Бортова волоконно-оптична інерціальна навігаційна система

Високоточна навігаційна система є основним обладнанням навігаційного контролю літака та точної атаки його системи озброєння.Його основні схеми включають схеми платформи та схеми беспілотних схем. З розвитком безплатформної інерційної технології та оптичного гіроскопа бесплатформенний широко використовувався в бортовому полі з такими перевагами, як висока надійність, легкість і малий розмір, низьке енергоспоживання та низька вартість^[1-4].На даний момент бортова безплатформна навігаційна система являє собою комбінацію навігаційної системи лазерного гіроскопа та волоконно-оптичної гіроскопічної навігаційної системи. Серед них LN-100G компанії Northrop Grumman, навігаційна система лазерного гіроскопа Honeywell H-764G і оптоволоконна система LN-251 компанії Northrop Grumman. оптична гіроскопічна безрамна навігаційна система широко використовувалася в американському парку винищувачів^[1].Northrop Grumman Company розробила навігаційну систему LN-251 для гелікоптера з важливим символом високоточного оптоволоконного гіроскопа, а потім розробила LN-260 для адаптації до навігації літаків. LN-260 було обрано ВПС США для модернізація авіоніки парку багатонаціональних винищувачів F-16. Перед розгортанням система LN-260 була випробувана на досягнення точності позиціонування 0,49 милі (CEP), похибки швидкості на північ 1,86 футів/с (RMS) і похибка швидкості на схід становить 2,43 фута/с (RMS) у дуже динамічному середовищі. Таким чином, оптична безрамкова інерціальна навігаційна система може повністю задовольнити експлуатаційні вимоги літака щодо можливостей навігації та наведення^[1].

Порівняно з лазерною гіроскопічною навігаційною системою, волоконно-оптична гіроскопічна навігаційна система має такі переваги: ​​1) вона не потребує механічного тремтіння, спрощує структуру системи та ускладнює конструкцію зменшення вібрації, зменшує вагу та енергоспоживання, а також покращує надійність навігаційної системи; 2) Точний спектр волоконно-оптичних гіроскопів охоплює тактичний рівень до стратегічного рівня, а його відповідна навігаційна система також може формувати відповідний спектр навігаційної системи, що охоплює все, від системи орієнтації до навігаційної системи для великої дальності. витривалий літак; 3) Об'єм оптоволоконного гіроскопа безпосередньо залежить від розміру волоконного кільця.Зі зрілим застосуванням волокна тонкого діаметру об’єм волоконно-оптичного гіроскопа з такою ж точністю стає все меншим і меншим, а розвиток світла та мініатюризації є неминучою тенденцією.

Загальна схема оформлення

Бортова волоконно-оптична навігаційна система гіроскопа повністю враховує розсіювання тепла системи та фотоелектричне розділення та приймає схему «трьох порожнин»^[6,7], включаючи порожнину IMU, електронну порожнину та вторинну порожнину живлення.Порожнина IMU складається з корпусу IMU, чутливого кільця з оптичного волокна та кварцового гнучкого акселерометра (кварц плюс вимірювач); Електронна порожнина складається з фотоелектричної коробки гіроскопа, плати перетворення лічильників, навігаційного комп’ютера та інтерфейсної плати, а також санітарно-гігієнічного посібника. плата; Вторинний резонатор живлення містить укомплектований модуль вторинного живлення, фільтр електромагнітних перешкод, зарядно-розрядний конденсатор. Фотоелектрична коробка гіроскопа та оптоволоконне кільце в порожнині IMU разом складають компонент гіроскопа, а також кварцовий гнучкий акселерометр і пластину перетворення вимірювача разом складають компонент акселерометра^[8].

Загальна схема підкреслює поділ фотоелектричних компонентів і модульну конструкцію кожного компонента, а також окрему конструкцію оптичної системи та схемної системи для забезпечення загального розсіювання тепла та придушення перехресних перешкод. Для того, щоб покращити налагодження та технологію складання продукт, роз’єми використовуються для підключення друкованих плат в електронній камері, а кільце оптичного волокна та акселерометр у камері IMU налагоджені відповідно.Після формування IMU виконується вся збірка.

 Монтажна плата в електронній порожнині — це фотоелектричний блок гіроскопа зверху вниз, включаючи джерело світла гіроскопа, детектор і схему переднього розряду; плата перетворення таблиці в основному завершує перетворення поточного сигналу акселерометра в цифровий сигнал; рішення для навігації та схема інтерфейсу включає в себе інтерфейсну плату та плату навігаційного рішення, інтерфейсна плата в основному завершує синхронне отримання даних багатоканального інерціального пристрою, взаємодію джерела живлення та зовнішній зв’язок, плата навігаційного рішення в основному завершує чисту інерціальну навігацію та інтегроване навігаційне рішення; Керівна плата в основному завершує супутникової навігації та надсилає інформацію на плату рішення для навігації та плату інтерфейсу для завершення інтегрованої навігації. Вторинне джерело живлення та схема інтерфейсу підключаються через роз’єм, а друкована плата під’єднується через роз’єм.

Ключові технології

1. Комплексна розрахункова схема

Бортова волоконно-оптична гіроскопічна навігаційна система реалізує шість ступенів свободи виявлення руху літака за допомогою інтеграції кількох датчиків. Трьохосьовий гіроскоп і триосьовий акселерометр можна розглянути для високої інтеграції дизайну, зменшити енергоспоживання, об’єм і вагу. Для оптоволокна компонент гіроскопа, він може спільно використовувати джерело світла для виконання тривісної інтеграційної конструкції; для компонента акселерометра зазвичай використовується кварцовий гнучкий акселерометр, а схему перетворення можна спроектувати лише трьома способами. Також існує проблема часу синхронізація при багатосенсорному зборі даних.Для високодинамічного оновлення ставлення узгодженість у часі може забезпечити точність оновлення ставлення.

2. Конструкція фотоелектричного розділення

Волоконно-оптичний гіроскоп — це волоконно-оптичний датчик, заснований на ефекті Саньяка для вимірювання кутової швидкості. Серед них волоконне кільце є ключовим компонентом чутливої ​​кутової швидкості волоконного гіроскопа.Воно обмотується волокном від кількох сотень до кількох тисяч метрів. Якщо температурне поле кільця оптичного волокна змінюється, температура в кожній точці кільця оптичного волокна змінюється з часом, і два пучки світлової хвилі проходять через точку у різний час (окрім середньої точки котушки оптичного волокна) вони проходять різні оптичні шляхи, що призводить до різниці фаз, цей невзаємний зсув фази не відрізняється від фазового зсуву Сагнеке, спричиненого обертанням. Для покращення температури продуктивність оптоволоконного гіроскопа, основний компонент гіроскопа, волоконне кільце, потрібно тримати подалі від джерела тепла.

Для фотоелектричного інтегрованого гіроскопа фотоелектричні пристрої та друковані плати гіроскопа розташовані поблизу кільця оптичного волокна.Коли датчик працює, температура самого пристрою певною мірою підвищиться та вплине на оптичне волоконне кільце через випромінювання та провідність. Щоб вирішити вплив температури на оптичне волоконне кільце, система використовує фотоелектричне розділення волоконно-оптичний гіроскоп, включаючи структуру оптичного шляху та структуру схеми, два види незалежного розділення між волокном та хвилевідною лінією. Уникайте тепла від джерела світла, що впливає на чутливість теплопередачі волокна.

3. Конструкція самовиявлення при включенні

Оптоволоконна гіроскопічна безрамна навігаційна система повинна мати функцію самоперевірки електричних характеристик на інерціальному пристрої. Оскільки навігаційна система приймає чисту безплатформну установку без механізму переміщення, самотестування інерціальних пристроїв завершується статичним вимірюванням у двох частинах, а саме , самоперевірка на рівні пристрою та самоперевірка на рівні системи, без зовнішнього збудження транспозиції.

ERDI TECH LTD Рішення для конкретної техніки