gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2016.24.2.041-055gyroscopy-350Research ArticleСтатьиКорректирующий фильтр для одноосного кольцевого лазерного гироскопа на виброподставкеCorrection Filter for Mechanically Dithered Single-Axis Ring Laser GyrosКлимковичБ. В.KlimkovichB. V.

Климкович Борис Владимирович, кандидат физико-математических наук, главный научный сотрудник. Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».

ТолочкоА. М.TolochkoA. M.

Толочко Александр Михайлович, инженер-конструктор 1-й категории

НП ООО «ОКБ ТСП» (г. Минск)БеларусьScientific Production Limited Liability Company OKB TSP, MinskBelarus2016021220252424155Copyright © Климкович Б.В., Толочко А.М., 20252025Климкович Б.В., Толочко А.М.Klimkovich B.V., Tolochko 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/350

Предложен цифровой корректирующий фильтр, обеспечивающий определение углового положения бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) в оси чувствительности одноосного кольцевого лазерного гироскопа (КЛГ) на виброподставке по известному значению углового положения КЛГ относительно инерциального пространства с учетом моделей нелинейности упругих сил виброподвеса, гистерезисной модели диссипации энергии колебаний и пьезопривода виброподвеса. Предложены параметризованные модели нелинейности, диссипации и выходной характеристики пьезопривода виброподвеса. Предложен метод нахождения параметров нелинейности упругих сил по семейству экспериментальных амплитудно-частотных характеристик. Проведено численное моделирование амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) режекторного эллиптического и корректирующего фильтров в условиях синусоидального вращения БИНС с амплитудой 1 угл. мин в диапазоне частот 80–3600 Гц. Приведены результаты экспериментальной проверки эффективности корректирующего фильтра при импульсном воздействии на БИНС. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показывает адекватность предложенных моделей и удовлетворительную работу цифрового корректирующего фильтра.

A correction filter for mechanically dithered single-axis ring laser gyros (RLG) is proposed. The filter is intended to determine the angular position of a strapdown inertial navigation system (SINS) in the RLG sensitivity axis using the known value of the RLG angular position with respect to inertial space, taking into account the models of the suspension elastic forces nonlinearity, the hysteresis model of oscillation energy dissipation, and the model of the suspension piezoceramic drive. Parameterized models of nonlinearity, dissipation, and the output characteristic of the suspension piezoceramic drive have been developed. A method for finding nonlinearity parameters of elastic forces using a set of experimental amplitude-frequency characteristics (AFC) is proposed. Numerical simulation of the AFCs of the notch elliptic and correction filters under sinusoidal rotation of the SINS with the amplitude of 1 arcmin in the frequency band of 80–3600 Hz has been performed. The efficiency of the proposed filter has been verified experimentally under pulse action on SINS; the test results are discussed. Comparison of the experimental and calculated data shows the adequacy of the proposed models and satisfactory operation of the correction digital filter.

Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС)корректирующий фильтррежекторный фильтркольцевой лазерный гироскопвиброподставка.Strpadown inertial navigation system (SINS)correction filterlaser gyroReferencesAronowitz F. Fundamentals of the Ring Laser Gyro. In Optical Gyros and their Application (RTO AGAR - Dograph 339, 1999, p.3-1).Aronowitz, F., Fundamentals of the ring laser gyro. Optical Gyros and their Application (RTO AGARDograph 339, 1999, p. 3-1 – 3-45).Анучин О.А., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / Под общей ред. чл.-кор. РАН В.Г.Пешехонова. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 1999. - 357 с.Anuchin, О.А. and Emelyantsev, G.I., Integrirovannye sistemy orientatsii i navigatsii dlya morskikh podvizhnukh ob''ektov (Integrated Navigation and Orientation Systems for Marine Vehicles), Peshekhonov, V.G., Ed., St. Petersburg: CSRI Elektropribor, 2003.Кузнецов А.Г., Молчанов А.В., Чиркин М.В., Измайлов Е.А. Прецизионный лазерный гироскоп для автономной инерциальной навигации // Квантовая электроника. - 2015. - 45, №1 - C.78-88.Kuznetsov, A.G., Molchanov, A.V., Chirkin, M.V., and Izmailov, E.A., Precision laser gyro inertial navigation for autonomous, Kvantovaya elektronika, 2015, vol. 45, no. 1, pp. 78–88.Wang Kedong, Gu Qitai. Key Problems of Mechanically Dithered System of RLG. // Tsinghua Science and Technology. - V6, №4, October 2001, pp. 304-309.Wang Kedong and Gu Qitai, Key problems of mechanically dithered system of RLG, Tsinghua Science and Technology, 2001, vol. 6, no. 4, pp. 304–309.Hemalatha N., ChandraSekhar R. S, Bai A. Swarna, Reddy, G. Satheesh. A linear observer design for dither removal in ring laser gyroscopes // IFAC, Embedded Guidance, Navigation and Control in Aerospace, Volume 1, Part 1, 2012, pp. 63-66.Hemalatha, N., Chandrasekhar, R.S, Bai A. Swarna, and Reddy G. Satheesh, A linear observer design for dither removal in ring laser gyroscopes, IFAC, Embedded Guidance, Navigation and Control in Aerospace, 2012, vol. 1, Part 1, pp. 63–66.Banerjee K., Dam B., Majumdar K., Banerjee R., Patranabis D. An improved dither stripping scheme for strap down Ring laser gyroscopes // TENCON 2004 Conference of IEEE, vol. 1, pp. 689-692.Banerjee, K., Dam, B., Majumdar, K., Banerjee, R., and Patranabis, D., An improved dither stripping scheme for strap down ring laser gyroscopes, TENCON 2004 Conference of IEEE, vol. 1, pp. 689–692.Енин В.Н., Санеев В.И. Цифровой автогенератор виброподставки лазерного гироскопа // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э Баумана: электрон. журн. - 2015. - №5. - С. 154-177.Enin, V.N. and Saneev, V.I. Digital oscillator for dither of the laser gyro. Nauka i Obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E Baumana, 2015, no. 05, pp. 154–177.Енин В.Н., Людомирский М.Б., Санеев В.И. Влияние дискретности выходного сигнала импульсно-фазового детектора лазерного гироскопа на точность измерения малых угловых скоростей // Инженерный вестник. - 2013. - №11. - С. 609-624.Enin, V.N., Lyudomirskii, M.B., and Saneev, V.I., Influence of output resolution of the pulsephase detector of the laser gyro on measurement accuracy of small angular rates, Inzhenernyi vestnik, 2013, no. 11, pp. 609–624.Молчанов А.В., Белокуров В.А., Чиркин М.В., Кошелев В.И., Мишин В.Ю., Морозов Д.А. Прецизионный лазерный гироскоп с цифровым каналом для обработки квадратурных сигналов. // XXII Санкт-Петербургская межд. конф. по интегрированным навигационным системам. - СПб.: АЛ «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2015. - С. 266-273.Molchanov, A.V., Belokurov, V.A., Chirkin, M.V., Koshelev, V.I., Mishin, V.Yu., and Morozov D.A., Precision laser gyroscope with a digital channel for quadrature signal processing, 22nd St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg: Elektropribor, 2015, pp.307-314Salychev O.S. Applied Inertial Navigation: Problems and Solutons. BMSTU, Moscow, Russia. 2004. - 303 p.Salychev, O.S. Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions, Moscow: BMSTU Press, 2004.Ильин М.М., Колесников К.С., Саратов Ю.С. Теория колебаний. - М.: МГТУ им. Баумана, 2003, - 271 с.Il’in, M.M., Kolesnikov, K.S., and Saratov, Yu.S., Teoriya Kolebanii (Theory of Oscillations, Moscow: MGTU im. Baumana, 2003.Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов. Практический подход. 2-е изд. - М., 2008. - 989 с.Ifeachor, E.C. and Jervis, B.W., Digital Signal Processing: A Practical Application, 2nd addition, Pearson Education, Harlow, UK, 2002.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. - М.: Наука, 1988. - 215 с.Landau, L.D. and Lifshits E.M., Mekhanika (Mechanics), Moscow, Nauka, 1988.Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. - М.: Физматлит, 1960, 193 с.Panovko, Ya.G., Internal Friction at Vibration of Elastic Systems (Vnutrennee trenie pri kolebaniyakh uprugikh system, Moscow: Fizmatlit, 1960.Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. - Л.: Физматлит, 1989. - 248 с.Panovko, Ya.G., Introduction to the Theory of Oscillation (Vvedenie v teoriyu mekhanicheskikh kolebanii, Moscow: Fizmatlit, 1989.Писаренко Г.С. Колебания механических систем с учетом несовершенной упругости материала. - Киев: Наукова думка, 1970. - 376 с.Pisarenko, G.S., Vibration of Mechanical Systems with Consideration for Imperfect Elasticity of the Material (Kolebaniya mekhanicheskikh sistem s uchetom nesovershennoi uprugosti materiala), Kiev: Naukova dumka, 1970.Зотеев В.Е. Параметрическая идентификация диссипативных механических систем на основе разностных уравнений. /Под ред. Радченко В.П. - М.: Машиностроение, 2009. - 344 с.Zoteev, V.E., Parametric Identification of Dissipative Mechanical Systems based on Difference Equations (Parametricheskaya identifikatsiya dissipativnykh mekhanicheskikh sistem na osnove raznostnykh uravnenii), Radchenko, V.P., Ed., Moscow: Mashinostroenie, 2009.Пьезокерамические преобразователи. Методы измерения и расчет параметров. Справочник. Под ред. Пугачева С.И. - Л.: Судостроение, 1984. - 256 с.Piezoceramic Transducers. Methods of Measurement and Calculation of Parameters. Handbook. (P’ezokeramicheskie preobrazovateli. Metody izmereniya i raschet parametrov. Spravochnik.) Pugachev, S.I., Ed., Leningrad: Sudostroenie, 1984.Lutovac M.D., Tosic D.V., Evans B.L. Filter Design for Signal Processing using MATLABLutovac, M.D., Tosic, D.V., and Evans, B.L., Filter Design for Signal Processing using MATLAB and Mathematica, NJ, USA: Prentice Hall, 2001.and Mathematica (NJ, USA: Prentice Hall, 2001).and Mathematica (NJ, USA: Prentice Hall, 2001).

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