Способ компенсации влияния температуры на погрешность волоконно-оптического гироскопа с модулятором двулучепреломления

Кубланова И.Л., Шулепов В.А., Куликов А.В., Стригалёв В.Е.

Ссылка для цитирования:

Кубланова И.Л., Шулепов В.А., Куликов А.В., Стригалев В.Е. Способ компенсации влияния температуры на погрешность волоконно-оптического гироскопа с модулятором двулучепреломления // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 5. С. 57–65. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-57-65

Kublanova I.L., Shulepov V.A., Kulikov A.V., Strigalev V.E. Method for compensating the temperature influence on the error of a fiber-optic gyroscope with a birefrin gence modulator [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 5. P. 57–65. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-57-65

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Способ уменьшения погрешности волоконно-оптического гироскопа с модулятором двулучепреломления при изменениях температуры. Цель работы. Разработка и экспериментальное исследование способа компенсации нелинейного влияния температуры на погрешность волоконно-оптического гироскопа с модулятором двулучепреломления. Метод. Предложен способ уменьшения влияния температуры на погрешность волоконно-оптического гироскопа за счет увеличения длины оптического волокна до значений, превышающих длину деполяризации, что позволяет уменьшить амплитудную модуляцию, вызванную паразитными интерференционными эффектами. Проведены экспериментальные исследования влияния изменений температуры и скорости этих изменений на погрешность волоконно-оптического гироскопа. Основные результаты. Среднеквадратическое отклонение сигнала снизилось с 0,055 до 0,023 град/час в диапазоне температур от 16 до 36 °C и с 0,01 до 0,003 град/час при постоянной температуре. Дрейф сигнала в указанном температурном диапазоне снизился с 0,33 град/час до 0,13 град/час, а при постоянной температуре — с 0,055 до 0,019 град/час. Нелинейные участки зависимости сигналов угловой скорости вращения от температуры были устранены. Создана дополнительная временна'я задержка между цугами волн с ортогональными состояниями поляризации для уменьшения погрешности волоконно-оптического гироскопа с модулятором двулучепреломления. Практическая значимость. Возможность использования предлагаемого в работе способа для уменьшения влияния температуры на точностные параметры навигационных систем.

Ключевые слова:

волоконно-оптический гироскоп, модулятор двулучепреломления, ниобат лития, термокомпенсация

Благодарность:

авторы благодарны сотрудникам Концерна «ЦНИИ Электроприбор», а именно заместителю руководителя 084 отд. А.А. Унтилтову за возможность проведения испытаний и инженеру С.Т. Нефоросному за помощь в их проведении. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006)

Коды OCIS: 060.2310, 060.2340

Список источников:

1. Song N., Xu X., Zhang Z., et al. Advanced interferometric fiber optic gyroscope for inertial sensing: A review // J. Lightwave Technol. 2023. V. 41. № 13. P. 4023–4034. https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3260839
2. Li A. IFOG based on rhombic optical path difference bias configuration for high-frequency angular vibration measurement // IEEE Sensors J. 2022. V. 22. № 17. P. 16892–16897. https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3190045
3. Cao Y., Ma X., Chen Y., et al. Interferometric fiber-optic gyroscope based on mode-division multiplexing // Opt. Lett. 2023. V. 48. P. № 11. P. 3067–3070. https://doi.org/10.1364/OL.494087
4. Драницына Е.В., Егоров Д.А., Унтилов А.А. Современное состояние разработок волоконно-оптических гироскопов и перспективы их развития // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31. № 4. C. 2–21.
Dranitsyna E.V., Egorov D.A. & Untilov A.A. Current state and development prospects of fiber-optic gyroscopes // Gyroscopy and Navigation. 2023. V. 31. № 4. P. 2–21. https://doi.org/10.1134/S2075108724700019
5. Есипенко И.А., Лыков Д.А., Сметанников О.Ю. Применение трансверсально-изотропных характеристик контура для расчета параметров теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 5. С. 36–44. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-05-36-44
Esipenko I.A., Lykov D.A., and Smetannikov O.Y. Using the transversely isotropic characteristics of the coil to calculate the thermal-drift parameters of a fiber-optic gyroscope // J. Opt. Technol. 2019. V. 86. № 5. P. 289. https://doi.org/10.1364/JOT.86.000289
6. Chen Y. Suppression of effects of temperature variation by high-order frequency modulation in large fiberoptic gyroscopes // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 122. № 14. P. 1–6. https://doi.org/10.1063/5.0135848
7. Гонтарь Д.А., Драницына Е.В. Повышение эффективности компенсации температурной чувствительности волоконно-оптического гироскопа // Тез. докл. XXIX Санкт-Петербургская междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. Санкт-Петербург, Россия. 30 мая — 1 июня 2022. С. 266–268.
Gontar D.A., Dranitsyna E.V. Improving the efficiency of fiber-optic gyro temperature sensitivity compensation // 29th Saint Petersburg Intern. Conf. Integrated Navigation Systems (ICINS). Saint Petersburg, Russia. May 30 — June 01, 2022. P. 1–3. https://doi.org/10.23919/ICINS51784.2022.9815434
8. Chen Y., Zhu L., Wang W., et al. Fiber-optic gyroscopes with enhanced temperature adaptability for geophysical rotational sensing // EGU General Assembly. Vienna, Austria. April 14–19, 2024. EGU24-246, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu24-246
9. Zhao S., Zhou Y., Shu X. Compensation of fiber optic gyroscope vibration error based on VMD and FPA-WT // Measurement Sci. and Technol. 2022. V. 33. № 11. P. 115104. https://doi.org/10.1088/1361-6501/ac7849
10. Cao Y., Ma X., Chen Y., et al. Interferometric fiber-optic gyroscope based on mode-division multiplexing // Opt. Lett. 2023. V. 48. № 11. P. 3067–3070. https://doi.org/10.1364/OL.494087
11. Lefevre H.C. The fiber-optic gyroscope. Artech house, 2022. 479 p.
12. Кубланова И.Л., Куликов А.В. Интерферометрический волоконно-оптический гироскоп с модулятором двулучепреломления // Тез. докл. 66-я Всерос. науч. конф. МФТИ. Москва, Россия. 1–6 апреля 2024. С. 348–349.
Kublanova I.L., Kulikov A.V. Interferometric fiberoptic gyroscope with birefringence modulator [in Russian] // 66 All-Russian Sci. Conf. MIPT (Abstracts of reports). Moscow, Russia. April 1–6, 2024. P. 348–349.
13. Кубланова И.Л., Куликов А.В. Интерферометрический волоконно-оптический гироскоп // Патент РФ № RU2762530C1. 2021. Бюл. № 36.
Kublanova I.L., Kulikov A.V. Interferometric fiber-optic gyroscope // RF Patent № RU2762530C1. 2021. Bull. № 36.

14. Кубланова И.Л., Шулепов В.А., Куликов А.В. Исследование интерферометрического волоконно-оптического гироскопа с модулятором двулучепреломления // Гироскопия и навигация. 2021. Т. 29. № 4. С. 134–142. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0081
Kublanova I.L., Shulepov V.A. & Kulikov A.V. Study of an interferometric fiber-optic gyroscope with a birefringence modulator // Gyroscopy and Navigation. 2021. V. 29. № 4. С. 134–142. https://doi.org/10.1134/S2075108721040052
15. Мешковский И.К., Стригалев В.Е., Тараканов С.А. Волоконно-оптический датчик тока // Патент РФ № RU2433414C1. 2011. Бюл. № 31.
Meshkovky I.K., Strigalev V.E., Tarakanov S.A. Fiberoptic current sensor // RF Patent № RU2433414C1. 2011. Bull. № 31.
16. Wu J., Wang L. Temperature error compensation method of fiber optic gyroscope based on deep learning // J. Phys.: Conf. Ser. IOP Publ., 2024. V. 2724. № 1. P. 012031. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2724/1/012031
17. Yan T., Su M., Huang L., et al. Temperature compensation for fiber optic gyroscope based on bayesian optimized relevance vector regression // 2023 3rd Intern. Conf. Electrical Eng. and Mechatronics Technol. (ICEEMT). Nanjing, China. July 21–23, 2023. P. 776–780. https://doi.org/10.1109/ICEEMT59522. 2023.10262994
18. Luo R., Li Y., Deng S., et al. Compensation of thermal strain induced polarization nonreciprocity in dualpolarization fiber optic gyroscope // Opt. Exp. 2017. V. 25. № 22. P. 26747–26759. https://doi.org/10.1364/OE.25.026747