Научная статья на тему 'Малогабаритный гирокомпас на квазичетырехчастотном лазерном гироскопе'

Малогабаритный гирокомпас на квазичетырехчастотном лазерном гироскопе Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
883
221
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИРОКОМПАС / АЗИМУТ / ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП / АКСЕЛЕРОМЕТР / ДРЕЙФ НУЛЯ / GYROCOMPAS / AZIMUTH / LASER GYROSCOPE / ACCELEROMETER / ZERO DRIFT

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Голяев Ю. Д., Дронов И. В., Колбас Ю. Ю., Прядеин В. А., Шпикалов Б. Н.

Рассмотрены принцип построения, конструкция и результаты экспериментальных исследований лазерного гирокомпаса на зеемановском кольцевом лазере. Показано, что применение четырехчастотного режима и реверса оси чувствительности существенно повышает точность определения азимута. Рассмотрены независимые составляющие ошибок гирокомпаса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Голяев Ю. Д., Дронов И. В., Колбас Ю. Ю., Прядеин В. А., Шпикалов Б. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Small-Size Gyrocompas on Quasi-Four-Frequency Laser Gyroscope

Construction principles, structure and results of experimental studies of the laser gyrocompas based on Zeeman ring laser are discussed. It is shown that the application of four-frequency mode and sensitivity axis reverse significantly improves the accuracy of azimuth determination. The independent constituents of gyrocompas errors are considered. Refs. 11. Figs. 5.

Текст научной работы на тему «Малогабаритный гирокомпас на квазичетырехчастотном лазерном гироскопе»

НАВИГАЦИОННЫЕ И ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ

СИСТЕМЫ

УДК 629.13.054.6.001.12.001

Ю. Д. Г о л я е в, И. В. Д р о н о в, Ю. Ю. Колбас, В. А. П р я д е и н, Б. Н. Шпикалов

МАЛОГАБАРИТНЫЙ ГИРОКОМПАС

НА КВАЗИЧЕТЫРЕХЧАСТОТНОМ ЛАЗЕРНОМ

ГИРОСКОПЕ

Рассмотрены принцип построения, конструкция и результаты экспериментальных исследований лазерного гирокомпаса на зееманов-ском кольцевом лазере. Показано, что применение четырехчастот-ного режима и реверса оси чувствительности существенно повышает точность определения азимута. Рассмотрены независимые составляющие ошибок гирокомпаса.

E-mail: tigra-e@rambler.ru

Ключевые слова: гирокомпас, азимут, лазерный гироскоп, акселерометр,

дрейф нуля.

В ранее опубликованной работе [1] рассматривался принцип построения, конструкция и параметры лазерного гирокомпаса (ЛГК) на лазерном гироскопе (ЛГ) с магнитооптической частотной подставкой. Лазер работал на двух частотах (по одной в каждой из встречных волн), что обусловливало достаточно большое значение магнитной составляющей дрейфа ЛГ и заметно ограничивало точность гирокомпаса.

В настоящей работе приводятся результаты исследований ЛГ, в котором магнитная составляющая дрейфа существенно уменьшена благодаря переводу ЛГ в четырехчастотный режим генерации путем электронного реверса двух пар генерируемых мод [2]. Поскольку в процессе измерения положение ЛГК не изменяется, метод электронного реверса мод по своей эффективности идентичен полностью четырех-частотному режиму генерации ЛГ, однако значительно проще по конструкции ЛГ и технологии его изготовления.

Проведенные испытания, включая полевые, показали высокую эффективность избранного метода в широком диапазоне температур окружающей среды [3]. Описанию данного прибора, расчету модели ошибок с указанием отличий ее от двухчастотного режима работы ЛГ, а также обсуждению результатов полевых испытаний ЛГК посвящена настоящая статья.

Краткое описание лазерного гироскопа. В настоящей работе использовался одноосный зеемановский ЛГ ДУП-4М с магнитооптической частотной подставкой. В состав гироскопа входят зеемановский кольцевой лазер с неплоским контуром и электроника датчика, включая преобразователь в кодовые посылки для компьютера через порт Я8-232С. Кольцевой лазер работает попеременно на одной из мод с противоположным направлением вращения вектора поляризации световой волны. Переключение с одной моды на другую проводится путем изменения длины периметра резонатора по команде микрокомпьютера, входящего в состав ЛГК, за время, не превышающее 0,5 с.

Для защиты от внешнего магнитного поля корпус ЛГ выполнен из трехслойного пермаллоевого магнитного экрана.

Устройство и принцип работы ЛГК. Лазерный гирокомпас состоит из нескольких функциональных и конструктивных модулей, представленных на рис. 1. Конструкция гирокомпаса предполагает расположение всех чувствительных элементов — ЛГ и акселерометров, на вращающейся платформе, которая разворачивает ось чувствительности (ОЧ) ЛГ вокруг вертикальной оси в целях парирования дрейфа нуля ЛГ во время измерения азимута.

Рис. 1. Устройство лазерного гирокомпаса:

ПВ — платформа вращения; БА — блок акселерометров; ЭБ — электронный блок; ЛГ — лазерный гироскоп; ОЧ — оси чувствительности лазерного гироскопа и двухосного блока акселерометров

Двухосный блок акселерометров предназначен для определения двух углов отклонения плоскости поворотной платформы от плоскости местного горизонта в направлениях, совпадающих и перпендикулярном измерительной оси ЛГ. Это необходимо для определения и вычитания вертикальной составляющей вращения Земли из показаний ЛГ.

Электронный блок осуществляет следующие функции: электропитание гироскопа, акселерометров, микрокомпьютера; управление работой частей ЛГК, в частности включение ЛГ, реверс генерируемых мод; прием и обработка сигналов ЛГ и акселерометров, их датчиков температуры; прием команд и передача информации во внешний компьютер.

В соответствие с этими функциями электронный блок состоит из платы питания и управления и микрокомпьютера Octagon 6040 со встроенными АЦП для приема аналоговых сигналов акселерометров и датчиков температуры. С целью уменьшить самопрогрев ЛГ и соответственно его дрейф, вторичный источник питания ЛГ также вынесен из ЛГ и включен в электронный блок.

Рассмотрим принцип работы гирокомпаса (ГК) с переключением мод (рис. 2). Задачей ГК является определение угла 7гк между проекцией измерительной оси (ИО) ГК в плоскости местного горизонта и направлением на север. В общем случае ИО ГК наклонена к плоскости горизонта на угол вгк. Лазерный гироскоп и акселерометр установлены на поворотной платформе с возможностью фиксации в нескольких положениях, причем ОЧ гироскопа и акселерометра совпадают и перпендикулярны оси вращения платформы. При повороте платформы

Рис. 2. Принцип работы лазерного гирокомпаса:

^ — широта места точки измерения; вгк — угол наклона ИО ГК к плоскости местного горизонта; 7гк — угол между проекцией ИО ГК и направлением на север; агк — угол наклона ОЧ во втором положении (+) к плоскости местного горизонта

ОЧ перемещается в плоскости, называемой измерительной плоскостью (ИП) ГК. В первом из фиксированных положений платформы ИО ГК и ОЧ совпадают.

Полный процесс измерения состоит из нескольких этапов. На первом этапе измерение проекции угловой скорости вращения Земли и угла наклона проводят при исходном положении ОЧ, совпадающем с ИО ГК, и определяют предварительный азимут. При этом ЛГ работает попеременно на двух ортогональных модах по 8 с на каждой. Затем ЛГ разворачивают на угол 90° по ходу часовой стрелки и повторяют измерения.

Из этих четырех измерений предварительный азимут легко найти по формулам:

sin 7пред = (ПШ9о/(Пз cos p) - sinu^o tg p) /cos ил;

(1)

cos 7пред = (Ппзо/(Пз cos p) - sin иго tg p)/ COs UfO,

где ППЗ0, ПпЗ90 — измеренное значение проекции угловой скорости вращения Земли на ИО гироскопа при первоначальном положении и при повороте на 90°; ПЗ — угловая скорость вращения Земли, 15,04°/ч; p — географическая широта точки стояния; иго и иг90 — углы наклона ИО гироскопа к плоскости местного горизонта при первоначальном положении и при повороте на 90°, измеряемые акселерометрами.

При определении предварительного азимута можно пренебречь ошибками рассогласования осей гироскопа и измеряющих наклоны акселерометров, так как они не превышают 0,5°, а требуемая точность определения предварительного азимута составляет 5°.

Проекции же угловой скорости вращения Земли в каждом из этих положений рассчитываются по формулам:

ППЗО = (П+ + П° )/2 — Пднм;

(2)

ППЗ90 = (П90 + П-О)/2 - П дым)

где П+, П°, П+0, П°0 — измеренная гироскопом угловая скорость в первоначальном положении на ортогональных модах генерации "+" (вращение вектора электрического поля по ходу часовой стрелки) и "—" (вращение вектора электрического поля против хода часовой стрелки); Пднм — немагнитная составляющая дрейфа гироскопа, измеряемая при технологических испытаниях в диапазоне рабочих температур (обычно 5 температур). Как показала практика, Пднм хорошо описывается полиномом второго порядка от температуры (рис.3,а), что и применяется в приборе ДУП-4М. Магнитная же составляющая дрейфа (рис. 3, б), имеющая плохую воспроизводимость от температуры, существенно компенсируется, поскольку для ортогональных мод она имеет близкие значения, но противоположные по знаку.

Рис.3. Температурные зависимости составляющих дрейфа зеемановского лазерного гироскопа:

а — немагнитной, б — магнитной; точки — экспериментальные данные; линия — аппроксимирующий полином 2-го порядка

На последующем этапе измерение проекции угловой скорости вращения Земли и угла наклона проводят при ОЧ, зафиксированной в положении, близком к направлению запад-восток (восток-запад), которое определяется по предварительному азимуту. На четвертом этапе ОЧ фиксируется в положении, повернутом на угол 1800. При третьем и четвертом положениях ОЧ (назовем их "+" и "—") проекции скорости вращения Земли на ОЧ гироскопа составляют

^пз = ± (cos y cos в + sin в tg ф) ПЗ cos ф, (3)

где Пз = 15,04 °/ч — угловая скорость вращения Земли; 7 — азимут оси гироскопа в положении 3; в — угол между ИО ЛГ и плоскостью горизонта.

Выходной сигнал гироскопа на модах "+" и "—" в третьем положении состоит из трех составляющих (с учетом масштабного коэффициента)

Пзвых± = Пш ± ^дмЭ + ^днмэ; (4)

здесь Пдм, Пднм — магнитная и немагнитная составляющие дрейфа нуля гироскопа, в общем случае меняющиеся во времени, в том числе и случайным образом.

В четвертом положении

^4вых± = -ПдЗ ± ПдмЭ + ^днмЭ. (5)

Процесс измерения ГК занимает в каждом из измерительных положений ОЧ одинаковый интервал времени Т, и эти измерения следуют друг за другом с минимальным разрывом во времени.

Углы в и а определяются путем измерения проекций местного ускорения свободного падения д на ОЧ акселерометров, один из которых совпадает по направлению с ОЧ гироскопа, а другой — перпендикулярен ей:

а^'4 = ±g sin в + aGi;

3,4 i .

а2 = ±g sin а + ао2;

(6)

(7)

здесь a0i и ао2 — смещения нулей акселерометров 1 и 2. Из уравнений (5) и (6) определим углы в и а:

sin в = ((а3 - а?)/2# + Аао1/2д;

sin а = ((а^ — a2)/2g + Аао2/2д,

где Аао1, Аао2 — случайные составляющие смещения нулей акселерометров 1 и 2.

Из уравнений (3)-(7) легко найти значение азимута ИО гироскопа Y в третьем положении:

cos y =

(^выхЗ + ^"ых3)/2 - №х4 + ^в"ых4)/2 + (^днм3 - ^4)

2ПЗ cos р

ai3 - аi4 Aaoi \ / / ai3 - ai4 Aaoi \

tg Р tg Р / cos --z----г— . (8)

2д 2д огУ/ ^ 2д 2д

Соответственно углы наклона плоскости ГК и азимут ИО ГК (т.е. азимут ИО ГК в первом положении) могут быть вычислены по формулам

л л

агк = arcsin(sin a cos 13 + sin в sin 13);

лл

вгк = arcsin(sin в cos 13 — sin a sin 13); (9)

лл YrK = y — arccos((cos в cos 13 — sin a tg в sin 13)/ cos в),

л

где 13 — угол между первым и третьим положениями, отсчитываемый в плоскости ГК.

Модель ошибок ГК. Рассмотрим модель ошибок измерения азимута. Сразу отметим, что речь идет о погрешностях неподвижного ГК. Влияние ветровых колебаний, изменения наклонов из-за просадки грунта, вибраций может вносить также значительную погрешность и достойно отдельного исследования. В общем виде суммарное значение ошибки Ay определения угла y может быть выражено в виде:

Ay = yAYL+AYI+AYi+AY2, (10)

где AYnrn — ошибка, связанная с дрейфом гироскопа, а именно со стабильностью его немагнитной составляющей; Ay^ — ошибка, связанная с неточностью определения широты места; AYa — ошибка, связанная со смещением нуля акселерометра; AYn — ошибка, связанная с отличием угла между третьим и четвертым положениями от 180°.

Очевидно, что AYn определяется точностью изготовления поворотного устройства или считывателя угла поворота.

Рассмотрим ошибку, связанную с дрейфом гироскопа. Как было сказано ранее, магнитная составляющая дрейфа существенно компенсируется. Немагнитная же составляющая дрейфа от времени Пднм(£) хорошо описывается суперпозицией линейной монотонной составляющей и случайной составляющей (шума) (рис. 4):

^днм (t) ^днмм + At + ^дш. (11)

Из выражения (9) найдем ошибку, связанную с дрейфом гироскопа. При этом учтем, что азимут y мало отличен от 90°, углы наклона к горизонту a и в мало отличаются от нуля.

Тогда y = cos y, а Ay^ определяется по формуле из (8) (включая ошибку дискрета и невоспроизводимость цены импульса):

2k Ak (п \

AYnm = дш + =-+ -rr( - - Y , (12)

\1З cos р T \1З cos р k \2 J

где k — цена импульса выходной информации кольцевого лазера, Ak — невоспроизводимость цены импульса.

Очевидно, что ошибка существенно возрастает при измерениях в высоких широтах и больших ценах импульса.

Рис. 4. Зависимость немагнитной составляющей дрейфа от времени:

точки — экспериментальные результаты; линия — линейная аппроксимирующая функция

Прежде всего, отметим, что проблема дискрета выходного сигнала не имеет принципиального ограничения, поскольку с переходом на ЛГ большего размера дискрет уменьшается, увеличение времени компасирования также уменьшает ошибку, кроме того, для ЛГ на виброподвесе успешно эксплуатируется система домера фазы, когда не нужно даже четверти периода биений встречных волн для формирования целого информационного импульса [4]. Это позволяет уменьшить ошибку определения азимута из-за дискрета до 30".

В ЛГ можно выделить следующие основные составляющие дрейфа, приводящие к шумовой составляющей немагнитной составляющей дрейфа:

— изменение динамических зон захвата, связанное с изменением амплитуды частотной подставки;

— ленгмюровский дрейф и катафорез [5], вызванные движением газов в газоразрядных каналах и разностью токов в плечах резонатора;

— термоскольжение, связанное с наличием несимметричных градиентов температуры по длине газоразрядных промежутков;

— нелинейное изменение (не ниже третьего порядка) от времени магнитной составляющей дрейфа, приводящее к возникновению кажущегося нелинейного изменения немагнитной составляющей дрейфа. Сюда же относятся все так называемые динамические дрейфы, т.е. вызванные синхронными с коммутацией частотной подставки воздействиями [6].

Ошибка, связанная с неточностью определения широты места Д7^ от режима работы гироскопа не зависит и согласно данным работы [1] определяется формулой:

Д^ / Q

Дт^ « ^Т - sin в). (13)

cos2 ^ V S ¿з

Таким образом, ошибка возрастает в более высоких широтах, а также с увеличением измеряемой проекции угловой скорости вращения Земли (т.е. отклонением ОЧ гироскопа от направления запад-восток) и увеличением наклона вниз.

Ошибка измерения наклона зависит от случайной составляющей смещения нуля акселерометра. Для малых углов в и а ошибка измерения углов наклона равна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Дв = Да = Аао/д. (14)

Согласно формуле (9) с учетом (14) получим

Д&о

Д7а tg ^ (15)

д

Очевидно, что ошибка быстро возрастает в высоких широтах.

Проведем численную оценку ошибки определения направления на север для ЛГК-4.

Погрешность Д7п не превышает 1,8'.

Лазерный гироскоп ДУП-4М в условиях компенсации постоянной составляющей дрейфа за счет поворота ОЧ имеет значение немагнитной составляющей дрейфа П^шнм = 0,007 °/ч, цену импульса выходной информации 0,83'', относительную невоспроизводимость масштабного коэффициента Дк/к = 10-4 отн. ед. Время измерения равно 600 с. Минимальное значение 7 составляет 80°. Для широты места 70° из формулы (12) получаем Д7пш = 6,2'. Отметим, что вклад масштабного коэффициента в ошибку составляет менее 8''.

Точность определения широты места Д^ в настоящее время лимитирована точностью спутниковых навигационных систем. Согласно [3] горизонтальная ошибка местоопределения по уровню 3а не превышает 100 м, что соответствует Д^ = 3,6''. Приняв максимальную широту точки стояния = 70°, угол наклона в = 10°, максимальное отклонение ОЧ от направления запад-восток 10°, по формуле (13) рассчитаем значение Д7^. Оно составляет 2,9''.

Используемый акселерометр АК5-50М имеет случайную составляющую смещения нуля Дао/д = 5 • 10-5. Тогда для р = 70° согласно формуле (15) получаем = 0,5'.

Используя выражение (10), рассчитаем общую ошибку:

Д7 = / (1,8')2 + (6,2')2 + (2,9'')2 + (0,5')2 = 6,6.

Хотя точность определения азимута по сравнению с предыдущим образцом [1] повысилась на треть, основной вклад в ошибку дает случайная составляющая дрейфа гироскопа, пусть даже немагнитной части. Причем примерно 20% ошибки составляет ошибка дискрета. Без нее ошибка компасирования уменьшилась бы до 4,9'.

Рис. 5. Лазерный гирокомпас в развернутом положении:

1 — лазерный гирокомпас ЛГК-4; 2 — система наведения; 3 — тренога; 4 — батарея питания; 5 — микроЭВМ; 6 — кабель питания; 7 — кабель связи между микроЭВМ и системой наведения; 8 — кабель связи между микроЭВМ и ЛГК-4

Устройство ЛГК-4. Лазерный гирокомпас ЛГК-4 разработан ФГУП НИИ "Полюс" для определения азимута целей при работе лазерного дальномера-целеуказателя (ЛЦД). Внешний вид прибора вместе с лазерным дальномером-целеуказателем представлен на рис. 5.

Лазерный гирокомпас представляет собой моноблок с пылевлаго-непроницаемым кожухом (далее — БИ) с установленной на нем зрительной трубой для наведения на цель, азимут направления на которую нужно измерить.

ЛГК-4 включает в себя: ЛГ ДУП-4М и 2 акселерометра АК5-50М; модуль микроконтроллера Octagon 6040, который управляет процессами измерения и расчета азимута, углов крена и тангажа, и плату питания и коммутации, предназначенную для формирования нужных

напряжений для работы всех устройств, а также преобразования логических уровней выходов модуля микроконтроллера в сигналы для переключения мод.

Включение ЛГ происходит при подключении кабеля питания к батарее лазерного дальномера. Процессор микроЭВМ 5 (см. рис. 5) из состава лазерного дальномера определяет тип подключенного устройства и дальнейшие операции осуществляются по командам ГК, высвечиваемым на табло микроЭВМ. Сразу после включения ЛГК-4 передает значения углов наклона агк и вгк с тем, чтобы оператор мог отгоризонтировать ЛГК-4. Горизонтирование проводится с помощью специальных горизонтирующих винтов треноги 3 с контролем по пузырьковому уровню системы наведения 2. После того как угол наклона ЛГК-4 уменьшается до 5°, можно начинать измерение азимута. Для этого оператор наводит зрительную трубу на цель (ориентир) и обнуляет показания датчика угла системы наведения лазерного дальномера. В течение 16 с проводится регистрация показаний ЛГ на двух ортогональных модах и акселерометров в первом положении. Затем ЛГК-4 поворачивается с помощью системы наведения на 90° и проводится аналогичное измерение во втором положении. По полученным данным рассчитывается предварительный азимут ОЧ. Если направление ОЧ ЛГ в этом положении не совпадает с направлением запад-восток, оператор разворачивает ЛГ в направлении положения, при котором ОЧ датчика совпадает с направлением запад-восток.

В этом третьем положении проводится накопление показаний гироскопа на двух ортогональных модах и акселерометров. Затем поворотная платформа с датчиком поворачивается на угол 180° в четвертом положении, где выполняется аналогичное накопление показаний датчиков. По накопленным показаниям лазерного датчика угловой скорости рассчитывается азимут третьего положения и, соответственно, азимут направления на цель.

МикроЭВМ (5) оснащена модулем СНС, с помощью которого предварительно измеряются географические координаты точки стояния, которые сохраняются в памяти микроЭВМ. По завершении измерения истинного азимута А с помощью ЛГК-4 автоматически вычисляется дирекционный угол а цели (ориентира) с учетом поправки y на сближение истинного меридиана данной точки с осевым меридианом зоны по формулам:

А = а + y; y = 16,7ДА sin р; ДА = А - L; L = 6n - 3, (16)

где р, А — географические координаты (широта и долгота), градусы; L — долгота осевого меридиана зоны, градусы; n — номер зоны.

Результаты лабораторных и полевых испытаний ЛГ. В ходе лабораторных испытаний оценивалась максимальная погрешность

измерения азимута одного выделенного направления при различных температурах окружающей среды и наклонах основания ГК относительно плоскости местного горизонта до ±5°. Широта точки измерения составляла -56°. Во всех условиях были получены погрешности не более ±7,1', что хорошо соответствует проведенной оценке точности.

Натурные испытания проводились в полевых условиях на аттестованных ориентирных направлениях (восемь направлений). В рамках проведенных 27 измерений получено среднее значение погрешности определения дирекционного угла -3,6' и доверительный интервал с вероятностью 0,95 Да = ±3,9'. Испытания проводились на широте -56°.

Тенденции дальнейшего развития ЛГК на ЛГ. Дальнейшее развитие ЛГК может идти в двух направлениях. Первое — это достижение так называемой геодезической точности, т.е. лучше 1'. При этом время определения азимута может достигать 30... 60 мин, а масса прибора 10... 20 кг не является критической для такого применения.

По второму направлению развития ЛГК при сохранении точности 10... 15', что для применений в полевых условиях является вполне достаточно, будут развиваться в сторону уменьшения времени компа-сирования до 3 ... 5 мин, и массы приборов — до 1,5 ... 2 кг.

Рассмотрим возможности создания ЛГК геодезической точности на ЛГ с магнитооптической частотной подставкой. Как было отмечено, проблема дискрета выходного сигнала не имеет принципиального значения, поскольку, во-первых, с переходом на ЛГ большего размера дискрет уменьшается, во-вторых, увеличение времени компасирова-ния также уменьшает ошибку, в третьих, для ЛГ на виброподвесе успешно эксплуатируется система домера фазы. Это позволяет уменьшить ошибку определения азимута из-за дискрета до 10''. Основное значение в этом случае приобретает дрейф немагнитной составляющей гироскопа.

Основной вклад в немагнитную составляющую дрейфа вносят эффекты захвата — изменение остаточной зоны захвата от амплитуды подставки [7-9].

Поскольку в кольцевых лазерах с круговой поляризацией световых волн рассеяние на зеркалах и соответственно зона захвата в несколько раз больше, чем в кольцевых лазерах с линейной поляризацией световых волн (и соответственно с вибрационной подставкой), изменение остаточной зоны также пропорционально увеличивается. Присущие кольцевым лазерам с вибрационной подставкой главные недостатки — конусное движение ОЧ и разворот гироскопа вокруг оси из-за реакции опоры — могут быть устранены за счет большой

массы опорной конструкции и использования жестких ламелей виброподвеса, а шум убран при большом времени усреднения. Разумеется, это ведет к увеличению массы прибора и времени компа-сирования в несколько раз, но точность в 1' здесь может быть достигнута без качественного скачка в развитии технологии напыления зеркал, что требуется для лазеров с круговой поляризацией. Работы по созданию производства таких зеркал сейчас активно ведутся в ФГУП НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха, где достигнут уровень статической зоны захвата не более 30 °/ч. Кроме того, для уменьшения изменения остаточной зоны возможна стабилизация ее в нулевом значении, как это предлагалось в работах [4 и 8], а также уменьшение частоты коммутации подставки. В таком случае возможно уменьшение случайной составляющей немагнитного дрейфа гироскопа до 0,001°/ч, и соответственно Д7пш составит 0,5'. Ожидаемая ошибка определения азимута в этом случае может быть оценена как Д7 = Л/(0,5')2 + (2,9'')2 + (0,5')2 = 0,75'.

Таким образом, следует ожидать создания ГК геодезической точности как с магнитооптической, так и с вибрационной подставками в самом ближайшем будущем.

Что касается полевых приборов, то в связи с исключительной механической прочностью ЛГ с магнитооптической частотной подставкой [10, 11] они имеют большое преимущество по применению. Поэтому ожидается дальнейшее продвижение в нишу малогабаритных полевых приборов с точностями 5'... 10' и временем компасирова-ния 3 ... 5 мин. В этом направлении ближайшей перспективой является применение в приборе ЛГК-4 самого миниатюрного российского ЛГ К-3, что позволит при сохранении точности прибора и времени компасирования уменьшить его массу до 1,8 кг.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гирокомпас на основе лазерного гироскопа с магнитооптическим управлением / Ю. Голяев, А. Исаев, Ю. Колбас и др. // Электроника. - 2006. - № 8. -С. 66-71.

2. Трехосный зеемановский лазерный гироскоп повышенной точности: Сб. материалов XV междунар. конф. по интегрированным навигационным системам / Ю.А. Винокуров, Ю.Д. Голяев, В.Г. Дмитриев и др. - Спб., 2008. - 116 с.

3. Х а р и с о в В. Н., Петров А. И., Болдин В.А. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. - М.: ИПРЖР, 1999.

4. Повышение точности измерения лазерных гироскопов. Лазеры. Измерения. Информация: Тез. докл. конференции / Э.Б. Бадамшина, В.В. Гришачев, В.И. Денисов и др. - СПб, 2004. - С. 20.

5. Ароновиц Ф. Лазерный гироскоп: В кн. Применение лазеров / Под ред. В.П. Тычинского. - М.: Мир, 1974.

6. Влияние нелинейности характеристик активной среды на стабильность выходных сигналов в квантовых приборах с автоматической стабилизацией параметров / Ю.Д. Голяев, А.В. Мельников, Ю.Н. Соловьев и др. // Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. - 1991. - Т. 1, № 57.

7. Х р о м ы х А. М. Динамическая характеристика кольцевых лазеров с периодической частотной подставкой. Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. - 1990. - Т. 1, № 53.

8. К у р я т о в В. Н., Л а н д а П. С., Л а р и о н ц е в Е. Г. Частотные характеристики кольцевого лазера на колеблющейся подставке // Изв. вузов. Сер. Радиофизика. - 1968. - Т. 11. - С. 1839.

9. Хошев И. М. К теории кольцевого лазера со знакопеременной частотной подставкой // Квантовая электроника. - 1980. - Т. 7. - № 5. - С. 953.

10. А з а р о в а В. В., Голяев Ю. Д., Дмитриев В. Г. Кольцевые газовые лазеры с магнитооптическим управлением в лазерной гироскопии // Квантовая электроника. - 2000. - С. 96-103.

11. Привалов В. Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах. - Л.: Судостроение, 1989.

Статья поступила в редакцию 2.02.2012

Ю.Д. Голяев окончил МГУ им. М.В. Ломоносова в 1969 г. Канд. физ.-мат. наук, начальник научно-производственного комплекса ФГУП НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха. Автор более 130 научных работ в области твердотельных лазеров, нелинейной оптики и лазерной гироскопии.

Yu.D. Golyaev graduated from the Lomonosov Moscow State University in 1969. Ph. D. (Phys.-Math.), head of scientific and production complex of the Research and Development Institute Polyus n.a. M.F. Stel'makh. Author of more than 130 publications in the field of solid-state lasers, nonlinear optics and laser gyroscopy.

И.В. Дронов окончил МИУ в 1987 г. Начальник лаборатории ФГУП НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха. Автор 5 научных работ в области микропроцессорной техники. I.V. Dronov graduated from the Moscow Aviation Institute n.a. S. Ordzhonikidze in 1987. Head of laboratory of the Research and Development Institute Polyus n.a. M.F. Stel'makh. Author of five publications in the field of microprocessor technology.

Ю.Ю. Колбас окончил МИЭМ в 1985 г. Начальник отдела ФГУП НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха. Автор 27 научных работ в области лазерной гироскопии и лазерной медицины.

Yu.Yu. Kolbas graduated from the Moscow Institute of Radio Engineering, Electronics and Automatics in 1985. Head of department of the Research and Development Institute Polyus n.a. M.F. Stel'makh. Author of 27 publications in the field of laser gyroscopy and laser medicine.

В.А. Прядеин окончил МФТИ в 1971г. Д-р техн. наук, заместитель начальника научно-технического центра ФГУП НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха. Автор более 80 научных работ в области твердотельных лазеров, оптоэлектроники и лазерной дальнометрии.

V.A. Pryadein graduated from the Moscow Institute of Physics and Technology in 1971. D. Sc. (Eng.), deputy head of scientific-technical center of the Research and Development Institute Polyus n. a. M.F. Stel'makh. Author of more than 80 publications in the field of solid-state lasers, optoelectronics and laser ranging.

Б.Н. Шпикалов окончил МАИ в 1960 г. Главный специалист ФГУП НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха. Автор 15 научных работ в области лазерной дальнометрии. B.N. Shpikalov graduated from the Moscow Aviation Institute n.a. S. Ordzhonikidze in 1960. Chief specialist of the Research and Development Institute Polyus n.a. M.F. Stel'makh. Author of 15 publications in the field of laser ranging.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.