Fiber-optic gyroscope with a noise reduction system in the output signal, mathematical modeling, experiment

Abstract

The aim of the work is to experimentally confirm the correctness of the developed mathematical model of FOG noise with a noise suppression scheme. A computer stochastic model was developed in the Octave environment and a model of the FOG with a noise reduction system was designed and manufactured. The analytical and computer models were tested for different values of the FOG parameters; the discrepancy in the modeling results was no more than 10%. The models were verified by comparing the simulation results with the prototyping results. The Allan deviation method has shown that adding a noise suppression system results in a nearly two-fold reduction in output signal noise. The results of the modeling and the natural experiment differ by no more than 10%, which indicates a high level of adequacy of the models. The noise reduction coefficient obtained in practice agrees well with the theoretical estimate, which indicates complete suppression of excess noise from the optical radiation source.

• fiber optic gyroscope
• fog
• excess noise
• Intensity noise
• superluminescent diode
• SLD
• noise reduction
• modeling
• Allan deviation

Аннотация (на русском)

Волоконно-оптический гироскоп с системой снижения уровня шума в выходном сигнале, математическое моделирование, эксперимент

Целью настоящей работы является экспериментальная проверка результатов теоретического исследования, посвященного вопросу снижения уровня шума в выходном сигнале волоконно-оптического гироскопа (ВОГ) путем подавления избыточного шума источника оптического излучения. Наряду с уже имеющейся аналитической математической моделью шумовой составляющей выходного сигнала ВОГ со схемой снижения шума была разработана компьютерная модель в программной среде «Octave», моделирующая работу ВОГ со схемой шумоподавления, вспомогательной импульсной фазовой модуляцией и замкнутым контуром обратной связи по измерению угловой скорости. Также был спроектирован и изготовлен макет ВОГ с системой шумоподавления. Проведен анализ поведения аналитической и компьютерной моделей при изменении значений параметров ВОГ, расхождение в результатах моделирования не превышает 10%. Проведена верификация моделей путем сравнения результатов моделирования с результатами, полученными экспериментальным путем на макете. Методом отклонения Аллана определено, что включение системы шумоподавления приводит к близкому к двукратному снижению шума выходного сигнала. Результаты моделирования и натурного эксперимента отличаются не более чем на 15%, что говорит о достаточно высоком уровне адекватности моделей. Полученный на практике коэффициент шумоподавления хорошо согласуется с теоретической оценкой, что говорит о практически полном подавлении избыточного шума источника оптического излучения.

For citation

References

1. Спиридонов Д.М., Обухович Д.В. Аналитическая и компьютерная программная математические модели шума выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа, анализ и верификация // Журнал радиоэлектроники. - 2023. - №. 3.
2. Спиридонов Д.М., Игнатьев А.А., Обухович Д.В. Синтез и анализ математической модели шумовой составляющей выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа с системой компенсации шума // Проблемы оптической физики и биофотоники. SFM-2022. - 2022. - С. 44-48.
3. Алейник А.С. и др. Компенсация избыточного шума в волоконно-оптическом гироскопе // Гироскопия и навигация. - 2016. - Т. 24. - №. 2. - С. 20-32.
4. Кучерков С.Г. и др. Использование вариации Аллана при исследовании характеристик микромеханического гироскопа // Гироскопия и навигация. - 2003. - №. 2. - С. 98-104.
5. Сирая Т.Н. Вариация Аллана как оценка погрешности измерения // Гироскопия и навигация. - 2010. - №. 2. - С. 29-36.
6. Board I. IEEE standard specification format guide and test procedure for single-axis interferometric fiber optic gyros // IEEE std. - 1998. - С. 952-1997.
7. Lefevre H.C. The fiber-optic gyroscope. - Artech house, 2022.
8. Guattari F. et al. A simple optical technique to compensate for excess RIN in a fiber-optic gyroscope // 2014 DGON Inertial Sensors and Systems (ISS). - IEEE, 2014. - С. 1-14.