автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.03, диссертация на тему:Дискретная модель лазерного гирометра в прикладной теории систем стабилизации и навигации

I с. 1

\ % ш яьэ

Министерство науки, шсгеей школу и технической политики Российской

ийстигут г о'той етаншг к оптики

На правах рукописи

СЕРЕГИН Валерий Васильевич

дискретная модель лазерного гирометра

в прикладной теории теста! стабилизации и навигации

Специальность: 05.11.03 - гироскопы, кавигациошшэ

прибор« и комплекси

На у ч ннй доклад по опубликованным работам, представленный на соискание ученой степей! доктора технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ . 1ЭЭЗ

Работа выполнена в САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОМ ИНСТИТУТЕ ТОЧКОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ : доктор технически-. наук, профессор Демиденко Б.П. доктор технических наук, профессор Лукьянов Д.П. доктор технических наук, про<$ессор Окол И.М.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: Московсюй институт электро.чэханики и автоматики

За'лита диссертации состоится " '20 « О.у.у.^-^ч 993 года

20

в 15 час. на заседании специализированного совета Д 053.25.02 при институте точной механики и оптики по адресу:

197101 г.Санкт-Петербург, СаОлинская, 14

5'

азослан " ** " —' И

Научный доклад разослан " " —' 1593 года

Ученый секретарь , Г

\\ V1

спедиализироьанкого еивьта ___у А.В.Ушаков

V

ОЕГДЯ 3

РАБОТУ

Актуальк^-ть проблемы. Согремежое состояние и перспективы освоения ки'-нг.-^ного прострапсткч и мирового океана, совериенс зо~ какие ча&иглцкчйвого осьрудокянии транспорта;;'/: средств в целях по-рнп-еняя мачюмичнпоти и безопасности кх эксплуатации, создании ин-твгрироьончых комплексов для научных исследований геофизических яслей 5г-чяя, вннолквний некоторых геодезических и маркшейдерских работ. а тйкз№ рггеешгв рядя других няродно-хозчйстввркнх и оборонных .-н/^!« п якмчкдоьной слтчм зависит от достигнутого уровня и прогресс.-. ь ря?г.и7йи прикладной гироскопии. Она вклмчзбт в себя широкий круг троллем теории и практического использования гнр о-копических чунстьительныу. мементоь в системах назигыдаи, стабилизации и управления. Соврвмйнннв тенденции в гироскопическом приборостроении связаны с внедрением наукоемких тихкологай в производство комплексов, систем к их чувствительных элементов, использованием достижений в области оптики и квантовой электроники, реализацией качест-веншк изменений, которые дает прдаэнвниа вытеслительной техники как в самих гироскопических системах, так и при их создании.

Одним из направлений прикладной гирэскогаш является лазерная пгрометрия, успехи в развитии которой обусловлены достижениями в теории и практике оптических квантовых генераторов, в области электроники и оптических технологий, а также в практике средств измерения и контроля информационных параметров лазерного излучения. По экспертным оценкам, опубликовании в печати, к концу 50-* годов производство лазерных гирометров <ЛГ) монет достигнуть 30...903 от общего количества используемых в технике гироскопических чувствительных элементов. Это определяется теш преимуществами, которыми обладают лазерные гирометры как в отношении применения современных технологий, так и совместимости с цифровой ¿«числительной техникой. Лазерные гирометрн, находящиеся в серийном производстве, по своим технико-экономическим показателям успешно конкурируют с 1 классическими типами гироскопов, а созданные на их базе бескарданнне навигационные системы по многим эксплуатационным показателям превосходят традиционные разработки.

В решениях XVI и XVII (1933,1990 ^.г.) межотраслевых научно-технических конференций, посвященных памяти К.Н.Острякова, проблемы

СО№р:М',С^ГЬОВат;к ЛаЗврКНХ ПГрОШ'ГрЭЕ И расширенного нк^дренля ж во вновь раь'р-абатыьаемые сжм.*« к комплексы иризкяя«' ч^регмктяпкгй.; научно-техническим напраыкни-м, -угчга:,им ^а^ноо '-ор^тическо- к прикладное значение. Фунд8м*кт&,и»нни и поиског 'в иссл^до&ьн«« лазерных систем включены сакюстоятелыгам раэддото в гоеудврстквпну5Р научную агогрвту "Университета Россг«;]", рассчитаи/у Ч) на выполнена* б 1992- 95 годах. Таким образом, получаккуе результату в яонюжчосп! длльцей'мго слЕоршонствоваяня гсольцоглл лааеров создает предпосылки ддл развития перспективного научного кэярлвленид - прикладная ркя лазерных гкроштров.

Состоящие вопроса. Появление лазерной гирошгрки как нового направления в науке и техника относится к началу 60-х годов, когда била разработана идея оптического квантового генератора и поручена техническая реализация газового лазера на см*си гелия и неона, оз-¿едадздои* создание кольцевого . оптического квантового генератора \KOKT'-) и внедрение его в измерктельнне система, а также в системы 'навигации, стабилизации и упраелвшя .Значительный вклад в развитие теории КОКГ внесли труды советстО.х и зарубежякх учетах А.М.Хроы_х, З.П.Веюйдьё-ва, Б.В.Рыбакова, Г.С.Кругдика, В.Н.К/рято&а, П.С.Яанда, Ю.А.Кл.мйнтоБУ.чэ, А.л.Роеанталл, В.М.Наи.ека, Д.Т.Девкеа и других. Теории разовых лазеров посвящено несколько фундаментальных трудов, кйзддох аа последнее годы. Среда нет мокко отметить ;<юкографии Я.В.БвЯборсдина, С.И.Бучковй, Д.II.Лукьянова, А.И.Бакалярз, е.5>.сь-дорска, А.Г.'Лер<эм&ть 'ча, Е.п.уккккобь , в которых рассмотрена вопросы гест-/я и примзне-ния КОКГ в составе лазерного гирсштра.

Однако сшцифачвские вопроса, связанные с прдозкенчем лазерного гирометра в качеств» измерительного преобразователя. угла поворо—■ та к скорости вращений ь шврци&яшом пространств, & тэкаэ р-5эу&нализа я синтеза систем, встроенных на базе лазерных гихосетров, налли отр&к<?кив,5 основном, ь периодической литературе. ;"лл ьк^ктиткого использования на лрактике ьти материалы требует огре^елекнс2 систематизации, о'сб„ешп и изложения с едшшх нетодо-лс,-ичеек;и позиций, учитывающих дискретный характер преобразований водного сигнала в лагерном пгрс!,:е?ра.

До насгоядего ьрекеяи в .литературе не назла должного отражения госрид лазерного гиромэтра как дискретного элемента систем-,' Р?;оч*г-г.'.'«<сксГС- управления. Его за?рудк.-.^т -ракт-ачесхоэ яримея»ние

есвремеяанх методов анализа и синтеза цифровых аьтсмзтнческих схс-твм при исгледэвгкш» :« разработке свет'.-м.'навигации и стаоилигацки на лазервюс гиро.\:егрз:с, а в некоторых случаях может приь-гсти к получению оспбочк-х результатов.

Основной предпосылкой для учета особенностей пржененнил лазерного гиро.\:етрз в системах нааягзт!, стабялязацаи и управления мо-кет служен его дискретная математическая модель- Сувестввннное значение в процессе разработке- лазерных систем имеет учет помехи в выходном сигнале лагерного пирометра, характеристики которой используются при оптимизации структуры ж параметров систем. Эти характеристики могут бить оценены как теоретически, так и по результатам экспврэекталышх исследований, что требует рагработки соответствующих методик. Дискретный характер знходногс сигнала лазерного пирометра определяет ¡ргиенение аппарата .дискретного преобразования при решении задач пт"гклздной гирс-скстпк. Такте рекомендации не имеют систематического изложения р литературе. Достаточно специфлчес-яям является такие использование лагерного ггрокеггра з системах курсоукззания и з бескзрдаяных инернизльннх навигационных системах, что обусловлено с одной стороны широким дгнамаческям диапазоном его внходноГ: хэрантеристха;, а с другой отсутствием у него прс-странст-ственноГг памяти и зозмозкостк управления.

Цель работы. Указанные проблем составили предает проведенных исследований, целью которых является построение дискретной математической модели лазерного гирометра, использование ее для получения единого подхода при анализе и синтезе систем навигации и стабилизации о лазерным гароу»тро!4 б качестве чувствительного элемента, выработка рекомендаций по яогьшкяэ точности ЛГ и систем, построекшх ка его основе.

Основные задачи косоладованкл. Поставленная цель достигается решением следукцих вопросов:

•— математическое описание процессов преобразования сигнала в лазерном пирометре как дискретном звене система автоматического управления;

- обобщенный- анализ результатов экспериментальных последовзний для построения додели дре^а лазерного гпрэметрз, адекватней вшьхх в его выходном сигнале:

- теоретической и экспертов гальнов обоснований возкокносги снижения уровня помехи в выходном сигнале ЖР за счет оптимизащи периода квантования к коррекции сигнала с помощь» выработанной в ЭВМ модели помехи:

- обобщение теоретических исследования функционирования лазерного пирометра в замкнутой сллдйяеу привозе и ниры5отка рекомендаций по синтезу систем стабилизации па его осноье;

- оптимизация гпуерит:льпой функции лазерного пирометра в бес-карДйкных системах навигации и предложение обобщенного алгоритма аналитического метода гирокомпасированил;

- построение систем курс-сука зания для различны:-: условий применения и систем стабилизации оптической линии визирования о использованием лазерного гирсметра в качестве чувствительного элемента;

- реализация на ЭВМ предложенных методик идентификации погрешностей и снижения их уровня в вида прикладных программ.

Научная, ноаизва. Совокупность полученных регульгатбв позволяет говорить о формирован®! в рамках: указанной проблемы перспективного научного направления - дискретная теория лазерного гирометра в поикладннх вопросам; систем стабилизации и навигации подвижных объектов.

При выполнения исследований лично автором получены и опубликованы в трудах следующие научные результаты.

1.Лазерный гирометр с коммутируемой частотной подставкой пои некоторых депуцешлх представляет собой преобразователь с амплитудно-импульсной модуляцией входного сигнала, в качестве которого можно рассматривать как угловую скорость, так и угол поворота ь инерци-алъном пространстве. При этом временные интервалы получения информации на выходе ЯГ равны периоду коммутации.

2.Дискретная динамическая модель лазерного гирометра соответствует замкнутой системе с единичной обратной связью и частотно-импульсной модуляцией сигнала на выходе, в которой период срабатывания импульсного элемента является переменным и определяется входной угловой скоростью.

3.Модель дрейфа лазерного гирометра, адекватная г;<мехи в его выходном сигнала, содержит нестационарную и случайную составляющие, ^стационарный ^рвйф ЛГ апроксикируетс,ч полиномом первой степени со

случайными корф^прюнтами, оценки которых могут Сыть получены методом модифицированных первых разностей. Случайный дрейф подчиняется нормальному закону распределения и включает в себя дискретный белый шум и марковские процессы, оценки дисперсий которых вычисляются методом некоррвлироБоанх первых разностей после разделения составляющих помехи.

4.При медленно изме7«кщемся входном сигнале, когда теорему Котельникова мокко рассматривать только как необходимое условие выбора периода квантования, достаточное условие получено путем оптимизации периода квантования го критерию минимума среднеквадратичной погрешности измерения. Если лазерный гирометр используется как измеритель угла поворота, то оптимальную величину периода квантования можно уменьшать, примерно, на 42Х.

5.Синтез лепи управления следящим приводом в стабилизаторе на лазерном гирометре из условия получения конечной длительности переходного процесса приводит к структуре с физически реализуемыми звеньями. Анализ структуры показывает, что она может быть упрощена при исг'Оль:;->ччнии лазерного гирометра как измерителя угла поворота платформы и приращения этого угла за период квантования,что обеспечивается соответствующим алгоритмом формировашя выходного сигнала ЛГ.

в.Исследование устойчивости и динамических характеристик гиро-стабиликатора на ЛГ возможно только с учетом его дискретной модели, учитывающей квантование сигнала по времени. Использование непрерывной модели для репенил этих задач приводит к результатам не адекватным реальным характеристикам системы стабилизации.

.7.Требуемое движение платформы стабилизатора в заданной системе координат обеспечивается'сигналом коррекции, который вырабатывается генератором импульсов с задаваемым периодом их следования, проходит -через формирувдий цифровой фильтр и подается вместе с выходным сигналом лазерного гирометра непосредственно на следящий привод.

8.Обобщенный алгоритм аналитического метода гирокомпасированяя является метод Логической основой оптимизации процедура гирокомпа-сированйя с применением лазерного гирометра. Причем выбор количества лазерных гирометров и кратности измерений осуществляется путем, сравнительного анализа составляющих погрешности гирокомпаса, исходя из единого подхода к их оценке с учетом реальных условий работы.

9.Оптимизация измерительной функции лазерного гирометра в анали-

тических системах навигации обеспечивается за счет выбора оптимальной начальной ориентации входной оси ДГ относительно стационарного вектора измеряемой угловой скорости, при которой наблидается минимальная чувствительность к избиению модуля вектора и к иж>*н»т№ его ориентации в пространств*, ьь-званянш ьтшниш ьозчуцекиями. Эти результата могут быть распространены на исследование с*»скардн«-кых инициальны* систем навигации, в том числе с другими танами гироскопов .

Практическая ценность результатов исследований заключается в том, что в них показана перспективность применения лазерных пирометров в качестве чувствительных элементов систем стйбили5*ац;и и навигации. К этим результатам относится следунцее.

1.Построена дискретная модель лазерного гирометра, которая служит основой для применения современны»: методов теории цифровых систем управления при анализе и синтезе лазерных систем стабилизации и навигации.

2.Предложена методика получения оценок составляющих дрейфа лазерного гирометра по его выходному сигналу, которая реализована в виде прикладной программы обработки результатов ¡эксперимента на ЭВМ.

3.Реализованы в виде прикладных программ методики, которые обеспечивают снижение уровня помехи в выходном сигнале лазерного гирометра за счет оптимизации периода квантования и коррекции сигнала с помощью выработанной в Э3!й модели помехи.

4.Показана эффективность применения оптимизации измерительной функции лазерных гирометров и комплексного использования вырабатываемой ими информации при разработке систем курсоуКазания, а такке бескарданннх систем навигации, в которых реализуется аналитический ме^од гирокомпасирования.

5.Выработаны рекомендации п». применению лазерных гирометров в системе стабилизации и наведения оптической линии визирования, обеспечивающие повьааение ее точности и улучшение динамических характеристик сервопривода.

в.Предложена конструктивная схема трехкошонентного блока ЛГ с единым приводом для создания периодической частотной подставки, применение которой расширяет функциональные возможности измерительного блока, а при прочих равных условиях, позволяет повысить точность измерения угловых скоростей объекта.

- э -

Реализация результатов исследований. Проведенные теоретические и &кскерим*нтяькк* исследования легли в основу монографии '-'Лазер-гае гирометрн и их применение", в которой обобщены результаты исследований и в систематизированном виде изложены прикладные вопросы дискретной те^гии лч^рногс. гиро^тра. Эти иссслвдо*%ний были вы-полненн в р->м.. ,л хоздоговорных и гоебюдхетшх научно-исследовательских работ, проьодишх в Санкт-Петербургском институте точной меха-кики* и оптики на ка^-едре бортоьЕо; приборов управления в период с 1959 по 1992 год;;. Ооеобьи^ научные и практически« ■ результаты исследований внедрены в сЛ'-дунцих НИР:

- темя & 72844, выполненная в 1972-76 годах по договору с предприятием п.я.А-3<?31, г.Волгоград;

- тема .V' 7б07й, выполненная в 1978-30 годах по договору с Московским институтом электромеханики и автоматики;

- теми X 3/022 "Румб*, выполненная в 1978~о0 годах по договору с НПО "Азимут", Ленинград;

- тема Л 31222. "Поиск", выполненная в 1980-84 годах по договору с Москс»еким институтом эл»тром«ханнки и автоматики;

- .4 3/0Т9, выполненная в 1373-81 годах по договору с ЦНИИ "Гранит", Ленинград;

~ тема И 80-775 "СН'-т", выполненная в 1980-83 годах по договору с ЦКБ Ленинградского оптико-механического объединения;

- тема !« 85-059, выполненная в 1935-87 годах по договору с Ш0 "ВНШМ им.Я-И.Менделеева", Ленинград;

- тема # 91-02 "Серп", выдалнвннзи в 1Э91-92 годах по договору с Московским институтом электрс-мвхиники и автоматики.

Кроме того, отдельное теоретические результаты использованы при выполнении НИР но темам 02-72032 (ЛЮТО), 84353 "Руслан-МО" (10 КЗМ^Р АНСССР), 87483 "Контур" (ЛО КБММР АНСССР), 02-8859 "Океан" (ЛМТМО), "Исследование характеристик Б0ДУС" (ЛЭИС), "Измерительно-приводное устройство 0ЭП" (ЛМТМО), ''Смена". (ЦНИИ"Электроприбор"). Результаты исследований используются в учебном процессе по дисциплинам "Гироскч. .ы на новых физических принципах", "Теория приборов управления", "Теория и испытания гироскопов и акселерометров"- при чтении лекций и проведении лабораторных работ.

Основные положения, выноишне на защиту.

1 .Дискретная математическая модель лазерного гирометра, включающая в себя:

- функциональный подход к описанию процесса прохождения сигнала через ЛГ и преобразования его к дискретному виду с периодом квантования равным периоду коммутации частотной подставки;

- построение динамической модели ЛГ в виде дискретной замкнутой системы, обеспечивающей частотно-импульсную модуляцию сигнала, в которой период срабатывания импульсного элемента определяется входной угловой скоростью;

- получение статистических оценок составляющих помехи в выходном сигнале ЛГ методами модифицированных первых разностей и некоррелированных разностей;

- оптимизацию периода квантования выходного сигнала ."Т по критерии минимума среднеквадратичной погрешности измерении.

2.Теоретические исследования замкнутого следящего привода с лазерным гиромётром в качестве чувствительного элемент?:, показавшие, что:

- синтез цепи управления следящим приводом из условия получения конечной длительности переходного процесса приводит к огруктуре с •физически реализуемыми звеньями, б которой ЛГ используется одновременно как измеритель угла поворота и приращения етого угла за период квантования;

- устойчивость к динамические характеристики гироста'илиэатора на ЛГ необходимо рассматривать на основе его дискретной модели, учитывающей квантование сигнала во времени;

- сигнал коррекции, обеспечивавший требуемое движение платформы стабилизатора в заданной системе координат, следует подавать через формирующий цифровой фильтр, суммируя его с выходным сигналом ЛГ, непосредственно ка следящий привод;

- применение ЛГ в системе стабилизации и наведения оптической 'линии визирования обеспечивает повышение ее точности и улучшение

динамических характеристик сер? привода аа счет уменьшения перекрестных связей менду каналами.

3.Решение проблемы применения лазерных гиромегров в аналитических системах навигации, состоящее из:

- обобще' чого алгоритма аналитического метода гирокомпасирова-ния, который является методологической основой оптимизации процедуры гирокомпасирования с применением лазерного гиромвтра;

- метода оптимизации измерительной функции ЛГ во зременной области в в пространстве по критерии минимуме среднеквадратичной погрв-

- и -

внссти измерения и ккнимальиоР чувствительности к изменению модуля ь^.гора углоьсл скорости и (или) его ориентации в пространстве;

- рекомендаций по синтезу принципиальных схем систем курсоуказа-ния на осконе .;аг-ернух гирометров и комплексному использованию вырабатываемо? и информации.

4.Реализация в виде прикладных программ для ЭВМ предложенных методик , ездящих для:

- и,|»ктаф?кяции дрейфа ЛГ путем разделения стационарной и неста-цж'нчрной слстявлящих помехи и получения их оценок по результатам ьк^ч^рьуч-н'-ильнмх исследований;

- они-цекуд уровня помехи в выходном сигнале ЛГ за счет оптимизации периода квантования и коррекции сигналя с помощью выработанной н ЯВМ модели помехи,

Апробация исследований. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции (гГГК)""р;менекнб кольцевых оптических квантовых генераторов в навигация и гирометрии" (Ленинград,1973); Всесоюзной ТтТК "Современная ¡¡рикладная оптика и оптические прибора"(Ленинград, 197й); на секции КТО Приборпрома (Ленинград,1975); на секции Инсти-та проблем механики АК СССР (Москва,1583); на 8, 9, 11, 12, 13, 17, 13 мекотраслеьн:с КТК памяти Н.К.Острякова (Ленинград, 1373-1992); на семинарах Казанского БЗИУ (Казань,1972,1977); на 20, 22, 23, 25, 27 НТК ¡тр^вссорско-преподавательского состава ЛИТМО (Ленинград, 19721939); ЛКАЛ (Ленинград, 1931); ЛЗТИ им. В.Юльянога(Ленина) (Ленинград, 1387); Т-ПИ (Томск,,1989).

Публикации. Основные научные результату исследований опубликованы а научных изданиях, внпускаемых государственными издательствами. ГГо рассматриваемым в научном докладе вопросам опубликовано 28, работ, в том числе монография объемом 13 печатнях листов, учебное пособие объемом 3,75 печатных листа, 4 авторских свидетельства.

Структура работы. Результата выполненных исследований излоке-нн в пяти разделах научного доклада, каздый из которых заканчивается основными выводами. Слисок условных обозначений, принятых, в работе, прилагается.

ОБОБЩЕННОЕ ИЗЛОШЙЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 1. М&тематмческая модель лазерного гироыетра

Наиболее существенные преимущества лазерного гирометра по сравнению с гироскопами с механическими носителями кинетического момента проявляются при использовании в ЛГ частотного метода регистрации, б котором информативным параметром является разность частот встречных волн (частота биений). Для реализации этого метода встречные волны сошв'давтся в одной плоскости для образования интерференционной картины, которая мокет быть описана выражением:

1=10( 1+ соз (2т §- t + <|>;7. (1.1)

О

Кз (?.1) видно, что при ¡г=0 интерференционная картина стационарна. Если кольцевой резонатор ЛГ вращается со скорость» П , то разностная частота . При атом интерференционнач карти-

на перемещается по фотопркемкпку со скоростью, определяемой частотой т'р. Для измерения этой скорости синусоидальный сигнал, снимаемый с фотолрмемшаса, в блоке предварительной обработки информации преобразуется ь последовательность прямоугольных импульсов, причем за каядай полупвркод изменения интенсивности I формируется один имггульс.

Таким образом, измерение скорости ьрашения ЛГ в инициальном пространстве сводится к подсчету числа импульсов за единицу вре--М1...Д, т.е. лазерный гирсметр является измерительным преобразователем с частотным выходом. Так как ведется подсчет только целого числа импульсов, то ЛГ необходимо рассматривать как дискретный ¡преобразователь с ценой импульса Д, определяемой известным выражением:

д.^И. 0.5 . (1.2)

8 5К

Конструктивной особенностью лазерного пирометра, связанной с его применением в системах стабилизации и навигации, яеляэтсл создав« частотной подставки, обеспечивающей смещение рабочей точки на выходкой характеристике ЛГ, ддл уменьшения влияния взаимной -.синхронизации встречных волн (зоны захвата1. Как известно, частотную подставку мокко создать, используя эффекты невзаимности различной физической природы. Н& практике для ¿той цели наиболее чаете -применяют ячейку Фарэдея с коммутируемым магштх/м полем

Таблица 1

лазерного гирометра

Выходаая величина Примечание

п=0 Дискретный выходной сигнал

со Е ) • ехр(-рп?к) п= О Непрерывный выходной сигнал

Измерение приращения угла поворота

л*(птк)= хкв-2 п^гят; т=0 Интегратор угловой скорости без экстраполятора

п-г , ТПггО Интегратор угловой скорости с экстраполятором

Л ?х*(птк)= кквпа;-£ д(г-п?к) Выходной сигнал соответствует разностной частота

л=0 Измерение частоты по алгоритму цифрового частотомера

1.Первкчннй преобразователь лазерного пирометра (кольцевой резонатор и оптико-электронная система съема сигнала) представляют собой аналого-цифровой преобразователь, в котором выполняется частотно-импульсная модуляция скорости вращения основания ■ относительно инерцЕпльного пространства.

2.Б структурной схеме системы стабилизации и (или) управления лазерный гирэметр следует рассматривать как дискретное звено, на вход которого подается или угловая скорость или угол поворота, а его импульсная передаточная функция, существующая в области I-преобразования. определяется характером требуемого выходного сигнала.

3.При сделанных допущениях лазерный гирометр с коммутируемо!; частотной подставкой' можно рассматривать как преобразователь с яшул-тудно-змлульсной модуляцией .когда временные интервалы (период квантования) получения информации на выходе ЛГ равны периоду коммутации.

¿.Включение вкстраполятора нулевого порядке на выходе лазерного гирэметра, измерявшего угол поворота, не изменяет вида передаточной функции системы при представлении ее в области л-преобразова-, ни я.

5.При измерении с помодью лазерного гиро,метра прирадения угла поворота выходной сигнал представляет собой первую обратную раз-..коеть, которая определяется по текущему и по предыдущему значениям решетчатой функции, образованной из угла поворота па входе ЛГ.

5.Если в качестве сигнала на входе ЛГ рассматривается угловая скорость, то использование передаточной функции 1?лг7 (г) обеспечх-зает получение выходной информации со смещением на период квантования, а результат соответствует среднему значении угловой скорости за Период квантования. Информация на выходе звена с передаточной функцией й'ЛГ6 (г) соответствует моменту времени, совпадавшему с концом периода квантования, и отобракает флуктуации угловой скорости за »тот промежуток времени.

7.При подключении выхода лазерного пирометра непосредственно к ЭВМ для вычисления угловой скорости в ней целесообразно реализовать алгоритм, отобракгвдий работу процентного частотомера, как лакПолее перспективный: с точки зрения уменьшения времени измерения и сшжнил погрешности дискретности.

8.Использование дискретной динамической модели лазерного гиро-_^етрр. требует переноса входного воздействия за импульсный элемент в виде эквивалентной угловой скорости. .-При равноускоренном вращении

„основания передал>чнйл функция модели ЛГ аналогична импульсной пе-редзтучной функции лазерного гироыетра как интегратора угрозой око-

рости с; экстраполятором нулевого порядка на выходе, однако период срабатывания импульсного элемента в динамической моделе является переменным и определяется входной угловой скоростью.

2. Модель дрейфа лазерного гирометра и пути снижения помехи в выходном сигнале

Характер помех в выходном сигнале лазерного пирометра рассматривается во многих публикациях, поскольку представляет большой интерес при практическом применении ЛГ в самых различных областях техники. Достаточно подробно исследованы природа возникновения флу-ктуашгй частоты биений в кольцевом резонаторе, а также влияние нестабильности параметров конструкции ЛГ. В качестве пр..мера можно привести работу Ф.Ароновиц и монографию под редакцией С.й.Бычкова ^1, в которой приведена обширная библиография по этому вопросу. Результаты этих исследований позволяют сделать вывод, что ос-ной вклад в погрешность лазерного гирометра вносят технические флуктуации, обусловленные нестабильностью расстройки частоты излучения по отношению к центральной частоте'атомного перехода» нестабильность» относительного усиления и потерь на проход, а также нестабильностью коэффициента преломления оптической среды- Естественные флуктуации, вызываемые квантовой природой излучения, тепловыми шумами резонатора ЛГ, уширением спектральной линии сигнала биений и тому подобными причинами, определяют потенциальную точность лазерного гирометра.

Для оценки уровня погрешностей лазерного гирометра и и:; спектрального состава предлагаются разтчныв подхода, связанные с особенностями применения ЛГ. Типичными являются следующие модели помех выходного сигнала . В одном случае, например, в работе в основу

о, ■

"'Ароновиц Ф. Лазерные ггроскопы//Применение 'Лазеров./Под ред. М.Росса - М.:Мир,1974. С.182-269.

3-' Бычков С. К., Лукьянов Д.П. .Бакаляр А ."А. Лазерный гироскоп./ Под ред. С.М.Бычкова.- М.:Сов.радио, 1575.

Здоров Б.Ф..Шереметьев А.Г. .Умников В.Н. Оптический квантовый гироскоп.- и.: Машиностроение, 1973.

¡М -

пологепо вырзжениэ частоты биений как функции от конструктивных и тзхккчс-ских параметров ЛГ. Тогда погрешность определяется как сумма ■ случайных или систематических составляли: из-за флуктуация этих параметров. Такой подход удобен при проектировании лазерных гиромз-трсв.

Для оценки вклада .IT в погрешность измерительной системы мо:кно использовать медаль, полученную на основании анализа выходной характеристики лазерного гкрометра. При этом пзгрепность JT имеет составляйте, обусловлэнныа флуктуацдяки коэффициентов, входах в вкраяештл выходной характеристики. Е работе 1 рассмотрена возможность оксязрпмояталигого опродолонпя ьтих коэффициентов и дана оценка погрешности измерения угла лазерном пирометром.

Анализ и систематизация опубликованных результатов, а также последозькия выходного сигнала Я', проведенные при выполне:-ш'. на к;«1мдро ГПУ научно--псслодосатель^гсгх работ по темам & 72844 к 31222, позао.тллг. определить исходные положения для построения матекати-чггиой кздода дрейфа лазерного 'гиромзтра с цель» применения ее при •анализе и синтезе систем стабилизации и навигации.

1 .Молодь до.2аа обеспечивать возможность идентификации дрейфа по иомгрктоа нс"<?-хе as выходе ЛГ с учетом квантования по уровню и во врйманл.

£ .Разделение аддитивной и мультипликативной составляющих помехи при обработке выходного сигнала ЛГ затруднено из-за нелинейности его выходной характеристик:!.

С.Модель додзка учитывать кестационаркость флуктуация частоты биений, s тдага зааяскыость уровня помехи в выходном сигнале от периода квантований.

«.Модель долзнз оыть адекватна распространенной модели дрейфа шхагичаского гироскопа.

Эгкм требованиям достаточно полно удовлетворяет модель дрейфа льзораага гкрокетрь, предложенная в £7], а именно:

vi-> ?*„ - смещение нуля выходной характеристики, кмеюцее ненулезое матеч'агическое ожиданий ? и среднеквадратичное отклонение с , которое хг.р^чтогпзуе? воспроизводимость измерения включения к ач-л^чзкнх; л - скорость, дрейфз куля, характеризующая долговремен-

5-''Лазерные памег^гз.ть^ко его тема./ Под рзд. Л.П.Лукьянова.- М.: Радио к связь,' I33U

ную нестабильность, которую считаем случайной постоянной величиной на ¿зданием интервале: изменение скорости дрейфа от интервала измерения к интервалу оценивается математическим ожиданием 3 и среднеквадратичном отклонением zj, F - шумовая составляющая пока зги, определяющая кг -¿современную нестабильность дрейфа, а также включающая помеху из-за квантования сигнала по уровни.

Представав FiP(t) з виде решетчатой функции и срашкз во о сигналам на выход? 7?*гс(р), полудик дрейф ласйрного гиромзтра, приведенный к его входу:

Ä " йлр+ яс •

Для идентификации дрейфа ЛГ могзю использовать его выходной сигнал в виде пппвгвд-ня числа и: ¿пульсов за период квантования

V.7VrJg) - ~ F?K + aJ2n-1)j- * Fcie , гг.з;

или г, нлде суммарного числа импульсов, ссотвзтстзушего tcxji&uy углу гсворэта,

спг„;

Анализ этих выражений гскпаавье:. что при использовании совокупности измерений (2.3.) опенка стечений куля искажается из-за наличия скорости его дрейфа,, а изменение этой скорости с течением времени при-годи г к несггдхонзрностп оценки вдоль совокупности. 11ри использова-ник (2.4) дегерхгнгфСБаннэл составляющая мокзт быть выделэкз методом квадратов на интервале времени, з течение которого скорость, дре?4г нуля сохраняет свою величину. Однако зтот интервал времени :-:е может быть спрогнозирован достаточно достоверно, а кроме того, его длительность не остается постоянной. При обработке ns методу наименьших квадратов всей совокупности измерений (2.4) Cyzs? получена осредненная оценка скорости дрейфа нудя, а ее .^луктуазж! будут отнесены к шумовой составляющей. Одновременно спектральная состав шумовой составляющей изменяется за счет прохождения ее 4&Z&3 дискретный интегрзтор. который играет роль фяльтрз.

На основании полученных результатов в 17 3 заработан» сязду»-¡дие рекомендации:

- для идентификации дрейфа лазерного гирокэтра цеяесс-с'рязггз использовать совокупность измерений, составленной из сргразкай: "Zi;":5» импульсов за время измерения, соответствуйте .'дд-сду гьадг czr-нала ЛГ в кош:ретной системе наысгщи zxz e?sü£«2aE2Z, й jscssiöi

- задача выделения стационарной составлящвй дрейфа может быть решена с применением метода первых разностей путем образования но-1 вой совокупности:

Лп >ГГ ^№ТИЗ+ГИЗ ) - ) =

= ?из + W - V*3^ 'J + 5вГиэ , u?.6j

при этом дисперсия первых разностей связана с дисперсией оt. иу-мовой составляющей дрейфа ЯГ соотношением

где w=T 2 ^*1'из+1'из->,рс<ч1,иэ> " вааивая корреляция двух последовательных измерений.

Исследования, выполненные в [13], показали, что при прохождении случайного сигнала через фильтр, иммптпрукщий процесс взятия первых разностей, характер коррелялдаошшх связей в нем существенным образом искажается. Степень искажения зависит от соотношения постоянной времени корреляции и периода измерения (квантования) сигнала при обработке. Поэтому метод первых разностей эффективно применять для идентификации дрейфа лазерного гирометра в том случае, когда его шумовая составляющая хорошо согласуется с моделью диск-ротного белого шума, а детерминированная составляющая апроксимиру-ътоя полиномом первой степени.

Б развитие метода первых разностей можно предложить для определения статистических характеристик дрейфа ЛГ использование некоррелированных первых разностей, которые вычисляются по (2.6) при нечетких значениях индекса m (m=\,3,...,2ft+1,...). Анализ показывает, что корреляционная функция такого разностного сигнала адекватна дискретному белому шуму. Поэтому дисперсия некоррелированных разностей связана с дисперсией шумовой составляющей дрейфа ЛГ соотношением:

Для получения оценок параметров, характеризующих скорость дрейфа ЛГ, рекомендуется метод модифицированных первых разностей, которые вычисляются с переменным шагом к вдоль множества, содержащего п измерений, по алгоритму: для к*1 ^V* ; i=1,2,...,n-l ,

для a[4y{= v.v: ; i=7,n-1, ' (2.9)

для д"Л' = vS" - vA'* ; 1=1 ,Po ... ,n-m .

m - { If v, I ' '

Лбр&Сатывая новыо множества на каждом иаге fo*?,2,...находим математические ожидания и дисперсии:

МГ Л 1П = гП Т, 1 . .

> я л ,

(2.10) (2.11)

?.= 7,с.....И .

Алгпр.хскмируя полиномом первой степени Л0+ А1 и (2.10)

полиномом ы _.ой степени Я0+ , получим оценки параметров

дрнйг.-', ХГ и И!7м-->роЭ сосгавлдквдей

-л *

лг-

С,.

Л

?г.

ИЗ ' ИГ1 из

Для примера в табл. Я...в представлены результаты обработки некоторых реализаций помехи в выходном сигнале ЛГ рассмотрению«! выше методами.

Таблица 2

пс-посредств-нная статистическая обоаботка исходного массива

Ооъем ДИО.-сряТ- Црипнщ^нш угла Дрейф .яр,

массива мэо-С'ИЬЬ Жл? Г' ь съем-. 7ИЗ о Мыематич. ожидание, имп. Среднекв&др. отклонение, нмл. Д(.-терминированный , 1шп. / с Случайный, имп./с

1 500 0.С025 4.5 • 10~ 2 4.23 13.4 -

2 580 0.05 3.1 4 ■ 10"2 2.21 0.63 >44.24

з РСО ! .0 -4.5? • 10"3 2.06 -4.6-Ю"3 2.05

4 300 10.0 1 .ез 3.23 0.Т7 0.32

Таблица 3

Обработка исходного массива методом наименьших квадратов

Я массива Приращение угла Дрейф ЛГ

См<- ¡цение нуля, ими. Скорость дрейфя ' куля, Ш1. / с Средкекв--!др. отклонение, имп. Де'гер'.даагооы-амвй Случайный, имп. / с

постоянный шт./о скорость и?.и./с

1 2.36-10"2 3.6-10"2 4.28 3.44 „ 14.30 _

2 -4.2-1 О"3 2.8> 1 О"3 2.21 -3.4-10 5:53-10"2 44.23

3 -1 .4 • 1 0"2 2.1 • 1 0" 5 2.05 -1 .4• 102 2.07-10'5 2.05

4 0.64 2.5-1 О""4 3.17 6.4 • 10" 2 2.26-10" ь 0.32 ■

Влияние квантования сигнала по уровню на работу цифровых сис-'тем автоматического регулирования известно и рассмотрено в трудах многих авторов. Однако в публикациях го применению лазерных гирске-тров этот вопрос не находит дешкого отражения. Как на исключение,

Таблице 4

Оценка параметров дрейфа ЛГ методом перьих разностей

Перьие рйянооти При.ьщенке угль . Дг-еЯф ЛГ

мчс- Cv'ibfl М^чгматич. ожидчтие, ими. Среднеквадратичное ОТКЛОНгНИв, имп. Скорость дррйфа нуля, имп./с Ojj—,jiH-КЫ1Д- рПТЙЧНОЧ СК.ЧОлИ¿'1'.* , ИМИ. CKOIXM.'J'D имп. t Случайны.'} , ¡•¡.МП. / с

1 2.0-10"' 5.34 Q г— О . - V/. ....... -4 . S.O о/L;>-4» -

о 1 .34 • 10 3.5Я 0.27 2.20 5.35 44. !

о 5. SB • 10" 4 о. 25 И0а ?.. 96 4 14 S.2S-10"4 2.0о 3.23 г ОС! . ' п" '* . О1.-' ' 1 L' о. 25 • 10 2.0 Г, 0.32

Таблица 5

Оценка параметров дрейфь ЛГ методом некоррвлирс* анных первых разностей

I.'epbJif рианоети . npup&dv -К'ле угла дрейф 7ГГ

ji м носи, за Мыте?,г:тич. ОЖИДЯШК» > ИМЯ. Cpej.oieKBfi д-рэгичное отклонение, ими. Скорость нуля, Opt* д 'rf:t' кьпд-ргГГИЧ НО* отклонение, 7. МП . ■jKopooTt и>м*-*нения , 2 ИМП./о Случайный , ИМ! . / С

1 1 .я. 10"" Б. 2.7 4.82 1 I^I •+ . < Qoy -

2 -3.6.1 о"2 З..Ч -0.72 2.20 -14.44 43.93

3 4.5-10"2 3.05 4.52•10"г 2.12 4.52 • 10 2.12

4 0.40 4.25 4.01 -Ю'2 3.30 4.01-10 3 Таблица 0.33 о

Сценка параметров дрейфа ЛГ методом модифицированных первых разностей

Порыла pbSrJOCTK Дрейф ЛГ

массива Среднвгсиьк-pt ГИЧ;!Св отклонение ■ ИМП. Среднеквадратичное отклонение дисперсий, имп." Сро-даил скорость ЛЯМеНеВДй , НМЛ./ Средн-кььд-ратичное отклонение скорости,, имп./с" Случайный, ереднеквзд-рймчное отклонение, км:;./о

1 1 .о-1 S£ 11.3 -15.9 053. о -

2 4.5-If!"3 4.3 -2.9 • 1 0"J 1 .7 43.5

3 5.3.10"1 0.35 •'.. 3 • 1 0"s 5.2 • 10" 3 2.06

1 < 1 .1-10"2 1.03 ! . В • 10"Е 7.4 • 10"5 0.33

можно указать на статью -. в которой при анализе выходного сигнала ЛГ учитывается зуш, обусловленные квантованием его отсчотсв.

Погрешности лазерного пирометра из-за квантования :. нем сигнала по урог- ; рассмотрены в работах [5,7]. При оценке максимально возможней взлкчит: погрешности использован метод, прадлокеннаЯ Я.З.Ципгсньм. Показано, что максимальная погрешность квантования по абсолютной величине не превосходит половянк цены импульса ЛГ:

а ее период определяется скоростью иошнения входного сигнала:

Т - Л ■ (cu/dt Г1. ч

При изменении входной величЕШ по случайно?"/ закону целесообразно использовать статистическую оценку погрешности квантования. При зтем погрешность преаставляйт собой результат преобразования входного сигнала (t) нелинейным элементек с газообразной хэракте-рпстжсй. Если сигнал a(t) есть нормальный случайный процесс с дисперсией о* и корреляционной функцией Л (х), то для корреляционной функции шумов квантования получим пркблклкиное выражение:

Я (') * ~ У i~zexD(-4L zt?[qz- 17 (х)) L2} . (2.13)

Тогда дисперсия погрешности квантования будет 0е- п (О) - £ ,

<3 ч ' £

что соответствует случайному процессу с. равновероятном законом рас-* пределенил в диапазоне от -д/2 до -i-А/2.

Взаимная корреляционная функция входного сигнала и иуков квантования имеет вид:

я - гам £ (-1)^ехр(-2тп-сГ:ь ~) . (2.14)

ОУ С. *-■' ^ * сх

г 1

Анализ (2.14) показывает, что при ао-Л взаимной корреляционной связью практически мокло пренебречь. Если, кроме того, время корреляции шума квантования меньше периода квантования, то эти шумы мокко считать дискретным белым шумом, не коррелированным с входим случайном сигналом.

Одним из характерных примеров проявления квантования по уровни выходного сигнала является возникновение погрешаете в лазерном гирокомпасе (ЛГК). В статьях [2,103 для однокомпонентного ЛГК при од-

6j Hammons S., Ashby V. Mechanically dithered RIG at the quantum limit.//IEEE - NAECGN, 1932.

нократном измерении азимута показано, что кзантование сигнала по уровню ограничивает точность измерения выходного сигнала и слело-.вателвно, вызывает погрешность в определении азимута ЛТК:

созвал ,Р ас)

°А- с„ iK3U соар •

В [6] погрешность ЛТК из-за квантования входит составляющей во флуктуации выходного сигнала лазерного пгоометра и выражается через (2.15) в зависимости от выбранной схеш (числа применяемых ЛГ и ориентации: их входных осей) и кратности измерений. Минимальное значение эта погрешность имеет (при прочих равных условиях) в схеме двухкомпонентного ЛГК при выполнении двух измерений с разворотом чувствительного элемента ка 180° вокруг вертикальной осп:

о. = о Ц --- . (2.16)

В Г233 при моделирования на .ЭВМ работы Ъднойо;шоиен5ного ЛГК было подтверждено влияние квантовния сигнала по уровню на погрешность вычисления азимута, а также показан периодический характер изменения этой погрешности в зависимости от ' начального положения измерительной оси ЛТК. Периодичность погрешности ЛГК может быть рассчитана для заданного времени измерения с учетом периода изменения погрешности квантовался:

? = -â- . (2.17)

* q u созф cob/î

Воринруя ье:шчину Г„3, можно уменьшить составляющую погрешности вычислешгд азимута за счет снижения погрешности квантования. „еыход-ього сигнала ЛГ.

В качестве другого примера, подтверждающего необходимость учета квантования сигнала по уровню, можно привести анализ азимутальной коррекции курсоуказателя, в котором чувствительным элементом является лазерный гирометр. В [13,19] было показано, что сигнал коррекции в навигационных системах, построенных на ЛГ, целесообраз-' но вводить, суммируя его с выходным сигналом лазерного гироматра. При этом непрерывный сигнал, пропорциональный угловой скорости кор-г-екцни il, необходимо преобразовать б последовательность импульсов, число которых за период квантования пропорционально П,. , а период следования импульсов равен ?ко?= û• Ц.'. Из-за запаздывания подачи спгнело коррекции ка вход стабилизатора по отношению к моменту его йарайотка на время (1-ie)TQ погрешность в ферьтфовакии сигнала ази-мутьльно'Д Korpefc. а составляет [231:

= -(ег? )-(1-ie)T0TKop , (2.18)

- 27 -

где Гкор= (РлаЛ0; С% £е < 1 ; I = 1 .....

Вследствие этого на выходе курсоуказателя появляется погреа-носгь: п

\Ь _ ___1 1 ,

еаля:?0 =¿6 |1 - -----— I ,

т к <т +11 етгуг

'КОР "]'Г ''

которая из-за увеличения £ с течением времени стремится д -своему максимальному значению 6л, =А Т-Т"* .

2 О КОР

При использовании лазерного гирометра в качестве измерительного преобразователя угловой скорости квантование сигнала но уровни ограничивает его разрешающую способность, которая равна 15/Л Л-= ± . Это приводит к зависимости потенциальной точности

икерщгальной навигационной системы, построенной на ЛГ, от погреино-

Си.. I . о J : ____________

о° = ; < = Л5и ; со __ о^^ет #

" * Тт(и+к) к Тпзи

Таким образом, учет квант вания по уровню выходного сигнала лазерного гирометра позволяет выявить составляющую погрешности навигационного прибора и выработать рекомендации, обеспечивающие повышение его точности за счет уменьшения этой составляющей.

Различней характер изменения составляющее дрейфа лагерного гирометра в зависимости от периода Рк квантования сигнала на его выходе (см.например, (2.3) ) позволяет рассмотреть проблему оптимизации периода квантования. Предположим, что на вход ЛГ поступает медленно меняющаяся угловая скорость, среднее значение которой за период квантования Пло. Обработка выходной информации осуществляется по алгоритму, обеспечивающему исключение составляющей помета, постоянной в данном заг"'ске. Случайные составляющие помехи подчиняются нормальному закону распределения и не имеют корреляции между собой. Тогда отношение сигнал-помеха на Еыходе .ОТ можно представить в * виде [163:

2К Т О

в „ " ^ ; (2.21)

Анализируя (2.21), получаем, что отношение сигнал-помеха достигает своего максимального значения

п Д- о

х =

таг

и I—--2"

"*2ста''°1г+0£г при периоде квантования ровном

о'+а'

. (2.22)

Это обеспечивает миншзлькое значение среднеквадратичной погрешности аа измерения угловой скорости, которая определяется выражением:

О.

•ср 47

1—о—-—

о •, о:1+а" . 12.22)

а N О д

х- = ХГ

г^га' й В Л

Таким образом, оптимальный период квантования сигнала лазерного гиромегра удовлетворяет критерию минимума дисперсии погрешности измерения. Анализ (2.22) и (2.23) показывает, что величина оптимального периода к; ягеовышя уменьшается при уменьвенж: шумовой составляющей помехи и (или) пгч увеличении ее составляющей, обусловленной изменением дрейфа куля. Влияние последнего ка оптимальный период квантования возрастает при уменьшении уровня пумовой составляющей. При увеличении нестабильности дрейфа куля основное влияние на впбор оказывает уровень составлявшей о„• При этом псгреиность измерения мало изменяется з зависаю ста от периода квантования.

Если выходной сигнал лазернго гдрометра пропорционален ^тег-ралу от угловой скорости за период квантования (.измеряется приращение угла поворота), то при допущениях, указанных вние, среднеквадратичная погрешность измерения, приведенная к выходу ЛГ, будет

В данном случае критерий юнимума дисперсии не может быть использован. Поэтому определ/м период квантования, исходя-из условия, чтобы изменение дрэйфа ну..-: ДГ входило в (2.24) с весовым коэффициентом, с.сеспечиван^м пренебрежимо малое влияние оа по сравнений с сумовой составляющей помехи. Тогда получаем квэзноптимальный период квантования :

8 \

3

о ---—

с ч' (2.25)

о5

Чг!

и соотвзтствузцую среднеквадратичную погрешность, величина которой практически _е зависит от изменен::.« дрейфа нуля:

Для лазерного гсрометрз.в котором пр^еняетсл периодическое ды^ени- колыкбого резонатора, мокно рекомендовать набор периода кр.гыговйнля выходного сигнала в соответствии с зависимостью 123}:

о г: с

где частоты ;х р измеряются г, 1ашульсах в секунду, Выражение (2.27) получ-яо по той не методике, что (2.25), и обеспечивает среднеквадратичную погрешность измэвешя угла близкую по величине к погрешности из-за квантвания сигнала ЛГ по уровню,

Ксюдокгаяе исследования помехи, наблюдаемой в выходном сигнале лазерного гироиеггра, анализ результатов обработки на ЭВМ экспериментальных данных по предложенным методикам, а такка решение проблемы выбора оптимального периода квантования сигнала дают основания .зля следувеих выводов.

1 .При сделанных допущениях дрейр лазерного' гпрометра представляет собой алдлтигн ■) погрешность, которая содержит нестационарную составляющую и центрированную случайную составляющую, причем з последнею входит погрешность из-за квантования сигнала по уровню.

2.Проводя идентификацию дрэ-фа ЛГ, следует учитывать зависимость уровня каждой составляющей от периода 1зантовакия выходного сигнала, поэтому целесообразно использовать экспериментальные данные, полученные при периоде квантования, соответствующем времени измерения сигнала в конкретных условия!: применения.

3.Вычисление статистических характеристик шумовой составляющей помехи эффективно осуществляется методом некоррелированных, первых разностей.

4.Оценку параметров, характеризующих дрейф ЛГ и скорость его изменение, с более высокой достоверностью дает обработка выходного сигнала на ЭВМ методом модифицированных первых разностей.

5.В случае прнмэ:-:;ния лазерного гирометра в системах навигации и стабилизации погрешность из-за квантования быходного сигнала по уровню с достаточной для практики точностью мошэ апроксимировать дискретным белым шумом, не коррелированным с входным случайным сигналом.

6.Одним из возможных вариантов скикекия уровня помехи в выходном сигнале лазерного гирометра является' выбор такого периода квантования, при котором минимизируются одни'составляющие помехи-при ограниченном возрастании других. Это условие выбора периода квантования является достаточным, а известную теорему Котэльникова следует рассматривать как необходимое условие.

•7.При измерении лазерным пирометром медленно измекякпзЯся угловой скорости оптимальный период квантования сигнала удовлетворяет

критерию минимума среднеквадратичной погрешности при максимальной величине отношения сигнал-помеха. Эффективность снижения уровня помехи возрастает при уменьшении нестационарной составляющей дрейфа,

8.Применение лазерного гирометра в качестве измерительного преобразователя угла поворота ограничивает возмоштоета: оптимизации периода квантования. Квазиопгиыальнал величина периода квантования, существенно сшащая влияние нестационарной составлявшей дреЗфа, на 42% меньше его оптимальной величины.

3. Особенности применения лазерного гирометра в замкнутом следящем приводе

Среди различных вариантов практического применения лазерного гирометра важное место занимает использование его в качестве чуест-злтельного элемента в залкнутом следящем приводе. Так в монографии (см.сноску Ь) на стр.20 ) указывается на применение ЛГ в цепи стабилизации скорости вращения центрифуги, входящей з Государственный 'эталон для воспроизведения лжейнкх ускорений. Другим примером система с. ЛР б цепи обратной связи свляется специализированный сте: д,

7 1

предназначении*! для градуировки и испытаний гироприборов . Как перспективная схема измерения абсолютной угловой .жорооти оцэнива-

О !

отоя в лазерный измеритель с гаавновеЕИБанции механическим начальным смещением, содержаний замкнутую цепь ЛГ-привод. Этк и другие аналогичные применения лазерного гирометра в высокоточных электромеханических система ' требуют разработки теоретических положений, учитыьзщих специфику работы лазерного гирометра как измерителя угловой скорости п утла поворота.

Для решения этой проблемы остановимся на использовании лазер--, лого гирометра в качестве-чувствительного элемента одноосной стабилизированной платформы. Как следует из результатов, полученных в И25, стабилизатор на ЛГ должен быть отнесен к индикаторным гироста-бп.тн.заторам', в которых возмузаюдие воздействия на платформу комяен-

Т'Кольцевые дузегы в высокоточных электромеханических системах. /Г>.Т1. Ларионов, Г.£.Михальчекок, А.В.Мочалов, В.А.Ноеикое.-Л. :ДЩШ1,

^Ларионов Ю.Л., чалов А.В. Кольцевой лазернуй измеритель угловой олчоростн хсАсенггцаскнзго типа // Узтрологик. 1978, Лв.С.40-42.

сяруются только за счет следящего привода без участия , гироскопичвг' ского момента. Принципиальным отличием лазерного гяромвтрэ от других типов гироскопов, применяешь в стабилизаторах, являатся отсутствие у него пространственной памяти, а также квантование сигнала по уровню и ко времени. С учетом этих особенностой в [143 работе стабилизатора с безродухторкш приводом на ЛГ с коммутируемой частотно» члд^р.кой описывается системой даффэренциально-разностЛых

- ? ) - и*[п!Г0 . ;

и (п?0) = 2 а a(ng -tg ) + s -Ь u*tnT -J?

■1=0 j=o •

Кз суадаствувдюс методов синтеза выберем временной метод,- в котором структура корректирующего звена определяется, исходя непосредственно из требований, предъявляемых к переходному процессу. Оптимальным считается процесс с конечным временем установления стабилизатора при входном воздействии в виде единичного скачка. Искомая передаточная функция цепи управления оледящим приводом имеет еид [201 :

W (z) - = к -üzZ , (3.2)

а(г) " 1 - b2b0lz '

1'Де <з2- е-",- Ь0= а(1-е~а); bz=-(1-a a~a-e-a); a=TQTc'1 ;

Найденной передаточной функции (3.2) соответствует разностное уравнение, связывающее дискретные значения угла поворота платформа я сигнала, поступающего на зкстраполятор цлфро-еналогового преобразователя:

-

и*(пТ0) = Кк1а(пТ^) - а2 а(пТ0- TQ)3 + J- и*(пР0- Т0). (3.3)

о

Как видно из (3.3), цепь управления имеет физически реализуемую передаточную функции.

В реальном стабилизаторе 'цепь управления следящим приводом преде -авляет собой последовательно включенные лазерный гиромвтр и цифровой фильтр Çilî') : Б зависимости от передаточной функции ЛГ, соответствующей алгоритму обработки его сигнала ; стабилизаторе, цифровой Фильтр булет. иметь различную структуру, как это следует из табл.7 и рис.3. Сг.-.ьнс-ние структурных схем цифрового фильтра показывает, что паи: простая реализация получается для передаточной

функции (см.рис.3,б), которую примем для дальнейших исследо-

ваний.

Таблица 7

Передаточные функции цифрового фильтра цепи управления

Передаточная функция лазерного гироыегра Передаточная функция цифрового фильтра Структурная схема ЦФ

и VI (2 г'1) Рис.З.а

■ »ЛГ ■а-ъЛ1?1 1 _ Г Гис.3,6

ту ' .. ? <>пг - (X) 4. г) 1 у1 Рис.3, в

+ ДЛГ6 (г:

Рис. 3

При сделанных предположениях в работе [20] получена структурная схема одноосного стабилизатора на лазерном гирометре (см.рис.4,*. в которой за входную величину принят возмущающий момент на оси стабилизации, включающий таюкэ и момент от обкатки двигателя на качке основания. Импульсные элементы, которые считаем синхронными, обеспечивают квантование сигнала по времени на входе лазерного гироме-тра и на входе экстраподятора. По аналогии с возмущением от собят-вет-иг^о дрейфа ЛГ мокет быть учтено влияние на работу гиростабили-

затора перекосной угловой скорости основания.

<в-

гир)

а(р)

'Ор; Кг(Р) л 0

Р

:р7Г

Рис.

Размыкая структурную схему по цели обратной связи и переходя к абсолютно,': псевдс-тастоте, получил передаточную функцию разомкнутой системы [23 3:

яг, {&) = кс

(3.4)

Для анализа эффективности применения цифрового фильтра и синтезированной цепи управления следлвдм приводом будем сравнивать динамические характеристики гкростабнллзатора с цифровым фильтром и гиростабилизагсра, в котором сигнал лазерного пирометра непосредственно используется для управления приводом, т.е. акстраполятор' нулевого порядка включен ка выходе ЯР. Передаточная функция такого стабилизатора имеет вид [14,15]:

(1-0.5иГл.Тй)-(П№1)

(3.5)

При выполнении условия К. дискретная система стабилиза-

ции по своим свойствам приближается к непрерывной. Перейдем от импульсной Пг-редаточноЛ функции гиростабили?атора с цифровым фильтром к непрорывной передаточной функции разомкнутой системы, ограничиваясь ликейккм членом ряда Тейлора. Преобразуя, получи:/ [233:

1 Т р

<Р) " РТ7Т77РТ

(3.6)

Для сравнения свойств указанных выше схем гиростаби.тазатора удобно воспользоваться табл.8. Б целях сокращения записи выражений

в табл.8 принят-: обозначения: 1, = (а+е~а-?) • с?-се" а-еГа;~1;

(а-се

Установившаяся пг> резность от внол.те-

гс момента приведена для едкнхчпой стуаснчьтой функции.

В [СЗ.2-1: ;..'. :с:,;отре;й! переходные процессы в г-.фсстабилиззтсрг.х с передаточном:: и "(3.5) как реакция на вдкни-гксе

Таблица 8

Параметры вариантов гиростабилизаторов

Параметр ГС с управлением по углу и его црирвщэнию ГС с синтезированной цепью управления ГС с непрерывным управлением

Добротность по скорости 1.+1 к - > ль ■ 1

ад "-ДВ V'

Постоянные зремега: Т0 я ~1 Ф - . • Г ' т 1 Т0 т\ ~ Т ' Ч, +"/1 ' Т. 'Лл. ТА •Ч г +/ ^ + / 1 /л - Г, >Г. « -т

Условие устойчивости г т.... а(1~е~а) кАв т „ зм(м+1 г1 Лдв (1-е~а) гкЯДБ т 2.Р,52? плп сгь'+г;

Запас устойчив, по амплитуде п - ¿'+7

КооЯ'фнци-ент гкрь-дпчк но ошибке 1 1 каэ 1

Устоко-виЕшалск ошибка от момента 1 Гиа)(1-е~а)-ое~а

Сшиока отработки угловой скорости и П Vгг + ',•, ¿аэСС^и 0.

ОКВИйОДв-нтная полоса пропускания белого шума ^сгз А" „ /А п -

Лг-Го э

воздействие-яа егодо •системы в" точка приложения внешнего момента. Исследования выполнены методом разложения выходного сигнала гиростабилизатора в ряд Лорана, а также моделированием на ЭВМ. Кроме того, выведены выражения, ' описывающие установившиеся процессы на выходе гиростабилизаторов при гармоническом характера внешнего момента и из-за момента трения при случайных колебаниях

основания. Полученные в обде.ад виде результаты не позволяют сделать выгод о бесспорных преимуществах одной или другой структур сигнала управления. Поэтому при проектировании гаростабилизатора вопрос о-ггримгнеь'и;: цифрового фильтра в цепи управления следящим приводе» должен реийтося, исходя из суммарной погрешности в конкретных, условиях работы ка подвижном объекте.

При работе гяростабилззэтора в составе навигационной системы, •сак правило, возникает задача компенсации переноской угловой скорости из-за вращения в инерцкальном пространстве моделируемой системы координат. Как отмечалось визе (см.такие [13,193). сигнал коррекции в Т"::ких системах вводится ка выходе лазерного гирокэтра, а источником сигнала коррекции служа? генератор, вырабатывающий импульсы с частотой К с,?* Х-.-Р-г ■ Выполнен синтез оптимальной системы короении;;, приняв за исходную структурную схему курсоуказателя из C23J (см.рис.5), ь которой неизменяемой частью является одноосный стабилизатор с 'импульсной передаточной функцией GiKy(z,e). Запаздывание момента подачи сигнала коррекции в стабилизатор по отношении к моменту его выработки учитывается звеном с передаточной функцией

Рис. 5

Таким образом, система регулирования, в которую входит цифровой фильтр с искомой передаточной функцией Ъ'^(г), представляет собой разомкнутую систему с детерминированным сигналом на входе. Синтез структуры фильтра выполнен по аналогии с синтезом цепи управлении гиростабилпзатора временным мзтодом, в котором оптимальным считается процесс с конечным временем установления системы регулирования при входном воздействии на нее в виде единичного скачка. Кроме того, необходимо учесть, что сигнал коррекции долкеи содержать растущую во времени' составляющую, что можно реализовать, подавая на ' цифровой фильтр текущее значение суммы импульсов, поступающих с ге ; кератора. Включая сумматор в передаточную функцию, имеем искомую передаточную фужциа [23]

«.кг, =- —-~т ' -—--- .

где э * -К^ .

Передаточной функции (3.7) цифрового фильтра осот,, зтствует разностное уравнение:

1

а( 1-е

vAo^'VV +

<3.в)

Как видно по (3.3;, цифровой фильтр является физически реализуемым, так как текущее значение сигнала коррекции зависит только от настоящего и пр'-дыдущих значений -Гкчр, а такав от своего прошлого значения. Структурная схема цифрового фильтра представлена на рис.6, где звено з~1 осуществляет операцию запоминания соответствующего дискретного значения сигнала на период квантования Т .

F tn]

К О F

1

-1

Г

1 /У • CJi

ai 1- а( 1-е~а) а(1-е~а) а(1-з'а) акорСл]

.А .А _

r^ÛJ

Рис. е

Для дискретных моментов времена выходкой сигнал гиростабилиза-тора с компенсацией видимого ухода, являющийся реакцией ка сигнал коррекции, будет;

a,(z) =

Kq

а(1-е' h-1 "дв*с до1

где Я.. - KJ4nT„hVn (1-е~а-ае'а).

% z+1 z2(z-l)

-а ,

FKOP(Z)

(3.91

Переходя из (3.9) во временную область, можно показать, что после поступления очередного импульса коррекции, выходной сигнал гироста-билизатора принимает установившееся значение через три шага квакто-вания Т0 и сохраняет его до поступления следующего импульса через интервал (т\-1 }Т0 от предыдущего [т ^целая часть отношения Тк6р/?0). Затем процесс повторяется. Из результатов моделирования процесс!. > коррекции на ЭВМ видно, что в дискретные моменты времени погрей-, ность не превышает шага квантования лазерного гирометра.

Выполненный синтез систем управления следящим приводом и ' коррекции в гиростабилизаторе с лазерным гирометром в качестзе чувствительного элемента, сравнительный анализ динамических характерно-

тик и погрешностей из-за типовых воздействий в условиях подвижного объекта некоторых схем гнростабилизаторов, резу зьтаты расчетов параметров нескольких их вариантов, а также моде Лфо вание на ЭВМ дают основания для следующих рекомендаций по проектированию и применению данного типа гнростабилизаторсЕ,

¡.Стабилизатор на лазерном гарокетре является разновидностью ги~. ростабплпззтора кнджаторного типа, поэтому увеличение момента у;:а-рции платформы относительно оси стабилизации не приводит к нежелательным последствиям, а связанное с этим уменьшение относительного периода квантования ?0/Т сигнала пс/визет запас устойчивости системы по амплитуде.

2.Для одноосного гирос~абилкзатори на ИГ суйэстбзкпым лреимуце— ством является отсутствие погрешностей из-за переносных угловых скоростей по перекрестным осям. На работу дзухосних к трехосных стабилизаторов на ЛГ положительно влияет отсутствие псрекростхых сблзе-й мекду каналами по гироскопическому моменту, а такие' моменту следящего привода. Зто позволяет снять некоторые ограничения, которые существуют при выборе приэдшнальноЯ схемы гяростабилизатора, взаимного расположения механических гироскопов, последовательности осей стабилизации.

3.При синтезе цепи управления следящим приводом и систеггы коррекции временным методом из условия обеспечения конечной длительности переходного процесса получаемые структурные схемы являются физически реализуемым!.

4.Структура цифрового фильтра в синтезированной цепи управления гиростебилкзатора изменяется в зависимости от алгоритма обработки сигнала в лазерном гирометре. Целесообразно использовать алгоритм, при котором сигнал на выходе ЛГ' содержит ¡¿¡формацию о текущем значении угла поьсрота стабилизированной платформы в инерцкальном пространстве и о пглгсащении этого угла за период квантования Гс.

5.Выбор ессового коэффициента К2, с которым в управляющий сигнал гиростабхлизатора вводится угол поворота платформы, из условия

= етр(-ТйТс~ * 1-1 упрощает реализшк» структуры цепи управления во всех рассмотренных выше вариантах этой структуры.

6.Период квантования выходного сигнала лазерного пирометра сказывает сус^сгвенноё влияние на устойчивость сг. теки стабилизация, на установивдухся мсмеитнув ошибку, на дянглсгчсскую погрешность воспроизведения растущего во времени входного сигнала, на установившееся значс-нп~ ."'..персии погрепноСги, вызванной дискретным белым

шумом. Поэтому при анализе и синть ;е гиростабклизатора eco эта вопросы следует рассматривать, используя соответствующие методы теории дискрзткых систем автоматического управления.

7.Для низкочастотных входных сигналов анализ установившихся погрешностей гиростабклизатора с достаточной для практики степенью точности можно проводить па' основе его непрерывной математической модели.

8.Сигнал коррекции, обеспечивающий требуемое движение платформы стабилизатора в заданной системе координат, целесообразно вводит непосредственно на следящий привод, пропустив его предварительно через оптимальный цифровой фильтр.

4. Оптимизация измерительной функции лазерного гкрометра в аналитических системах навигации

Под аналитическими системами навигации понимаем такие системы, в которых навигационную информацию и угловые координаты объекта в пространстве получают путем расчетов в вычислительном устройстве, а моделируемые системы координат реализуются в нем в виде аналитических аналогов. Из широко известных примеров к аналитическим системам относятся инерциальные навигационные системы аналитического типа и бесплатформенные, а также гирокомпасы, в которых физическая реализация плоскости меридиана заменена аналитическим аналогом полуденной линии [8,231.

Характерным признаком аналитической системы навигации, отличающим ее от систем других типов, является разделение функций: метрологических (измерение угловых скоростей и (или) углов поворота) и вычислительных (построение аналогов моделируемых систем координат и вычисление их взаимной ориентации). Применение принципа разделения функций, изложенного в [1], в наибольшей^степени оправдывается при синтезе систем ориентации и навигации, использующих неуправляемые гироскопы. К тагам чувствительным элементам мокно отнести и лазерный гирометр. ' '

Особенности построения аналитических систем навигации на лазерных гирсметрах, а такзе вопросы оптимизации измерительной функции ЛГ рассмотрим на примере лазерного гирокомпаса (ЛГК). Полученные при этом результаты могут Сыть распространены на бескарданные инер-циальные навигационные системы, а также на режимы гирокомпасирова-ния.в других-типах ИКС и систем ориентации, в том числе построенных

на гироскопах с не контактным подвесом ротора,

Анэлкютеским называем метод гирокомпаспрования, при реализации которого входная ось измерительного преобразователя (в частном случае лазерного гирометра) неподвижна или имеет конечное число дискретных положений относительно плоскости меридиана, причем азимут одного из этих положений, принятого за основной, вычисляется в ЭВМ. Так как это положение оси может быть зафиксировано в плоскости горизонта, то после вычисления азимута определяем положение плоскости меридиане. Таким образом, задача гирокомпаснровакия решается путем измерения угловой скорости плоскости горизонта ¡'или аналога вертикали) в икерииальном пространстве.

Для оптимизации оо»вш зшформзцаи, необходимой и достаточной при аналитическом методе гтаокомпасированяя, в 15] доказаны теоремы для случая применения квэзпидеальнсго измерительного преобразователя, который имеет инвариантные ко времени масштабный коэффициент и смешение нуля выходкой характеристики.

Теорема 1. Для того чтобы определение направления стационарного вектора угловой скорости было инвариантно величине масштабного коэффициента квазиидеалького измерительного преобразователя, необходимо и достаточно выполнить измерение модуля вектора в проекциях на два неколллнеарных направления входной оси преобразователя.

Теорема 2. Для того чтобы определение направления стационарного вектора угловой скорости было инвариантно величине смещения куля квазиидеального измерительного преобразователя, необходимо и достаточно выполнить измерение модуля вектора в проекциях на два произвольных направления входной оси преобразователя, лекащие е одной плоскости с вектором.

При доказательстве этих теорем были получены алгоритмы вычисления азимута А, которые затем были проанализарованы с применением критерия мт-тамума среднеквадратичной погрешности определения направления вектора угловой скорости из-за погрешностей измерения его проекций. В результате получено, что минимальные погрешности имеют место пои развороте входной оси игмерителвного преобразователя на углы ЭО" и 180" для соответствующих алгоритмов вычисления азимута.

Обобщив необходимые и достаточные условия получения инвариантных измерений, а такке используя оптимальные величины углов разворота измерительного преобразователя, составим алгоритм аналитического метода гирек ;.\паскрования [61:

-

- 40 -РГ4+

Р^ «=>/

Г-*. Л

кс которого кокю получить частные варианты алгоритмов в зависимости от количеств® используемых измерительных преобразователей и кратности вкгголнлб.чьвс измерений, Условия перехода от обобщенного алгоритма (4.!) к частным приведены в табл.Э, Расположение ортов 7-

С (к.1

(к - 1,2,3,4) в плоскости горизонта показано на рис.7. Переход от одного орга К другому в табл.Э обозначен стрелкой. Знак плюс (+) указывает на одновременное использование двух ортов.

Таблица 9

Ваииантк сездиззцди аналитического метода гптюком1гас;троБанхя

Л | Число вари-1 .киз&рких аита {гмрсают- | Пс^.ч^лъ— зуеУ-ьго срть: Усюзшд перехода от о£ойлепгюгс адгсрктиа к частному Время ИЗ МО — реккя

! : 1 ? :•'„.- та; г_;•...= о; д 1 2 -¿г и -с«* о а ККБ1= ^КБ' Ьвз" 0

г г I 1 •> 3 Р„,= Р_.= 0 о л £ г** 3-. £квг" Хквз= '^кв' = 0 от «-А..»*.

! f ~ Г = Р к V • Р = Р = V = Р = 0; 137 ТРЗ _ ^КЕИ^ Ккв>' ККБЗ=ККВ4= 0 2Т

4 ! ~ =Г = р 5; £3 3' Члъ * ^кзг" ^хил" ^кс«" * I ¡г 7 - -г р.- но

\ 5 1 2 » ! БД и' ■ гр А ИЗ

б г р?^"* 2Т "из

п *

При гкроксмпзсирозании в зависимости от принятого алгоритма необходимо использование априорной информации о смещении нуля и (или) масштабном коэффициенте Л1, широте местонахождения объекта, которая известна с некоторым-! погрешностями. Это приводит к появлению погрешности в величине угла А. Креме того, погрешность вычисления угла а определяется нестационарной составляющей дрейфа лазерного пирометра и случайными флуктуация/и его выходного сигнала. Полагая, что керреляционая связь ме::-;ду источниками погрешностей отсутствует, с точностью до величин первого порядка малости для одисксм-покс-ктного лазерного гирокомпаса получаем следующие формулы для расчета вогревааствй гпрокомпасироважя:

ляв

В таол.10 приведены погрешности соответствующих вариантов гироксм-пасировакия, выраженные через погрешности (4,2).

Таблица Ю

Погрешности вычисления азимута при гироксмпастирсвашп:

гг - п созеоА . , _ т сагесА . _ .

А1~ 3 Г^-СОЗр ' СА2~ 0аХИЗ ^К^-СйШ ' адз"

варианта Прич:пгы появления погреши с гей

смещение ^уля дрейф нуля изменена© МЗСЫТбСНОГО ко&$фицкеп. ЙВОД Вдфоти флуктуации сигнала

1 °А2 °А5

О г: О 1 , 5 *А2 СА4

3 аА1з1пА--(сазА-я1пА1 а з1пА-(соаА-- 2з(пА) 0 О

4 О аА2з1пЛ О 0 Ч СА531ПА ^ 1+2соз2А

5 а з'пА С ,„31пА о А 0 аА5аШ,

6 О О^зЫ -¡Тс^з1п2А 0 Щ-алсз1кА

;:лкие погрешностей построения аналога вертикали н& точность лагерчогг. гярскскггаса, ь £2,8,111 сделан вывод, что погрешность игктр-5:с:я аз:э,:ута обусловлена изменением как модуля век-.

тора угловой скорости, так к поло:?, ния этого вектора относительно полуденной линии. Изменение модуля вектора происходит из-за отклонения аналога вертикали (наклона основания) в плоскости мзридизнз и его колебаний вокруг оси, лежащей в этой плоскости. Влияние изменения модуля вектора на погрешности гирокомпасировашя уменьшается при увеличении азимута от 0 до 90°. Изменение направления вектора происходят кз-за отклонения аналога вертикали в плоскости первого вертикала и его колебаний вокруг оси, лежащей в этой плоскости. Влияние изменения направления вектора на погрешности гирокомпасиро-вания увеличивается при увеличении азимута. С учетом соотношения указанных возмущений в конкретных условиях эксплуатации возшяско определение оптимального положения входной оси лазерного гигрометра в азимуте.

Для дБухкалпонентногс лаззрного гирокомпаса при оптимизации начального ориентирования его оси по критерию минимума среднеквадратичной погрешности можно использовать выражение [23]:

.зЬгА-(и,совЛ + С2, , ) О2, „cos.fi-(V. зШ - П. „)

I_ ' 1_ дг 1 Лр2 I_Др*. ,

№,+• Я„ .ссзА)* Т (-V, П. „з1пА)ъ

2 ? 1 Т^^У'эигЛ- (соаЛ - 7 в t£Г^p^coaA•(вtgq> - а1пА)

-5-- О.

(1 - jtgip-aosA)z (1 - Qtg£'SlnAГ'

При известных характеристиках лазерных гигрометров и аналога вертикали по (4.3) на ЭВМ методом наискорейшего спуска рассчитывается оптимальное положение оси ЛТК.

Ориентировочная одежа начального положения получека при допущениях, что |ПДI«!п|<Ul, |е|«| ТИ- При этом оптимальным будет положение Л0 оси ЛИС, .определяемое из выражения:

а3. + 63игз(п3ш

tgAп= - _5£-—-- . (4.4)

0 TV sin3cp

Iis (4.3) и (4.4) видно, что условие оптимальности зависит от соотношения дрейфов ЛГ и составляющей угловой скорости, обусловленной погрешностями аналога вертикали. Дополнительное условие для выбора Aq можно получить из сравнения составляющих суммарной погрешности лазерного гирокомпаса

e^- ] rtAulK eztgzф (4.5)

í'ó -

гл:-;::ду zt,r.oZ. Для отого зведем К0йфф:ад1ен7 раЕКОточности

Рт-~ ¡ij^íü-a^f-í)"1 ¡, r-í.e)

с uonczhz к&горогс находится огоеделяя^ая логрс-гглосгь лазерного ги-рпсо'.глаоа из-за изменения модуля вектора угловой скорости или его псло.гетгня з плоскости горизонта. С учетом (4.6) sapsaerare (4.4)

Рт* f

- -

Pr~ ;

(4.7)

Некоторые результаты расчетов по /4.7; приведены в та^л.П.

Таблица 11

<шш-я оптимального начального полояеняя оси лазерного гирокогкюса

Рт 0.1 0.2 ■0.5 0.9 1.0 1 .1 2.0 5.0 10.0

-0 (С ' •i О > "О1"1' •г'ч, 52 ТУ ЗГЙ' ->ЗЭ45У' -SI So' -52°GS' -45°27' -45*4'

Падко рассмотренного вь-ле возможен подход к выбору начальной сопент-цик лазерного гирокомпаса, исходя из его быствоттагстыш, кок показано в работе ( см.сноску на стр.20 ).

Реализация измерительной функции лазерного гирометра при аналитическом метоле гирокомпасированкл сявзана с выбором времени jn-рения выходного сигнала £Г. Ото время, в основном, определяет■бы-стодейстьие лазерного гирокомпаса Í2¡. Оптимизация измерительной функции ЛГ во временной облает;: эффективна в таких навигационных системах, в которых быстродействие и точность определяются одинаковыми составляющими ь выходном сигнале лазерного пирометра.

Ка примере однокомпонечтной схемы лазерного гирокомпаса в С ЮЗ показано, что его погрешность содержат состазляндие как пропорциональные времени измерения сигнала, так и обратно пропорциональные ему. Если суммарную погрешность

"" , TÜ

(4.&J

и чЗ

г

Х1!3

А 2X.rüU • ссв:$> \

рассматривать как функцию ? , то ска будет иметь минимум при некотором времени иомерения. Отыскав минимум функции (4.8), найдем оп-тимэльное время л-мерекля сигнала:

3?._ = -г с2,1-о'2 . ¡4.9)'

При этом критерием оптимальности служит минимум среднеквадратичной погрешности:

2а _ Ч сС,г 4 <Г

-3_ . {4. Ю)

2Кгг.и'-созф

горктм выбора оптимального времени измерения сигнала лазерного ги-рометоа б аналитических системах навигации [23 Ь Получаем аналитические заражения погрешностей системы каЕигацип, обусловленные помехами б выходном сигнале ЛГ. Эти погрешности разделяем вначале на детермжтюванкые и случайные, а затем из однородных по характеру погрешностей форштруем две группы. В одну из них включаем погрешности, абсолютная величина которых растет при увеличении времен;! измерения сигнала. Для детерминированных составляющих получаем

5(2. ) - 6® .Уиз , ■'4.11)

а для случайных составляющих:

Б другую группу включаем погрешности, величины которых обратно пропорциональны времени измерения:

; (4.13)

"а-'йз ' (4-и)

При этом вх0дяеи9 в (4.11)...{4.14) сомножит6ле о^ , "6°, о° ,

необходимо отнести к единичному времени измерения.

Суммируя (4.11) и (4.13) или (4.12) и (4.14),получаем функции, которые имеют минимум при некоторых временах измерения Если

эти времена существенно различаются по величине, то дополнительным условием выбора оптимального времени измерения мокет служить сравнение по уровню детерминированных и случайных составляющих погрешности, соответствующих Задача оптимизации времени- измерения может решаться для каждого образца система навигации путем проведения предварительных испытаний, либо в процессе эксплуатации при соответствующих условиях путем'обработки помехи в выходном сигнале ЛГ и использования полученных ранее аналитических соотношений.

Использование принципа разделения функций в аналитических сис-

теми. кйглгапин, анализ необходоюх и достаточных условкй измерения модуля ь-зктора угловой скорости, оптнжзация измерительной функции лазерного гкро.чэтра в пространстве и во временной области дакт следующие результата.

1 .ОСобзккний алгоритм аналитического метода пфококпесврсваняя обеспечивает «воюй методологический подход к получение алгоритма вычисления азимута в любой схеме лазерного гирокомпаса, а также сряБШТК-льзый анализ его погрешностей с учетом реальных характеристик поквхи и априорной кнфоркацки,

г.Двукратное искервйкв модуля вектора угловой скор' ;ти с развороте:?. измерительной осп лагерного гхрометра позволяет повысить точность, причем в завгажостд от преобладавшей по величине погреино-стн разворот следует выполнять iia"Dû" или 180°.

3 .При прочих ргвнмх условиях оптимальным по точности будет одно-компоненткнй лазерный гирокомпас ара кратности измерений три с разворотом измерительной оси лазерного гирокетра лослвдоЕатзлькэ на 9ÛÏ 4.Влияние погрешностей аналога вертякачи ка точность анааитичес-кого лазерного гярохоетаса сводится к учету эквивалентного изменения ¡модуля вектора пзмеряемэй угловой скорости, а также эквивалентного изменения его положения относительно полуденной линии,

Б.Чувствительность оптимального начального положения оси лазерного гзроксшаса к изменению козфЗицкента равноточностя существенно возрастает при его приближении к зкачехяпз равному единице. С учетом изменения коэффициента ржесточкостп в условиях эксплуатации для украцбнкя выбора начальной ориентада следует в конструкция лазерного гкроксшаса обеспечивать его значение меньше 0.2 или болы» 5, что позбсля&т выполнять начальную оркентащяо с точностью до 1°.

S.Задача оптимизации измерительной функции лазерного гирометра во временной области решается путем поиска минимума погрешности измерения выходной язфоркацзш в аналитической системе навигации как функции времени. .Екбор детерминированной или случайной составляющей погрешности для оптимизации определяется тем, какая из них является определяющей для вычисленного оптимального •гпе.маки xzKScesm .? чь-данных условиях др;г,:еления.

7 .При построении б«скарданнсй икерцкзльязй навигационной системы на лазерных гирокетрах точность выработки навигационной ияфе.емз-юш мсагет битв г.ови2в;:а при едноврековкем использовании двух грех-компонеЕткнх Cza •>:■> ЛГ, раезернутах друг относительно дг.уаа ira оп-угдц.

5. Практические прилежа дня дискретной теории лазерного гироыатра

Изложенные вше вопросы ддскрегяоК теории лазерного : прокетра кашли практическое применение з Еаучко-ксследоватольсюя работах, выполненных на кафздро бортовых приборов управления в период с 1972 по I 932 годы. Получьней при этом результаты содержатся в отчетах, вкпузенкых по темам, перечень которых приведен бш«.

Разработанная математическая модель дрейфа лазерного пирометра и рекомендации по идентификации его сосгавлящях пол обработке результатов экспериментальных ксследовг.ккй выходного с:хгнала ЛГ положены в основу прикладной программы расчета параметров помехи. Укрупненная блок-схема программы ЛЯСС- приведена на рис.8. Б качестве исходных данных для расчетов используется массив, занесенный в память ЭШ при исжтаяпях лазерного гире-метро с дискретность» Т . С программе используется метод наименьших квадратов для разделения нестационарной и стационарной составляющих помехи и получения оценок постоянного дрейфа и средней скорости его изменения, кроме того, по стандартным процедурам вычисляются статистические характеристики случайной стационарной составляющей. Затем методом ходефщярованша первых разностей определяются опенки скорости изменения дрейфа ЛГ, ее среднеквадратичного отклонения, а такие оценка среднеквадратичного отклонения случайного дрейфа с малым Бременем корреляты;. Заканчивается- программа выдачей протокола идентификации дрейфа лазерного гкрокбтра по результатам одного эксперимента. Некоторые результаты использования этой программ приведены в табл.3 к 8.

В настоящее время широкое распространение получил: методы вторичной обработки выходного сигнала лазерного гпромзтра в натуральном масштабе времени с целью снижения уровня помехи в нем. К ним относятся, в частности, фильтрация с применением цИ'фровых фильтров, а также использование эмпирических моделей помехи, коэффициенты которых определяются при калибровке каждого прибора.

Исследования, проведенные по теме "Серп", показывают, что для снижения помехи в выходном сигнале ЛГ макет быть использована информация, содержащаяся з самом сигнале и извлекаемая из пего методами регрессионного анализа. Структурная схема получения скорректированного сигнала лазерного пирометра показана на рис..9, из которого видно, что при обработке выходного -сигнала совместно с разност-

Pua. 8

нам скгналск учитывается число ш-гхьсэв Л'п, получаемое за счет частотной подставки. На выходе звена с зесовоа фушсцией 1п1, сост-взтствуеа;е-2 ходолк помехи, имеем флуктуации числа импульсов А,"/, которые исключается из лрирацснкя числа импульсов ъЧ ва перисд измерения. В рэзульткрукдаи: (скорректированном) сигнале уЛГг уровень помех ниже, чем в v^r.

1 щлгг

УГ+ >:

~—г—

—Н п.„ I

г

Рис. 9

Блок-схема программ; Е51Д, с пошцьэ которой проверяется алгоритм ксргюкпки сигнала ЛГ, представлен на рис.1С. Исходные масси-

лачало ' БЬОД объемов

/ В':ЮД; йСл / епьси С г ОДНИХ Ь :н ) .С.2; ас- /

1

вычисление СИГКиЛо ООВКОО! с ■::':< ) кого

1

БКЧХиЛС-Н^А етотьо»: но;. в ЦП >

1

Ъ Ы ЧИ0 Л с: Н VI 7С Г. кос-^ф ЛИ псм-_ циен-хл

РЫС. 10

вы содержат числа импульсов, пэлутавшо на выходе резорсивкого счетчика за какдкй полупериод коммутации частотной подставки. Из этих массивов формируются последовательные выборки так:с.; образом,

'•¡Tûdt ьрекя va: обработки б УВМ rie превышало требуемого времени измерении сигнала. Некотсрне результаты расчетов по КШ» даян в табл.12. Корреляционная функция скорректированного сигнала с достаточной точностью соответствует дискретному белому шуму.

Таблица 12

Стагистичоскпе характеристики разностного к скорректированного сигнала ЛГ

Разноотшй сигнал Скоррсктиров.сигнал

Л' массивов CCbé-M массивов Период коммуташж 0 мазематич. окичашта ими. средне— квадратичное отклен. здп. матем гич. кмп. среднеквадратичное отклок. нмл.

10,11 5С0 С. со:? 5 4. б • 10' 2 4.23 2.9-Ю"2 2.42

i:\l3 6Г.0 0.CCI 25 6.8 МО"2 7.7С 3.3-Ю"" 4.15

14,15 800 0.00227 4.1 •10" 2 3.82 2. S • 10" 2 3.03

Как было показано в разделе 2, при медленно изменявшейся угловой скорости на входе снижение помехи в выходном сигнале лазерного гиржтрз могзз обеспечить выбором оптимального времени измерения. Укрупкепая блок-схема программы OI'TIZ для оптимизации времени измерения показана на рис.11. Для выделения используется массив, состоящий из числа импульсов, подсчитанных за период квантовали сигнала ЛГ. Зксперзшкт целесообразно организовать таким образом, чтобы проекция углоеой скорости Земли на входную ось ЛГ была равна нулю. Используемый в программе алгоритм позволяет учесть реальное снижение случайной состеьдяга&й помехи при увеличении времени кзмо-рекия. Условием ваборь оптимального времени является равенство растущей (по абсолютной величина) с течением времени детергагаирэванной составляющей и случайной составляющей, взятой с весовым коэ^йнияен-. том, обеспечйваклда необходимую достоверность ее уровня. Так как зависимость среднеквадратичного отклонения от времени измерений имеет некоторый разброс около монотонней составлявшей, то требуется операция сгладиваппя. Сравнение статистических характеристик исходного массива и помехи .полученной пря оптимальном времени измерения, позволяет оценить oJife-KTZBHoeTb используемого алгоритма. Некоторые результаты psr-~r.r- по программе OPTÎZ даны в табл.13.

илчлхо \ { еьод объем;:.

мйссебь 1!' / / '-.•••

' ыод «сходного , М&сойьз сгт) /

Бычие-лекик от эт. х ар.?,кге -ркохях МаОСКБЙ А!!1.!/Ы)

сравнение- случайного ¡1 детеркккироьзк. дренов |

С

конец ш::<ла по

! БНЬОД на экран

таблицы результатов

3

выбор МО

формирование массива С1 с опткыальным временем

вычи слегай отат.характеристик массива'с;

(ьяьод на печать результатов вычислений

( КОНЕЦ ^

Рис.11

При выполнении НИР по- теме .'« 72844 одним из методов исследования погрешностей лазерного гирокомпаса было выбрано полунатурное модел;фованке его работы на неподвижном основании. Схема моделирования на ЭВМ поясняется рис.12. Входными параметрами в программу слухэт задаваемые дискретные значения азимута оси гирокомпаса Л и полученный при экспериментальных исследованиях выходкой сигнал лазерного гироиетра. Полезный сигнал, который должен поступать на

Таблица 13

Статистические характеристики сигнала при оптимально!,! времени измерения

Прирацение угла за Р Приращение угла за

массива период квакто-ьашя, с мыематич. ожидание ю.ет. среднеквадратично 5 отклонение, вш. время измерения, с математич. окидание, имя ■ среднеквадратичное отклонение, имп.

! 0.002Б 4.6-!0'2 4.28 0.035 0.33 1 .83

2 0.05 3.1 4 • 10" ' 2.21 0.07? 0.51 1 .04

О 1 .0 -4.59-10"" 2 * 00 102 0.43 1.12

4 10.0 I . 63 о 147 1.2.3 2.48

вход ЛТ, вычисляется ь ЗЕК через угловую скорость плоскости горизонта и пересчитываете« ? соответствующее число импульсов за время измерения у . Суггм&ркое число икпульсов используется для расчета прясорного значения азккута, которое сравнивается с его заданной величиной. Затем выполняется статистическая обработка полученных погрешностей лазерного гирокомпаса. Укрупненная блок-схема программы и результаты моделярсБг..згя приведены в [23].

Рис. 12

В результате анализа обоСшенного алгоритма аналитического метода гирокомпасмрсвания к с учетом особенностей измерения курса подвитого объекта в [9] была рассмотрена схема лазерного гироазимут-компаса. Основная идея устройства состояла в раздельном определении среднего значения курса объекта К на некотором интервале, обеспечивающем фильтсаз;::-:- ыгсоксчастатных флуктуапкй ь выходном сиг-нале

ЛГ с. горизонтально расположенной входной осью, и рысканья объекта ф с помощьа другого лазерного глрохвтрг с вертикальной входной осью.

lia устройстьо, схема которого показана ко ркс.13, было получено авторское свидетельство [27J. lia схеме приняты следующие обозначения : 1 - стабилизированная в плоскости горизонта площадка; 2,а -стабилизирующие двигатели; 4 - компасный ЛГ; 5 - азимутальный ЛГ; 6 - блок обработки информации; 1 - щжеод для разворота компасного ЛГ; 3,3 - фильтры; 10 - реверсивный счетчик.; 11- блок суммирования; 12 - блок осреднения: 13 - блок вычисления среднего курса.

Рис. 73

Структура лазерного гкроазиыут-ксж-са обладает достаточной "гибкостью и позволяет реализовать различные алгоритмы вычисления . среднего курса. Б ней могут быть использованы идея равносигналькой зоны (см.[25]) при определении положения плоскости меридиана, а также способ определен»'.': курса подбжккого объекта без скоростной погрешности (<. Í2SJ). В C9J приведены результаты полунатурного моделирования работы гироазкмут-компаса с использованием выходного .сигнала лазерного гирометра, полученного при эксперименте. Систематический дрейф ЛГ составлял С.027 угл/с/с, дисперсия случайной составляющей сигнала 3 угл.с2. Было принято, что нерегулярные колебания основания имеют дисперсию 0.0IS7 рад'., преобладающая частота качки 0.8 с 1. При этом через 30 мы. после включения фильтра средний курс вычисляется с точностью 7...8 угл.мин., а рысканье выделяется через 75...80 секунд с точностью 1.0...1.5 угл.мин.

Б развитие пр^длокевкнх идей и с учетом изложенных визе результатов в !&Р по теме "Румб" бала разработана принципиальная схема гироззимутгоркоскта (ГАГ-ЛГ), в основу которой положена схема трехосного стабилизатора на лазерных гиромеграх. Два ЛГ с взаимно перпендикулярными входными осями установлен» на платформе, стабилизируемой в плоскости горизонта по сигналам двух акселерометров и ЛГ. Третий .ЛГ имеет вертикально расположенную входную ось и находится на стабилизированной площадке, моделирующей горизонтнуга систему координат с географической или ортодрохкчэской ориентацией осей.

ЛриышкпалькоЛ особенность:-: схемы ГАГ-ЛГ, выгодно отличающей ее от аналогичных гироскопических систем к обеспечивав-лей достаточно внсокуэ точность определения углов колебания и рысканья объекта, является воямокность выделения из-сигналов горизоктирующих ЛГ информации о сре.тяем значении курса сбвзктз и широте его местоположения. Вычисления саполплются по формулам:

лгав КквТкзУ/л.)..*;1, ; (5.1)

о - °ГСССЗ ^ + <*•'??- Ум™?' [5 ^

для сценки точности получаемой информации были приняты исходные данные: Г ^ 120 с, <р = 80°, 5.У?- ± 1.5 ш„ бУ =» ¿ 0.5 узла. При этом максимальные погрешности не превышают; по курсу ± 7 - угл. мин., по широте ± 4 угл.мин. при изменении курса от 0 до 360°. Эта информации мокет быть использована для коррекции 11/Ф-ЛГ в азимуте и относительно плоскости горизонта соответственно со среднеквадратичными погрешностями: 8.45-1С"3 град./час и 0.46 угд.мш.

Опыт, накопленный при анализе и синтезе лазерных гирокомпасов и при оптимизации алгоритмов получения информации о курсе объекта, позволил в рамках ШР по теме "Смена" предложить оригинальный алгоритм гирскомпгсирсвания для начальной выставги б-: .карданной инерци-алы-'"й системы. 3 алгоритме используются выходные сигналы блока трех лазерных гирометров и блока трех акселерометров, снимаете в связанной с обвектсм системе координат с периодом Тиз. Ограничением яляется предположение о нулевой линейной скорости объекта. Для вычислен;^ курса о'текга не требуется внешняя информация о его местоположении .

Алгоритм гирокомпаскрования содеркит процедуры вычисления следующих параметров:

- угловых ускорений объекта путем их прогнозирования;

- проекций л;-1дв*лНого ускорения, обусловлбнного колебаниями объекта, кз связанные с ним оси;

- проекций ускорений силы тяжести на измерительные оси акселерометров как разности мезэду их сигналами и вычисленными в предыдущей процедуре проекциями линейного ускорения;

- углов наклона объекта относительно плоскости горизонта и их производных;

- элементов матрицы преобразования трехгранника с горизонтально-траекторной ориентацией осей в трехгранник, связанный с объектом;

- угловых скоростей вращения связанной системы координат из-за вращения Земли как разности сигналов ЛТ и угловых скоростей колебаний объекта;

- проекций угловых скоростей горизонтально-траекторного трехгранника на его оси;

- текущего курса объекта;

- осредненного за время фильтрации курса объекта, который может быть принят за начальное значение для дальнейшего' использования в алгоритме функционирования ВЯНС.

Б режиме гирокомпасирования, в котором реализован предложенный алгоритм, отсутствуют погреаности, носящие колебательный характер, что обычно затягивает процесс чальной выставки. В данном случае время гкрокомпасирозания определяется временем работы фильтра,сглаживающего изменения текущего курса-объекта из-за его угловых колебаний, а также флуктуаций сигналов лазерных гирометров и акселерометров. При незначительной доработке алгоритм может быть использован в БШС, построенных-на других типах гироскопов.

При применении в Б»ШС лазерных гирометров с механической подставкой возможны различные конструктивные решения блока, содержащего три ЛГ. Например, установка на одном основании трех ЛГ, каждый из которых имеет своны^олебательную систему, требует разнесения резонансных частот их подвесов, чтобы избежать взаимного параметрического влияния. Это б определенной степени затрудняет обработку информации, поступающей с различными Периодами квантования.

3 [28,17] предложена и исследована конструктивная схема трехосного измерителя угловой скорости, в котором лазерные гкрометры

приводится з колебательное движение от общего привода, ось которого сиег.еш относительно осей объекта ка фиксированные углы а - агсМт'З'" *) и р - агсз1п(2' */2;. Входные оси Л? сохраняют ориентацию относительно осей обт.ехта. На каждый из них действует частотная полстаька одинаковой величина. Конструкция привода обеспечивает возможность контроля масштабного коэффициента ЛГ путем изменения направления впадения привода и задания гармогапеского закона изменения угловой скорости близкой к угловой скорости объекта в натурных условиях работе. Особенностью схемы является оиумление частотной подставки по самостоятельному каналу независи*-■> от гармонической подставки.

Сравнительный анализ предложенной схемы и других вариантов построения трехкомпонентного блока лг показал [22], что единый привод обеспечивает расширение функциональных возможностей блоке ЛГ при ого применении б системах навигации, а при прочих равных условиях позволяет повысить точность измерения угловых скоростей объекта на '0...20%. Кроме того, в навигационных системах средней точности можно выполнить обработку выходных сигналов блока ЛГ по алгоритму, в котором частотная подставка компенсируется по.внешней (по отношению к ЛГ) оцррмедш. Это снижает дискретность получения информации .во времени и приближает свойства навигационной ситеш к непрерывным системам управления.

Возможность и практическая целесообразность создания системы стабилизации к наведения (ССН) оптической оси (линии визирования) с использование;/! лазерных гиромзтрсв была доказана теоретическими и экспериментальными исследованиями, выполненными в НМР по теме "СЕет". Замена механических гироскопов на ЛГ баз изменения структуры ССН при проведении стендовых испытаний макета системы обеспечила повышение динамической точности на 30...40%. При моделирования ка вычислитель-ком комплексе АВК-2-3 максимальная динамическая погрешность не превышала 3 угл.млн. Колебания системы из-за флуктуаций сигнала ЛГ составили около 0.2 угл.мин. при частоте около 10 Гц. Время переходного процесса оценивалось в 0.7 с, а перерегулирование при единичном ступенчатом воздействии - 43%.

В результате теоретических исследований была предложена новая схема распэлсз:?н:'л чувствительных элементов (смЛ21]'к Для стабилизации повороти::' зеркала применяются три лазерках пирометра, причем в БбртккйЛг.;- какпле используются сигналы двух ЛГ, одет из ко-

торых установлен непосредственно на от зеркала, а другой - на платформе, обеспечкваюцой наведен» в горизонтальной плоскости. Сигнал для горизонталького канала стабилизации поступает с дг, расположенного на дополнительной стабиплате, которая отслеживает движение зеркала по вертикали. В такой схеме динамика ст&блпдаты на оказывает злияния на работу ¡вертикального канала стабилизации, что благоприятно сказывается на его погрешностях. Анализ дзнашческкх характеристик ССН л расчеты дают основание считать, что при работе на объекте, совериакдэм колебанг т с амплитудой 2.0е и частотой 1с"1, точность стабилизации зеркала в вертикальной плоскости будет не хуке 0.5 угл.мин.

Такта; образом, выполненные при проведении НМ? теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых внедрены на про-мыпленных предприятиях, позволяют рекомендовать для широкого использования следующие разработки.

1.Прикладную программу идентификации дрейфа лазерного пирометра, обеспечивающую разделение стационарной и нестационарной составляющих помех:: и получение оценок составляющих дрейфа по результатам ■экспериментальных исследований ЛГ.

2.Пр1Псладные программы, которые позволяют понизить уровень помех в'выходном сигнала■лазерного гирометра за счет икформаыик, содержащейся в этом же сигнале, а также путем оптимизации времени его измерения .

3.Варианты прхтц/шиальнкх схем навигационных систем, в которых плоскость' меридиана моделируется аналитически при комплексном использован;® информации лазерных птрометроь, что позволяет млнимизиро-вать потребность во внешней информации, а при начальной выставке ВйНС на неподвижном основании обеспечивает автономность решения задачи.

4.Способ формирования управляющих сигналов в системе стабилизации и наведения линии визирования, повышающий ее точность и улучшающий динамические свойства сервопривода за счет уменьшения . числа перекрестных связей между каналами стабилизации.

Опубликованные работы по теме диссертации

..Серегин Б.Б., Дрсздоккч В.Н. о принципе разделения функций при синтезе гироскопических устройств/ЛМорское приборостроение.1973..£5.

2.Серегин P.S. О быстродействии гирооптического кошаса // Изв. вузов СССР.Приборостроение. 1975. Т.XVIII, $12. С.55-58.

3.Серегин е.В. К теории гирооптического комласа// Вопросы кораблестроения. Сер.навигация и гнросколия.1975. №13. С.86-38.

4.Сер?гвк 3.В., Смирнов D.H. Передаточная функция кольцевого оптического квантового генератора // Материалы Всесоюзной НТК "Современная прикладная оптика и оптические прибошЧ, ЛЛУ,- Изд. ЛИ 11/0. 1975. С.43-51.

5.Серегин В.В., ©лфнов В.Я. К вопросу обработки информации КСКГ. Реф. „'Ж. 32.615 /./ га петрология и измерительная техника. 197S. .\;5.

в.Серегин В.Б. Обобщенный алгоритм аналитического метода глроксм-пасироБааия// "зь.вузов СССР.Приборостроение. 11)77.Т.XX.JM1 .С.'77-83.

7.Серегин З.Е. Прикладная теория лазерного гироскопа. yfcyjw» пособие.- "зз. ЖКО. 1D7S. СО с.

3.Серегин В.В. О некоторых погрешностях при аналитическом м-хтод-э пфоког.шасирования// Разработка и исследование гироскопических и не£иг2цасккых приборов.- йзд.ЖГКО. 1978. С.23-31.

Э.Серегин Е.З., Смирнов В.Я. К вопросу о двухкомпонентком лазерном компасе/7 Научно-технический сборник КВЗИУ - Казань, 197£.

10.Серегин В.В. О выборе времени измерения сигнала в гирсопткче-ском компасе// Изв.вузов СССР.Приборостровняе. 1S73. Т.XXII,Ж.

11.Серегин В.В., Смирнов ß.Я. Сб особенностях работы лазерного гирокомпаса на подвижном основании// Материалы межотраслевой Л ТГХ памяти Н.Н.Острякова - Л.: Изд."Румб". 197р.

12.Зворыкин E.H., Серегин В.В., С?афЯов В.Я. Особенности построения стабилизатора на оптическом гироыетре// Вопросы прикладной теории систем ориент&«;!К и навигации.Меявуз.сб.тр.А133.- Изд.ЛЭТВ.1&80.

13.Серегин В.З., Смирнов В.Я. Особенности коррекции гиросксгглч:- ■ ских устройств, построенных на лагерных гирометрах// Материалы межотраслевой XII НТК памяти Н.Н.Сстрякова - Л.: Изд."Румб". 1931.

14.Зворыкин Z.H., Серегин З.В., Скхрноз В.Я. Особенности построения стабилизатора ее оптическом гирометре// 1'га.вузов JCCP-JIrnT'..-'-строение, ivöä. :.IÜ7, С.СЗ-СО.

15.Серегин ö.I. Синтез счабилигатс-ра не лазерном глрогдетре// Сис-теш управления.:-:.-дий пригод и их элементу. Материалы семинар?; -

М.: ИздЛЛШКЭТИ. 1SS3.

Ю.Сервгин Б.В., Сикркоз Б.II. О выборе периода квантопаяия выходкой информации в лазерном гиршдтр<?// Вопросы прикладной теории систем ориентации и навигации. Межвуз.сб.- Кзд.ЛМАП. 1Р83. С.81-85.

17.Серегкк В.В., Старшинов A.M. О построении блока трехосных механических и лазерных измерителей угловой скорости// Материалы межотраслевой XIII НТК памяти Н.К.Оетрякова.- Л.: йзд.'Тумб". 1934.

18.Серегин В.й., Смирнов В.Я. К вопросу идентификации дрейфа лазерного пирометра// Материалы межотраслевой _ХП1 1ГГК памяти Н.Н.Остряксва.- Л.: Кзд."Румб".1984.

19.Серегин В.Б. Особенности коррекции гироскопических устройств, построенных на лазерных гиромэтрах// Вопросы повышения точности систем ориентации, навигации и управления, со.научн.тр.,вып.184. -Изд.ЛИЛ. 1S3S. С.40-44.

20.Серегин В.Б. Синтез структуры цепи управления в стабилизаторе на лазерном пирометре// Системы управления, следящие системы и их элементы. Материалы семинара - М.: Кзд.ЩЮГйЭТИ. 1339.

21.Дубиновсьсий,A.M., Серегин В.В. и др. Система гироскопической стабилизации и наведения оптической оси с поворотным зеркалом на лазерных гироскопах// Вопросы кораблестроения. Сер. навигация и ги-роекопия, вып.82. 19S5. С.22-33.

22.Серегин Б.Б., Старшинов АЛ',. Об устройствах механической подставки в лазерных ДУС// Сб.Тезисы докл.РШ "Системы управления подвижными объектами к автоматизация технологических процессов"- Томск Изд.ТПИ. 1У39. С.43.

23.Сарегнк В.В., Кукуливв P.M. Лазерные пирометры и их применение. - U.: Машиностроение. 1990. 238с.

24.Серегин В.В. Синтез._ дискретной цепи управления гирос.табилиза-тора// Материалы межотраслевой XVII ЕГК памяти Н.Н.Острякова - Л.: Изд.гГ!0"Азнму т". 1391 . 0.163-164.

25. А. С. Js2824C5. Гирокомпас/ Ильин П.А..Катханов М.Н..Серегин В.В. и др. Выдано 13.11.19S9.

26.А.С..¥72.0301 .Способ определения направления меридиана на подвижном объекте/ Серегин Б.З. Выдано. 14.11.1979.

27. А. С. JiS0S239. Устройство для определения положения плоскости меридиана/ Серегин В.В.Смирнов В.Я. Выдано '14.10.1981.

28.А.С.£183643.Трехосный лазерный гироскоп/ Серегин В.В., Старшинов A.M. Выдано 04.11.1932.

Список основных условных обозначений

Л. - присорное (вычисленное) значение азимута;

- момент инерции платформы; а - относительный период квантования ;

а - скорость дрейфа куля ЛГ;

- разностная частота за счет измеряемой угловой скорости;

- дрейф куля ЛГ: Р(.(г) - случайте флуктуации разностной частоты;

- разностная частота, соответствующая зоне захвата ЛГ; Рп - сдвиг пуля ЛГ за счет

частотной подставки; Ра - смещение нуля выходной

характеристики Л1'; Рп - амплитуда синусоидальной

частотной подставки; ' -\в ~ коэффициент противоЗДС

двигателя; /1в-Бесоьсй козф&гаиент сигналов;

Н* - единица счета фазы; I -интенсивность световой волны; Ккв - масштаб.»";" коэффициент ЛГ; Клв - коэффициент передачи двигателя; ЯЦф - коэффициент передачи цифрового фильтра;

- передаточный коэффициент корректирующего звена;

- добротность системы по скорости;

- коэффициент передачи экстраполлтора:

К,

п

К.

А'з - коэффициент передачи гпро-стабилизатора в курсоуказатела; 1рЕЗ-длина периметра резонатора; А'вн - возмушающий момент на

оси стабилизации; А' - момент двигателя; Д70 - число импульсов;

?<*[п? ] - решетчатая функция

выходного сигнала ЛГ;

ип - число импульсов за счет

ч а с то тной по д с т авки;

Лр-полезкый сигнал на выходэ ЛГ;

д„{п! - погрешность квантования

по уровни;

5К - площадь контура;

- период измерения сигнала;

РРЕВ - период реверсирования ■

(коммутации)частотной подстзеки;

Тк - период квантования- сигнала;

Г - постоянная вреш» звена; -

- оптимальная вели<гйиа> периода квантования; • квазиоптимэльнал величин» периода квантования; постоянная времен:-! систеш стабилизации;

период квантования сигнала в цепи стабилизатора; постоянная времени звена в передаточной функции; Гкор-период квантования сигнала коррекции;

период погрешности от квантования по уровню; tV| - интервал времени мегдаг импульсами;

лк

-

Т, -

Г -ч

Uy(z) - сигнал управления:

и*in?} - доскратаий сигнал; )1(z) - дискретная передаточная функция разомкнутой системы; ш[п]-дискретная весовая функция; х - расстояние между интерфе-

рвнакокшаа: полосами; а- угол поворота KOKT,платформе;; ос*СJii 1 - дискретное значение

угла поворота; Д - цела импульса Ж'; ДП0 - разрешающая способность ЛГ

по угловой скорости; АХ^ - эквивалентная полоса пропускания ; А^-шаг квантования разности фаз;

¿17 - флуктуации числа импульсов; А'1'? - первая разность двух

измерений; vlflnTK] - конечная разность выходной величины; öf ,• <j;. - _ цена младвего разряда ка входе и на выходе звена;

еп ~ УГЛОЕОе ускоренна КОКГ;

5 - разность фаз КОКГ; 9 - наклон основания г; плоскости первого вертикала; к - отношение сигнал- помеха: к - абсолютная псевдочастота;

- длина волны излучения; Рт - коэффициент равноточности; П*1нТ] - дискретное значение

угловой скорости; П0- зона нечувствительности ЛГ; Пэ(2) - дискретная величина эквивалентной угловой скорости; Ядр(р) - дрейф ЛГ, приведенный

к его входу; Йлр - детерминированная составляющая дрейфа ЛГ; Пи - начальное значение скрости; - случайная составляющая дрейфа ЛГ; • 0К - угловая скорость коррекции.

Подписано к печати 12.02.93 г. Объем 3,75 уч.-изд.л.

Заказ 50 'Тирак. 100 зкз. Бесплатно.

Ротапринт. ИТМО. 190000, С.-Петербург, нер.Грлвцова, 14