Оптические гироскопы - часть 16

 

65

большие беспорядочные изменения этой величины будут приводить к тому, 

что за несколько периодов коле-
баний  выражение (2.17) даст,  в 
среднем, нуль. Это означает, что 
нелинейность  выходной  харак-
теристики (т. е. “полочки”) пол-
ностью  исчезает,  в  том  числе 
исчезает и нулевая “полочка”. В 
результате,  динамическая  зона 
захвата  обращается  в  нуль.  Для 
получения  данного  результата 

достаточно иметь шумовые колебания величины 

0

θ  с амплитудой менее 1%. 

Таким  образом,  при  ошумлении  виброподставки  достигается  практически 
идеальная выходная характеристика КЛ 

t

ω

∆

=

ψ

. 

 

Однако использование виброподставки, и тем более с ее ошумлением, 

приводит  к  некоторому  увеличению  случайной  составляющей  погрешности 
измерений. Такое увеличение обусловлено многократными проходами через 
зону  захвата,  каждый  из  которых  сопровождается  некоторым  измерением 
разности фаз, а также введением шума в угловые колебания КЛ. В результа-
те, разность 

ψ

 имеет случайную (шумовую) составляющую, осреднение ко-

торой во времени дает ошибку с дисперсией, пропорциональной времени ос-
реднения. 
 

Несмотря  на  очевидные  достоинства  виброподставки  как  способа  ли-

неаризации  выходной  характеристики  ЛГ,  многолетний  опыт  работы  позво-
лил выявить и ряд серьезных недостатков: 

• 

значительные  тангенциальные  ускорения  элементов  конструкции  ЛГ, 
приближающиеся к 30 g; 

• 

возбуждение сопутствующих механических колебаний; 

• 

значительный  уровень  случайного  дрейфа,  не  позволяющий  прибли-
зиться к потенциальной точности ЛГ. 

 

Стремление устранить перечисленные недостатки привело к разработ-

ке модифицированного реверсивного вращения ЛГ, при котором он соверша-
ет несколько оборотов с постоянной угловой скоростью в одну сторону, на-
пример по часовой стрелке, а затем “мгновенно” (менее чем за 0,1 с) меняет 

2

ω

П

 

ω

П

 

зд

2

ω

∆

∆

f 

ω

∆

Рис. 2.31  

 

66

направление  вращения  на  противоположное  и  далее  совершает  столько  же 
оборотов против часовой стрелки. По существу, выходная характеристика ЛГ 
модулируется  биполярной  последовательностью  прямоугольных  импульсов 
(меандр).  Этот  метод  в  зарубежной  литературе  получил  название 

“Carouselled”  или “Rate Bias”. Основное  преимущество  метода  состоит  в 
уменьшении  времени  нахождения  ЛГ  в  зоне  захвата.  Действительно,  если 
обозначить через N число проходов через зону захвата, то при обычной виб-
роподставке на частоте 400 Гц величина N за 1 ч составит: 

6

вибр

10

3

3600

2

400

⋅

≈

⋅

⋅

=

N

 

 

В  то  же  время  в  режиме  реверсивного (Carouslled) движения  со  скоростью 

50

°

/с и двумя оборотами в каждую сторону найдем также за 1 ч значение 

.

250

3600

720

50

рев

=

⋅

=

N

 

В результате, случайный дрейф может быть уменьшен более чем на порядок. 
На сегодня реверсивный метод относится к числу наиболее эффективных пу-
тей приближения к потенциальной точности ЛГ и используется при создании 
наиболее точных (в основном морских) БИНС с классами точности до 1 ми-
ли/сут. Правда, следует отметить, что данный метод требует увеличения га-
баритов БИНС. 

 

67

 

2.9. Стабилизация частоты генерации 

 

Одним из параметров, существенно влияющим на работу ЛГ, является 

частота генерации КЛ, или расстройка частоты генерации относительно цен-
тра  линии.  Как  было  показано,  выходная  характеристика  КЛ  (масштабный 
коэффициент, сдвиг нуля, нелинейность) существенно зависит от коэффици-
ента усиления активной среды и ее дисперсии. Усиление же и, соответствен-
но, дисперсия являются функциями расстройки генерации относительно цен-
тра линии. 
 

Значительные изменения частоты генерации могут привести к измене-

нию модового состава. При этом область генерации (частотная область, в ко-
торой G 

>

 

µ

) должна быть больше межмодового расстояния с/

L. Переход от 

одномодового режима генерации к двухмодовому создает вследствие разно-
сти параметров мод (прежде всего, разности расстроек) различие в выходных 
характеристиках, т. е. наблюдаются две разности частот встречных волн (рис. 
2.32). Поскольку отличие разностной частоты от идеальной всегда уменьша-
ется  с  увеличением 

Ω

,  то  и  разность  разностных  частот  двух  мод  тоже 

уменьшается  с  ростом 

Ω

.  При  определенных  значениях 

Ω

,  когда  разность 

разностных  частот  становится  мала,  происходит  синхронизация  разностных 
частот. При этом частота, на которой синхронизируются разностные частоты, 
отличается от разностной частоты, соответствующей одномодовому случаю. 
Вследствие этого переход из одномодового режима в двухмодовый и любые 
другие  изменения  модового  состава  всегда  приводят  к  резкому  изменению 
разностной  частоты,  причем  в  этом  случае  изменяются  все  параметры  вы-
ходной  характеристики  (

з

0

,

,

ω

∆

ν

∆

K

).  Изменения 

∆ν

,  обусловленные  изме-

нением  модового  состава,  весьма 
велики и обычно превышают флук-
туации,  создаваемые  другими  ис-
точниками  погрешностей.  Так,  на-
пример,  относительное  изменение 
масштабного  коэффициента  при 
переходе  из  одномодового  режима 

в двухмодовый составляет  ~ 

4

10

−

 

и  приводит  к  скачкообразному  из-

Ω

Ω

0

ν

∆

Рис. 2.32  

 

68

менению разностной частоты. 
 

Перечисленные  факторы  свидетельствуют  о  том,  что  нормальное 

функционирование ЛГ невозможно без стабилизации частоты генерации. По-
скольку частота генерации определяется длиной резонатора и соответствую-
щей собственной частотой резонатора (внутри линии усиления): 

L

c

q

q

=

ν

;                   

L

L

q

q

δ

=

ν

δν

, 

для  поддержания  стабильной  частоты  генерации  необходимо  компенсиро-
вать изменение L с помощью управляемого элемента (систему стабилизации 
частоты генерации часто называют системой регулирования периметра). Та-
ким  элементом  обычно  является  пьезокерамичический  преобразователь,  из-
меняющий свою длину при подаче на него напряжения. На него крепится од-
но из зеркал резонатора КЛ (рис. 2.33), которое, перемещаясь вместе с пре-
образователем,  изменяет  L.  Для  стабили-
зации  частоты  генерации  необходимо 
иметь  некоторый  репер,  опорную  линию, 
относительно которой можно было бы оп-
ределять  уходы  частоты  генерации.  Про-
стейшим  репером,  используемым  для  ста-
билизации  периметра,  является  вершина 
зависимости  выходной  мощности  от  час-
тоты  генерации.  На  пьезокерамический 
преобразователь  подается  переменное  на-
пряжение небольшой амплитуды 

п

U ,  соз-

дающее поисковый сигнал (рис. 2.34). За счет поискового сигнала выходная 
мощность КЛ имеет переменную составляющую, фаза которой зависит от то-
го, с какой стороны от центра линии находится частота генерации, а ампли-
туда – насколько далеко она от центра линии. 

Рис. 2.33