Моделирование температурного дрейфа периметра лазерного гироскопического датчика

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены результаты моделирования температурного дрейфа периметра резонатора лазерного гироскопического датчика на базе кольцевого гелий-неонового лазера с круговой поляризацией излучения и магнитооптической частотной подставкой на эффекте Зеемана при помощи математического пакета MATLAB. Разработанный и реализованный в среде MATLAB алгоритм позволяет моделировать температурные деформации периметра зеемановского лазерного гироскопического датчика при изменении конфигурации его конструкционных элементов. В результате можно оценить качество поставляемого материала для изготовления резонатора кольцевого лазера, а также совокупный вклад конструкционных элементов в результирующий дрейф периметра зеемановского гироскопического датчика. Полученная модель является аналитическим инструментом дополнительного контроля качества оптического ситалла СО-115М, из которого изготавливается резонатор, и оптимизации конструкции зеемановского лазерного гироскопического датчика как локально, так и комплексно. Это необходимо для повышения эффективности стабилизации периметра кольцевого лазера в диапазоне рабочих температур с помощью активной системы регулировки периметра и пассивной термокомпенсации путем подбора конструкционных элементов с противоположными по знаку температурными коэффициентами линейного расширения. Использование разработанной модели в производстве лазерных гироскопов дает возможность осуществлять подбор конструкционных элементов зеемановского гироскопического датчика, что существенно увеличивает время его непрерывной работы в одномодовом режиме в широком температурном диапазоне при сохранении требуемой точности для систем ориентации, стабилизации и навигации различных летательных аппаратов.

Об авторах

Ярослав Андреевич Зубарев

Научно-исследовательский институт «Полюс» имении М.Ф. Стельмаха

Email: zubyar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4492-338X

аспирант, ведущий инженер участка 450/4 НПК-470 по лазерной гироскопии

Российская Федерация, 117342, Москва, ул. Введенского, д. 3, корп. 1

Антон Олегович Синельников

Государственный научно-исследовательский институт приборостроения

Автор, ответственный за переписку.
Email: mr.sinelnikov.a@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5579-3509
SPIN-код: 2442-7507
Scopus Author ID: 55382453500

кандидат технических наук, начальник лаборатории № 251-1, отдел № 250 разработки гироинерциальных блоков на базе лазерных гироскопов

Российская Федерация, 129226, Москва, пр-т Мира, д. 125

Виктория Умедовна Мнацаканян

Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

Email: artvik@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-9276-7599
SPIN-код: 8693-8313
Scopus Author ID: 6603501339

доктор технических наук, профессор кафедры горного оборудования, транспорта и машиностроения

Российская Федерация, 119049, Москва, Ленинский пр-кт, д. 4, стр. 1

Список литературы

  1. Hering E, Schönfelder G, Basler S, Biehl K-E, Burkhardt T, Engel T, Feinäugle A, Fericean S, Forkl A, Giebeler C, Hahn B, Halder E, Herfort Ch, Hubrich S, Reichenbach J, Röbel M, Sester S. Geometric quantities. In: Hering E, Schönfelder G. (eds.) Sensors in Science and Technology. Wiesbaden: Springer; 2022. p. 147-372. https://doi.org/10.1007/978-3-658-34920-2_3
  2. Chopra KN. Ring laser gyroscopes. Optoelectronic Gyroscopes: Design and Applications. Singapore: Springer; 2021. https://doi.org/10.1007/978-981-15-8380-3_1
  3. Passaro VMN, Cuccovillo A, Vaiani L, De Carlo M, Campanella CE. Gyroscope technology and applications: a review in the industrial perspective. Sensors. 2017;17(10). https://doi.org/10.3390/s17102284
  4. Cheremisenov GV. A gyrocompass based on a rotating laser gyroscope: experience in the development and experimental results. Gyroscopy and Navigation. 2018;9:29-34. https://doi.org/10.1134/S2075108718010054
  5. Bolotnov AS. Application of the laser gyroscope in free-form inertial systems. Politechnical Student Journal. 2019;10(39). https://doi.org/10.18698/2541-8009-2019-10-533
  6. Corke P. Navigation. Robotics and Control. Cham: Springer; 2022. p. 123-147. https://doi.org/10.1007/978-3-030-79179-7_5
  7. Logashina IV, Chumachenko EN, Bober SA, Aksenov SA. Thermal stress state of a laser-gyroscope housing for use in space. Russian Engineering Research. 2009;29: 751-755. https://doi.org/10.3103/S1068798X09080012
  8. Azarova VV, Golyaev YD, Savelyev II. Zeeman laser gyroscopes. Quantum Electronics. 2015;45(2):171-179.
  9. Golyaev YD, Zapotylko NR, Nedzvetskaya AA, Sinelnikov AO, Tikhmenev NV. Laser gyros with increased time of continuous operation. Proceedings of the 18th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS 2011). St. Petersburg; 2011. p. 53.
  10. Golyaev YuD, Zapotylko NR, Nedzvetskaya AA, Sinelnikov AO. Thermally stable optical cavities for Zeeman laser gyroscopes. Optics and Spectroscopy. 2012;113(2): 227-229. https://doi.org/10.1134/S0030400X12070090
  11. Zubarev YA, Sinelnikov AO, Fetisova NE. A study of the temperature stability of the Zeeman laser gyro ring resonator. 2022 29th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS). IEEE; 2022. p. 1-4. https://doi.org/10.23919/ICINS51784.2022.9815336
  12. Savvova OV, Bragina LL, Petrov DV, Topchii VL, Ryabinin SA. Technological aspects of the production of optically transparent glass ceramic materials based on lithium-silicate glasses. Glass and Ceramics. 2018;75:127-132. https://doi.org/10.1007/s10717-018-0041-6
  13. Kompan TA, Sharov AA. Monitoring of the uniformity of the thermal linear expansion coefficient of large-size optical components. Measurement Techniques. 2009;52:755. https://doi.org/10.1007/s11018-009-9345-9
  14. Filatov YD, Sidorko VI, Kovalev SV, Kovalev VA. Effect of the rheological properties of a dispersed system on the polishing indicators of optical glass and glass ceramics. Journal of Superhard Materials. 2021;43:65-73. https://doi.org/10.3103/S1063457621010032
  15. Wu F, Zhang M-H, Fu X, Guo X, Wang J-L, Wang J-X. Design of ac laser frequency stabilization system for space three-axis mechanical dithering laser gyro. Zhongguo Guanxing Jishu Xuebao. 2017;25(2):265-268.
  16. Cygan A, Lisak D, Masłowski P, Bielska K, Wójtewicz S, Domysławska J, Trawiński RS. Pound-Drever-Hall-locked, frequency-stabilized cavity ring-down spectrometer. The Review of Scientific Instruments. 2011;82(6):063107. https://doi.org/10.1063/1.3595680
  17. Sinelnikov AO, Medvedev AA, Golyaev YD, Grushin ME, Chekalov DI. Thermal zero drifts in magneto-optical Zeeman laser. Gyroscopy and Navigation. 2021; 129(4):308-313. https://doi.org/10.1134/S2075108721040076
  18. Savelyev I, Sinelnikov A. The influence of the pumping current on the Zeeman laser rotation sensors output parameters. Proceedings of the 22nd Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS 2015). St. Petersburg; 2015. p. 421-424.
  19. Zubarev YA, Sinelnikov AO, Katkov AA. Contribution of structural elements to the temperature drift of the Zeeman laser angular velocity sensors perimeter. Fizicheskoe Obrazovanie v Vuzah. 2021;27(24):55-58. (In Russ.) https://doi.org/10.54965/16093143_2021_27_S4_55
  20. Soloveva T, Sinelnikov A, Kuznetsov E, Golyaev Y, Kolbas Y. Computer simulation of processes in the resonator length control system of the Zeeman laser gyro. Proceedings of the International Conference on Optoelectronic Information and Computer Engineering (OICE 2022), China, 15 August 2022 (vol. 12308). https://doi.org/10.1117/12.2645990
  21. Khandelwal A, Syed A, Nayak J. Mathematical model of semiconductor fiber ring laser gyroscope. Journal of Optics. 2017;46:8-15. https://doi.org/10.1007/s12596-016-0368-8
  22. Weng J, Bian X, Kou K, Lian T. Optimization of ring laser gyroscope bias compensation algorithm in variable temperature environment. Sensors. 2020;20(2):377. https://doi.org/10.3390/s20020377
  23. Liang H, Ren Q, Zhang D, Zhao X, Guo Y. The temperature compensation method for the laser gyro based on the relevance vector machine. In: Jia Y, Zhang W, Fu Y, Yu Z, Zheng S. (eds.) Proceedings of 2021 Chinese Intelligent Systems Conference. Singapore: Springer; 2022. p. 367-375. https://doi.org/10.1007/978-981-16-6328-4_39
  24. Li Y, Fu L, Wang L, He L, Li D. Laser gyro temperature error compensation method based on NARX neural network embedded into extended Kalman filter. In: Yan L, Duan H, Yu X. (eds.) Advances in Guidance, Navigation and Control. Singapore: Springer; 2022. p. 3309-3320.
  25. Semenov AS, Yakushev IA, Egorov AN. Modeling of technical systems in the MATLAB environment. Modern High-Tech Technologies. 2017;8:56-64. (In Russ.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).