Solución de navegación inercial de fibra óptica aerotransportada

O sistema de navegación de alta precisión é o equipo principal do control de navegación de avións e un ataque preciso do seu sistema de armas.Os seus esquemas principais inclúen esquemas de plataforma e esquemas de strapdown. Co desenvolvemento da tecnoloxía inercial strapdown e do xiroscopio óptico, o strapdown foi amplamente utilizado no campo aerotransportado coas súas vantaxes de alta fiabilidade, lixeiro e pequeno tamaño, baixo consumo de enerxía e baixo custo.^[1-4].Na actualidade, o sistema de navegación aerotransportado é unha combinación do sistema de navegación con xiro láser e un sistema de navegación con xiroscopio de fibra óptica. Entre eles, o LN-100G de Northrop Grumman, o sistema de navegación con xiroscopio láser H-764G de Honeywell e a fibra LN-251 de Northrop Grumman. O sistema de navegación con correa de xiroscopio óptico foi amplamente utilizado na flota de avións de combate estadounidense^[1].Northrop Grumman Company desenvolveu o sistema de navegación LN-251 para helicópteros co importante símbolo do xiroscopio de fibra óptica de alta precisión, e despois desenvolveu o LN-260 para adaptalo á navegación aérea. O LN-260 foi seleccionado pola Forza Aérea dos EUA para o actualización da aviónica da flota de cazas multinacionais F-16. Antes do despregamento, o sistema LN-260 probouse para acadar unha precisión de posición de 0,49 millas (CEP), un erro de velocidade en dirección norte de 1,86 pés/s (RMS) e un Erro de velocidade en dirección leste de 2,43 pés/s (RMS) nun ambiente altamente dinámico. Polo tanto, o sistema de navegación inercial con correa óptica pode satisfacer plenamente os requisitos operativos da aeronave en termos de capacidade de navegación e orientación.^[1].

En comparación co sistema de navegación con correa do xiroscopio láser, o sistema de navegación do xiroscopio de fibra óptica ten as seguintes vantaxes: 1) non precisa de trepidación mecánica, simplifica a estrutura do sistema e a complexidade do deseño de redución de vibracións, reduce o peso e o consumo de enerxía e mellora o fiabilidade do sistema de navegación; 2) O espectro de precisión do xiroscopio de fibra óptica abarca o nivel táctico ata o nivel estratéxico, e o seu correspondente sistema de navegación tamén pode formar un espectro de sistema de navegación correspondente, abarcando todo, desde o sistema de actitude ata o sistema de navegación para longo alcance. avións de resistencia; 3) O volume do xiroscopio de fibra óptica depende directamente do tamaño do anel de fibra.Coa aplicación madura da fibra de diámetro fino, o volume do xiroscopio de fibra óptica coa mesma precisión é cada vez máis pequeno e o desenvolvemento da luz e a miniaturización é unha tendencia inevitable.

Esquema xeral de deseño

O sistema de navegación do xiroscopio de fibra óptica aerotransportada considera totalmente a disipación de calor do sistema e a separación fotoeléctrica e adopta o esquema de "tres cavidades".^[6,7], incluíndo a cavidade IMU, a cavidade electrónica e a cavidade de alimentación secundaria.A cavidade da IMU está formada pola estrutura do corpo da IMU, un anel sensor de fibra óptica e un acelerómetro flexible de cuarzo (cuarzo máis medidor); a cavidade electrónica está formada por unha caixa fotoeléctrica xiroscópica, unha tarxeta de conversión de medidores, unha computadora de navegación e unha tarxeta de interface e unha guía de saneamento. placa; A cavidade de alimentación secundaria comprende un módulo de potencia secundario empaquetado, un filtro EMI, un capacitor de carga e descarga. A caixa fotoeléctrica do xiroscopio e o anel de fibra óptica na cavidade da IMU constitúen xuntos o compoñente do xiroscopio, e o acelerómetro flexible de cuarzo e a placa de conversión do medidor. xuntos constitúen o compoñente acelerómetro^[8].

O esquema xeral enfatiza a separación dos compoñentes fotoeléctricos e o deseño modular de cada compoñente, así como o deseño separado do sistema óptico e do sistema de circuítos para garantir a disipación global da calor e a supresión das interferencias cruzadas. Para mellorar a capacidade de depuración e tecnoloxía de montaxe de o produto, os conectores utilízanse para conectar as placas de circuíto na cámara electrónica, e o anel de fibra óptica e o acelerómetro na cámara IMU son depurados respectivamente.Despois de formar a IMU, realízase toda a montaxe.

 A tarxeta de circuíto da cavidade electrónica é a caixa fotoeléctrica do xiroscopio de arriba a abaixo, incluíndo a fonte de luz do xiroscopio, o detector e o circuíto de descarga frontal; a tarxeta de conversión da táboa completa principalmente a conversión do sinal actual do acelerómetro ao sinal dixital; Solución de navegación e O circuíto de interface inclúe placa de interface e placa de solución de navegación, a placa de interface completa principalmente a adquisición sincrónica de datos de dispositivos inerciales multicanle, a interacción da fonte de alimentación e a comunicación externa, a placa de solución de navegación completa principalmente a navegación inercial pura e a solución de navegación integrada; A placa guía completa principalmente o navegación por satélite e envía a información á placa de solución de navegación e á tarxeta de interface para completar a navegación integrada. A fonte de alimentación secundaria e o circuíto de interface están conectados a través do conector e a placa de circuíto está conectada a través do conector.

Tecnoloxías clave

1. Esquema de deseño integrado

O sistema de navegación do xiroscopio de fibra óptica aerotransportada realiza os seis graos de liberdade de detección de movemento da aeronave mediante a integración de varios sensores. O xiroscopio de tres eixes e o acelerómetro de tres eixes pódense considerar para o deseño de alta integración, reducen o consumo de enerxía, o volume e o peso. Para a fibra óptica compoñente xiroscopio, pode compartir a fonte de luz para levar a cabo o deseño de integración de tres eixes; Para o compoñente acelerómetro, úsase xeralmente un acelerómetro flexible de cuarzo e o circuíto de conversión só se pode deseñar de tres formas. Tamén existe o problema do tempo. sincronización en adquisición de datos multisensor.Para unha actualización de actitude alta dinámica, a coherencia horaria pode garantir a precisión da actualización da actitude.

2. Deseño de separación fotoeléctrica

O xiroscopio de fibra óptica é un sensor de fibra óptica baseado no efecto Sagnac para medir a taxa angular. Entre eles, o anel de fibra é o compoñente clave da velocidade angular sensible do xiroscopio de fibra.Está enrolado por varios centos de metros a varios miles de metros de fibra. Se o campo de temperatura do anel de fibra óptica cambia, a temperatura en cada punto do anel de fibra óptica cambia co tempo e os dous feixes de onda de luz pasan polo punto. en diferentes momentos (excepto o punto medio da bobina de fibra óptica), experimentan diferentes camiños ópticos, o que resulta nunha diferenza de fase, este cambio de fase non recíproco é indistinguible do cambio de fase de Sagneke causado pola rotación. Para mellorar a temperatura O rendemento do xiroscopio de fibra óptica, o compoñente central do xiroscopio, o anel de fibra, debe manterse lonxe da fonte de calor.

Para o xiroscopio fotoeléctrico integrado, os dispositivos fotoeléctricos e as placas de circuíto do xiroscopio están preto do anel de fibra óptica.Cando o sensor está a funcionar, a temperatura do propio dispositivo aumentará ata certo punto e afectará o anel de fibra óptica mediante a radiación e a condución. Para resolver a influencia da temperatura no anel de fibra óptica, o sistema utiliza unha separación fotoeléctrica de o xiroscopio de fibra óptica, incluíndo a estrutura do camiño óptico e a estrutura do circuíto, dous tipos de separación independente da estrutura, entre a fibra e a conexión da liña de guía de ondas. Evite que a calor da caixa da fonte de luz afecte a sensibilidade da transferencia de calor da fibra.

3. Deseño de autodetección de encendido

O sistema de navegación do xiroscopio de fibra óptica debe ter a función de autoproba de rendemento eléctrico no dispositivo inercial. Debido a que o sistema de navegación adopta unha instalación de correa sen mecanismo de transposición, a autoproba dos dispositivos inerciales complétase mediante a medición estática en dúas partes, é dicir. , autotest a nivel de dispositivo e autotest a nivel de sistema, sen excitación de transposición externa.

ERDI TECH LTD Solucións para as técnicas específicas