NS-FOG25坦克炮塔穩定系統中的應用

1、光纖陀螺儀

        光纖陀螺是基于薩格奈克（Sagnac）效應的一種光纖干涉儀，即在同一光纖傳感環圈內相向傳輸的兩束光干涉，構成光纖Sagnac干涉儀，如圖2所示。

圖2 光纖陀螺原理圖

        來自光源的光束被分/合束器分為兩束光，分別從光纖圈的兩端耦合進光纖敏感線圈，沿順、逆時針方向傳播。從光纖圈兩端出來的兩束光，再經過分/合束器而疊加產生干涉，產生的相位差與環的旋轉角速度成正比：

          …………………………………………(1)

其中，

L光纖長度；

D光纖環的平均直徑；

光在真空中的波長；

光在真空中的速度。

        通過檢測相位差（即干涉光強）就可以獲得角速率的信息，其中項就是陀螺的標度因數。

圖3光纖環實物圖

        光纖陀螺儀是一種不同于常規機電陀螺儀的光電式傳感器。具有無運動部件、動態范圍寬、可直接采用數字輸出并與計算機接口聯網等優點，在機動載體和軍事上的應用非常理想。特點是光纖陀螺儀與載體直接固連，可直接承受載體各種工作環境。

2、光纖陀螺儀在姿態測量系統的主要作用

        通過光纖陀螺儀敏感運動裝置的繞其質心的姿態運動信息，確保運動裝置在內外干擾作用下能夠實現穩定飛行，使其姿態變化控制在允許范圍內。運動裝置繞質心運動可以分解為繞其三個軸的角運動，因此，與之對應的三個基本測量通道，分別對運動裝置的俯仰軸、偏航軸和滾動軸進行測量和穩定。其三個測量通道組成基本相同，均由單軸光纖陀螺儀和其信息處理系統（或三軸光纖陀螺儀和信息處理系統）組成，實現運動裝置輸出姿態信息的連續測量。

        再有就是光纖陀螺儀作為一種速率陀螺，其輸出信息可以直接作為火炮或坦克的姿態控制信號進行使用；同時作為載體姿態控制中的重要部件，它通過敏感角速度信號，為運載體姿態穩定系統的超前控制提供條件。它主要起到以下作用：

        1) 通過敏感運載體的俯仰、偏航和滾動的3個姿態角速度，并通過信號轉換輸出與角速度成正比的模擬電壓，并將該信號送給載體計算機，通過伺服控制調整載體姿態，以實現載體的穩定飛行或運行。

        2) 為姿態控制回路提供足夠的阻尼比，其阻尼系數一般不大于0.10~0.15，姿態角的超調量一般不大于30%。

3、光纖陀螺儀應用在姿態控制回路時的主要要求：

        1）確定載體的運動動力學特性，包括其運動時的高度、速度和過載大小，從而達到確定系統回路的開環傳遞系數和系統的穩定裕度。

        2）系統具有一定的通頻帶寬要求，它主要由系統的工作條件決定。

        3）系統應該能夠有效的抑制作用在載體上的外部干擾以及穩定系統設備的內部干擾。

        4）系統還需要將載體的最大過載限制在某一給定值，這種限制值決定于載體以及系統設備結構元件的結構強度。

        5）對于具有大迎角的載體，還要限制其最大使用迎角，以確保系統的穩定性和其他性能要求。

        6）光纖陀螺儀作為速率陀螺接入到角速度指令系統中。姿態控制回路系統增益提供了單位加速度傳輸增益，通常情況下，回路增益都小于1，系統對速度變化特別敏感，另外，系統指令的任何噪聲都會被高增益放大，而且，為了避免噪聲飽和，要求執行機構電子設備具有較大的動態范圍。

4、NS-FOG25簡介

        低精度NS-FOG25型光纖陀螺儀，含五只光學器件、一套結構體、一塊信號檢測前放板、一塊光源控制電路板。結構上，采用光學系統和電路系統一體封裝，安裝簡單、使用方便、穩定可靠。用戶只需通過一個接插頭，提供供電電源并外接主板、接收陀螺輸出數據即可使用。該產品可用于姿態測量、導航、制導等領域。

4.1、主要性能指標（典型值）

a） 測量范圍：不小于500°/s,可根據用戶要求調整；

b） 零偏穩定性(1σ)： 1°/h；

c） 分辨率：0.5°/h；

d） 標度因數非線性度(1σ)：300ppm；

e） 隨機游走系數：0.1（°/√h）；

f） 頻帶：不小于400Hz；

g） 功耗：小于3W；

h） 工作溫度：M1A:-40℃～+60℃；

M2: -55℃～+85℃；

4.2機械電氣接口

表1 NS-FOG25型光纖陀螺儀機械與電氣