RUDN Journal of Engineering ResearchRUDN Journal of Engineering ResearchВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования2312-81432312-8151Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)4975210.22363/2312-8143-2026-27-1-81-92HNVBCJArticlesСтатьиResearch ArticleInvestigation of the Accuracy Parameters of a Fiber-Optic Gyroscopefor a Small-Sized Inertial Measuring UnitИсследование точностных параметров волоконно-оптического гироскопа для малогабаритного инерциального измерительного блокаhttps://orcid.org/0009-0004-5981-07699804-7286OreshkinAlexander V.ОрешкинАлександр Владимирович

Deputy Chief Production Designer

заместитель главного конструктора производства

oreshkins76@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0009-9954-1117ZhulkovAlexander S.ЖульковАлександр Сергеевич

Head of the Department

начальник отдела

17082000.sg@gmail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-5826-7638SidorovSergey N.СидоровСергей Николаевич

Chief Specialist of the Department

главный специалист отдела

sid_nik@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2227-56301191-7623PolenovDmitry Yu.ПоленовДмитрий Юрьевич

PhD in Technical Sciences, Associate Professor

кандидат технических наук, доцент кафедры «Системы автоматического управления»

Polenov@bmstu.ruJoint-Stock Company Scientific and Production Association of Measuring EquipmentАкционерное общество «Научно-производственное объединение измерительной техники»Mytischi Branch of BMSTUМытищинский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана13042026271819213042026Copyright ©; 2026, Oreshkin A.V., Zhulkov A.S., Sidorov S.N., Polenov D.Y.Copyright ©; 2026, Орешкин А.В., Жульков А.С., Сидоров С.Н., Поленов Д.Ю.2026Oreshkin A.V., Zhulkov A.S., Sidorov S.N., Polenov D.Y.Орешкин А.В., Жульков А.С., Сидоров С.Н., Поленов Д.Ю.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/engineering-researches/article/view/49752

The study addresses key issues in the development of fiber-optic gyroscopes with an extended angular velocity measurement range for a Small-Sized Inertial Measuring Unit intended for a wide class of highly maneuverable objects. The study focuses on the output characteristics of fiber-optic gyroscopes with an angular velocity range exceeding 300°/s, as well as on zero-bias error between successive power-on cycles and zero-bias error under varying temperature conditions, with a view to their integration into a Small-Sized Inertial Measuring Unit. The results of experimental investigations into the output characteristics of fiber-optic gyroscopes (FOG) are presented, including their performance over the angular velocity range, across temperature variations, and under repeated power-on conditions for a Small-Sized Inertial Measuring Unit (IMU). The research methodology is based on the design of an open-loop fiber-optic gyroscope employing direct conversion, with its operating principle derived from the Sagnac effect. In addition, the feasibility of using fiber-optic gyroscopes operating at optical wavelengths of 1.3 μm and 1.75 μm with an extended angular velocity range has been examined. The findings confirm the suitability of such gyroscopes for incorporation into a Small-Sized Inertial Measuring Unit.

Рассмотрены ключевые вопросы создания волоконно-оптических гироскопов с большим диапазоном измерения угловой скорости для малогабаритного инерциального измерительного блока для широкого класса высокоманевренных объектов. Цель исследования - выходные характеристики волоконно-оптических гироскопов с диапазоном измерения угловой скорости более 300°/с, погрешность нулевого сигнала волоконно-оптических гироскопов от запуска к запуску, погрешность нулевого сигнала волоконно-оптических гироскопов при различной температуре для возможности применения в составе инерциального измерительного блока. Представлены результаты исследований выходной характеристики параметров волоконно-оптических гироскопов по диапазону измерения угловой скорости, температуры и от включения к включению для малогабаритного инерциального измерительного блока (ИИБ). Методология исследования строилась на принципе построения волоконно-оптического гироскопа без обратной связи с принципом прямого преобразования, принцип действия которого основан на эффекте Саньяка. Дополнительно исследована возможность применения волоконно-оптических гироскопов с рабочей длиной оптической волны 1,3 и 1,75 мкм и большим диапазоном измерения угловой скорости, что подтверждает целесообразность их использования в составе малогабаритного ИИБ.

Sagnac effectfiber-optic gyroscopezero signal errorinertial measurement uniterror from launch to launchinstrumentationэффект Саньякаволоконно-оптический гироскоппогрешность нулевого сигналапогрешность от запуска к запускуприборостроениеSalychev OS. Applied inertial navigation: problems and solutions. Moscow: BMSTU Publ.; 2004. (In Russ.) ISBN 5-7038-2395-1.Салычев О.С. Прикладная инерциальная навигация: проблемы и решения. Москва : BMSTU press, 2004. 302 с. ISBN 5-7038-2395-1Lukyanov DP, Raspopov VYa, Filatov YuV. Ap-plied theory of gyroscopes. St. Petersburg: Concern Central Research Institute Electropribor Publ.; 2021. (In Russ.) ISBN 978-5-91995-036-3Лукьянов Д.П., Распопов В.Я., Филатов Ю.В. Прикладная теория гироскопов. Санкт-Петербург : ЦНИИ «Электроприбор», 2021. 316 с. ISBN 978-5-91995-036-3Gilev DG. Estimation of the dynamic range of the angular velocity sensor based on a fiber-optic resonator. Applied Photonics. 2023;10(1):116–130. (In Russ.) https://doi.org/10.15593/2411-4375/2023.1.07 EDN: UIJWQSГилев Д.Г. Оценка динамического диапазона датчика угловой скорости на основе волоконно-оптического резонатора // Прикладная фотоника. 2023. Т. 10. № 1. С. 116-130. https://doi.org/10.15593/2411-4375/2023.1.07 EDN: UIJWQSPaturel Y, Honthaas J, Lefevre H, Napolitano F. One nautical mile per month FOG based strapdown inertial navigation system: A dream already within reach? Gyroscopy and Navigation. 2013;3(82):3–13. (In Russ.) EDN: RCLGDPПатюрель И., Онтас И., Лефевр Э., Наполитано Ф. Бесплатформенная инерциальная навигационная система на основе ВОГ с уходом одна морская миля в месяц: Мечта уже достижима? // Гироскопия и навигация. 2013. № 3 (82). С. 3-13. EDN: RCLGDPPeshekhonov VG. The author of precision gyroscope. Gyroscopy and Navigation. 2020;11(2):188–192. https://doi.org/10.1134/S2075108720020042 EDN: SQRNQOПешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2021. Т. 28. № 2. С. 3-10. EDN: VDBYAVUntilov AA, Egorov DA, Rupasov AV, Novikov RL, Neforosny ST, Azbeleva MP, Dranitsyna EV. Results of fiber-optic gyro testing. Gyroscopy and Navigation. 2017; 25(3):78–85. (In Russ.) EDN: ZMJAJTУнтилов А.А., Егоров Д.А., Рупасов А.В., Новиков Р.Л., Нефоросный С.Т., Азбелева М.П., Драницына Е.В. Результаты испытаний волоконно-оптического гироскопа // Гироскопия и навигация 2017. Т. 25. № 3. С. 78-85. https://doi.org/10.17285/0869-7035.2017.25.3.078-085 EDN: ZMJAJTDranitsyna EV. Calibration of the measurement unit of a high-precision strapdown inertial navigation system using fiber-optic gyroscopes. St Petersburg; 2016. (In Russ.) EDN: ELTBLDДраницына Е.В. Калибровка измерительного модуля прецизионной БИНС на волоконно-оптических гироскопах : дис.. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2016. 89 с. EDN: ELTBLDAnuchin ON. Integrated orientation and navigation systems for marine vehicles. 2nd ed. St. Petersburg; Central Research Institute Ectropribor Publ.; 2003. (In Russ.) ISBN 5-900780-47-3 EDN: QNRBVLАнучин О.Н. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / под общей ред. академика РАН В.Г. Пешехонова. Изд. 2-е, перераб. и доп. Санкт-Петербург : ЦНИИ «Электроприбор», 2003. 390 с. ISBN 5-900780-47-3 EDN: QNRBVLSiraya TN. Allan variation as an estimate of measurement error. Gyroscopy and Navigation. 2010;2:29–36. (In Russ.) EDN: NTPIRRСирая Т.Н. Вариация Аллана как оценка погрешности измерения // Гироскопия и навигация. 2010. Т. 69. № 2. C. 29-36. EDN: NTPIRRDeppe O, Dorner G, König S, Martin T, Voigt S, Zimmermann S. MEMS and FOG Technologies for Tactical and Navigation Grade Inertial Sensors — Recent Improve-ments and Comparison. Sensors. 2017;17(3):567. https://doi.org/10.3390/s17030567Deppe O., Dorner G., König S., Martin T., Voigt S., Zimmermann S. MEMS and FOG Technologies for Tactical and Navigation Grade Inertial Sensors - Recent Improvements and Comparison // Sensors. 2017. Vol. 17. No. 3. Article no. 567. https://doi.org/10.3390/s17030567Beller J. OTDR and backscatter measurements. Fiber Optic Test and Measurement. New Jersey: Prentice-Hall PTR; 1998. ISBN 0-13-534330-5Beller J. OTDRs and backscatter measurements // Fiber Optic Test and Measurement / D. Derickson (Ed.). New Jersey : Prentice-Hall PTR, 1998. ISBN 0-13-534330-5Lefevre HC. The fiber-optic gyroscope: Achieve-ment and perspective. Gyroscopy and Navigation. 2012; 3:223–226. https://doi.org/10.1134/S2075108712040062Lefevre H.C. The Fiber-Optic Gyroscope: Achieve-ment and Perspective // Gyroscopy and Navigation. 2012. Vol. 3. P. 223-226. https://doi.org/10.1134/S2075108712040062Udd E. Fiber-optic sensors. Introductory course for engineers and researchers. Moscow: Technosphere Publ.; 2008. (In Russ.) ISBN 978-5-94836-191-8Удд Э. Волоконно-оптические датчики : вводный курс для инженеров и научных работников. Москва : Техносфера, 2008. 520 с. ISBN 978-5-94836-191-8Markley FL, Crassidis JL. Fundamentals of spacecraft attitude determination and control. New York: Springer Publ.; 2014. Part of the book series: Space Technology Library. Available from: https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4939-0802-8 (accessed: 21.04.2025)Markley F.L., Crassidis J.L. Fundamentals of spacecraft attitude determination and control : Space technology library. New York : Springer, 2014. Vol. 33. 486 p. URL: https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4939-0802-8 (accessed: 21.04.2025).Motorin AV. Identification of navigation sensor error models and aiding sources via nonlinear filtering. St. Petersburg Publ.; 2023. (In Russ.)Моторин А.В. Идентификация моделей погрешностей навигационных датчиков и средств коррекции методами нелинейной фильтрации : дис.. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2023. 135 с.