Современное состояние, основные проблемы

С появлением относительно дешевой гироскопической элементной базы для корабельных и авиационных систем навигации, прежде всего, волоконно-оптических (ВОГ) и микромеханических вибрационных гироскопов (ММГ), неизбежно их применение в составе интегрированных инерциально-спутниковых систем. Основные требования к этим системам предъявляются, в основном, со стороны систем автоматического управления движением по заданной траектории без предъявления существенных ограничений по их информационной автономности.

В качестве примера таких систем для морского применения можно привести волоконно-оптический гирогоризонткомпас SR 2100 совместной разработки фирм Litton Marine System (США), Sperry Marine Inc. и Decca Marine (Англия), а также Litton Marine Systems B.V. (Германия), ИСОН PHINS на основе БИИМ на ВОГ (ф. IXSEA, Франция ) и ИСОН SEAPATH 400 с измерительным блоком (ИБ) на вибрационных гироскопах, разработки норвежской фирмы SEATEX (см. Л.10), а также авиационную ИСОН LINS-2510 ф. LITTON, использующую ИБ на ВОГ (рис.1).

Большим преимуществом ВОГ является ожидаемая низкая стоимость. Это связано с быстрым уменьшением цен на волоконно-оптические компоненты вследствие массового производства средств связи и расширения потребительского рынка полупроводниковых источников светового излучения.

Разработки ВОГ были включены в несколько программ, принятых ВВС, ВМС и сухопутными силами США. Одна из таких программ финансировалась Управлением программ перспективных исследований МО США. Цель ее - создание ИСОН для истребителей типа F-122 и вертолетов, которая объединяет в одном малогабаритном приборе многоканальный приемник спутниковой навигационной системы GPS и миниатюрную ИНС на интерферометрических ВОГ с замкнутым контуром и кремниевых, так называемых "твердотельных", акселерометрах.

Одна из последних разработок в этой области - авиационная ИСОН LINS-2510 ф. LITTON (рис.13.1.1), точность которой в инерциальном режиме составляет: по месту - 0.8м.м./ч; по курсу - 3...12 угл.мин (1 ).

LINS-2510

Litton Integrated Navigation Subsystem

POSITION AND POINTING

GPS Aided Inertial

Position <10m CEP;0.8 nmi/hr

4 min gyrocompass <20m after 4 min

Velocity: <0.03 m/s rms;<0.6 to 1.5 m/s rms

Attitude & Heading: <0.05 deg rms;0.05 to 0.2 deg rms

LN-251 CHARACTERISTICS AND OPERATING RANGES

Power: MIL STD-704A, <30w; Size: 170 cubic inches (2.6 л); Weight: 4 кг

Рис.13.1.1.

С начала 90-х годов в США были введены в эксплуатацию коммерческие ИВОГ, которые обеспечивают точность 2...5 мили (3,7…9,2 км) за час. Для того, чтобы получить дешевые системы со средними характеристиками, в них применялись относительно небольшие волоконно-оптические катушки. ИВОГ навигационного класса находились в разработке по программе GPS Guidance Packarge.

В качестве примера в табл.1 приведены характеристики MFOG-2000, разработанного японской ф. “MITSUBISHI PHECISIOM CO., LTD”.

Таблица 1

Параметр	Величина
Размеры
Вес	600 г
Случайный дрейф
Постоянный дрейф от запуска к запуску
Стабильность масштабного коэффициента
Максимальная угловая скорость

 

Примером построения БИИМ на ВОГ для ИСОН морских судов начала XXI века является волоконно-оптический гирогоризонткомпас SR 2100 совместной разработки фирм Litton Marine System (США), Sperry Marine Inc. и Decca Marine (Англия), а также LITEF. (Германия) и БИИМ на ВОГ PHINS (ф. IXSEA, Франция ) (см. Л10).

В качестве отечественных разработок ВОГ можно рассмотреть ряд гироскопов с разомкнутым контуром, разработанных фирмой АО "Физоптика" (г.Москва). В табл.2 приведены основные технические характеристики используемых ВОГ.

Выходной сигнал ВОГ - 8В постоянного тока. В состав ВОГ входят терморезистор и исполнительные элементы термостабилизации суперлюминисцентного диода (СЛД).

На ВОГ фирмы "Физоптика" (ВГ910, ВГ951 и др.) в ЦНИИ «Электроприбор» к настоящему времени разработана малогабаритная ИСОН «Мининавигация».

Таблица 2

Параметр	Единица измерения	ВГ910	ВГ951
Максимальная измеряемая угловая скорость	град./с	100-300
Погрешность масштаб. коэффициента	%	0,2-0,4	0,2
Шумовая составляющая выходного сигнала	град./ч/	3-6
Дрейф нуля	град./ч	20-60	1-3
Стабильность дрейфа нуля	град./ч	5-15	0,3-1
Полоса частот выходного сигнала	Гц
Электропитание	В	12; + 5	12; + 5
Рабочая температура	^0С	- 40 + 70	- 40 + 70
Габариты	мм
Масса	г

 

В качестве другого примера отечественной разработки ВОГ следует отметить успехи в последнее время фирм «Оптолинк» (г. Москва) и Пермской приборостроительной компании в освоении технологии ВОГ с замкнутым контуром и с нестабильностью дрейфа на уровне в реальных условиях эксплуатации (влияние магнитного поля, вибраций, изменения температуры), нестабильностью масштабного коэффициента .

В настоящее время отечественными фирмами: Пермской приборостроительной компанией (ПНППК), ф. «Оптолинк» (Москов. обл.) и ЦНИИ ”Электроприбор” разработаны ВОГ навигационного класса (с уровнем точности порядка 0.01 ⁰/ч). Они могут найти применение для создания не только космических и авиационных, но корабельных БИИМ, используя различные методы модуляционных поворотов измерительного блока.

Из основных проблем по созданию прецизионных ВОГ в настоящее время следует отметить:

· разработку оптического волокна, сохраняющего поляризацию излучения в широком температурном диапазоне;

· разработку СЛД с повышенной яркостью и увеличенным сроком службы;

· снижение уровня дрейфа нуля и погрешности масштабного коэффициента ВОГ.

 

Одной из проблем на пути создания ИСОН для морских объектов на базе БИИМ низкого уровня точности, нестабильность дрейфов гироскопов которых составляет град./ч, является проблема выполнения требований ИМО по точности выработки курса. Требования ИМО по курсу: - установившаяся погрешность для неподвижного основания и - при маневрировании в широтах согласно резолюции ИМО А.424(XI) от 15.11.79г. и А.821(XIX) от 23.11.95г. для гирокомпасов) для обеспечения навигационной безопасности плавания морских судов.

Проблему обеспечения требований по курсу в ИСОН с БИИМ низкого уровня точности в последнее время пытаются решить, в частности, за счет создания для подвижных объектов ПА СНС с фазовыми измерениями и разнесенными антеннами, обеспечивающей выработку поправки курса (система SEAPATH 400).

Из отечественных разработок следует выделить ПА ГЛОНАСС/GPS МРК-11 (Красноярский государственный технический университет и НИИ радиотехники)

MPK-11 предназначен для высокоточного автоматического определения географических и прямоугольных координат подвижных объектов, их скорости и других элементов движения. Решает задачи определения трехмерного положения и ориентирования в режиме реального времени, маршрутной навигации, геодезического обеспечения. Приемная аппаратура (ПА) обеспечивает прием и обработку информации от спутников ГЛОНАСС и GPS для определения информационных параметров с погрешностями, гарантируемыми навигационными системами. В аппаратуре реализован режим прецизионного измерения фазы несущих частот спутников. В данном режиме предусмотрена работа ПА и на разнесенные в пространстве антенны с целью определения угловой ориентации подвижных объектов. С целью расширения эксплутационных возможностей и повышения эффективности использования в аппаратуре предусмотрены режимы работы: а) синхронизация с системой единого времени; б) работа в дифференциальном режиме.

Порты ввода-вывода RS232 и RS422 обеспечивают обмен данными с внешними устройствами.

Основные технические характеристики

Погрешность измерения:
•географические координаты, м	30,0
•высота, м	50,0
•скорость, м/сек	0,15
•углы азимута, крена и дифферента, угл мин.	2-10
•поправка к шкале времени относительно шкалы государственного эталона, мкс	1,0
•формирование опорной частоты 10 МГц с нестабильностью	10^-10-10^-12
Габаритные размеры приемоиндикатора, мм	264х200х70
Масса приемоиндикатора МРК-11ПРМ УЭ2.209.013, кг	3,7
Масса антенного поста, кг	2,5
Мощность потребляемая от источника постоянного тока (напряж. 19...70 В), Вт
Дискретность выдачи информации,с	1,0
Рабочий диапазон температур, градС	- - 40...+60

Однако привлечение угломерных данных от мультиантенной ПА СНС приводит к необходимости решения проблемы согласования и контроля в процессе эксплуатации отсчетных баз по курсу ИБ БИИМ и ПА СНС, т.к. антенный модуль ПА СНС размещается как правило на мачте корабля, а ИБ БИИМ - в гиропосту или штурманской рубке.