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링레이저 자이로의 환산계수 비선형성과 공진기 각진동 잡음 형태의 관련성 연구
심규민,이윤선,Shim, Kyu-Min,Lee, Youn-Seon 한국군사과학기술학회 2007 한국군사과학기술학회지 Vol.10 No.1
In this paper we confirm the disappearance of dynamic lock-in simply by increasing the dither noise magnitude of the ring laser gyroscope by numerical and experimental method. After that, we numerically study the relation between the dither noise forms and scale factor non-linearities by comparing those of the two case outputs which are individually generated by operating with the two types of dither noise forms. The first one is the simple form composed of consecutive alternations of the random increasing and decreasing parts but maximum and minimum dither envelopes are scarcely changeable. And the second one is similar to the first one but maximum and minimum dither envelopes are randomly changable. As a result, we find that the scale factor non-linearity could be improved by the second one. And we confirm those results by experimental measurements.
심규민,Shim, Kyu-Min 한국광학회 2012 한국광학회지 Vol.23 No.5
사냑간섭계 원리를 이용한 자이로는 연구의 계기가 된 발명 또는 연구시기에 따라서 크게 3세대로 구분되어질 수 있다. 사냑간섭계 원리를 이용한 첫 번째 자이로인 링레이저 자이로는 레이저의 발명에 의해서 1960년대 부터 연구되어 왔으며, 사냑간섭계 원리를 이용한 2세대 자이로인 광섬유 자이로는 통신용 광섬유의 발명에 의해서 1970년대부터 연구되어 왔다. 원자의 파동성이 입증된 1990년대 후반에는 차기세대 자이로 개발을 위한 원자간섭계 연구가 시작되었다. 본 논문은 이러한 세 분류의 사냑간섭계 원리를 이용한 자이로의 동작원리, 응용분야, 그리고 발전전망에 대하여 논의하였다. Sagnac interferometer gyroscopes can be divided into three large generations using starting points of time or highlights of their research. As the first generational Sagnac interferometer, the ring laser gyroscopes have been studied since the 1960s by laser invention, and as the second generational Sagnac interferometer, the fiber optic gyroscopes have been studied since the 1970s by invention of optical fiber for communication. In the latter half of the 1990s, after having confirmed the wave theory of the atom, studies of atomic interferometers were started for a next generation gyroscope application. This paper discusses the operation principles, application, and future prospects of these three generations of Sagnac gyroscopes.
링레이저 자이로의 각진동 센서신호 미분에 의한 dither-stripping
심규민(Kyu-Min Shim),정태호(Tae-Ho Chung),임후장(Hoo-Jang Lim) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.8
공진기 진동형 링레이저 자이로가 외부에서 입력되는 각도변화만을 검출하여 출력하기 위해서는 링레이저 출력으로부터 공진기의 각진동 운동에 의한 출력을 제거하는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 공진기 진동형 링레이저 자이로에서 공진기의 각진동을 검출하는 각속도 센서 출력을 V-F 변환하여 링레이저 출력을 보상하는 dither-stripping에 대하여 논의하였다. 우리는 V-F 신호의 offset을 제거하기 위하여 V-F 신호의 미분값을 취하고 또한 미분값을 취함으로서 변화되는 위상을 보상하기 위하여 아날로그 적분기로 위상을 보정하는 방법과 링레이저 신호 또는 V-F 신호의 검출 시점을 지연시키는 방법을 개발하였다. 그리고 링레이저 출력과 V-F 신호 사이의 환산을 위하여 분산을 이용하여 이득을 산출하는 방법을 개발하였다. 우리는 이와 같은 방법을 적용하고, dither trapping 방법과 비교하는 실험을 통하여 효과를 분석하였다. It is required for getting the ring laser gyro output purely related to the input rotation to eliminate the output of the modulated angular vibration from the ring laser signal. In this paper we discuss the dither stripping methods of compensating the ring laser signal by converting the rate signal of dither detector from voltage to frequency for a dither type ring laser gyro. We discuss the differential methods for getting rid of the offset of the V-F signal. And we develope the methods of compensating the phase differences between the ring laser signals and the V-F differential signals by using analog integrator and digital time delays. And also, we develope the gain calculation method by comparing the standard deviations of the ring laser signals with V-F differential signals. We implemented these methods and analyzed the effectiveness of these methods by comparing the dither trapping methods.
관성항법장치의 동적오차 개선을 위한 링레이저 각진동 신호의 이중 복조방법
심규민(Kyu-Min Shim) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.1
본 논문에서는 공진기 각진동에 의한 출력을 제거하기 위하여 복조방법을 사용하는 링레이저 자이로의 시간 양자화 오차를 감소시키기 위한 방법을 논의하였다. 링레이저 자이로에는 맥놀이 주파수를 검출하는 과정에서 발생하는 각도 양자화오차와 lock-in 현상을 해결하기 위하여 변조한 각진동을 출력으로부터 복조하는 과정에서 발생하는 시간 양자화오차가 있다. 시간 양자화 오차는 링레이저 자이로의 샘플링 주기가 자이로 각진동 주기에 동기된 복조방법을 사용하기 때문에 발생한다. 일반적으로 자이로 각진동 주기는 항법계산 주기에 비하여 길기 때문에, 탑재체의 자세를 빠른 속도로 업데이트 해야만 하는 고기동 환경에서는 시간양자화 오차에 의한 항법오차가 발생된다. 본 논문에서는 이러한 샘플링 시간 양자화오차를 줄이기 위하여 이중 복조방법을 제안하고, 시뮬레이션을 통하여 동적환경에서의 오차 감소현상을 확인하였다. This paper discusses the methods for reducing the sampling time quantization errors of the body dither type ring laser gyroscope. A ring laser gyroscope has the angle quantization error which is generated by the frequency counting method of the laser beat signal and sampling time quantization error which is generated by the demodulation method for eliminating the body dithering in which the sampling periods are fitted to the dither periods. Generally, because the dither periods are longer than the calculation periods of the inertial navigation system, vehicle navigation errors are produced by long time attitude update missing during the vehicle move with a high dynamical motion. In this paper, the double demodulation method is proposed for reducing the sampling time quantization error and its effects under the dynamic situation are confirmed by simulation.
관성항법장치 초기정렬시간 단축을 위한 링레이저 자이로 lock-in오차 보상방법의 수치해석적인 분석
심규민(Kyu-Min Shim),장석원(Suk-Won Jang),백복수(Bok-Soo Paik),정태호(Tae-Ho Chung),문홍기(Hong-Key Moon) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.3
링레이저 자이로에는 입력각속도가 작은 영역에서 비선형적인 출력현상인 lock-in이 발생하는데 이를 제거하기 위하여 레이저 공진기에 정현파 각진동을 인가하는 방법이 주로 적용된다. 그러나, 그 방법을 적용하는 경우에도 각진동 회귀점에서 lock-in에 의한 오차가 남아있게 되는데, 이들 오차에 의하여 링레이저 자이로의 일반적인 오차특성인 랜덤원이 발생된다. 이 lock-in에 의한 오차를 제거하기 위한 많은 연구결과 중의 한 방법으로써 lock-in오차 보상방법은 공진기 각진동 회귀점을 통과하기 전과 후의 맥놀이신호 주기를 비교하여 오차를 추정하고 보상하는 방법이다. 본 연구에서는 자이로 모델링 및 수치해석적인 방법으로, 이 lock-in오차 보상방법의 이론적인 적용 가능성을 분석하고, 현재 가능 할 것으로 판단되는 맥놀이 신호주기 측정 분해능을 감안하여 이 방법의 적용 효과를 분석하였다. 그 결과 lock-in오차 보상방법에 의하여 랜덤웍이 약 1/2-1/3로 감소될 수 있음을 알 수 있었다. 그러므로 이 방법은 항법장치의 정렬시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 방법이 될 것으로 기대된다. Generally, the sinusoidal cavity dither is adopted to ring laser gyroscope for eliminating the lock-in which is non-linear effect at the small rotation input. Despite this method, there are some remained errors which are generated at the dither turnaround, and those errors produce random walk which is a general character of a ring laser gyroscope. As one of the numerous research results for compensating these errors, there is a special lock-in compensation method which is the method of error estimation and compensation by comparing the beat signal periods of before and after the dither turnarounds. In this paper, by ring laser gyroscope modeling and numerical analysis, we verified the theoretical validity and confirmed the effectiveness of this method in expectation of the possible beat signal measurement time resolution. As a result, we confirmed the random walk decreases from a-half to a-third by this lock-in compensation method. So, it is expected to be a remarkable method for reducing the INS alignment time.