Patent RU-134314-U1 (RU)
Title: Бесплатформенная инерциальная навигационная система на гибридном гироскопе
IPC: G01C21/00
Filed: 2013-03-05
Granted: 2013-11-10
Abstract: Бесплатформенные инерциальные навигационные системы на волоконно-оптических гироскопах (ВОГ) построены на использовании эффекта Саньяка, обладают рядом преимуществ по сравнению с системами на динамически настраиваемых гироскопах особенно, превосходя их по надежности, точности и потребляемой мощности. На Рис.2 показана схема построения волоконно-оптического гироскопа. Световой поток от источника света через разветвитель подается на интегрально-оптический фазовый модулятор. После разделения его на два потока подается в волоконно-оптический контур навстречу друг-другу. В зависимости от разности фаз световых потоков, которая определяется угловой скоростью вращения волоконного контура, меняется интенсивность объединенного светового потока, что и является данными о скорости вращения. В последнее время технологии производства систем на ВОГах бурно развиваются и уже достигнуты результаты с показателями случайного дрейфа угловой скорости менее 0,01 градуса/час. Точность навигационных систем определяется как минимальная разность фаз противонаправленных световых потоков в оптическом контуре, которую можно, на основе эффекта Саньяка, измерить в зависимости от интенсивности света на интерференционной картине и может быть рассчитана по формуле: 
     
       
     
     Где: 
     λ - длинна волны светового потока; 
     с - скорость света  
     d - диаметр волоконного контура; 
     l - длинна оптоволокна в волоконном контуре  
     ω - угловая скорость. 
     Таким образом, разность фаз противонаправленных световых потоков является одним из полезных сигналов определяющим местоположение гироскопа в пространстве. Поскольку ВОГ обладает высокой чувствительностью, он наряду с полезным сигналом улавливает также разность фаз световых волн, вызванную другими факторами, например, такими как механическая деформация волоконно-оптического контура или чувствительного волокна. Разделить эти сигналы невозможно и в период действия ударов на навигационную систему накапливается ошибка, которая порой сводит на нет высокую точность ВОГа. В большинстве случаев проблема решается за счет введения систем амортизации волоконно-оптического контура, однако, с одной стороны это лишает ВОГи такого преимущества как его твердотельность. Также введение амортизации приводит к появлению новых резонансов на частоте резонанса амортизаторов. Этого недостатка лишены датчики угловых скоростей на микромеханике (микромеханические гироскопы). Их параметры менее точны (30-100 градусов/час), но они обладают большей устойчивостью в широком диапазоне частот к ударным механическим воздействиям. Стоимость их невелика, габариты и потребляемая мощность малы. (Например, микромеханические датчики фирмы Analog devices) Использую эти преимущества, с одной стороны высокую точность работы ВОГов в нормальных условиях эксплуатации, и высокую устойчивость к перегрузкам микромеханических датчиков угловых скоростей создана навигационная система на гибридном гироскопе, с разделением периода измерений параметров по временному интервалу. При эксплуатации в нормальных условиях этот прибор работает как система на ВОГах, а в период краткосрочного ударного механического воздействия как система на микромеханике. Поскольку время действия механического удара невелико и не превышает 30 миллисекунд, значительного ухода параметров навигационной системы в связи с переключением на менее точные микромеханические датчики не происходит. По окончании действия механического удара происходит обратное переключение, и прибор вновь начинает работать как ВОГ. Данное техническое решение по вводу даполнительных датчиков угловой скорости на микромеханике может быть использовано, как в одноосных, так и многоосных гироскопах и позволяет решить проблему устойчивости работы бесплатформенных инерциальных навигационных систем в условиях повышенных (до 159 g. и выше) ударных механических воздействий с заданной точностью. Может применяться в сочетании не только с ВОГами, но и с кольцевыми лазерными гироскопами, динамически настраиваемыми гироскопами, и твердотельными гироскопами на эффекте стоячей волны.