Решение за инерционна навигация с оптични влакна във въздуха

Високопрецизната навигационна система е основното оборудване на навигационния контрол на самолета и прецизната атака на неговата оръжейна система.Основните му схеми включват платформени схеми и безрамкови схеми. С развитието на инерционната технология безрамков и оптичния жироскоп, безрамковият се използва широко във въздушното поле с предимствата си на висока надеждност, лек и малък размер, ниска консумация на енергия и ниска цена^[1-4]Понастоящем бордовата навигационна система е комбинация от лазерна жироскопична навигационна система и фиброоптична жироскопична навигационна система. Сред тях LN-100G на Northrop Grumman, H-764G лазерна жироскопична навигационна система на Honeywell и LN-251 влакно на Northrop Grumman навигационната система с оптичен жироскоп е широко използвана в американския флот от изтребители^[1].Northrop Grumman Company разработи навигационната система LN-251 за хеликоптер с важен символ на високопрецизен оптичен жироскоп и след това разработи LN-260, за да се адаптира към навигацията на самолети. LN-260 беше избрана от ВВС на САЩ за модернизация на авиониката на многонационалния изтребител F-16. Преди разгръщането системата LN-260 беше тествана за постигане на точност на позиция от 0,49n мили (CEP), грешка на скоростта на север от 1,86 фута/сек (RMS) и грешка на скоростта в източна посока от 2,43 фута/сек (RMS) в силно динамична среда. Следователно, оптичната безрамкова инерционна навигационна система може напълно да отговори на оперативните изисквания на самолета по отношение на възможностите за навигация и насочване^[1].

В сравнение с навигационната система с лазерен жироскоп, навигационната система с оптичен жироскоп има следните предимства: 1) не се нуждае от механично трептене, опростява структурата на системата и сложността на дизайна за намаляване на вибрациите, намалява теглото и консумацията на енергия и подобрява надеждност на навигационната система; 2) Прецизният спектър на фиброоптичния жироскоп обхваща тактическо ниво до стратегическо ниво и съответната му навигационна система може също да формира съответен спектър на навигационна система, покриващ всичко от системата за позиция до навигационната система за далечни разстояния издръжлив самолет; 3) Обемът на оптичния жироскоп директно зависи от размера на влакнестия пръстен.Със зрялото приложение на влакна с фин диаметър, обемът на фиброоптичния жироскоп със същата точност става все по-малък и по-малък, а развитието на светлината и миниатюризацията е неизбежна тенденция.

Обща схема на проектиране

Навигационната система с оптичен жироскоп във въздуха изцяло отчита разсейването на топлината и фотоелектрическото разделяне на системата и приема схемата „три кухини“^[6,7], включително IMU кухина, електронна кухина и вторична захранваща кухина.Кухината на IMU се състои от структура на корпуса на IMU, сензорен пръстен от оптично влакно и кварцов гъвкав акселерометър (кварц плюс измервател); Електронната кухина се състои от жироскопска фотоелектрическа кутия, платка за преобразуване на измервателния уред, компютър за навигация и интерфейсна платка и санитарно ръководство платка; Вторичната захранваща кухина се състои от опакован вторичен захранващ модул, EMI филтър, зарядно-разряден кондензатор. Жироскопната фотоелектрична кутия и пръстенът от оптични влакна в IMU кухината заедно съставляват жироскопичния компонент и кварцовия гъвкав акселерометър и плочата за преобразуване на измервателния уред заедно съставляват компонента на акселерометъра^[8].

Цялостната схема подчертава разделянето на фотоелектричните компоненти и модулния дизайн на всеки компонент, както и отделния дизайн на оптичната система и електрическата система, за да се осигури общото разсейване на топлината и потискането на кръстосаните смущения. За да се подобри възможността за отстраняване на грешки и технологията на сглобяване на продукта, конекторите се използват за свързване на платките в електронната камера, а пръстенът с оптични влакна и акселерометърът в IMU камерата се отстраняват съответно.След формирането на IMU се извършва целият монтаж.

 Платката в електронната кухина е фотоелектрическата кутия на жироскопа отгоре надолу, включително източника на светлина на жироскопа, детектора и веригата за предно разреждане; Платката за преобразуване на таблицата основно завършва преобразуването на текущия сигнал на акселерометъра в цифров сигнал; Навигационно решение и интерфейсната схема включва интерфейсна платка и платка за навигационно решение, интерфейсната платка основно завършва синхронно придобиване на данни от многоканално инерционно устройство, взаимодействие на захранването и външна комуникация, платката за навигационно решение основно завършва чиста инерционна навигация и интегрирано навигационно решение; Насочващата платка основно завършва сателитна навигация и изпраща информацията до платката за навигационни решения и интерфейсната платка, за да завърши интегрираната навигация. Вторичното захранване и интерфейсната верига са свързани чрез конектора, а платката е свързана през конектора.

Ключови технологии

1. Интегрирана схема за проектиране

Бордовата оптична жироскопична навигационна система реализира шестте степени на свобода на въздухоплавателното средство за откриване на движение чрез интегриране на множество сензори. Триосният жироскоп и триосният акселерометър могат да се считат за дизайн с висока интеграция, намаляване на консумацията на енергия, обема и теглото. За оптичните влакна жироскопичен компонент, той може да споделя източника на светлина, за да изпълни триосния интеграционен дизайн; За компонента на акселерометъра обикновено се използва кварцов гъвкав акселерометър и веригата за преобразуване може да бъде проектирана само по три начина. Съществува и проблемът с времето синхронизация при мултисензорно събиране на данни.За висока динамична актуализация на отношението, последователността във времето може да гарантира точността на актуализирането на отношението.

2. Дизайн на фотоелектрическо разделяне

Фиброоптичният жироскоп е фиброоптичен сензор, базиран на ефекта на Sagnac за измерване на ъглова скорост. Сред тях пръстенът с влакна е ключовият компонент на чувствителната ъглова скорост на фиброжироскопа.Той е навит от няколко стотин метра до няколко хиляди метра влакно. Ако температурното поле на пръстена от оптични влакна се промени, температурата във всяка точка на пръстена от оптични влакна се променя с времето и двата лъча светлинна вълна преминават през точката в различно време (с изключение на средната точка на бобината на оптичното влакно), те изпитват различни оптични пътища, което води до фазова разлика, това нереципрочно фазово изместване е неразличимо от фазовото изместване на Sagneke, причинено от въртене. За да се подобри температурата производителност на оптичния жироскоп, основният компонент на жироскопа, влакнестият пръстен, трябва да се държи далеч от източника на топлина.

За фотоелектрическия интегриран жироскоп фотоелектричните устройства и платките на жироскопа са близо до пръстена от оптични влакна.Когато сензорът работи, температурата на самото устройство ще се повиши до известна степен и ще повлияе на пръстена от оптични влакна чрез излъчване и проводимост. За да разреши влиянието на температурата върху пръстена от оптични влакна, системата използва фотоелектрично разделяне на жироскопът с оптични влакна, включително структура на оптичния път и структура на веригата, два вида независимо разделяне на структурата, между влакното и връзката на вълноводната линия. Избягвайте топлината от кутията на източника на светлина, която засяга чувствителността на топлопредаване на влакното.

3. Дизайн за самооткриване при включване

Навигационната система с оптичен жироскоп трябва да има функция за самотест на електрическата производителност на инерционното устройство. Тъй като навигационната система приема чиста безрамкова инсталация без механизъм за транспониране, самотестът на инерционните устройства се извършва чрез статично измерване в две части, а именно , самотест на ниво устройство и самотест на ниво система, без външно възбуждане на транспониране.

ERDI TECH LTD Решения за специфична техника