Принцип работы и применение североискателя на базе волоконно-оптического гироскопа
21 февраля 2025
Североискатель представляет собой разновидность компаса, используемого для определения значения направления истинного севера в заданной точке. Гироскопический североискатель, также называемый гирокомпасом, представляет собой инерциальную измерительную систему, которая использует принцип гироскопа для определения проекции угловой скорости вращения Земли на локальную горизонтальную плоскость, то есть положения истинного севера. Для поиска севера ему не требуется внешний опорный ориентир.
Принцип работы североискателя на базе волоконно-оптического гироскопа
Волоконно-оптический гироскоп (FOG) представляет собой новый тип полностью твердотельного гироскопа, основанного на эффекте Саньяка. Это инерциальный измерительный элемент без механических вращающихся частей, обладающий такими преимуществами, как ударопрочность, высокая чувствительность, большой срок службы, низкое энергопотребление и надежная интеграция. Он является идеальным инерциальным устройством для нового поколения бесплатформенных инерциальных навигационных систем.
В приложениях североискания на базе волоконно-оптического гироскопа большинство методов предполагают поворот FOG на фиксированный угол и вычисление угла относительно северного направления по величине смещения. Для точного определения севера также необходимо устранить дрейф FOG. Обычно используется вращающаяся платформа, как показано на рисунке 1: волоконно-оптический гироскоп устанавливается на подвижное основание, плоскость основания параллельна горизонтальной плоскости, а чувствительная ось FOG параллельна плоскости основания. При начале североискания гироскоп находится в положении 1, и его чувствительная ось параллельна носителю. Предположим, что угол между начальным направлением чувствительной оси волоконно-оптического гироскопа и истинным севером равен α. Тогда выходное значение гироскопа в положении 1 равно ω1. Затем основание поворачивается на 90°, и выходное значение гироскопа в положении 2 измеряется как ω2. После двух последовательных поворотов на 90° получают положения 3 и 4, а также угловые скорости ω3 и ω4.
Предположим, что широта точки измерения равна φ, скорость вращения Земли равна 
, тогда угловая скорость, измеренная в положении 1, составляет:
Где 
является нулевым дрейфом выходного сигнала гироскопа. Аналогично можно получить:
За короткий промежуток времени, если предположить, что дрейф волоконно-оптического гироскопа является постоянной величиной, то есть 
, тогда:
Используя этот метод измерения, можно исключить нулевое смещение гироскопа, и при этом нет необходимости знать значение широты точки измерения. Если широта точки измерения известна, то для определения угла курса достаточно измерений только в положениях 1 и 3 либо 2 и 4.
Заключение
Североискатель на базе волоконно-оптического гироскопа имеет простую конструкцию и отличные эксплуатационные характеристики, особенно хорошо выдерживая удары и различные суровые условия эксплуатации. Когда поворотный стол находится в горизонтальном положении, прибор может выдавать угол между носителем и направлением истинного севера без ввода значений широты. Если поворотный стол не является строго горизонтальным, для вычисления угла между базовой линией носителя и истинным севером также используются угловая скорость Земли, измеренная FOG, и угол между гироскопом и горизонтальной плоскостью, измеренный акселерометром. Одновременно акселерометр может измерять и углы ориентации самого североискателя.
