Исследование параметров лазерных гирометров

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 

А.А. Алексейченко, Н.М. Вереникина, В.А. Кочкин 

Исследование параметров  
лазерных гирометров 

Методические указания 
к выполнению лабораторных работ по дисциплинам 
«Лазерные информационно-измерительные приборы  
и системы», «Оптические гироскопы» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 621.375.826 
ББК 32.86-5 
 
А47 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/112/book1351.html 
 
Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника» 
Кафедра «Лазерные и оптико-электронные системы» 
 
Рекомендовано  
Редакционно-издательским советом МГТУ им. Н.Э. Баумана 
в качестве методических указаний  
 
Рецензент 
д-р техн. наук, профессор В.Н. Енин 
 
Алексейченко, А. А. 
А47 
 
Исследование параметров лазерных гирометров :  методические 
указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам 
 «Лазерные информационно-измерительные приборы и системы», 
«Оптические гироскопы» / А. А. Алексейченко, Н. М. Вереникина,     
В. А. Кочкин. — Москва : Издательство МГТУ им.  Н. Э. Баумана, 
2016. —   58, [2] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4199-0  

Представлены лабораторные работы, посвященные изучению конструкции лазерных гирометров, методов измерения и оценки точностных 
параметров лазерных гирометров, а также параметров навигационных 
приборов на их основе. 
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальностям «Электронные и оптико-электронные приборы и системы специального назначения», «Системы управления летательными аппаратами». 
 
УДК 621.375.826 
ББК  32.86-5 

 
 
 
 
 
 МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4199-0 
        МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В системах навигации и стабилизации подвижных объектов 
основными датчиками первичной информации об угловых, а во 
многих случаях и линейных перемещениях объектов являются гироскопические приборы. Точность гироскопических приборов во 
многом определяет точность системы навигации и стабилизации в 
целом. Особенно жесткие требования предъявляют к точности гироскопов современных систем космической, авиационной и морской навигации и стабилизации. На протяжении многих лет функции измерителей угловых скоростей и перемещений  выполняли 
механические гироскопы. С 1980-х годов в связи с развитием  
лазерной техники широкое распространение получили оптикоэлектронные измерители угловых скоростей и перемещений, основанные на эффекте Саньяка. Класс данных устройств получил 
название лазерных гирометров.  
Лазерный гирометр — навигационный оптический прибор для 
определения углов поворота (угловой скорости) путем измерения 
разности частот встречных электромагнитных волн в кольцевом лазере. Принцип работы лазерного гирометра существенно отличается 
от механического гироскопа вследствие отсутствия быстровращающегося тела, ось которого фиксирована в инерциальном пространстве. Такие преимущества лазерных гирометров, как устойчивость к 
перегрузкам, малое время готовности, цифровой характер выдаваемой внешним потребителям информации, малая потребляемая 
мощность и др., способствовали их активному внедрению в авиационно-космическую и ракетную технику.  
Цикл лабораторных работ посвящен изучению конструкции 
лазерных гирометров, методов измерения и оценки  их точностных 
параметров, а также параметров навигационных приборов на основе лазерных гирометров. 
В результате выполнения лабораторных работ студенты смогут: 

• обосновать выбор конструктивных решений для конкретных 
практических применений и выбранных схем построения лазерных 
гирометров; 
• самостоятельно налаживать и эксплуатировать программноаппаратные стенды проверки основных характеристик лазерных 
гирометров на базе программных средств Scale, LGTest; 
• проводить измерение точностных параметров лазерных гирометров; 
• оценивать эффективность работы систем вывода лазерных 
гирометров из области захвата, выбирать режимы наиболее эффективной работы; 
• осуществлять статистическую обработку результатов измерений с оценкой их точности. 
  

Работа № 1. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ 
РЕШЕНИЙ ЛАЗЕРНЫХ ГИРОМЕТРОВ  
В МОНОБЛОЧНОМ ИСПОЛНЕНИИ 

Цель работы  ознакомление с особенностями конструкции 

лазерного гирометра;  изучение конструкции конкретного образца 
лазерного гирометра и измерение его важнейших характеристик. 
Лабораторная работа включает в себя два этапа. 
1. Изучение принципов действия и основных элементов конструкции лазерных гирометров на примере лазерных гирометров в 
моноблочном исполнении. 
2. Ознакомление с конструктивными особенностями заданного образца лазерного гирометра и измерение его геометрических 
характеристик. 
 

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 
 
Лазерный гирометр — это оптико-электронный квантовый 
прибор для определения угловой скорости (углов поворота) объекта в инерциальном пространстве. Он может быть применен в угломерных установках, в системах пространственной стабилизации 
объектов, а также в составе бесплатформенных инерциальных 
навигационных систем.  
В основе действия лазерного гирометра лежит эффект Саньяка.  
В лазерном гирометре используется кольцевой газовый лазер, в 
котором генерируются две независимые противоположно направленные (встречные) электромагнитные бегущие волны оптического диапазона. Частоты бегущих волн зависят от скорости вращения кольцевого лазера в инерциальном пространстве. Кольцевой 
лазер содержит активную газовую среду с системой возбуждения 
разряда и кольцевой  резонатор. Кроме того, лазерный гирометр 
включает в себя схему совмещения встречных волн, фотоприемник и вычислительное  устройство.  

Из разности частот двух встречных волн могут быть непосредственно определены параметры вращения кольцевого лазера, а 
следовательно, и лазерного гирометра. 
Для обеспечения нормального функционирования лазерного 
гирометра в его состав входят дополнительные системы и элементы. На рис. 1 представлена структурная схема лазерного гирометра 
с виброподставкой. 
 

 
 
Рис.  1. Структурно-функциональная схема лазерного гирометра  
          с виброподставкой (ГВЧ — генератор высокой частоты) 
 
Лазерный гирометр измеряет проекцию угловой скорости на 
ось чувствительности, перпендикулярную плоскости резонатора.  
В зависимости от количества измеряемых компонент (проекций) 
вектора угловой скорости различают одноосные и трехосные лазерные гирометры (рис. 2).  
 

а
б
в

Рис. 2. Лазерные гирометры:

а — одноосный; б — трехосный; в — одноосный с неплоским контуром