Дифференциальные методы идентификации структуры шумов гироскопов
Abstract
The paper considers the differences in accuracy criteria for the gyros in two applications: measuring rotation about a fixed axis and measuring rotation about a point. We describe the class of noises with zero spectral density at zero frequency. In these gyros, the noises do not cause the errors of apparent turn angles (integrals of angular rate projection on the gyro sensitivity axis) to accumulate in time, but lead to accumulation of error in attitude determined by strapdown inertial systems. Ways of identifying the gyro noise structure using the known lower order methods are analyzed: first difference method (Allan variance), second difference method (Hadamar variance), and proposed methods of higher orders differences.
About the Author
Н. Кробка
НИИ прикладной механики им. акад. В.И. Кузнецова − филиала ФГУП «Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры» («ЦЭНКИ»).
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Кробка, Н.И. Дифференциальные методы идентификации структуры шумов волоконно-оптических и других гироскопов // XVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. – СПб: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2010. – С. 56-59.
2. IEEE Std 647-1981. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Laser Gyros. IEEE Std 647-1995. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Laser Gyros. IEEE Std 647-2006. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Laser Gyros.
3. IEEE Std 952-1997. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Optic Gyros. IEEE Std 952-1997 (R2008). IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Optic Gyros.
4. IEEE Std 292-1969 (R2010). IEEE Specification Format for Single-Degree-of-Freedom Spring-Restrained Rate Gyros.
5. IEEE Std 293-1969 (R2010). IEEE Test Procedure for Single-Degree-of-Freedom Spring-Restrained Gyros.
6. IEEE Std 517-1974 (R2010). IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Degree-of-Freedom Rate-Integrating Gyros.
7. IEEE Std 528-2001 (R2007). IEEE Standard for Inertial Sensor Terminology (Japanese translation published by the Japan Standards Association).
8. IEEE Std 529-1980 (R2010) IEEE Supplement for Strapdown Applications to IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Degree-of-Freedom Rate-Integrating Gyros.
9. IEEE Std 813-1988 (R2005) IEEE Specification Format Guide and Test Procedure for Two-Degree-of-Freedom Dynamically Tuned Gyros.
10. IEEE Std 1431-2004 (R2009) Specification Format Guide and Test Procedure for Coriolis Vibratory Gyros.
11. IEEE Std 1554-2005. IEEE Recommended Practice for Inertial Sensor Test Equipment, Instrumentation, Data Acquisition, and Analysis.
12. IEEE Std P1559-2009. IEEE Standard for Inertial Systems Terminology.
13. IEEE Std P1780. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Inertial Measurement Units (IMU) [being developed by IEEE/AESS Gyro and Accelerometer Panel].
14. Кробка, Н.И. Особенности бесплатформенных инерциальных систем ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения // Юбилейная XV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. – СПб.: ГНЦ РФ – ЦНИИ «Электроприбор». – 2008. – С. 87-89.
15. Кробка, Н.И. Новый некоммутативный кинематический эффект и его проявления в бесплатформенных инерциальных системах ориентации на основе волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. – 2009. – № 1. – С. 36-51.
16. Кробка, Н.И. Некоммутативные кинематические эффекты и закономерности накопления шумов волоконно-оптических гироскопов в бесплатформенных инерциальных системах ориентации // XVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. – СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2009. – С. 69-72.
17. Allan, D.W. Statistics of Atomic Frequency Standards // Proc. IEEE. – 1966. – Vol. 54. – No. 2. – Pp. 221-230.
18. Riley, W.J. The Basics of Frequency Stability Analysis. – http://www.wriley.com/.
19. Krobka, N.I. Accurate error equations of the strapdown inertial navigation systems // The Second Soviet-Chinese Symposium on Inertial Technology (Saint Petersburg, 9-15 October, 1991) / Chief ed. V.G. Peshekhonov. – Saint Petersburg: Central Scientific and Research Institute “Electropribor”. – 1992. – Pp. 43-50.
20. Кробка, Н.И. Концепция строгих уравнений ошибок и оценки квантовых пределов точности бесплатформенных инерциальных навигационных систем на лазерных гироскопах, волоконно-оптических гироскопах и атомных интерферометрах на волнах де Бройля // XVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. – СПб: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2010. – С. 91-108.
21. Свешников, А.А. Прикладные методы теории случайных функций. – М.: Наука, 1968. – 464 с.
22. Кробка, Н.И. О влиянии случайных возмущений угловой скорости на решение кинематической задачи / Н.И. Кробка, М.В. Свиридов // Известия АН СССР. Механика твердого тела. – 1984. – № 1. – С. 145-150.
23. Krobka N. I. Application features of three-axis laser gyros in strapdown inertial navigation systems / IV Russian-Chinese Symposium on Inertial Technology. Saint Petersburg, 1993, September 27 – October 1. – Saint Petersburg: St. Petersburg Section of the Scientific Council on Movement Control and Navigation Problems of the RAS. Chinese Society on Inertial Technology. – 1993. – Pp. 54-63.
24. Krobka, N. I. Works on Laser Gyroscopy in Applied Mechanics Scientific Research Institute named after academician V. I. Kuznetsov / N.I. Krobka, I.N. Sapozhnikov // The First International Conference on Inertial Technology, St.-Petersburg, 25-26 May, 1994. – St. Petersburg: Central Scientific and Research Institute «Elektropribor”. – 1994. – Pp. 3-12.
25. http://www.alamath.com/index.php?option=com_content&task=view&id=12&Itemid=9
26. Научно-технический отчет «Экспериментальные исследования шумов ВОГ филиала ЦЭНКИ «НИИ ПМ имени академика В.И.Кузнецова» / отв. исп. Н.И. Кробка. – Филиал ЦЭНКИ НИИ ПМ им. акад. В.И. Кузнецова, КИНД. Э001.2402. – 2008. – 370 с.
27. Кробка, Н.И. Исследование структуры шумов ВОГ методом вариаций Алана / Научно- технический отчет «Разработка технических предложений по созданию бесплатформенного инерциального блока (БИБ) на волоконно-оптических гироскопах (ВОГ) и маятниковых акселерометрах (МА) для систем управления КА и спускаемого аппарата» по этапу 2 ОКР «ЦЭНКИ-Н». – Филиал ФГУП ЦЭНКИ «НИИ прикладной механики имени академика В.И. Кузнецова», КИНД.Э032-3476. – 2008. – С. 71-147. – 179 с.
28. Кробка, Н. И. Анализ структуры шумов выходного сигнала ВОГ по результатам испытаний и их влияния на точность решения задачи ориентации космического аппарата / Научно-технический отчет по этапу 4 ОКР «ЦЭНКИ-Н». – Филиал ФГУП ЦЭНКИ «НИИ прикладной механики имени академика В.И. Кузнецова», КИНД. Э001.2422. – 2008. – С. 62-
29. – 296 с.
30. Курбатов, А.М. Способ обработки сигнала кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа (Варианты) / Патент РФ № 2130587 (заявка № 96108070/28 от 18.04.1996). Опубликован 20.05.1999. Классы G01B9/02, G01C19/72.
31. Курбатов, А.М. Способ компенсации разности фаз Саньяка в кольцевом интерферометре волоконно-оптического гироскопа / Патент РФ № 2146807 (заявка № 98103976/28 от 02.03.1998). Опубликован 20.03.2000. Класс G01J9/02.
32. Курбатов, А.М. Способ стабилизации масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа / Патент РФ № 2160885 (заявка № 99122943/28 от 02.11.1999). Опубликован 20.12.2000. Классы G01C19/72, G01B9/02.
33. Курбатов, А.М. Способ обработки информации волоконно-оптического гироскопа / Патент РФ № 2160886 (заявка № 99122944/28 от 02.11.1999). Опубликован 20.12.2000. Классы G01C19/72, G01B9/02.
34. Андреев, А.Г., Ермаков, В.С., Курбатов, А.М., Крюков, И.И. Способ обработки сигнала кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа с открытым контуром / Патент РФ № 2176775 (заявка № 2000108572/28 от 10.04.2000). Опубликован 10.12.2001. Классы G01B9/02, G01C19/72.
35. Андреев, А.Г., Ермаков, В.С., Курбатов, А.М., Крюков, И.И. Способ фазовой модуляции лучей кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа / Патент РФ № 2194245 (заявка № 2000128311/28 от 14.11.2000). Опубликован 10.12.2002. Классы G01B9/02, G01C19/72.
36. Андреев, А.Г., Ермаков, В.С., Курбатов, А.М., Кель, О.Л. Способ обработки сигнала кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа / Патент РФ № 2194246 (заявка № 2001121828/28 от 07.08.2001). Опубликован 10.12.2002. Классы G01B9/02, G01C19/72.
37. Андреев, А.Г., Ермаков, В.С., Курбатов, А.М. Способ фазовой модуляции в кольцевом интерферометре волоконно-оптического гироскопа / Патент РФ № 2194247 (заявка № 2001123146/28 от 20.08.2001). Опубликован 10.12.2002. Классы G01B9/02, G01C19/72.
38. Сирая, Т.Н. Вариация Аллана как оценка погрешности измерения // Гироскопия и навигация. – 2010. – № 2 (69). – С. 29-36.
Review
For citations:
. Giroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation. 2011;19(1):59-77. (In Russ.)
Views:
56
JATS XML
Email this article 