링레이저 자이로는 반사경에서 발생하는 후방산란으로 인해 작은 크기의 입력 각속도를 측정하지 못하는 영역이 존재한다. 이를 락인(lock-in) 영역이라고 하며, 락인 영역을 제거하는 대표적인 방법은 디더(dither)라는 기계 적인 장치를 이용하여 링레이저 자이로 몸체에 회전 진동을 인가하는 것이다. 일반적으로 디더는 링레이저 자이로 마운트에 위치하기 때문에 1개의 디더로 1개의 자이로 몸체를 가진할 수 있다. 1개의 디더로 자이로 3개를 가진하는 기술은 링레이저 자이로 기반 관성측정기의 소형/경량화를 위해 필수적이다. 이런 방식의 디더를 클러스터 디더라고 한다. 클러스터 디더는 전형적인 1축 디더에 비해 락인 문제 해결을 위한 디더 진폭이 부족할 수 있다. 원인은 클러스터 디더의 회전축이 링레이저 자이로 감지축과 일치하지 않기 때문이다. 두 축 사이의 어긋난 각도에 비례하여, 링레이저 자이로 몸체에 인가되는 클러스터 디더의 회전 진동은 감소한다. 또한, 대부 분의 관성측정기에 필수적인 방진기에 의해서도 디더 가진력의 손실이 발생하는데, 이 경우에는 방진기가 디더의 가진력을 흡수하는 댐퍼 역할을 하기 때문이다. 따라서 클러스터 디더의 가진력 손실을 최소화하는 것은 소 형 링레이저 자이로 기반 관성측정기에서는 매우 중요하다. 대부분의 경우, 클러스터 디더는 방진기와 연결된 관성측정기의 하부 하우징에 조립되고, 방진기는 바디 프레임에 고정된다. 본 논문에서는 관성측정기 하우징에 고정되는 클러스터 디더에 대한 체결력 및 체결점 차이에 따른 디더 가진 효율을 평가하고, 디더 가진 효율을 개선하기 위한 기구부 형상을 제안하였다.

Study on improving the excitation efficiency of cluster dither for RLG-IMU

Jun Eon An*, Kyoung Ho Chong, Cheongjoong Kim, Jong Ho Lee, Hae Sung Yu

Ring laser gyro has a region where it cannot measure small input angular velocity due to backscattering from the reflector. This is called a lock-in region, and a typical method of removing the lock-in region is to apply rotational vibration to the ring laser gyro body using a mechanical device called dither. Since the dither is generally located on the ring laser gyro mount, one dither can drive one gyro body. The technology of driving three gyro bodies with one dither is essential for miniaturizing and lightening the inertial measurement unit based on the ring laser gyro. This type of dither is called cluster dither. Cluster dither may have insufficient dither amplitude to solve the lock-in problem compared to typical one-axis dither. This is because the rotational axis of the cluster dither does not coincide with the sensing axis of the ring laser gyro. In proportion to the misalignment angle between the two axes, the rotational vibration of the cluster dither applied to the ring laser gyro body decreases. In addition, the loss of dither excitation force also occurs due to the vibration isolator, which is essential for most inertial measurement units, because in this case, the vibration isolator acts as a damper that absorbs the excitation force of the dither. Therefore, minimizing the excitation force loss of the cluster dither is very important for small ring laser gyro-based inertial measurement units. In most cases, the cluster dither is assembled to the lower housing of the inertial measurement device connected to the vibration isolator, and the vibration isolator is fixed to the body frame. In this paper, we evaluate the dither excitation efficiency according to the difference in the clamping force and clamping point for the cluster dither fixed to the inertial measurement unit housing, and propose a mechanical structure shape to improve the dither excitation efficiency.

Keywords: ring laser gyro, lock-in, inertial measurement unit, cluster dither, clamping force

Speaker 안준은* 국방과학연구소