Лазерные информационно-измерительные системы. Часть 4

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 
 
 
 

  
ЛАЗЕРНЫЕ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 
 
 
Часть 4 

Под редакцией О.В. Рожкова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
М о с к в а 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 0 8 

УДК 621.37(075.8) 
ББК  32.86-5 
          Л175 
 
 
Рецензенты:  В.Н. Енин, Ю.Ф. Кутаев 
 
Лазерные 
информационно-измерительные 
системы: 
Учеб. пособие / А.А. Алексейченко, С.А. Болотнов, Н.М. Вереникина и др.; Под ред. О.В. Рожкова. – Ч. 4. –  М.: Изд-во 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.  – 32  с.: ил. 
 
Рассмотрены вопросы технического применения лазерного гирометра в качестве измерительного преобразователя в системах навигации и прецизионной измерительной техники. 
Для студентов, изучающих дисциплины «Проектирование лазерных информационно-измерительных систем», «Оптические гироскопы», «Проектирование лазерных оптико-электронных систем», «Лазерная техника» и другие дисциплины старших курсов 
приборостроительных специальностей. 
                                                                                                     
 УДК 621.37(075.8) 
  ББК 32.86-5 

 
Учебное издание 

Алексейченко Андрей Александрович 
Болотнов Сергей Альбертович 
Вереникина Нина Михайловна 
Кочкин Василий Алексеевич 
Матвеев Николай Иванович 
 
ЛАЗЕРНЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 
Часть 4 

Редактор А.В. Сахарова 
Корректор  Г.С. Беляева 
Компьютерная верстка О.В. Беляевой 

Подписано в печать 20.11.2008.  Формат 60×84/16. Бумага офсетная.  
Усл. печ. л.  1,86. Уч.-изд. л.  1,75. Тираж  100 экз. Изд. № 76. 
 Заказ   
 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 

Л175 

Введение 

Принцип действия лазерного гирометра основан на использовании интерференционных явлений, возникающих в результате 
невзаимного характера распространения встречных волн. Лазерные гирометры с высокой точностью определяют количественные 
параметры процессов, вызывающих невзаимность распространения, будь то вращение в инерциальном пространстве или невзаимность, вызванная оптической активностью или движением среды. 
Лазерные гирометры в настоящее время применяются в прецизионной измерительной технике, а также в навигационных системах и системах стабилизации. Причем считается, что в наибольшей степени преимущества лазерных гирометров проявляются 
именно при использовании их в качестве чувствительных элементов в бескардановых системах навигации и стабилизации.  
Одно из первых сообщений о практическом применении лазерного гирометра для решения навигационных задач содержалось 
в описании гирокомпаса, работающего на неподвижном основании. В основу принципа работы этого гирокомпаса была положена 
зависимость разностной частоты на выходе лазерного гирометра 
от потока вектора угловой скорости Земли через площадь, ограниченную периметром кольцевого резонатора.  
Однако наибольшее практическое применение лазерные гирометры нашли в системах стабилизации, в которых возмущающие 
воздействия на платформу компенсируются только за счет следящего привода без участия гирометрических моментов. На базе таких устройств созданы и освоены промышленностью бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС), которые в 
сочетании с космическими средствами навигации (глобальной навигационной системой – ГЛОНАСС) позволяют с высокой точностью осуществлять слежение за движущимися объектами и определять свое собственное положение в пространстве. 
Что же касается прецизионной измерительной техники, то 
применение лазерных гирометров здесь носит в большей степени 
исследовательский характер. 

1. РЕГИСТРАЦИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ  
И СКОРОСТЕЙ 

 1.1. Принципы измерения углов с помощью  
кольцевого газового лазера 

Кольцевой газовый лазер (КГЛ), в котором осуществлен режим 
генерации двух встречных волн, непосредственно реагирует на 
угловую скорость вращения вокруг нормали к плоскости резонатора. Информативным параметром на выходе КГЛ является частота биений встречных волн f, которая зависит от угловой скорости 
вращения 
:
Ω  

 
(
)
cos(
),
f
K
N
=
Ω Ω
Ω  
(1) 

где 
( )
K Ω  – масштабный коэффициент; 
d
dt
θ
Ω =
– угловая скорость 

вращения; 
cos(
)
NΩ  – косинус угла 
между нормалью к плоскости резонатора и вектором угловой скорости 
(рис. 1). Нормаль к плоскости резонатора определяет направление оси 
чувствительности 
лазерного 
гирометра.  
Для использования КГЛ в режиме 
измерения угла необходимо осуществить интегрирование его выходного 
параметра – частоты биений. С этой 
целью производится счет числа периодов разностной частоты Nθ  
за некоторый фиксированный интервал времени Т. Интегрируя (1), 
получаем 

 
0

1
(
)
cos(
)
.
2

T
N
K
N
dt
θ =
Ω Ω
Ω
π ∫
            
 (2) 

Рис. 1. Взаимная ориентация 
КГЛ и вектора измеряемой 
         угловой скорости