Математическая модель оптической схемы кольцевого моноблочного гироскопа

Авторы

Ус Н. А.^*, Авершин А. А.^**

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», Воронеж, Россия

*e-mail: us_n@mail.ru
**e-mail: aavershin@yandex.ru

Аннотация

Создание БИНС является одним из приоритетных направлений отечественного и зарубежного приборостроения. К ним предъявляются высокие требования по точности, доступности, непрерывности и надежности функционирования для различных режимов работы подвижных объектов. Обеспечить выполнение этих требований на современном этапе развития техники день возможно при использовании в качестве чувствительных элементов инерциальной навигации лазерных гироскопов. В исследовании рассматривается новый сегмент лазерных гироскопов — кольцевой моноблочный гироскоп с полупроводниковым лазерным диодом (КМГ с ПЛД) вобравший в себя достоинства известных газовых кольцевых лазерных гироскопов (КЛГ) и волоконно-оптических гироскопов (ВОГ). Применения в качестве чувствительного элемента БИНС нового датчика угловых скоростей типа КМГ с ПЛД позволяет упростить конструкцию, юстировку и технологию производства, а также варьировать точностными параметрами модификаций объекта за счет масштабирования геометрии моноблока и управления режимом излучения лазерного диода. Все это делает актуальной задачу анализа конструкции и процессов, протекающих в оптической схеме КМГ с ПЛД, с целью дальнейшего повышения надежности выходных характеристик навигационной системы. В работе представлены и исследованы математические модели базового конструктивно-технологического решения КМГ и с повышенной добротностью, отличающегося включением в оптический контур высокодобротных оптических резонаторов по типу Фабри-Перо. Математические модели реализованы с применением векторно-матричного аппарата основу, которого составляет – закон АВСD матрицы. Разработан алгоритм расчета добротности оптической схемы КМГ с открытыми оптическими каналами. Проанализированы результаты моделирования треугольной оптической схемы двух конструктивно-технологических решений для длин оптических каналов 50, 100, 150, 200 мм и систематизированы рациональные варианты конструкции КМГ.

Ключевые слова

лазерный гироскоп, оптическая схема, модель, векторно-матричный аппарат, кольцевой моноблочный, гироскоп, резонатор Фабри-Перо

Библиографический список

1. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. – СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2009. – 280 с.

2. Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. – М.: Наука, 1979. – 296 с.

3. Степанов О.А. Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации // Гироскопия и навигация. 2002. № 1 (36). С. 23 – 45.

4. Morris M. Kuritsky, Murray S. Goldstein. Inertial navigation // IEEE, October 1983, vol. 71, no. 10, pp. 47 – 74.

5. Несенюк Л.П. Бесплатформенные инерциальные системы. Обзор состояния и перспектив развития // Гироскопия и навигация. 2002. № 1 (36). С. 13 – 22.

6. Слесаренок С.В., Шепеть И.П., Рубинов В.И., Типов Ю.П. Автокомпенсация погрешностей навигационных датчиков бесплатформенной инерциальной навигационной системы // Труды МАИ. 2016. № 86. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=66381

7. Джашитов В.Э., Панкратов B.M. Математические модели теплового дрейфа гироскопических датчиков инерциальных систем. – СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2001. – 149 с.

8. Бабур H., Шмидт Дж. Направления развития инерциальных датчиков // Гироскопия и навигация. 2000. № 1 (28). С. 3 – 15.

9. Соколов С.В., Погорелов В.А. Основы синтеза многоструктурных бесплатформенных инерциальных навигационных систем. – М.: Физматлит, 2009. – 184 с.

10. Мелешко В.В., Нестеренко О.И. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы. – Кировоград: Полимед-Сервис, 2011. – 171 с.

11. Архипов В.А., Полутов А.Г., Ус Н.А., Склярова О.Н., Задорожний С.П., Смирнов П.В. Лазерный гироскоп. Патент № 2582900 РФ. Бюлл. № 12, 27.04.2016.

12. Кудашов В.Н., Плаченов А.Б., Радин A.M. Комплексные ABCD-преобразования для кольцевых оптических резонаторов с потерями и усилением // Квантовая электроника. 1999. Т. 27. № 1, С. 87 – 92.

13. Болотнов С.А., Вереникина Н.М. Лазерные информационно-измерительные системы. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. Ч. 1. – 70 с.

14. Быков В.П., Силичев О.О. Лазерные резонаторы. – М.: Физматлит, 2004. – 320 с.

15. Ломакин А.В. Матричные методы в расчете лазерных резонаторов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 31 с.

16. Джерард А., Берч Дж.М. Введение в матричную оптику / Пер. с англ. под ред. В.В. Коробкина. – М.: Мир, 1978. – 341 с.

17. Cвищев Ю.В. О добротности собственных колебаний электрического типа TM0nq открытого резонатора со сферическими зеркалами // Радиофизика и электроника. 2009. Т. 14. № 2. С. 128 – 132.

18. Ус Н.А., Задорожний С.П. Модель треугольной оптической схемы с повышенной симметрией лазерного гироскопа // Вестник Воронежского института ФСИН России. 2018. № 2. С. 15 – 24.

19. Авершин А.А., Ус Н.А. Расчет добротности оптического контура кольцевого лазерного гироскопа с полупроводниковым лазерным диодом. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018660692, 28.08.18.

20. Дьяконов В.П. MATLAB 7.*/R2006/R2007 – М.: ДМК Пресс, 2008. – 768 с.

Скачать статью