СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАСШТАБНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЛАЗЕРНОГО ГИРОСКОПА
METHOD OF DETERMINING SCALING FACTORS OF LASER GYROSCOPE

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и предназначено для определения величин масштабных коэффициентов лазерного гироскопа при проведении калибровок (паспортизации) бесплатформенных инерциальных навигационных систем, построенных на основе лазерного гироскопа, или их составных частей.
Т
Известен способ определения масштабного коэффициента кольцевого лазера (А.с. SU 1797432, приоритет от 01.08.1990, «Способ определения масштабного коэффициента кольцевого лазера», авторы: Голяев Ю.Д., Соловьева Т.И., Колбас Ю.Ю., Мещеряков Б.М., МПК H01S 3/083, опубликовано 10.08.1996, бюл. №22). Сущность данного способа заключается в следующем. Кольцевой лазер (КЛ) закрепляют на планшайбе поворотного стола (далее по тексту - планшайба), совмещая его ось чувствительности с осью вращения планшайбы. Планшайбу последовательно поворачивают в противоположных направлениях (против и по часовой стрелке) на один и тот же угол α, причем против часовой стрелки (2n+1) раз, а по часовой стрелке - 2n раз (n=1, 2, …). При каждом повороте регистрируют число выходных информационных импульсов КЛ. Далее вычисляют средние значения чисел выходных информационных импульсов: при повороте по часовой стрелке - , против часовой стрелки - . Затем определяют масштабный коэффициент КЛ по формуле .
Данный способ имеет следующие недостатки:
- неравное количество поворотов КЛ по часовой стрелке и против часовой стрелки при наличии нелинейной во времени составляющей смещения нуля (дрейфе) обуславливает увеличение погрешности определения масштабного коэффициента КЛ;
- совмещение оси чувствительности КЛ с осью вращения планшайбы обеспечивается только технологически, что обуславливает увеличение погрешности определения масштабного коэффициента КЛ.
Вышеперечисленные недостатки существенно снижают точность определения масштабного коэффициента КЛ.
Известен способ определения масштабных коэффициентов трехосного лазерного гироскопа (Федоров A.E., Рекунов Д.А. «Компенсация инструментальных погрешностей трехкомпонентного лазерного гироскопа моноблочной конструкции» // XVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов, стр. 42-47), основанный на предположении ортогональности его осей чувствительности. Сущность данного способа заключается в следующем. Трехосный лазерный гироскоп (ТЛГ) закрепляют на планшайбе в некотором произвольном положении I. Планшайбу последовательно поворачивают в противоположных направлениях на один и тот же угол на угол , где n=1, 2, … . При поворотах с каждой оси чувствительности ТЛГ регистрируют число и знак выходных информационных импульсов: при повороте против часовой стрелки - , по часовой стрелке -  (где i=1, 2, 3 - номер оси чувствительности ТЛГ). Затем определяют полуразность  между количеством выходных информационных импульсов, зарегистрированных с i-й оси чувствительности ТЛГ при поворотах планшайбы против и по часовой стрелке. Тем самым компенсируют влияние вращения Земли и аддитивных погрешностей ТЛГ на результаты регистрации. Аналогичные действия выполняют для двух других существенно различных положений ТЛГ, отличающихся между собой установкой ТЛГ относительно оси вращения планшайбы, например положения II и III. Величины углов поворота планшайбы поворотного стола  (где j=I, II, III - номер положения ТЛГ на планшайбе) описывают системой уравнений (1):
где , ,  - количество выходных импульсов (после компенсации влияния вращения Земли и аддитивных погрешностей ТЛГ), зарегистрированных i-й осью чувствительности ТЛГ при повороте планшайбы на углы , ,  соответственно;
, ,  - углы поворота планшайбы поворотного стола, задаваемые при трех существенно различных положениях ТЛГ (I, II и III) на планшайбе;
1
2
3
K, K, K - искомые величины масштабных коэффициентов ТЛГ.
Для случая, когда определитель матрицы не равен нулю, а вектор-столбцы матрицы не лежат в одной плоскости, решение системы уравнений (1) позволяет однозначно определить величины масштабных коэффициентов ТЛГ.
Указанное решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и взято в качестве наиболее близкого аналога.
Данный способ имеет следующие недостатки:
- строгое выполнение требования ортогональности осей чувствительности ТЛГ возможно лишь теоретически, а в действительности оси чувствительности не являются ортогональными между собой из-за допускаемых техническими нормами отклонений от номинальных размеров при изготовлении ТЛГ (технологические допуски), как следствие, это обуславливает увеличение погрешности определения масштабных коэффициентов ТЛГ;
- реализация способа возможна только для трехосных лазерных гироскопов.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа, позволяющего с высокой точностью определять масштабные коэффициенты лазерного гироскопа, имеющего любое количество осей чувствительности, ориентированных произвольным образом.
Техническими результатами, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, являются расширение функциональных возможностей и повышение точности определения масштабных коэффициентов лазерного гироскопа.
Т
T
T
i
Данные технические результаты достигаются следующим образом. Лазерный гироскоп закрепляют на планшайбе. Далее последовательно поворачивают планшайбу в противоположных направлениях на фиксированный угол α, при этом с выхода лазерного гироскопа для его осей чувствительности регистрируют количество информационных импульсов и их знак. Новым в заявляемом способе является то, что повороты планшайбы на угол α выполняют последовательно относительно трех ортогональных осей вращения OX, OY, OZ, совершая каждой осью чувствительности лазерного гироскопа полный поворот на угол α. Затем определяют величину масштабного коэффициента K соответствующей оси чувствительности лазерного гироскопа из соотношения:
,
где i=1, 2, … - номер оси чувствительности лазерного гироскопа;
T
- полуразность между количеством информационных импульсов, зарегистрированных с i-й оси чувствительности лазерного гироскопа при последовательных поворотах планшайбы в противоположных направлениях на угол α относительно оси вращения ОХ;
T
- полуразность между количеством информационных импульсов, зарегистрированных с i-й оси чувствительности лазерного гироскопа при последовательных поворотах планшайбы в противоположных направлениях на угол α относительно оси вращения OY;
T
- полуразность между количеством информационных импульсов, зарегистрированных с i-й оси чувствительности лазерного гироскопа при последовательных поворотах планшайбы в противоположных направлениях на угол α относительно оси вращения OZ.
T
За счет совершения поворотов планшайбы на заданный угол относительно трех ортогональных осей вращения OX, OY и OZ каждая ось чувствительности лазерного гироскопа в результате выполнит полный поворот на заданный угол α, который однозначно определяется тремя проекциями, зарегистрированными соответствующей осью чувствительности (в виде произведения масштабного коэффициента и количества информационных импульсов) при поворотах планшайбы относительно трех ортогональных осей вращения OX, OY и OZ. Таким образом масштабный коэффициент соответствующей оси чувствительности лазерного гироскопа определяют независимо от показаний других осей чувствительности, что позволяет исключить требование ортогональности осей чувствительности лазерного гироскопа и/или не выполнять процедуру ориентации каждой оси чувствительности лазерного гироскопа параллельно оси вращения планшайбы. Это повышает точность определения масштабных коэффициентов лазерного гироскопа. Также указанная совокупность существенных признаков позволяет применять заявляемый способ к лазерным гироскопам с произвольным количеством осей чувствительности, что расширяет функциональные возможности.
Заявляемый способ подробно поясняется на примере трехосного лазерного гироскопа.
На фиг. 1 схематично изображены оси вращения планшайбы поворотного стола OX, OY и OZ.
1
2
3
1
2
3
На фиг. 2 представлено схематичное расположение осей чувствительности лазерного гироскопа относительно осей вращения планшайбы, где 1, 2, 3 - оси чувствительности лазерного гироскопа; α, α, α - углы между горизонтальными проекциями осей чувствительности на установочную плоскость планшайбы (плоскость ХOZ) и осью ОХ планшайбы; β, β, β - углы между осями чувствительности лазерного гироскопа и осью OY планшайбы.
Способ определения масштабных коэффициентов лазерного гироскопа реализуется следующим образом.
T
Предварительно выполняют установку лазерного гироскопа на планшайбу поворотного стола (фиг. 1). К точности установки лазерного гироскопа на планшайбу требований не предъявляется. Последовательно выполняют три серии одинаковых поворотов планшайбы относительно осей OY, ОХ и OZ (одна ось - одна серия). Каждая серия представляет собой последовательные повороты планшайбы в противоположных направлениях (по и против часовой стрелки) на один и тот же угол α относительно одной из осей OY, ОХ и OZ (фиг. 2). В каждой серии с выхода лазерного гироскопа для каждой i-ой оси чувствительности (i=1, 2, 3) регистрируют количество информационных импульсов и их знак, таким образом, определяют количество выходных импульсов при повороте относительно соответствующей оси планшайбы против часовой стрелки - , , , и по часовой стрелке - , . Показания лазерного гироскопа после компенсации влияния вращения Земли и аддитивных погрешностей ТЛГ можно представить в виде следующей системы уравнений:
i
где K - искомое значение масштабного коэффициента i-й оси чувствительности лазерного гироскопа;
, ,  - полуразности между количеством информационных импульсов, зарегистрированных с i-й оси чувствительности лазерного гироскопа при поворотах планшайбы против часовой стрелки и по часовой стрелке относительно осей OY, ОХ и OZ соответственно;
i
α - угол между горизонтальной проекцией i-й оси чувствительности на установочную плоскость планшайбы (плоскость ХОZ) и осью ОХ планшайбы;
i
β - угол между i-ой осью чувствительности лазерного гироскопа и осью OY планшайбы.
Из выражений  можно определить величину масштабного коэффициента i-ой оси чувствительности лазерного гироскопа следующим образом:
Аналогичные действия выполняют при определении масштабного коэффициента лазерного гироскопа, имеющего любое количество осей чувствительности (i=1, 2, …), ориентированных произвольным образом.
T
-6
Авторами разработана и экспериментально проверена методика определения масштабных коэффициентов лазерного гироскопа заявляемым способом. При проверке использовали датчик угловых скоростей, построенный на базе ТЛГ. Угол поворота планшайбы относительно трех ортогональных осей вращения составлял α=1800° (при скорости вращения 100%), Результаты испытаний показали работоспособность заявляемого способа и подтвердили достижение заявленного технического результата. При этом погрешность определения масштабных коэффициентов датчика угловых скоростей не превысила 2,0⋅10 относительных единиц.