Luftbåren fiberoptisk inertial navigationsløsning

Højpræcisionsnavigationssystem er kerneudstyret i flynavigationskontrol og præcise angreb af dets våbensystem.Dens almindelige ordninger omfatter platformsordninger og strapdown-ordninger. Med udviklingen af ​​strapdown-inertiteknologi og optisk gyro er strapdown blevet meget brugt i det luftbårne felt med dets fordele med høj pålidelighed, let og lille størrelse, lavt strømforbrug og lave omkostninger^[1-4].I øjeblikket er luftbåren strapdown navigationssystem en kombination af lasergyro strapdown navigationssystem og fiberoptisk gyro strapdown navigationssystem. Blandt dem Northrop Grummans LN-100G, Honeywells H-764G lasergyro strapdown navigationssystem og Northrop Grummans LN-251 fiber optisk gyro strapdown navigationssystem er blevet meget brugt i den amerikanske kampflyflåde^[1].Northrop Grumman Company udviklede LN-251 navigationssystemet til helikopter med det vigtige symbol på fiberoptisk gyro med høj præcision, og udviklede derefter LN-260 til at tilpasse sig flynavigation. LN-260 blev udvalgt af det amerikanske luftvåben til flyelektronikopgradering af den multinationale F-16 jagerflåde. Før indsættelsen blev LN-260-systemet testet for at opnå en positionsnøjagtighed på 0,49n mile (CEP), en nordgående hastighedsfejl på 1,86ft/s (RMS) og en østgående hastighedsfejl på 2,43 ft/s (RMS) i et meget dynamisk miljø. Derfor kan det optiske strapdown-inertinavigationssystem fuldt ud opfylde flyets operationelle krav med hensyn til navigations- og vejledningsevne^[1].

Sammenlignet med lasergyro strapdown navigationssystem har fiberoptisk gyro strapdown navigationssystem følgende fordele: 1) det behøver ikke mekanisk jitter, forenkler systemstrukturen og kompleksiteten af ​​vibrationsreduktionsdesign, reducerer vægten og strømforbruget og forbedrer pålidelighed af navigationssystem;2) Præcisionsspektret af fiberoptisk gyro dækker taktisk niveau til strategisk niveau, og dets tilsvarende navigationssystem kan også danne et tilsvarende navigationssystemspektrum, der dækker alt fra attitude-system til navigationssystemet til langdistance-langdistance- udholdenhedsfly;3) Volumenet af fiberoptisk gyroskop afhænger direkte af størrelsen af ​​fiberringen.Med den modne anvendelse af fiber med fin diameter bliver volumenet af fiberoptisk gyroskop med samme nøjagtighed mindre og mindre, og udviklingen af ​​lys og miniaturisering er en uundgåelig tendens.

Overordnet designskema

Det luftbårne fiberoptiske gyro-strapdown-navigationssystem tager fuldt ud hensyn til systemets varmeafledning og fotoelektriske adskillelse og vedtager "tre-hulrums"-skemaet^[6,7], herunder IMU-hulrum, elektronisk hulrum og sekundært strømhulrum.IMU-hulrummet består af IMU-kropsstrukturen, optisk fiberfølerring og fleksibelt kvartsaccelerometer (kvarts plus meter); Det elektroniske hulrum består af en gyrofotoelektrisk boks, et målerkonverteringskort, en navigationscomputer og interfacekort og en sanitetsvejledning print; Det sekundære strømhulrum omfatter et pakket sekundært strømmodul, EMI-filter, ladnings-afladningskondensator. Den fotoelektriske gyroboks og den optiske fiberring i IMU-hulrummet udgør tilsammen gyrokomponenten og det fleksible kvartsaccelerometer og målerkonverteringspladen tilsammen udgør accelerometerkomponenten^[8].

Den overordnede ordning lægger vægt på adskillelsen af ​​fotoelektriske komponenter og det modulære design af hver komponent og det separate design af optiske system og kredsløbssystem for at sikre den samlede varmeafledning og undertrykkelse af krydsinterferens. For at forbedre fejlfindings- og samlingsteknologien af produktet, stik bruges til at forbinde printkortene i det elektroniske kammer, og den optiske fiberring og accelerometeret i IMU-kammeret fejlsøges hhv.Efter dannelse af IMU'en udføres hele samlingen.

 Kredskortet i det elektroniske hulrum er den gyrofotoelektriske boks fra top til bund, inklusive gyrolyskilden, detektoren og det forreste udledningskredsløb; Bordkonverteringskortet fuldender hovedsageligt konverteringen af ​​accelerometerets strømsignal til det digitale signal; Navigationsløsning og grænsefladekredsløb inkluderer interfacekort og navigationsløsningskort, interfacekort fuldender hovedsageligt synkron indsamling af multi-kanals inerti-enhedsdata, strømforsyningsinteraktion og ekstern kommunikation, navigationsløsningstavle fuldender hovedsageligt ren inerti-navigation og integreret navigationsløsning; Guidetavlen fuldender hovedsageligt satellitnavigation og sender informationen til navigationsløsningskortet og interfacekortet for at fuldføre den integrerede navigation. Den sekundære strømforsyning og interfacekredsløbet er forbundet via stikket, og printkortet er forbundet via stikket.

Nøgleteknologier

1. Integreret designskema

Det luftbårne fiberoptiske gyro-navigationssystem realiserer flyets seks frihedsgrader bevægelsesdetektion gennem integration af flere sensorer. Tre-akset gyro- og tre-akset accelerometer kan overvejes for høj integrationsdesign, reducere strømforbrug, volumen og vægt. Til fiberoptikken gyrokomponent, den kan dele lyskilden for at udføre det tre-aksede integrationsdesign; Til accelerometerkomponenten bruges det fleksible kvartsaccelerometer generelt, og konverteringskredsløbet kan kun designes på tre måder. Der er også et problem med tid synkronisering i multi-sensor dataopsamling.For høj dynamisk holdningsopdatering kan tidskonsistens sikre nøjagtigheden af ​​holdningsopdatering.

2. Fotoelektrisk separationsdesign

Den fiberoptiske gyro er en fiberoptisk sensor baseret på Sagnac-effekten til at måle vinkelhastigheden. Blandt dem er fiberringen nøglekomponenten i fibergyroskopets følsomme vinkelhastighed.Den er viklet af flere hundrede meter til flere tusinde meter fiber. Hvis temperaturfeltet i den optiske fiberring ændres, ændres temperaturen på hvert punkt af den optiske fiberring med tiden, og de to lysbølgestråler passerer gennem punktet på forskellige tidspunkter (undtagen midtpunktet af den optiske fiberspolen), oplever de forskellige optiske veje, hvilket resulterer i en faseforskel, denne ikke-gensidige faseforskydning kan ikke skelnes fra Sagneke faseforskydning forårsaget af rotation. For at forbedre temperaturen ydeevnen af ​​det fiberoptiske gyroskop, skal kernekomponenten i gyroskopet, fiberringen, holdes væk fra varmekilden.

For det fotoelektriske integrerede gyroskop er gyroskopets fotoelektriske enheder og printkort tæt på den optiske fiberring.Når sensoren virker, vil temperaturen på selve enheden stige til en vis grad og påvirke den optiske fiberring gennem stråling og ledning. For at løse temperaturens indflydelse på den optiske fiberring, anvender systemet en fotoelektrisk adskillelse af det optiske fibergyroskop, herunder optisk vejstruktur og kredsløbsstruktur, to slags strukturuafhængig adskillelse, mellem fiberen og bølgelederlinjeforbindelsen. Undgå at varmen fra lyskildeboksen påvirker fiberens varmeoverførselsfølsomhed.

3. Power-on selvdetektionsdesign

Fiberoptisk gyro-strapdown-navigationssystem skal have den elektriske ydelses-selvtestfunktion på inertialenheden. Fordi navigationssystemet anvender ren strapdown-installation uden transponeringsmekanisme, afsluttes selvtesten af ​​inertialenheder ved statisk måling i to dele, nemlig , selvtest på enhedsniveau og selvtest på systemniveau uden ekstern transponeringsexcitation.

ERDI TECH LTD Løsninger til den specifikke teknik