У поєднанні з акселерометрами лазерні гіроскопи (ЛГ) знайшли широке застосування в безплатформного інерційних навігаційних системах (БІНС), що дозволяють з високою точністю визначати кути орієнтації рухомого об'єкта.
Головною проблемою при роботі ЛГ є наявність зони захвату, яка визначається якістю відбивають дзеркал. Збільшення коефіцієнта відображення пов'язано з великими матеріальними витратами і технологічними труднощами.
Найбільше поширення для боротьби із зоною захоплення отримав метод так званої «вібраційної частотної підставки» (ВЧП). При цьому методі ЛГ закріплюється на пружному підвісі і за допомогою електромагнітного або п'єзоелектричного моментного пристрої піддається примусовим кутовим коливанням.
На сьогоднішній день практично єдиним способом зниження зони захоплення є амплітудна модуляція коливань резонатора квазі-випадкової періодичної функцією (ошумленіе частотної підставки). Модулюючий функція вибирається таким чином, що амплітуди коливань виявляються нормально розподіленими, а їх автокореляційна функція швидко згасає.
Основним недоліком ВЧП є те, що при проходженні резонатором в процесі коливань зони малих швидкостей виникають похибки, викликані захопленням, при постійній частотної підставці ці похибки приводять до постійного дрейфу, залежному від вимірюваної швидкості, а при ошумленіі - до випадкових похибок, близьким до білого шуму .
Оскільки сигнали ЛГ, як правило, використовуються після інтегрування, інтегруються і розглядаються похибки. Як відомо, інтеграл білого шуму є нестаціонарним процесом, дисперсія якого лінійно зростає з часом. Таким чином, у складі сигналу приладу з'являється зростаюча за законом t0.5-похибка, яка визначає точність приладу.
З метою дослідження характеру поведінки зони захвату при роботі з вібраційної частотної підставкою була запропонована модифікація рівняння класичного рівняння ЛГ гіроскопа.
y / + W0sinY = W1 + W2sin (nt) (1),
де W0-кордон смуги синхронізації у відсутності коливань ВЧП; W1-вимірювана швидкість, викликана обертанням лазера; W2-амплітуда коливань ВЧП; n-частота коливань підставки.
Другий член в лівій частині рівняння відображає вплив захоплення, яке зводиться до нелінійного демпфіруванню процесу. При цьому залежно від різниці фаз двох зустрічних хвиль можливо як демпфірування, так і антідемпфірованіе.
Для аналізу впливу зони захоплення в рівняння (1) була включена випадкова ВЧП. При наявності частотної підставки вплив захоплення виявляється, в основному, при малих кутових швидкостях, тобто при максимальних відхиленнях резонатора від положення рівноваги. Отже, логічно очікувати, що на даному такті частотної підставки похибки формуються під час проходження резонатором амплітудних значень кута. Це припущення було підтверджено для нульової кутовий швидкості. Показано, що в районі механічних екстремумів (90о і 270о) помилка максимальна. Даний факт обгрунтовує припущення про те, що помилки, через які формується білий шум у сигналі ЛГ, виникають в моменти проходження резонатором амплітудних значень кута коливань. Отже, величина і знак похибки на кожному такті ВЧП визначаються положенням амплітудних значень кутів резонатора на фазовій площині оптичних коливань або, що те ж саме, щодо ітерференціонной картини на фотоприймачі.
Помилки виміру, особливо в районі механічних екстремумів, визначають головну похибка вноситься вібраційної частотної підставкою званої випадковим дрейфом. Для боротьби з випадковим дрейфом пропонувалося велика кількість різних фільтрів. Оптимальним в класі лінійних є фільтр, який реалізує просте осереднення сигналу. Пропонувалися також нелінійні фільтри, проте завжди виявлялося, що вони неприпустимим чином спотворюють сигнал. Практично єдиним способом боротьби з розглянутої випадкової складової похибки в даний час є збільшення тривалості спостереження. Помилка вимірювання кута зростає пропорційно кореню квадратному з часу, а похибка визначення кутової швидкості падає за тим же законом.
Розглянутий спосіб фільтрації, будучи, оптимальним, все ж вкрай неефективний. Для підвищення точності в N раз потрібно в N2 разів більше часу.
Тому актуальною представляється задача пошуку альтернативних шляхів зменшення шумової складової похибки ЛГ, що не вимагають збільшення часу виміру. Рішення поставленої задачі дозволило б зменшити час готовності інерційних систем, підвищити швидкодію лазерних компасів і т.д. з одночасним поліпшенням точності приладів.
Фільтрація белошумовой складової дрейфу малоефективна і тому способи боротьби з цією похибкою слід шукати не серед методів обробки вихідного сигналу гіроскопа, а на шляхах придушення умов, що сприяють її виникненню.
У рамках запропонованої вище математичної моделі целесобразно дослідити величину дрейфу ЛГ для різних законів ошумленія частотної підставки (нормального, рівномірного, а так само для різних коефіцієнтів кореляції амплітуд). Ця робота проводиться авторами в даний час з метою вибору оптимального алгоритму ошумленія механічної частотної підставки.
З теорії відомо, що існує ціла послідовність значень амплітуди коливань (амплітуди Бесселя), при яких ширина області синхронізації звертається в нуль.
У зв'язку з чим представляє певний інтерес аналіз вихідної характеристики ЛГ Y (t) від величини амплітуди підставки W2, тому що залежність ширини області синхронізації не є монотонною і визначення точності підтримки амплітуди підставки jБ, що забезпечує виключення впливу зони захоплення.
Рішення рівняння (1) показало, що, при підтримці jб з точністю 0.0001 можна вимірювати швидкість близько 0.001 o / год. Однак навіть у цьому випадку є відхилення від істинного значення. Тримати амплітуду коливань ВЧП з такою точністю практично неможливо, і в прямому вигляді даний метод для вимірювання кутової швидкості використаний бути не може.
В ідеальному випадку, при кутовий швидкості захоплення рівною нулю, оптичний і механічний екстремуми збігаються. Чим більше швидкість захоплення, тим більше різниця між екстремумами.
При цьому при коливаннях щодо парному смуги оптичний екстремум випереджає механічний, при коливаннях щодо непарної смуги механічний випереджає оптичний. У зв'язку з цим необхідно здійснювати зміну полярності подачі імпульсів, залежно від інтерференційної смуги.
У міру збільшення амплітуди, але ще (j