gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2019.27.2.052-069gyroscopy-243Research ArticleСтатьиПовышение точности волоконно-оптического гироскопа за счет подавления паразитных эффектов в интегрально-оптических фазовых модуляторахFiber-Optic Gyroscope Accuracy Improvement by Suppressing the Parasitic Effects in Integrated Optic Phase-Shift ModulatorsКурбатовА. М.KurbatovA. M.

Курбатов Александр Михайлович. Заместитель главного конструктора по ВОГ

КурбатовР. А.KurbatovR. A.

Курбатов Роман Александрович. Кандидат физико-математических наук

ГорячкинА. М.GoryachkinA. M.

Горячкин Андрей Михайлович. Заместитель начальника отдела

 

Филиал ФГУП ЦЭНКИ «НИИ ПМ им. акад. В. И. Кузнецова» (Москва).РоссияBranch of FSUE Center for Operation of Space Ground-based Infrastructure (TsENKI) “Academician Kuznetsov Research Institute of Applied Mechanics”, MoscowRussian FederationФилиал ФГУП ЦЭНКИ «НИИ ПМ им. акад. В. И. Кузнецова» (Москва)РоссияBranch of FSUE Center for Operation of Space Ground-based Infrastructure (TsENKI) “Academician Kuznetsov Research Institute of Applied Mechanics”, MoscowRussian Federation2019141120252725269Copyright © Курбатов А.М., Курбатов Р.А., Горячкин А.М., 20252025Курбатов А.М., Курбатов Р.А., Горячкин А.М.Kurbatov A.M., Kurbatov R.A., Goryachkin A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/243

Приводятся результаты исследований опытного образца волоконно-оптического гироскопа класса точности 0,01–0,001°/ч. Гироскоп содержит первый контур обратной связи для компенсации разности фаз Саньяка, второй контур обратной связи для стабилизации масштабного коэффициента и третий быстродействующий контур обратной связи для компенсации влияния на измерительный тракт постоянной составляющей оптического сигнала на фотоприемнике. Для повышения точности опытного образца гироскопа до уровня 0,001°/ч предлагается использование четвертого и пятого контуров обратной связи, с помощью которых осуществляется подавление паразитных эффектов в интегрально оптических фазовых модуляторах.

The results of study of a prototype fiber-optic gyroscope with accuracy grade 0.01–0.001 deg/h are presented. The gyroscope comprises three feedback loops: one for Sagnac phase shift compensation, the second one for the scale factor stabilization, nd the third (fast-response) one for the compensation of constant component of optical signal on the photocell, affecting the measurement channel. To increase the accuracy of the prototype gyroscope up to the level of 0.001 deg/h, it is proposed to use the fourth and the fifth feedback loops which will suppress the parasitic effects in the integrated optic phase-shift modulators.

Волоконно-оптический гироскопзакрытый контур обратной связизона нечувствительностиинтегрально-оптический фазовый модуляторискажения разности фаз вспомогательной фазовой модуляцииискажения ступенчатого пилообразного напряжения.Fiber-optic gyroscopeclosed feedback loopdead zoneintegrated optic phase-shift modulatorphase shift distortions in auxiliary phase modulationstepped sawtooth voltage distortions.ReferencesLefevre, H.C., Potpourri of comments about for its 40th anniversary, and how fascinating it was and it still is, Proc. of SPIE, 2016, vol. 9852, p. 985203-1.Lefevre, H.C., Potpourri of comments about for its 40th anniversary, and how fascinating it was and it still is, Proc. of SPIE, 2016, vol. 9852, p. 985203-1.Sanders, G.A., Sanders, S.J., Strandjord, L.K., Qiu, T., Wu, J., Smiciklas, M., Mead, D., Mosor, S., Arrizon, A., Ho, W., Salit, M. Fiber optic gyro development at Honeywell, Proc. of SPIE, 2016, vol. 9852, p. 985207-1.Sanders, G.A., Sanders, S.J., Strandjord, L.K., Qiu, T., Wu, J., Smiciklas, M., Mead, D., Mosor, S., Arrizon, A., Ho, W., Salit, M. Fiber optic gyro development at Honeywell, Proc. of SPIE, 2016, vol. 9852, p. 985207-1.Унтилов А.А., Егоров Д.А., Рупасов А.В., Новиков Р.Л., Нефоросный С.Т., Азбелева М.П., Драницына Е.В. Результаты испытаний волоконно-оптического гироскопа // Гироскопия и навигация. 2017. Т. 25. № 3. С. 78.Унтилов А.А., Егоров Д.А., Рупасов А.В., Новиков Р.Л., Нефоросный С.Т., Азбелева М.П., Драницына Е.В. Результаты испытаний волоконно-оптического гироскопа // Гироскопия и навигация. 2017. Т. 25. № 3. С. 78.Vali, V., Shorthill, R. W. Fiber ring interferometer, Appl. Opt., 1976, vol. 15, p. 1099.Vali, V., Shorthill, R. W. Fiber ring interferometer, Appl. Opt., 1976, vol. 15, p. 1099.Ulrich, R., Johnson, M., Fiber-ring interferometer: polarization analysis, Opt. Lett., 1979, vol. 4, p. 152.Ulrich, R., Johnson, M., Fiber-ring interferometer: polarization analysis, Opt. Lett., 1979, vol. 4, p. 152.Schiffner, G., Leeb, W.R., Krammer, H., Wittmann, J., Reciprocity of birefringent singlemode fibers for optical gyros, Appl. Opt., 1979, vol. 18, p. 2096.Schiffner, G., Leeb, W.R., Krammer, H., Wittmann, J., Reciprocity of birefringent singlemode fibers for optical gyros, Appl. Opt., 1979, vol. 18, p. 2096.Ulrich, R., Fiber-optic rotation sensing with low drift, Opt. Lett., 1980, vol. 5, № 5, p. 173.Ulrich, R., Fiber-optic rotation sensing with low drift, Opt. Lett., 1980, vol. 5, № 5, p. 173.Burns, W.K., Chen, C., Moeller, R.P., Fiber-optic gyroscopes with broad-band sources, J. Lightwave Technol., 1983, vol. 1, p. 98.Burns, W.K., Chen, C., Moeller, R.P., Fiber-optic gyroscopes with broad-band sources, J. Lightwave Technol., 1983, vol. 1, p. 98.Shupe, D.M., Thermally induced non-reciprocity in the fiber-optic interferometer, Appl. Opt., 1980, no. 5, p. 654.Shupe, D.M., Thermally induced non-reciprocity in the fiber-optic interferometer, Appl. Opt., 1980, no. 5, p. 654.Frigo, N.J., Compensation of linear sources of nonreciprocity in Sagnac interferometers, Proc. SPIE, 1983, vol. 412, p. 268.Frigo, N.J., Compensation of linear sources of nonreciprocity in Sagnac interferometers, Proc. SPIE, 1983, vol. 412, p. 268.Malvern, A., Optical fiber gyroscope sensing coil having a reduced sensitivity to temperature variations occurring therein, US Patent № 5,465,150, November. 1995.Malvern, A., Optical fiber gyroscope sensing coil having a reduced sensitivity to temperature variations occurring therein, US Patent № 5,465,150, November. 1995.Cordova, A., Bilinsky, D.J., Fersht, S.M., Surabian, J.M., Wilde, J.D., Hinman, P.A., Sensor coil for low bias fiber optic gyroscope, 1994, US Pat. № 5,371,593.Cordova, A., Bilinsky, D.J., Fersht, S.M., Surabian, J.M., Wilde, J.D., Hinman, P.A., Sensor coil for low bias fiber optic gyroscope, 1994, US Pat. № 5,371,593.Cordova, A., Surabian, G., Potted Fiber optic gyro sensor coil for stringent vibration and thermal environments, 1996, US Pat. № 5,546,482.Cordova, A., Surabian, G., Potted Fiber optic gyro sensor coil for stringent vibration and thermal environments, 1996, US Pat. № 5,546,482.Tirat, O. F. J., Euverte, J. M. Finite element model of thermal transient effect in fiber optic gyro, Proc. SPIE, 1996, vol. 2837, p. 230.Tirat, O. F. J., Euverte, J. M. Finite element model of thermal transient effect in fiber optic gyro, Proc. SPIE, 1996, vol. 2837, p. 230.Курбатов, А. М., Курбатов, Р. А. Температурные характеристики чувствительных катушек волоконно-оптического гироскопа // Радиотехника и Электроника. 2013. №7. С. 735.Курбатов, А. М., Курбатов, Р. А. Температурные характеристики чувствительных катушек волоконно-оптического гироскопа // Радиотехника и Электроника. 2013. №7. С. 735.Lefevre, H.C., The fiber optic gyroscope, Artech House, 1993.Lefevre, H.C., The fiber optic gyroscope, Artech House, 1993.Pavlath, G.A., Method for reducing random walk in fiberoptic gyroscopes, US Patent № 5,530,545, 1996.Pavlath, G.A., Method for reducing random walk in fiberoptic gyroscopes, US Patent № 5,530,545, 1996.Killian, K.M., Burmenko, M., Hollinger, W., High-performance fiber optic gyroscope with noise reduction, Proc. SPIE, 1994, vol. 2292, p. 255.Killian, K.M., Burmenko, M., Hollinger, W., High-performance fiber optic gyroscope with noise reduction, Proc. SPIE, 1994, vol. 2292, p. 255.Straindjord, L.K., Sanders, G.A., Relative intensity noise controller for fiber light sources, US Patent № US2003/0128365 A1. July. 2003.Straindjord, L.K., Sanders, G.A., Relative intensity noise controller for fiber light sources, US Patent № US2003/0128365 A1. July. 2003.LuValle, M.J., Friebele, E.J., Dimarcello, F.V., Miller, G.A., Monberg, E.M., Wasserman, L.R., Wisk, P.W., Yan, M.F., Birtch, E.M., Radiation-induced loss predictions for pure silica core polarization-maintaining fibers, Proc. SPIE, 2006, vol. 6193, p. 61930J-1.LuValle, M.J., Friebele, E.J., Dimarcello, F.V., Miller, G.A., Monberg, E.M., Wasserman, L.R., Wisk, P.W., Yan, M.F., Birtch, E.M., Radiation-induced loss predictions for pure silica core polarization-maintaining fibers, Proc. SPIE, 2006, vol. 6193, p. 61930J-1.Kurbatov, A.M., Kurbatov, R.A., Radiation resistant fibers with depressed claddings for fiber optic gyro sensing coil, Proc. SPIE. OFS-22, 2012, vol. 8421, p. 842180-1.Kurbatov, A.M., Kurbatov, R.A., Radiation resistant fibers with depressed claddings for fiber optic gyro sensing coil, Proc. SPIE. OFS-22, 2012, vol. 8421, p. 842180-1.Kurbatov, A.M., Kurbatov, R.A., Voloshin, V.V., Vorob’ev, I.L., Kolosovsky, A.O., Polarisation maintaining fibre with pure silica core and two depressed claddings for fibre optic gyroscope, Opt. Fiber Technol., 2016, vol. 32, p. 6.Kurbatov, A.M., Kurbatov, R.A., Voloshin, V.V., Vorob’ev, I.L., Kolosovsky, A.O., Polarisation maintaining fibre with pure silica core and two depressed claddings for fibre optic gyroscope, Opt. Fiber Technol., 2016, vol. 32, p. 6.Егоров Д.А., Рупасов А.В., Унтилов А.А. Проблемы обеспечения радиационной стойкости волоконно-оптических гироскопов и пути ее повышения (обзор) // Гироскопия и навигация. 2018. Том. 26. №4 (103).Егоров Д.А., Рупасов А.В., Унтилов А.А. Проблемы обеспечения радиационной стойкости волоконно-оптических гироскопов и пути ее повышения (обзор) // Гироскопия и навигация. 2018. Том. 26. №4 (103).Yang, Y., Suo, X., Yang, M., Active radiation hardening technology for fiber-optic source, Proc. SPIE, 2013, vol. 8924, p. 89240W-1.Yang, Y., Suo, X., Yang, M., Active radiation hardening technology for fiber-optic source, Proc. SPIE, 2013, vol. 8924, p. 89240W-1.Зотов К.В., Лихачев М.Е., Томашук А.Л., Бубнов М.М., Яшков М.В., Гурьянов А.Н., Радиационно-стойкий волоконный световод на основе кварцевого стекла, легированного эрбием // Квантовая Электроника. 2007. № 10. С. 946.Зотов К.В., Лихачев М.Е., Томашук А.Л., Бубнов М.М., Яшков М.В., Гурьянов А.Н., Радиационно-стойкий волоконный световод на основе кварцевого стекла, легированного эрбием // Квантовая Электроника. 2007. № 10. С. 946.Кель О.Л., Мелькумов М.А. Азанова И.С., Гурьянов А.Н., Рюмкин К.Е., Яшков М.Н., Носова Е.А., Шаронова Ю.О., Коффер К.В., Поносова А.А. Суперлюминесцентный волоконный эрбиевый источник ИК-излучения, стойкий к воздействию ионизирующего излучения // ВКВО-2017, волоконные лазеры и усилители. С. 45.Кель О.Л., Мелькумов М.А. Азанова И.С., Гурьянов А.Н., Рюмкин К.Е., Яшков М.Н., Носова Е.А., Шаронова Ю.О., Коффер К.В., Поносова А.А. Суперлюминесцентный волоконный эрбиевый источник ИК-излучения, стойкий к воздействию ионизирующего излучения // ВКВО-2017, волоконные лазеры и усилители. С. 45.Lin, S.C., Giallorenzi, T.G., Sensitivity analysis of the Sagnac-effect optical-fiber ring interferometer, Appl. Opt., 1979, no. 6, p. 915.Lin, S.C., Giallorenzi, T.G., Sensitivity analysis of the Sagnac-effect optical-fiber ring interferometer, Appl. Opt., 1979, no. 6, p. 915.Курбатов А. М. О новых путях совершенствования волоконно-оптических гироскопов с открытым и закрытым контуром обратной связи // Гироскопия и навигация. 2015. № 1. C. 43.Курбатов А. М. О новых путях совершенствования волоконно-оптических гироскопов с открытым и закрытым контуром обратной связи // Гироскопия и навигация. 2015. № 1. C. 43.Ebberg, A., Schiffner, G., Closed-loop fiber-optic gyroscope with a sawtooth phase-modulated feedback, Opt. Lett., 1985, no. 6, p. 300.Ebberg, A., Schiffner, G., Closed-loop fiber-optic gyroscope with a sawtooth phase-modulated feedback, Opt. Lett., 1985, no. 6, p. 300.Lefevre, H.C., Graindorge, Ph., Arditty H.J., et al., Double closed-loop hybrid fiber gyroscope using digital phase ramp, Optical Fiber Sensors (OFS), 1985, San Diego, CA, January 1, Post Deadline, p. PDS7-1.Lefevre, H.C., Graindorge, Ph., Arditty H.J., et al., Double closed-loop hybrid fiber gyroscope using digital phase ramp, Optical Fiber Sensors (OFS), 1985, San Diego, CA, January 1, Post Deadline, p. PDS7-1.Pavlath, G.A., Closed-loop fiber optic gyros, Proc. SPIE, 1996, vol. 2837, p. 46.Pavlath, G.A., Closed-loop fiber optic gyros, Proc. SPIE, 1996, vol. 2837, p. 46.Spahlinger, G., Fiber optic Sagnac interferometer with digital phase ramp resetting via correlation free demodulator control, 1992, US Patent no. 5,123,741.Spahlinger, G., Fiber optic Sagnac interferometer with digital phase ramp resetting via correlation free demodulator control, 1992, US Patent no. 5,123,741.Chung, Jen-Chen, Interferometric fiber optic gyroscope dead band suppression, Applied Physics Express, 2008, no. 7, p. 072501-1.Chung, Jen-Chen, Interferometric fiber optic gyroscope dead band suppression, Applied Physics Express, 2008, no. 7, p. 072501-1.Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Пути повышения точности волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и Навигация. 2012. №1. С. 102.Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Пути повышения точности волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и Навигация. 2012. №1. С. 102.Kurbatov, A.M., Kurbatov, R.A., Polarization and modal filters based on W-fibers Panda for fiber-optic gyroscopes and high-power fiber lasers, Opt. Eng., 2013, no. 3. p. 035006-1.Kurbatov, A.M., Kurbatov, R.A., Polarization and modal filters based on W-fibers Panda for fiber-optic gyroscopes and high-power fiber lasers, Opt. Eng., 2013, no. 3. p. 035006-1.New optical W-fiber Panda for fiber optic gyroscope sensitive coil, Technical Physics Letters, 2010, 36 (9), 789–791.New optical W-fiber Panda for fiber optic gyroscope sensitive coil, Technical Physics Letters, 2010, 36 (9), 789–791.Kurbatov, A.M., Kurbatov, R.A., Polarisation non-reciprocity cancelling in Sagnac fibre-ring interferometer: an attempt of realistic study, Optical and Quantum Electronics, 2019, 51, № 5, pp. 1–20.Kurbatov, A.M., Kurbatov, R.A., Polarisation non-reciprocity cancelling in Sagnac fibre-ring interferometer: an attempt of realistic study, Optical and Quantum Electronics, 2019, 51, № 5, pp. 1–20.Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Волоконно-оптический гироскоп с большим динамическим диапазоном измерения угловых скоростей. Патент РФ №2620933. Приоритет от 25.08.16 г.Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Волоконно-оптический гироскоп с большим динамическим диапазоном измерения угловых скоростей. Патент РФ №2620933. Приоритет от 25.08.16 г.Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа при воздействии вибраций. Патент РФ RU 2627020 Приоритет от 25.08.2016.Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа при воздействии вибраций. Патент РФ RU 2627020 Приоритет от 25.08.2016.Hollinger, W.P., Covacs, R.A., Tuned integrated optic modulator on a fiber optic gyroscope, US Patent no. 5,504,580, 1996.Hollinger, W.P., Covacs, R.A., Tuned integrated optic modulator on a fiber optic gyroscope, US Patent no. 5,504,580, 1996.Greening, T.C., Khari, S.H., Newlin, M.P., Minimal bias switching for fiber optic gyroscope, US Patent no. 7,336,364, 2008.Greening, T.C., Khari, S.H., Newlin, M.P., Minimal bias switching for fiber optic gyroscope, US Patent no. 7,336,364, 2008.Yi, X., Wen, X., Y-integrated optic chip (Y-IOC) applied in fiber optic gyro, Proc. SPIE, 2006, vol. 6344, p. 63440U-1.Yi, X., Wen, X., Y-integrated optic chip (Y-IOC) applied in fiber optic gyro, Proc. SPIE, 2006, vol. 6344, p. 63440U-1.Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Вибрационная ошибка угловой скорости волоконно-оптического гироскопа и методы ее подавления // Радиотехника и Электроника. 2013. № 8. С. 842.Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Вибрационная ошибка угловой скорости волоконно-оптического гироскопа и методы ее подавления // Радиотехника и Электроника. 2013. № 8. С. 842.Колеватов А.П., Николаев С.Г., Андреев А.Г., Ермаков В.С., Струк В.К., Парфёнов А.С., Нестеров И.И. Успехи в разработке бесплатформенных инерциальных навигационных систем на базе волоконно-оптических гироскопов // XVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб., 2009.Колеватов А.П., Николаев С.Г., Андреев А.Г., Ермаков В.С., Струк В.К., Парфёнов А.С., Нестеров И.И. Успехи в разработке бесплатформенных инерциальных навигационных систем на базе волоконно-оптических гироскопов // XVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб., 2009.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.