Анализ шумовых характеристик и погрешностей лазерного гироскопа методом вариации Аллана

Автор(ы): Синельников А.О., Скляров Е.В., Конюшко А.С., Тихменев Н.В.

Выпуск: 118

Рубрика: Управление подвижными объектами и навигация

Год: 2025

Библиография: Синельников А.О., Скляров Е.В., Конюшко А.С. и др. Анализ шумовых характеристик и погрешностей лазерного гироскопа методом вариации Аллана // Управление большими системами. - 2025. - Вып. 118. - С.386-406.

Дата опубликования: 30.11.2025

Ключевые слова: инерциальная навигационная система, лазерный гироскоп, системный анализ, вариация Аллана, шумовые характеристики.

Аннотация: Представлены результаты исследования шумовых характеристик и систематических погрешностей лазерного гироскопа на виброподвесе. Объектом исследования является лазерный гироскоп на виброподвесе с четырехзеркальным кольцевым резонатором периметром в 28 см и гелий-неоновой активной средой, генерирующий линейно-поляризованное излучение на длине волны 633 нм. Целью работы являлась оценка шумовых характеристик и систематических погрешностей лазерного гироскопа модели ЛГВ-1 для определения его пригодности в качестве прецизионного измерителя угловых скоростей в составе инерциальных измерительных блоков и автономных навигационных систем. Анализ шумов проведен методом вариаций Аллана по записям данных об угловой скорости, измеренной лазерным гироскопом в течение длительного времени непрерывной работы в нестабилизированных условиях окружающей среды. Определены коэффициенты доминирующих шумов выходного сигнала лазерного гироскопа: шум квантования 0,11 '', случайное блуждание угла 0,0048 °/ч1/2, нестабильность смещения нуля 0,0017 °/ч. Результирующая погрешность измерения угловой скорости при времени осреднения в 100 с составила 0,0042 °/ч, что соответствует навигационному классу точности и сопоставимо с серийным гироскопом модели ЛГК-400. Выявлен ключевой источник систематической погрешности исследуемого лазерного гироскопа. Это тренд и нестабильность нулевого сигнала, связанные с работой виброподвеса, вызывающей деформацию моноблока и изменение периметра резонатора кольцевого лазера. Результаты исследования демонстрируют перспективность использования лазерных гироскопов модели ЛГВ-1 в автономных инерциальных навигационных системах. Дальнейшее повышение точности и надежности исследуемого гироскопа требует оптимизации конструкции виброподвеса, а также разработки алгоритмов компенсации его влияния на стабильность периметра резонатора кольцевого лазера.

Author(s): Sinelnikov A., Sklyarov E., Konyushko A., Tikhmenev N., Ushanov A.

Article title: Analysis of noise characteristics and errors in the laser gyroscope using Allan variance

Issue: 118

Year: 2025

Keywords: inertial navigation system, laser gyroscope, system analysis, Allan variation, noise characteristics

Abstract: In the article presented results of research of noise characteristics and systematic errors of the dither laser gyroscope. The object of research is a dither laser gyroscope with a four-mirror ring resonator perimeter of 28 cm and a helium-neon active medium, generating linearly polarized radiation at a wavelength of 633 nm. The purpose of the work was assessment of noise characteristics and systematic errors of the laser gyroscope model LGV-1 for determining its suitability as a precision measurer of angular velocities as part of inertial measurement units and autonomous navigation systems. Analysis of noises conducted by the method of Allan variations according to records of data on angular velocity, measured by the laser gyroscope during long time of continuous operation in unstabilized environmental conditions. Determined coefficients of dominant noises of the output signal of the laser gyroscope: quantization noise 0,11 '', angle random walk 0,0048 °/h1/2, zero-bias instability 0,0017 °/h. The resulting error of angular velocity measurement at averaging time of 100 s amounted to 0,0042 °/h, which corresponds to the navigation class of accuracy and is comparable with the serial gyroscope model LGK-400. Revealed the key source of systematic error of the studied laser gyroscope. This is trend and instability of the zero signal, related to the operation of the dither, causing deformation of the monoblock and changing the perimeter of the ring laser resonator. The results of the research demonstrate the prospects of using laser gyroscopes model LGV-1 in autonomous inertial navigation systems. Further improvement of accuracy and reliability of the studied gyroscope requires optimization of the dither design, as well as development of compensation algorithms for its influence on the stability of the perimeter of the ring laser resonator.