Luftburen fiberoptisk tröghetsnavigeringslösning

Högprecisionsnavigeringssystem är kärnutrustningen för flygplansnavigeringskontroll och exakt attack av dess vapensystem.Dess vanliga system inkluderar plattformsscheman och strapdown-scheman. Med utvecklingen av strapdown-tröghetsteknologi och optiskt gyro har strapdown använts i stor utsträckning i det luftburna fältet med fördelarna med hög tillförlitlighet, lätt och liten storlek, låg strömförbrukning och låg kostnad^[1-4].För närvarande är luftburet strapdown-navigationssystem en kombination av lasergyrostrapdown-navigationssystem och fiberoptiskt gyrostrapdown-navigationssystem.Bland dem Northrop Grummans LN-100G, Honeywells H-764G lasergyrostrapdown-navigeringssystem och Northrop Grummans LN-251 fiber optiska gyro strapdown navigationssystem har använts i stor utsträckning i den amerikanska stridsflygplansflottan^[1].Northrop Grumman Company utvecklade navigationssystemet LN-251 för helikopter med den viktiga symbolen för fiberoptiskt gyro med hög precision, och utvecklade sedan LN-260 för att anpassa sig till flygplansnavigering. LN-260 valdes ut av US Air Force för flygelektronikuppgradering av den multinationella jaktplansflottan av F-16. Före utplaceringen testades LN-260-systemet för att uppnå en positionsnoggrannhet på 0,49n mile (CEP), ett norrgående hastighetsfel på 1,86ft/s (RMS) och en östgående hastighetsfel på 2,43 ft/s (RMS) i en mycket dynamisk miljö. Därför kan det optiska tröghetsnavigeringssystemet med fastspänd nedspänning till fullo uppfylla flygplanets operativa krav när det gäller navigerings- och vägledningsförmåga^[1].

Jämfört med lasergyro strapdown navigationssystem har fiberoptisk gyro strapdown navigationssystem följande fördelar: 1) det behöver inte mekaniskt jitter, förenklar systemstrukturen och komplexiteten i vibrationsreducerande design, minskar vikten och energiförbrukningen och förbättrar navigationssystems tillförlitlighet;2) Precisionsspektrumet för fiberoptiskt gyro täcker taktisk nivå till strategisk nivå, och dess motsvarande navigationssystem kan också bilda ett motsvarande navigationssystemspektrum, som täcker allt från attitydsystem till navigationssystem för långdistans- uthållighetsflygplan;3) Volymen av fiberoptiskt gyroskop beror direkt på storleken på fiberringen.Med den mogna tillämpningen av fiber med fin diameter blir volymen av fiberoptiskt gyroskop med samma noggrannhet mindre och mindre, och utvecklingen av ljus och miniatyrisering är en oundviklig trend.

Övergripande designschema

Det luftburna fiberoptiska gyrostrapdown-navigationssystemet beaktar systemets värmeavledning och fotoelektrisk separation fullt ut och använder "tre-kavitets"-schemat^[6,7], inklusive IMU-kavitet, elektroniskt hålrum och sekundärt effekthålrum.IMU-kaviteten består av IMU-kroppsstrukturen, optisk fiberavkänningsring och flexibel kvartsaccelerometer (kvarts plus meter); Den elektroniska kaviteten består av en gyrofotoelektrisk låda, ett mätaromvandlingskort, en navigationsdator och gränssnittskort och en sanitetsguide kort;Den sekundära kraftkaviteten består av en förpackad sekundär kraftmodul, EMI-filter, laddnings-urladdningskondensator. Den fotoelektriska gyrolådan och den optiska fiberringen i IMU-kaviteten utgör tillsammans gyrokomponenten, och den flexibla kvartsaccelerometern och mätarens omvandlingsplatta tillsammans utgör accelerometerkomponenten^[8].

Det övergripande schemat betonar separationen av fotoelektriska komponenter och den modulära designen av varje komponent, och den separata designen av optiska system och kretssystem för att säkerställa den totala värmeavledningen och undertryckandet av korsinterferens. För att förbättra felsöknings- och monteringstekniken för produkten, kontakter används för att ansluta kretskorten i den elektroniska kammaren, och den optiska fiberringen och accelerometern i IMU-kammaren debuggas respektive.Efter bildandet av IMU utförs hela monteringen.

 Kretskortet i den elektroniska kaviteten är gyrofotoelektriska lådan från topp till botten, inklusive gyroljuskällan, detektorn och den främre urladdningskretsen; Tabellomvandlingskortet slutför huvudsakligen omvandlingen av accelerometerströmsignalen till den digitala signalen;Navigationslösning och gränssnittskretsen inkluderar gränssnittskort och navigationslösningskort, gränssnittskort slutför huvudsakligen synkront inhämtning av flerkanalig tröghetsenhetsdata, strömförsörjningsinteraktion och extern kommunikation, navigationslösningskort kompletterar huvudsakligen ren tröghetsnavigering och integrerad navigeringslösning; Guidekortet kompletterar huvudsakligen satellitnavigering och skickar informationen till navigationslösningskortet och gränssnittskortet för att slutföra den integrerade navigeringen. Den sekundära strömförsörjningen och gränssnittskretsen är anslutna via kontakten och kretskortet är anslutna via kontakten.

Nyckelteknologier

1. Integrerat designschema

Det luftburna fiberoptiska gyronavigationssystemet realiserar flygplanets sex frihetsgraders rörelsedetektering genom integration av flera sensorer. Treaxlig gyro och treaxlig accelerometer kan övervägas för design med hög integration, minska strömförbrukning, volym och vikt. För fiberoptiken gyrokomponent, den kan dela ljuskällan för att utföra den treaxliga integrationsdesignen; För accelerometerkomponenten används vanligen kvarts flexibel accelerometer, och omvandlingskretsen kan endast utformas på tre sätt. Det finns också problemet med tid synkronisering i multi-sensor datainsamling.För högdynamisk attityduppdatering kan tidskonsistens säkerställa att attityduppdateringen är korrekt.

2. Fotoelektrisk separationsdesign

Det fiberoptiska gyrot är en fiberoptisk sensor baserad på Sagnac-effekten för att mäta vinkelhastighet. Bland dem är fiberringen nyckelkomponenten i fibergyroskopets känsliga vinkelhastighet.Den lindas av flera hundra meter till flera tusen meter fiber. Om temperaturfältet för den optiska fiberringen ändras ändras temperaturen vid varje punkt av den optiska fiberringen med tiden och de två strålarna av ljusvåg passerar genom punkten vid olika tidpunkter (förutom mittpunkten av den optiska fiberspolen), upplever de olika optiska vägar, vilket resulterar i en fasskillnad, denna icke-reciproka fasförskjutning går inte att skilja från Sagneke fasförskjutningen som orsakas av rotation. För att förbättra temperaturen prestanda hos det fiberoptiska gyroskopet, kärnkomponenten i gyroskopet, fiberringen, måste hållas borta från värmekällan.

För det fotoelektriska integrerade gyroskopet är gyroskopets fotoelektriska enheter och kretskort nära den optiska fiberringen.När sensorn fungerar kommer temperaturen på själva enheten att stiga till viss del och påverka den optiska fiberringen genom strålning och ledning. För att lösa temperaturens påverkan på den optiska fiberringen använder systemet en fotoelektrisk separation av det optiska fibergyroskopet, inklusive optisk vägstruktur och kretsstruktur, två typer av strukturoberoende separation, mellan fibern och vågledarlinjeanslutningen. Undvik att värmen från ljuskällans låda påverkar fiberns värmeöverföringskänslighet.

3. Start självdetektering design

Fiberoptiskt gyrostrapdown-navigationssystem måste ha den elektriska prestandasjälvtestfunktionen på tröghetsanordningen. Eftersom navigationssystemet antar ren strapdown-installation utan transponeringsmekanism, slutförs självtestet av tröghetsanordningar genom statisk mätning i två delar, nämligen , självtest på enhetsnivå och självtest på systemnivå, utan extern transponeringsexcitation.

ERDI TECH LTD Lösningar för specifik teknik