Статья: Оптимизированное программное обеспечение квазичетырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа

· до начала смены мод по нескольким точкам вычисляются коэффициенты аппроксимирующего полинома;

· во время смены мод данные выдаются на основе аппроксимации по точкам, полученным до начала процесса реверса;

· после завершения переходных процессов, возникающих при смене мод, делается более точная аппроксимация с использованием показаний до и после переключения;

· вычисляется расхождение между этими двумя аппроксимациями, которое вычитается из полученного в следующем такте значения.

В соответствии с теоремой Котельникова для точного описания аналогового процесса дискретным необходимо, чтобы период дискретизации был не менее, чем в 10 раз меньше периода самого процесса. Исходя из этого выбирается период коммутации подставки Т, который одновременно является и периодом дискретизации. Отметим, что существенное уменьшение Т затруднительно, поскольку увеличивает погрешность лазерного гироскопа в связи с возрастанием динамических зон синхронизации [8…10].

С выхода ЗЛГ каждый такт коммутации подставки считывается приращение угла P_j, равное произведению угловой скорости вращения на период коммутации подставки Т.

Для обеспечения непрерывности выдачи показаний во время первых 1…3 тактов коммутации подставки при смене мод используется экстраполирующая функция в виде константы, прямой или параболы:

, (20)

где - прогнозируемые показания гироскопа, t_j=j*T, j=1, 2, 3 - номер такта коммутации подставки после сигнала на переключение моды. Коэффициенты , , определяются методом наименьших квадратов по четырём показаниям гироскопа P_j предшествующим переключению моды (j=-3,-2,-1, 0).

После установления генерации лазера на следующей моде, проводится новая аппроксимация с помощью функции

. (21)

Коэффициенты , , определяются также методом наименьших квадратов по четырём показаниям гироскопа P_j - двум до переключения моды и двум после включения автоматической подстройки периметра (j=-1, 0, 4, 5).

Поправка накопленного угла за время переключения мод ДP определяется по формуле:

(22)

где - прогнозируемые показания ЗЛГ, вычисленные по формуле (20), - показания ЗЛГ, вычисленные по формуле (21).

Следующее показание ЗЛГ P6 заменяется значением

.(23)

Ошибка при переключении мод дP при этом будет равна:

.(24)

где - истинные значения показаний ЗЛГ при отсутствии переключения мод.

Такой метод подмены позволяет существенно уменьшить ошибку за такт переключения.

4. Компенсация динамического дрейфа зеемановского лазерного гироскопа при автоматической подстройке периметра после переключения мод

Первичный промах Дл_о при переключении определяется суммой ошибки измерения U_л/2, дискрета ЦАП, гистерезиса пъезодвигателей. После включения автоматической подстройки СРП, расстройка периметра определяется формулой:

. (25)

Поскольку частота подставки зависит от расстройки периметра, при уменьшении расстройки после включения автоматического регулирования частота подставки в положительных и отрицательных полупериодах подставки оказывается различной. Это приводит к возникновению кажущегося дрейфа. Кажущийся дрейф ДЩ_СРПi на i-м такте коммутации подставки после включения автоматической подстройки периметра (начиная со второго такта): зеемановский гироскоп магнитный

; ;

,(26)

где f_о - частотная подставка при нулевой расстройке (рассчитывается по заранее измеренной температурной зависимости; Дл_о - амплитуда промаха при переключении мод; _СРП - постоянная времени системы автоматической регулировки периметра; f_i - измеренная частота подставки на i-м такте коммутации подставки после включения автоматической регулировки периметра; f₁ - измеренная частота подставки на 1-м такте коммутации подставки после включения автоматической регулировки периметра; T -период коммутации частотной подставки.

Для обеспечения работы метода при угловых скоростях угловых скоростях, близких и превышающих амплитуду частотной подставки, измерение f_i следует производить отдельно в положительном f_i⁺ и отрицательном f_i^- полупериодах i-го такта коммутации подставки с учетом знака направления вращения. При этом f_i=(f_i⁺-f_i^-)/2.

Заключение

Разработанное математическое и программное обеспечение зеемановского лазерного гироскопа позволило повысить точность выпускаемых приборов без ограничения их динамических характеристик примерно в 10 раз. При этом были разработаны новые методы компенсации кажущегося дрейфа при переключении мод и температурной коррекции смещения нуля.

Литература

1. Дмитриев В.Г., Голяев Ю.Д., Винокуров Ю.А., Колбас Ю.Ю., Тихменев Н.В. Лазерный гироскоп повышенной точности. Материалы 17 Международной конференции по интегрированным навигационным системам. С. Петербург, 2008.

2. Азарова В.В., Голяев Ю.Д., Дмитриев В.Г. Кольцевые газовые лазеры с магнитооптическим управлением в лазерной гироскопии. Квантовая электроника. 30, №2, 2000, с.96-104.

3. Голяев Ю.Д., Мельников А.В., Соловьев Ю.Н., Телегин Г.И., Яременко С.О. Влияние нелинейности характеристик активной среды на стабильность выходных сигналов в квантовых приборах с автоматической стабилизацией параметров. Электронная техника, с.11 - Лазерная техника и оптоэлектроника, 1991, в.1(57).

4. А.М. Хромых, А.И. Якушев. Влияние пленения резонансного излучения на эффект Зеемана в кольцевом лазере. Квантовая электроника, 1977, т.4 №1.

5. Е.П. Попов. Автоматическое регулирование и управление. М., «Наука», 1966 г..

6. Ю.Д. Голяев, В.Г. Дмитриев, А.А. Казаков, Ю.Ю. Колбас, М.М. Назаренко, Н.В. Тихменев, А.И. Якушев. Способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом. Патент РФ №2408844, 2011 г.

7. Винокуров Ю.А., Голяев Ю.Д., Дмитриев В.Г., Казаков А.А., Колбас Ю.Ю., Тихменев Н.В., Якушев А.И. Способ измерения угловых перемещений лазерным гироскопом. Патент РФ №2418266, 2011 г.

8. Волновые и флуктуационные процессы в лазерах. Под. Ред. Ю.Л. Климантовича. (М., Наука, 1974).

9. А.М. Хромых. Динамическая характеристика кольцевых лазеров с периодической частотной подставкой. Электронная техника, с.11 -Лазерная техника и оптоэлектроника, 1990, в.1(53).

10. И.М. Хошев. К теории кольцевого лазера со знакопеременной частотной подставкой. Квантовая электроника, 1980, т.7, №5, с. 953.

11. Ю.Д. Голяев, Ю.Ю. Колбас. Ошибка дискретности выходного сигнала кольцевого лазера с периодической подставкой. ЖТФ, т.17, в.8, 1991.