NS-FOG25坦克炮塔稳定系统中的应用

1、光纤陀螺仪

        光纤陀螺是基于萨格奈克（Sagnac）效应的一种光纤干涉仪，即在同一光纤传感环圈内相向传输的两束光干涉，构成光纤Sagnac干涉仪，如图2所示。

图2 光纤陀螺原理图

        来自光源的光束被分/合束器分为两束光，分别从光纤圈的两端耦合进光纤敏感线圈，沿顺、逆时针方向传播。从光纤圈两端出来的两束光，再经过分/合束器而叠加产生干涉，产生的相位差与环的旋转角速度成正比：

          …………………………………………(1)

其中，

L光纤长度；

D光纤环的平均直径；

光在真空中的波长；

光在真空中的速度。

        通过检测相位差（即干涉光强）就可以获得角速率的信息，其中项就是陀螺的标度因数。

图3光纤环实物图

        光纤陀螺仪是一种不同于常规机电陀螺仪的光电式传感器。具有无运动部件、动态范围宽、可直接采用数字输出并与计算机接口联网等优点，在机动载体和军事上的应用非常理想。特点是光纤陀螺仪与载体直接固连，可直接承受载体各种工作环境。

2、光纤陀螺仪在姿态测量系统的主要作用

        通过光纤陀螺仪敏感运动装置的绕其质心的姿态运动信息，确保运动装置在内外干扰作用下能够实现稳定飞行，使其姿态变化控制在允许范围内。运动装置绕质心运动可以分解为绕其三个轴的角运动，因此，与之对应的三个基本测量通道，分别对运动装置的俯仰轴、偏航轴和滚动轴进行测量和稳定。其三个测量通道组成基本相同，均由单轴光纤陀螺仪和其信息处理系统（或三轴光纤陀螺仪和信息处理系统）组成，实现运动装置输出姿态信息的连续测量。

        再有就是光纤陀螺仪作为一种速率陀螺，其输出信息可以直接作为火炮或坦克的姿态控制信号进行使用；同时作为载体姿态控制中的重要部件，它通过敏感角速度信号，为运载体姿态稳定系统的超前控制提供条件。它主要起到以下作用：

        1) 通过敏感运载体的俯仰、偏航和滚动的3个姿态角速度，并通过信号转换输出与角速度成正比的模拟电压，并将该信号送给载体计算机，通过伺服控制调整载体姿态，以实现载体的稳定飞行或运行。

        2) 为姿态控制回路提供足够的阻尼比，其阻尼系数一般不大于0.10~0.15，姿态角的超调量一般不大于30%。

3、光纤陀螺仪应用在姿态控制回路时的主要要求：

        1）确定载体的运动动力学特性，包括其运动时的高度、速度和过载大小，从而达到确定系统回路的开环传递系数和系统的稳定裕度。

        2）系统具有一定的通频带宽要求，它主要由系统的工作条件决定。

        3）系统应该能够有效的抑制作用在载体上的外部干扰以及稳定系统设备的内部干扰。

        4）系统还需要将载体的最大过载限制在某一给定值，这种限制值决定于载体以及系统设备结构元件的结构强度。

        5）对于具有大迎角的载体，还要限制其最大使用迎角，以确保系统的稳定性和其他性能要求。

        6）光纤陀螺仪作为速率陀螺接入到角速度指令系统中。姿态控制回路系统增益提供了单位加速度传输增益，通常情况下，回路增益都小于1，系统对速度变化特别敏感，另外，系统指令的任何噪声都会被高增益放大，而且，为了避免噪声饱和，要求执行机构电子设备具有较大的动态范围。

4、NS-FOG25简介

        低精度NS-FOG25型光纤陀螺仪，含五只光学器件、一套结构体、一块信号检测前放板、一块光源控制电路板。结构上，采用光学系统和电路系统一体封装，安装简单、使用方便、稳定可靠。用户只需通过一个接插头，提供供电电源并外接主板、接收陀螺输出数据即可使用。该产品可用于姿态测量、导航、制导等领域。

4.1、主要性能指标（典型值）

a） 测量范围：不小于500°/s,可根据用户要求调整；

b） 零偏稳定性(1σ)： 1°/h；

c） 分辨率：0.5°/h；

d） 标度因数非线性度(1σ)：300ppm；

e） 随机游走系数：0.1（°/√h）；

f） 频带：不小于400Hz；

g） 功耗：小于3W；

h） 工作温度：M1A:-40℃～+60℃；

M2: -55℃～+85℃；

4.2机械电气接口

表1 NS-FOG25型光纤陀螺仪机械与电气