Цифровая обработка сигналов кольцевого лазерного гироскопа

Алексеев С.Ю.; Мишин В.Ю.; Морозов Д.А.; Чиркин М.В.; Молчанов А.В.

Решетневскце чтения

График утла лов

Рис. 2. Интерфейс управляющего программного комплекса с результатами эксперимента

P. V. Avlasko, S. A. Bronov, V. A. Povalyaev, R. A. Yermakov Siberian federal university, Russia, Krasnoyarsk

HARD-SOFTWARE COMPLEX FOR RESEARCH CONTROL METHODS OF A DOUBLE-WAY FED INDUCTION ELECTRIC DRIVE

This paper presents description and example of use of the developed hard and software complex for research of control methods of a double-way fed induction electric drive.

УДК 621.373.8

С. Ю. Алексеев, В. Ю. Мишин, Д. А. Морозов, М. В. Чиркин Рязанский государственный радиотехнический университет, Россия, Рязань

А. В. Молчанов

Московский институт электромеханики и автоматики, Россия, Москва

ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ КОЛЬЦЕВОГО ЛАЗЕРНОГО ГИРОСКОПА

Рассмотрен метод цифровой обработки первичных сигналов кольцевого лазерного гироскопа. Угловое движение гироскопа выделено из первичных квадратурных сигналов, возмущенных помехами. Метод позволяет уменьшить величину шума квантования более чем на порядок, даже при наличии паразитной модуляции сигналов.

Источником информации о вращении лазерного гироскопа, используемого в системах инерциальной навигации в качестве датчика угловых скоростей и перемещений, являются сдвиги интерференционной картины, образованной лазерными пучками, выведенными из резонатора кольцевого лазера. Переход к цифровой обработке данных открывает возможность для значительного увеличения точности при определении смещений интерференционных полос и соответствующего снижения случайной погрешности. Однако даже слабые возмущения регистрируемых сигналов способны привести к накоплению погреш-

ности при последующей цифровой обработке [1]. Цель настоящей работы - исключить методическую погрешность при регистрации угловой скорости вращения, вызванную возмущениями первичных сигналов. Для ее достижения необходимо учесть нестабильность параметров сигналов и отфильтровать составляющие, обусловленные частотной подставкой и связью встречных волн, генерируемых кольцевым лазером.

Исследованы сигналы, зарегистрированные с помощью кольцевого гелий-неонового лазера с четырех -зеркальным квадратным резонатором, периметром

Cuстемы управления, космическая навигация и связь

41 = 28 см; длина волны излучения 1 = 0,6328 мкм (рис. 1). Движение интерференционной картины зафиксировано с помощью фотодиода с двумя чувствительными площадками; центры площадок разнесены на четверть интерференционной полосы. Чтобы устранить влияние помех, поиск параметров эллипса, наилучшим образом аппроксимирующего результаты измерений, осуществляется для коротких участков реализаций, один из которых выделен на рис. 2, а. Пределы блужданий центра эллипса и возмущения его полуосей, вызванные паразитной модуляцией, показаны на рис. 2, б. Исследования проблем, возникающих при цифровой обработке первичных сигналов кольцевого лазерного гироскопа, показали, что игнорирование возмущений квадратурных сигналов приводит к дополнительной погрешности при выделении информации о вращательном движении.

Исключить накопление методической погрешности в процессе обработки возмущенных квадратурных сигналов позволяет последовательность следующих операций:

1) дискретизация сигналов фотоприемников - первичных квадратурных сигналов лазерного гироскопа;

2) определение параметров квадратурных сигналов для конечных участков реализаций [2];

3) восстановление временного ряда для изменений разности фаз встречных волн, генерируемых лазером;

4) исключение частотной подставки и усреднение во времени.

При проведении экспериментов исследовано влияние длительности реализации на достоверность реконструированного ряда угловых скоростей. Использованные приемы позволили удалить из сигналов паразитную составляющую, не соответствующую реальному вращению. Алгоритм адаптирован к условиям существования возмущений квадратурных сигналов и обеспечивает величину шума 1 °/ч при времени усреднения 40 мс, что существенно меньше по сравнению с традиционной методикой обработки данных лазерного гироскопа.

Библиографические ссылки

1. Extracting angular motion from laser gyro quadrature signals / M. V. Chirkin [et al.] // 18th Saint-Petersburg Intern. Conf. on Integrated Navigation Systems (30 May - 01 June 2011, St. Petersburg). P. 4244.

2. Resolving quadrature fringes in real time / M. Zumberge [et al.] // Applied Optics. 2004. Vol. 43, № 4. Р. 771-775.

ДВИЖУЩАЯСЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ КАРТИНА 8 1 8 В ПРИЕМНОЙ ПЛОСКОСТИ ФОТОДИОДА 5

Рис. 1. Кольцевой лазерный гироскоп с вибрационной частотной подставкой: 1 - ситалловый моноблок; 2 - аноды; 3 - холодный катод; 4 - зеркала; 5, 6 - фотодиоды; 7 - смесительная призма; 8 - пьезоэлектрические преобразователи; 9 - просверленные каналы

Возмущения полуосей

а б

Рис. 2. Участок реализации информационного сигнала лазерного гироскопа (а) и эллипс, описываемый информационными сигналами на плоскости переменных (иа, иь) (б). Амплитуда и частота колебаний угловой скорости

составляют: = 5,3 о/с,/ = 387 Гц

Решетневские чтения

S. Y. Alexeev, M. V. Chirkin, V. Yu. Mishin, D. A. Morozov Ryazan State Radio Engineering University, Russia, Ryazan

A. V. Molchanov

Moscow Institute of Electromechanics and Automatics, Russia, Moscow

DIGITAL SIGNAL PROCESSING OF A RING LASER GYRO

Digital processing technique is developed in respect to initial signals of a ring laser gyro. Angular motion of the gyro is extracted from disturbed initial quadrature signals. The technique allows to degrade the gyro quantization noise to more than an order of magnitude even in the case of the signal spurious modulation.

УДК 621.396.96

А. М. Алешечкин, А. П. Романов Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

СИНХРОНИЗАЦИЯ ОПОРНЫХ СТАНЦИЙ НАЗЕМНОЙ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Предложен метод синхронизации опорных станций радионавигационной системы (РНС), основанный на определении поправок к шкалам времени станций на основе известных значений их координат. Вычисленные значения поправок к шкалам времени опорных станций передаются в навигационных сигналах РНС. Потребитель, принимая значения поправок, использует их для коррекции результатов измерения радионавигационных параметров, что дает возможность компенсации погрешностей, обусловленных несинхронностью сигналов опорных станций.

Радионавигационные системы наземного базирования продолжают оставаться одним из важнейших средств навигации подвижных морских объектов. При этом одной из важных проблем повышения точности местоопределения при помощи морских РНС является обеспечение единой шкалы времени (ШВ) наземных передающих опорных станций (ОС).

В настоящее время известны следующие методы синхронизации ОС наземных РНС:

- использование дифференциального режима РНС, при котором на контрольном пункте с известными координатами определяют значения поправок к измеренным значениям квазидальностей до каждой из ОС; в результате этого использование дифференциального метода позволяет наряду с компенсацией систематических погрешностей в измеренных значениях радионавигационных параметров обеспечить возможность уменьшения погрешностей, вызванных несинхронностью шкал времени ОС;

- использование в составе ОС высокостабильных квантовых стандартов частоты и их периодическое сличение с использованием возимых стандартов частоты;

- использование калибровки станций РНС на контрольных пунктах с известными координатами, либо определение поправок к параметрам сигналов ОС по методу взаимного контроля ОС;

- синхронизация станций РНС с использованием внешних источников, например выделенных радиока-

налов синхронизации либо при помощи спутниковых радионавигационных систем (СРНС) [1].

Предлагаемый способ синхронизации ОС не требует наличия внешнего радиоканала или возможности доступа к сигналам СРНС, позволяет определять поправки к ШВ ОС в реальном времени и передавать их в составе цифровой модуляции навигационных сигналов.

В докладе обсуждаются возможности реализации представленного способа при использовании квази-дальномерного и разностно-дальномерного режимов определения места бортовой станции, при использовании широкополосных сигналов, получаемых путем модуляции сигналов псевдослучайными последовательностями. Рассмотрена схема автокомпенсатора, позволяющего принимать сигналы соседних ОС, не прерывая излучение сигналов своей ОС, что используется при определении поправок к шкалам времени ОС.

Показано, что предложенный метод синхронизации опорных станций может найти применение в современных образцах РНС с широкополосными сигналами.

Библиографическая ссылка

1. Радионавигационные системы сверхдлинноволнового диапазона / С. Б. Болошин [и др.]. М. : Радио и связь, 1985.

DIGITAL SIGNAL PROCESSING OF A RING LASER GYRO

Текст научной работы на тему «Цифровая обработка сигналов кольцевого лазерного гироскопа»