Бортовое волоконно-оптическое инерциальное навигационное решение

Высокоточная навигационная система является основным оборудованием навигационного управления самолетом и точной атакой его системы вооружения.Его основные схемы включают схемы платформы и схемы с бесплатформенным размещением. С развитием бесплатформенной инерциальной технологии и оптического гироскопа бесплатформенное размещение стало широко использоваться в бортовой технике благодаря своим преимуществам высокой надежности, легкости и малых размеров, низкому энергопотреблению и низкой стоимости.^[1-4]В настоящее время бортовая бесплатформенная навигационная система представляет собой комбинацию бесплатформенной навигационной системы с лазерным гироскопом и бесплатформенной навигационной системы с волоконно-оптическим гироскопом. Бесплатформенная навигационная система с оптическим гироскопом широко использовалась в парке американских истребителей.^[1]Компания Northrop Grumman разработала навигационную систему LN-251 для вертолета с важным символом высокоточного волоконно-оптического гироскопа, а затем разработала LN-260 для адаптации к навигации самолетов. LN-260 был выбран ВВС США для модернизация авионики многонационального истребительного парка F-16. Перед развертыванием система LN-260 была протестирована для достижения точности позиционирования 0,49 морской мили (CEP), погрешности скорости в северном направлении 1,86 фута / с (RMS) и погрешность скорости в восточном направлении составляет 2,43 фута/с (среднеквадратичное значение) в высокодинамичной среде. Таким образом, оптическая бесплатформенная инерциальная навигационная система может полностью соответствовать эксплуатационным требованиям самолета с точки зрения возможностей навигации и наведения.^[1].

По сравнению с бесплатформенной навигационной системой с лазерным гироскопом, бесплатформенная навигационная система с волоконно-оптическим гироскопом имеет следующие преимущества: 1) она не требует механического дрожания, упрощает структуру системы и сложность конструкции подавления вибрации, снижает вес и энергопотребление, а также улучшает надежность навигационной системы; 2) спектр точности волоконно-оптического гироскопа охватывает тактический уровень до стратегического уровня, и его соответствующая навигационная система также может формировать соответствующий спектр навигационной системы, охватывающий все, от системы ориентации до навигационной системы для дальнего действия. самолет на выносливость; 3) Объем оптоволоконного гироскопа напрямую зависит от размера оптоволоконного кольца.С зрелым применением волокна малого диаметра объем оптоволоконного гироскопа с той же точностью становится все меньше и меньше, а развитие света и миниатюризация является неизбежной тенденцией.

Общая схема конструкции

Бесплатформенная навигационная система с волоконно-оптическим гироскопом полностью учитывает теплоотвод системы и фотоэлектрическое разделение и использует трехрезонаторную схему.^[6,7], включая полость IMU, электронную полость и полость вторичного питания.Полость IMU состоит из конструкции корпуса IMU, оптоволоконного чувствительного кольца и кварцевого гибкого акселерометра (кварц плюс измеритель); Электронная полость состоит из гироскопического фотоэлектрического блока, платы преобразования счетчика, навигационного компьютера и интерфейсной платы, а также руководства по санитарии. плата; полость вторичного питания состоит из упакованного модуля вторичного питания, фильтра электромагнитных помех, зарядно-разрядного конденсатора. Фотоэлектрическая коробка гироскопа и оптоволоконное кольцо в полости IMU вместе составляют компонент гироскопа, а кварцевый гибкий акселерометр и пластина преобразования измерителя вместе составляют компонент акселерометра^[8].

В общей схеме подчеркивается разделение фотоэлектрических компонентов и модульная конструкция каждого компонента, а также отдельная конструкция оптической системы и схемной системы для обеспечения общего отвода тепла и подавления перекрестных помех. Для улучшения отладки и технологии сборки В продукте разъемы используются для подключения печатных плат в электронной камере, а оптоволоконное кольцо и акселерометр в камере IMU отлажены соответственно.После формирования IMU осуществляется вся сборка.

 Печатная плата в электронной полости представляет собой гироскопический фотоэлектрический блок сверху вниз, включая гироскопический источник света, детектор и цепь переднего разряда; Настольная плата преобразования в основном завершает преобразование текущего сигнала акселерометра в цифровой сигнал; Навигационное решение и Интерфейсная схема включает в себя интерфейсную плату и плату навигационного решения, интерфейсная плата в основном выполняет синхронный сбор данных многоканального инерциального устройства, взаимодействие с источником питания и внешнюю связь, плата навигационного решения в основном завершает чистую инерциальную навигацию и интегрированное навигационное решение; направляющая плата в основном завершает спутниковая навигация и отправляет информацию на плату навигационного решения и интерфейсную плату для завершения интегрированной навигации. Вторичный источник питания и интерфейсная схема подключаются через разъем, а печатная плата подключается через разъем.

Ключевые технологии

1. Комплексная схема проектирования

Бортовая волоконно-оптическая гироскопическая навигационная система реализует обнаружение движения самолета с шестью степенями свободы за счет интеграции нескольких датчиков. Трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр могут быть рассмотрены для конструкции с высокой степенью интеграции, снижения энергопотребления, объема и веса. Для оптоволокна гироскопический компонент, он может совместно использовать источник света для выполнения трехосевой интеграции; для компонента акселерометра обычно используется кварцевый гибкий акселерометр, а схема преобразования может быть спроектирована только тремя способами. Существует также проблема времени. синхронизация при сборе данных с нескольких датчиков.Для высокодинамического обновления пространственного положения согласованность во времени может обеспечить точность обновления пространственного положения.

2. Конструкция фотоэлектрического разделения

Волоконно-оптический гироскоп представляет собой волоконно-оптический датчик, основанный на эффекте Саньяка для измерения угловой скорости. Среди них волоконное кольцо является ключевым компонентом чувствительной угловой скорости волоконного гироскопа.Он наматывается на несколько сотен метров до нескольких тысяч метров волокна. Если температурное поле кольца оптического волокна изменяется, температура в каждой точке кольца оптического волокна со временем изменяется, и два луча световой волны проходят через точку в разное время (кроме средней точки катушки оптического волокна) они проходят разные оптические пути, что приводит к разнице фаз, этот невзаимный фазовый сдвиг неотличим от фазового сдвига Саннеке, вызванного вращением. Чтобы улучшить температуру характеристики оптоволоконного гироскопа, основной компонент гироскопа, оптоволоконное кольцо, необходимо держать вдали от источника тепла.

Для фотоэлектрического интегрированного гироскопа фотоэлектрические устройства и печатные платы гироскопа расположены близко к оптоволоконному кольцу.Когда датчик работает, температура самого устройства будет в некоторой степени повышаться и влиять на оптоволоконное кольцо за счет излучения и проводимости. Чтобы устранить влияние температуры на оптоволоконное кольцо, в системе используется фотоэлектрическое разделение Волоконно-оптический гироскоп, включая структуру оптического пути и структуру цепи, два вида независимого разделения структуры, между волокном и соединением линии волновода. Избегайте тепла от коробки источника света, влияющего на чувствительность теплопередачи волокна.

3. Самообнаружение при включении

Волоконно-оптическая гироскопическая бесплатформенная навигационная система должна иметь функцию самопроверки электрических характеристик на инерциальном устройстве. Поскольку навигационная система принимает чисто бесплатформенную установку без механизма перемещения, самопроверка инерциальных устройств завершается статическими измерениями в двух частях, а именно. , самотестирование на уровне устройства и самотестирование на уровне системы без внешнего возбуждения транспонирования.

ERDI TECH LTD Решения для конкретных технических ниш