5.1. Поиск определяющего параметра
5.1.1. Схема установки и описание методики эксперимента
5.1.2. Результаты долговременных испытаний КЛ
5.2. Моделирование процессов в положительном столбе разряда
5.2.1. Пороговый ток возникновения реактивных колебаний в положительном столбе разряда
5.2.2. Релаксация легко ионизированных примесей в разрядном канале
5.3. Способ индивидуального прогнозирования ресурса КЛ
5.4. Автоматизированное рабочее место для определения ресурса КЛ
5.4.1. Структура автоматизированного рабочего места
5.4.2. Требования к программному обеспечению
5.5. Выводы.
Л Основные результаты работы.
Список литературы.
Приложения

Инерциальные навигационные системы (ИНС) являются основой навигационных комплексов всех современных летательных аппаратов. Преимуществами ИНС перед другими навигационными системами являются их автономность и помехозащищенность при определении основных параметров движения: координат местоположения, скорости, угловой ориентации, направления движения, ускорения, угловой скорости и др. [1 - 4]. Современные тенденции развития ИНС направлены на применение бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) [3 - 5, 10 - 11, 38 - 39]. БИНС по сравнению с платформенными ИНС имеют ряд преимуществ: простоту кинематической схемы, повышенную надежность, компактность, больший динамический диапазон, универсальность вычислительных алгоритмов в различных системах координат, уменьшение энергопотребления [5, 6, 10].
Реализация потенциальных преимуществ БИНС потребовала разработки гироскопических датчиков, удовлетворяющих их требованиям. Гироско-пические датчики платформенных ИНС работают в контурах стабилизации, как правило, в режиме ноль-индикатора, поэтому к ним предъявляются высокие требования по стабильности собственного дрейфа, а требования по величине измеряемых угловых скоростей и стабильности масштабного коэффициента не являются определяющими. Специфика применения БИНС, характеризующаяся большими угловыми скоростями, измеряемыми при функционировании на борту летательного аппарата, определяет одинаково жесткие требования к гироскопическому датчику, как по стабильности собственного дрейфа - не хуже 0,01 °Лтс , так и по стабильности масштабного коэффициента — на уровне 5- 10-10’6 [4, 5, 11]. Наибольшее распространение в качестве гироскопического датчика БИНС, благодаря своим достоинствам: широкому диапазону измеряемых угловых скоростей - сотни градусов в секунду, стабильности масштабного коэффициента - 1-10 -10'6, стабильности собственного дрейфа-0,005 ... 0,05 °/час, удобству сопряжения с цифровым вычислителем; получил лазерный гироскоп (ЛГ) [4 - 5, 11 - 12, 14,41, 43].

- это «геометрические потери» Г, равные доле энергии, «вырезанной» диафрагмой из падающего лазерного пучка:
п2т+п т! п! у

44-^-

44-

2х2 2у2
(2.12)
где: Нт(...) - полином Эрмита порядка т, и»*, мгу - поперечные размеры пучка в плоскости диафрагмы, 5- площадь за пределами отверстия диафрагмы.
Кроме геометрических потерь необходимо учесть потери, обусловленные рассеянием излучения, прошедшего через диафрагму. Как показано в [74], доля рассеянного излучения близка «геометрическим потерям», а угловая ширина рассеянного излучения оказывается намного больше угловой расходимости лазерного пучка, поэтому большая часть рассеянного излучения теряется, не попадая в резонаторную моду. В качестве первого приближения для суммарных дифракционных потерь можно использовать выражение :
. ГЛ/ = /- (1-Г)2=2Г (2.13)
В [75] предложен приближенный метод решения интегральных уравнений устойчивых резонаторов, в котором ищется распределение комплексной амплитуды оптической волны Е(х), падающей на диафрагму, а не прошедшей через нее. Решение для моды двухмерного резонатора представлено в виде разложения поля по ортонормированным функциям Эрмита-Гаусса:

Е(х)= X г
п=0 V2
^=#Я;/л/2-1етр ,п п! їв V ы)
(2.14)
которые являются решениями интегрального уравнения открытого резонатора, не содержащего диафрагмы. Поскольку исходная система функций зависит от конфигурации рассматриваемого резонатора, его основные особенности (периметр, расположения и радиусы кривизны зеркал) оказываются учтенными до введения возмущающего фактора в виде диафрагмы.
В представлении функций Эрмита-Гаусса распространение волны описывает диагональная матрица, компоненты которой учитывают фазовые на-