CC BY
23Решетневскце чтения
УДК 621.373.8
В. Ю. Мишин, А. Е. Серебряков, М. В. Чиркин Рязанский государственный радиотехнический университет, Россия, Рязань
А. В. Молчанов
Московский институт электромеханики и автоматики, Россия, Москва
ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ВИБРАЦИОННОЙ ЧАСТОТНОЙ ПОДСТАВКИ В ВЫХОДНОМ СИГНАЛЕ ЛАЗЕРНОГО ГИРОСКОПА
Исследована систематическая погрешность лазерного гироскопа в случае удаления вибрационной частотной подставки путем фильтрации выходного сигнала. Функционирование цифрового режекторного фильтра проанализировано как источник погрешности в измерениях углового перемещения. Выбраны тип и параметры фильтра, обеспечивающие эффективное удаление подставки.
Чувствительность лазерного гироскопа вблизи нижнего предела измеряемых угловых скоростей (~10-2 о/час) обеспечивается вращательными колебаниями кольцевого лазера относительно корпуса прибора, амплитуда которых хаотически изменяется (ошумленная вибрационная частотная подставка) [1]. В процессе обработки первичных сигналов необходимо отделить информативную составляющую от знакопеременной подставки. Один из возможных подходов заключается в цифровой фильтрации колебаний, созданных подставкой, частота которых (сотни Герц) находится за пределами частотного диапазона изменений угловой скорости при механическом движении корпуса гироскопа. Однако применение фильтра неизбежно сопровождается появлением погрешности, связанной с инерционной реакцией на ускоренное вращение. Цель настоящей работы - оценка возможностей повышения точности при регистрации углового перемещения в условиях использования режектор-ного цифрового фильтра для подавления колебаний в полосе частот подставки в выходном сигнале лазерного гироскопа.
Анализ влияния на дополнительный фазовый набег на частоте 100 Гц типа и параметров режекторных цифровых фильтров с бесконечной импульсной характеристикой иллюстрирует рис. 1. Наилучшие результаты обеспечивают эллиптический фильтр и фильтр Чебышева II рода.
Эллиптический фильтр хотя и приводит к большим задержкам и обладает неравномерной АЧХ в окрестности полосы ослабления, однако имеет существенно меньший порядок, что упрощает его практическую реализацию.
Синтез первичных сигналов, генерируемых кольцевым лазером, осуществлен с помощью модели, основанной на известном дифференциальном уравнении первого порядка для разности фаз встречных волн у (фазы Саньяка) [1] с учетом их взаимодействия за счет обратного рассеяния лазерного излучения элементами кольцевого резонатора; порог синхронизации частот встречных волн соответствует равномерному вращению с угловой скоростью 0,03 °/с.
4 3,5 3
' 2,5 ' 2 1,5 1
0,5 0
30
28
2 20 к/ 16
1 14
2 12 10 12
10 16 •^"18
".....' ........... 4 12 14
10 20 30 40 50 60 Ослабление, дБ
70 80
100
80
ч60 и
В
<
40
20
2
-— х-" ** 3
У - /
0
400
800
1200
1600
о, 2
е, /с
Рис. 1. Зависимость набега фазы на частоте 100 Гц от коэффициента ослабления в полосе 397,5-402,5 Гц: 1 - фильтр Баттерворта; 2 - фильтр Чебышева I рода; 3 - эллиптический фильтр; 4 - фильтр Чебышева II рода. Около кривых указаны порядки фильтров
Рис. 2. Вклад инерционности фильтра в систематическую погрешность лазерного гироскопа при измерении поворота
на угол 10о Ширина полосы подавления Гц: 20 (кривая 1), 10 (кривая 2), 5 (кривая 3). Коэффициент ослабления эллиптического фильтра 10 порядка 65 дБ
0
Системы управления, космическая навигация и связь
В качестве тестового входного сигнала использована линейно растущая угловая скорость в интервале времени, соответствующем повороту гироскопа на угол 10о. К тестовому сигналу добавлена вибрационная подставка с частотой и амплитудой колебаний угловой скорости 400 Гц и 83 °/с, соответственно. Угловые перемещения гироскопа выделены путем цифровой фильтрации временного ряда для угловых перемещений кольцевого лазера, пропорциональных разности двух последовательных значений фазы Саньяка.
В случае реального гироскопа для выделения информации об угловом движении может быть использован алгоритм цифровой обработки [2], включающий следующие стадии:
- синхронная регистрация первичных квадратурных сигналов, пропорциональных cosy и siny;
- определение параметров сигналов методом наименьших квадратов;
- восстановление временного ряда для разности фаз встречных волн у, генерируемых кольцевым лазером.
Запаздывание реакции приводит к систематической погрешности у зарегистрированных угловых перемещений, которая зависит от величины углового ускорения (рис. 2). Полученные зависимости приводят к выводу о необходимости применения фильтров с шириной полосы подавления не более 5 Гц. Такой результат накладывает ограничения на полосу частот, занимаемую ошумленной подставкой.
Библиографические ссылки
1. Aronovitz F. Fundamentals of the ring laser gyro // Optical Gyros and their Application. RTO-AG-339. 1999. P. 31-34.
2. Цифровая обработка сигналов кольцевого ла-зерного гироскопа / С. Ю. Алексеев, В. Ю. Мишин, А. В. Молчанов и др. // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф. (10-12 нояб. 2011, г. Красноярск): в 2 ч. ; под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. Ч. 1. С.154-155
V. Yu. Mishin, A. E. Serebryakov, M. V. Chirkin Ryazan State Radio Engineering University, Russia, Ryazan
A. V. Molchanov
Moscow Institute of Electromechanics and Automatics, Russia, Moscow
MECHNICAL DITHER DIGITAL FILTERING IN OUTPUT SIGNAL OF LASER GYRO
Laser gyro systematic error in the case of mechanical dither elimination by means of output signal filtering is investigated. Performance of digital band-stop filter as the error source in angular displacement measurements is analyzed. The type and parameters of the filter are chosen to provide the effective dither stripping.
© Мишин В. Ю., Серебряков А. Е., Чиркин М. В., Молчанов А. В., 2012
УДК 629.7
С. О. Паздерин, П. В. Семкин, Н. А. Гравчикова
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
АНАЛИЗ И ВЫБОР РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФИДЕРНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ ПЕРСПЕКТИВНОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «ГОНЕЦ-М1»
Проводится анализ и выбор радиотехнических характеристик фидерных стволов перспективного космического аппарата (КА) «Гонец-М1».
Многофункциональная система персональной подвижной спутниковой связи «Гонец-Д1М» (МСПСС «Гонец-1М») - российская система спутниковой связи и передачи данных, функционирующая на базе низкоорбитальных космических аппаратов.
В соответствии с тактико-техническим заданием на систему между КА «Гонец-М 1» и земной станцией (ЗС) должна быть организована фидерная линия связи со скоростью передачи информации не менее 1024 кбит/с.
В соответствии с Регламентом радиосвязи для организации фидерных каналов связи с низкоорбиталь-
ными космическими аппаратами выделены следующие диапазоны частот:
- линия КА-ЗС: 6700-7025 МГц;
- линия ЗС-КА: 5150-5250 МГц.
В соответствии с пп. 21-16 Регламентом плотность потока мощности (ППМ) у поверхности Земли ограничена (табл. 1).
Тогда рассчитаем максимально возможную ЭИИМ, которая будет соответствовать требованиям [1] по ограничению плотности потока мощности.
