Airborne glasvezel traagheidsnavigatie-oplossing

Het navigatiesysteem met hoge precisie is de kernuitrusting van de navigatiecontrole van vliegtuigen en de nauwkeurige aanval van het wapensysteem.De reguliere schema's omvatten platformschema's en strapdown-schema's. Met de ontwikkeling van strapdown-traagheidstechnologie en optische gyro wordt strapdown veel gebruikt in het luchtveld met zijn voordelen van hoge betrouwbaarheid, licht en klein formaat, laag stroomverbruik en lage kosten^[1-4]Momenteel is het strapdown-navigatiesysteem in de lucht een combinatie van een lasergyro strapdown-navigatiesysteem en een glasvezelgyro strapdown-navigatiesysteem. Onder hen zijn Northrop Grumman's LN-100G, Honeywell's H-764G lasergyro strapdown-navigatiesysteem en Northrop Grumman's LN-251 fiber optische gyro strapdown-navigatiesystemen worden veel gebruikt in de Amerikaanse vloot van gevechtsvliegtuigen^[1].Northrop Grumman Company ontwikkelde het LN-251 navigatiesysteem voor helikopters met het belangrijke symbool van hoge precisie glasvezelgyro, en ontwikkelde vervolgens de LN-260 om zich aan te passen aan vliegtuignavigatie. De LN-260 werd door de Amerikaanse luchtmacht geselecteerd voor de avionica-upgrade van de F-16 multinationale gevechtsvloot. Voorafgaand aan de inzet werd het LN-260-systeem getest om een ​​positienauwkeurigheid van 0,49n mijl (CEP), een noordelijke snelheidsfout van 1,86 ft/s (RMS) en een oostwaartse snelheidsfout van 2,43 ft / s (RMS) in een zeer dynamische omgeving. Daarom kan het optische vastgebonden traagheidsnavigatiesysteem volledig voldoen aan de operationele vereisten van het vliegtuig op het gebied van navigatie- en begeleidingsmogelijkheden^[1].

Vergeleken met laser gyro strapdown navigatiesysteem, glasvezel gyro strapdown navigatiesysteem heeft de volgende voordelen: 1) het heeft geen mechanische jitter nodig, vereenvoudigt de systeemstructuur en de complexiteit van het ontwerp voor trillingsreductie, vermindert het gewicht en het stroomverbruik en verbetert de betrouwbaarheid van het navigatiesysteem; 2) Het precisiespectrum van glasvezelgyro omvat tactisch niveau tot strategisch niveau, en het bijbehorende navigatiesysteem kan ook een overeenkomstig navigatiesysteemspectrum vormen, dat alles omvat, van houdingssysteem tot het navigatiesysteem voor langeafstands- uithoudingsvliegtuigen; 3) Het volume van de glasvezelgyroscoop hangt rechtstreeks af van de grootte van de vezelring.Met de volwassen toepassing van vezels met een fijne diameter, wordt het volume van de glasvezelgyroscoop met dezelfde nauwkeurigheid steeds kleiner en is de ontwikkeling van licht en miniaturisatie een onvermijdelijke trend.

Algemeen ontwerpschema

Het navigatiesysteem met glasvezelgyro-strapdown in de lucht houdt volledig rekening met de warmtedissipatie van het systeem en de foto-elektrische scheiding en past het "drie-cavity" -schema toe^[6,7], inclusief IMU-holte, elektronische holte en secundaire krachtholte.De IMU-holte bestaat uit de IMU-lichaamsstructuur, optische vezeldetectiering en kwarts flexibele versnellingsmeter (kwarts plus meter); De elektronische holte bestaat uit een gyro foto-elektrische doos, een meterconversiekaart, een navigatiecomputer en interfacekaart en een sanitaire gids board; De secundaire voedingsholte bestaat uit een verpakte secundaire voedingsmodule, EMI-filter, laad-ontlaadcondensator. De gyro foto-elektrische doos en de optische vezelring in de IMU-holte vormen samen de gyrocomponent en de flexibele kwartsversnellingsmeter en de meterconversieplaat vormen samen de versnellingsmetercomponent^[8].

Het algemene schema benadrukt de scheiding van foto-elektrische componenten en het modulaire ontwerp van elke component, en het afzonderlijke ontwerp van het optische systeem en het circuitsysteem om de algehele warmteafvoer en de onderdrukking van kruisinterferentie te waarborgen. Om de foutopsporing en assemblagetechnologie van het product, connectoren worden gebruikt om de printplaten in de elektronische kamer aan te sluiten, en de optische vezelring en versnellingsmeter in de IMU-kamer worden respectievelijk gedebugd.Na het vormen van de IMU wordt de gehele montage uitgevoerd.

 De printplaat in de elektronische holte is de gyro-foto-elektrische doos van boven naar beneden, inclusief de gyro-lichtbron, de detector en het frontontladingscircuit. interfacecircuit omvat interfacekaart en navigatieoplossingskaart, interfacekaart voltooit voornamelijk synchrone acquisitie van meerkanaals traagheidsapparaatgegevens, voedinginteractie en externe communicatie, navigatieoplossingskaart voltooit voornamelijk pure traagheidsnavigatie en geïntegreerde navigatieoplossing; Het gidsbord voltooit voornamelijk de satellietnavigatie en stuurt de informatie naar het navigatie-oplossingsbord en het interfacebord om de geïntegreerde navigatie te voltooien. De secundaire voeding en het interfacecircuit zijn verbonden via de connector en de printplaat is verbonden via de connector.

Sleuteltechnologieën

1. Geïntegreerd ontwerpschema

Het glasvezelgyro-navigatiesysteem in de lucht realiseert de bewegingsdetectie van het vliegtuig met zes vrijheidsgraden door de integratie van meerdere sensoren. Drie-assige gyroscoop en drie-assige versnellingsmeter kunnen worden overwogen voor een hoog geïntegreerd ontwerp, vermindering van stroomverbruik, volume en gewicht. Voor de glasvezel gyrocomponent, het kan de lichtbron delen om het drie-assige integratieontwerp uit te voeren; voor de versnellingsmetercomponent wordt over het algemeen een flexibele kwartsversnellingsmeter gebruikt en het conversiecircuit kan slechts op drie manieren worden ontworpen. Er is ook het probleem van tijd synchronisatie bij data-acquisitie met meerdere sensoren.Voor een hoogdynamische attitude-update kan tijdconsistentie de nauwkeurigheid van de attitude-update garanderen.

2. Foto-elektrisch scheidingsontwerp

De glasvezelgyro is een glasvezelsensor gebaseerd op het Sagnac-effect om de hoeksnelheid te meten. Onder hen is de vezelring het belangrijkste onderdeel van de gevoelige hoeksnelheid van de glasvezelgyroscoop.Het wordt gewikkeld met enkele honderden meters tot enkele duizenden meters vezel. Als het temperatuurveld van de optische vezelring verandert, verandert de temperatuur op elk punt van de optische vezelring met de tijd, en de twee lichtstralen gaan door het punt op verschillende tijdstippen (behalve het middelpunt van de optische vezelspoel) ervaren ze verschillende optische paden, wat resulteert in een faseverschil, deze niet-wederzijdse faseverschuiving is niet te onderscheiden van de Sagneke-faseverschuiving veroorzaakt door rotatie. Om de temperatuur te verbeteren prestatie van de glasvezelgyroscoop, het kernonderdeel van de gyroscoop, de vezelring, moet uit de buurt van de warmtebron worden gehouden.

Voor de foto-elektrische geïntegreerde gyroscoop bevinden de foto-elektrische apparaten en printplaten van de gyroscoop zich dicht bij de optische vezelring.Wanneer de sensor werkt, zal de temperatuur van het apparaat zelf tot op zekere hoogte stijgen en de optische vezelring beïnvloeden door straling en geleiding. Om de invloed van temperatuur op de optische vezelring op te lossen, gebruikt het systeem een ​​foto-elektrische scheiding van de gyroscoop van optische vezels, inclusief optische padstructuur en circuitstructuur, twee soorten structuuronafhankelijke scheiding, tussen de vezel en de golfgeleiderlijnverbinding. Vermijd dat de warmte van de lichtbrondoos de gevoeligheid van de vezelwarmteoverdracht beïnvloedt.

3. Power-on zelfdetectieontwerp

Glasvezel gyro strapdown navigatiesysteem moet de zelftestfunctie voor elektrische prestaties op het traagheidsapparaat hebben. Omdat het navigatiesysteem een ​​pure strapdown-installatie zonder omzettingsmechanisme gebruikt, wordt de zelftest van traagheidsapparaten voltooid door statische meting in twee delen, namelijk , zelftest op apparaatniveau en zelftest op systeemniveau, zonder excitatie van externe omzetting.

ERDI TECH LTD Oplossingen voor de specifieke techniek