Solución de navegación inercial de fibra óptica aerotransportada

El sistema de navegación de alta precisión es el equipo central del control de navegación de aeronaves y el ataque preciso de su sistema de armas.Sus esquemas principales incluyen esquemas de plataforma y esquemas de sujeción. Con el desarrollo de la tecnología inercial de sujeción y el giroscopio óptico, la sujeción se ha utilizado ampliamente en el campo aéreo con sus ventajas de alta confiabilidad, tamaño pequeño y liviano, bajo consumo de energía y bajo costo.^[1-4]En la actualidad, el sistema de navegación strapdown aerotransportado es una combinación de un sistema de navegación strapdown con giroscopio láser y un sistema de navegación strapdown con giroscopio de fibra óptica. El sistema de navegación con correa de giroscopio óptico se ha utilizado ampliamente en la flota de aviones de combate estadounidenses.^[1].Northrop Grumman Company desarrolló el sistema de navegación LN-251 para helicópteros con el importante símbolo del giroscopio de fibra óptica de alta precisión, y luego desarrolló el LN-260 para adaptarse a la navegación de aeronaves. El LN-260 fue seleccionado por la Fuerza Aérea de EE. actualización de aviónica de la flota de combate multinacional F-16. Antes de la implementación, el sistema LN-260 se probó para lograr una precisión de posición de 0,49 millas náuticas (CEP), un error de velocidad hacia el norte de 1,86 pies/s (RMS) y un Error de velocidad en dirección este de 2,43 pies/s (RMS) en un entorno altamente dinámico. Por lo tanto, el sistema de navegación inercial con correa óptica puede cumplir completamente con los requisitos operativos de la aeronave en términos de capacidad de navegación y guía.^[1].

En comparación con el sistema de navegación con correa de giroscopio láser, el sistema de navegación con correa de giroscopio de fibra óptica tiene las siguientes ventajas: 1) no necesita fluctuaciones mecánicas, simplifica la estructura del sistema y la complejidad del diseño de reducción de vibraciones, reduce el peso y el consumo de energía, y mejora el confiabilidad del sistema de navegación; 2) El espectro de precisión del giroscopio de fibra óptica cubre el nivel táctico hasta el nivel estratégico, y su sistema de navegación correspondiente también puede formar un espectro de sistema de navegación correspondiente, que cubre todo, desde el sistema de actitud hasta el sistema de navegación para largo alcance. aviones de resistencia; 3) El volumen del giroscopio de fibra óptica depende directamente del tamaño del anillo de fibra.Con la aplicación madura de fibra de diámetro fino, el volumen del giroscopio de fibra óptica con la misma precisión es cada vez más pequeño, y el desarrollo de la luz y la miniaturización es una tendencia inevitable.

esquema general de diseño

El sistema de navegación con amarre giroscópico de fibra óptica aerotransportado considera completamente la disipación de calor del sistema y la separación fotoeléctrica, y adopta el esquema de "tres cavidades".^[6,7], incluida la cavidad IMU, la cavidad electrónica y la cavidad de alimentación secundaria.La cavidad de la IMU consta de la estructura del cuerpo de la IMU, el anillo de detección de fibra óptica y el acelerómetro flexible de cuarzo (medidor de cuarzo más); la cavidad electrónica consta de una caja fotoeléctrica giroscópica, una placa de conversión de medidor, una computadora de navegación y una placa de interfaz, y una guía de saneamiento tablero; La cavidad de alimentación secundaria comprende un módulo de alimentación secundario empaquetado, un filtro EMI, un condensador de carga y descarga. La caja fotoeléctrica giroscópica y el anillo de fibra óptica en la cavidad IMU juntos constituyen el componente giroscópico, y el acelerómetro flexible de cuarzo y la placa de conversión del medidor juntos constituyen el componente del acelerómetro^[8].

El esquema general enfatiza la separación de los componentes fotoeléctricos y el diseño modular de cada componente, y el diseño separado del sistema óptico y el sistema de circuito para garantizar la disipación de calor general y la supresión de la interferencia cruzada. Con el fin de mejorar la depuración y la tecnología de montaje de El producto, los conectores se utilizan para conectar las placas de circuito en la cámara electrónica, y el anillo de fibra óptica y el acelerómetro en la cámara IMU se depuran respectivamente.Después de formar la IMU, se lleva a cabo todo el montaje.

 La placa de circuito en la cavidad electrónica es la caja fotoeléctrica giroscópica de arriba a abajo, incluida la fuente de luz giroscópica, el detector y el circuito de descarga frontal; la placa de conversión de mesa completa principalmente la conversión de la señal de corriente del acelerómetro a la señal digital; solución de navegación y El circuito de interfaz incluye la placa de interfaz y la placa de solución de navegación, la placa de interfaz completa principalmente la adquisición síncrona de datos de dispositivos inerciales multicanal, la interacción de la fuente de alimentación y la comunicación externa, la placa de solución de navegación completa principalmente la navegación inercial pura y la solución de navegación integrada; la placa de guía completa principalmente el Navegación por satélite y envía la información a la placa de solución de navegación y a la placa de interfaz para completar la navegación integrada. La fuente de alimentación secundaria y el circuito de interfaz están conectados a través del conector, y la placa de circuito está conectada a través del conector.

Tecnologías clave

1. Esquema de diseño integrado

El sistema de navegación giroscópica de fibra óptica aerotransportada realiza la detección de movimiento de seis grados de libertad de la aeronave a través de la integración de múltiples sensores. El giroscopio de tres ejes y el acelerómetro de tres ejes se pueden considerar para un diseño de alta integración, reducir el consumo de energía, el volumen y el peso. Para la fibra óptica componente giroscópico, puede compartir la fuente de luz para llevar a cabo el diseño de integración de tres ejes; para el componente acelerómetro, generalmente se usa un acelerómetro flexible de cuarzo, y el circuito de conversión solo se puede diseñar de tres maneras. También existe el problema del tiempo sincronización en la adquisición de datos multisensor.Para una actualización de actitud altamente dinámica, la consistencia del tiempo puede garantizar la precisión de la actualización de actitud.

2. Diseño de separación fotoeléctrica

El giroscopio de fibra óptica es un sensor de fibra óptica basado en el efecto Sagnac para medir la velocidad angular. Entre ellos, el anillo de fibra es el componente clave de la velocidad angular sensible del giroscopio de fibra.Está enrollado por varios cientos de metros a varios miles de metros de fibra. Si el campo de temperatura del anillo de fibra óptica cambia, la temperatura en cada punto del anillo de fibra óptica cambia con el tiempo, y los dos haces de onda de luz pasan a través del punto. en diferentes momentos (excepto el punto medio de la bobina de fibra óptica), experimentan diferentes caminos ópticos, lo que resulta en una diferencia de fase, este cambio de fase no recíproco es indistinguible del cambio de fase de Sagneke causado por la rotación. Para mejorar la temperatura rendimiento del giroscopio de fibra óptica, el componente central del giroscopio, el anillo de fibra, debe mantenerse alejado de la fuente de calor.

Para el giroscopio integrado fotoeléctrico, los dispositivos fotoeléctricos y las placas de circuito del giroscopio están cerca del anillo de fibra óptica.Cuando el sensor está funcionando, la temperatura del dispositivo en sí aumentará hasta cierto punto y afectará el anillo de fibra óptica a través de la radiación y la conducción. Para resolver la influencia de la temperatura en el anillo de fibra óptica, el sistema utiliza una separación fotoeléctrica de el giroscopio de fibra óptica, incluida la estructura de la ruta óptica y la estructura del circuito, dos tipos de separación independiente de la estructura, entre la fibra y la conexión de la línea de guía de ondas. Evite que el calor de la caja de la fuente de luz afecte la sensibilidad de transferencia de calor de la fibra.

3. Diseño de autodetección de encendido

El sistema de navegación con amarre del giroscopio de fibra óptica debe tener la función de autocomprobación del rendimiento eléctrico en el dispositivo inercial. Debido a que el sistema de navegación adopta una instalación con amarre puro sin mecanismo de transposición, la autocomprobación de los dispositivos inerciales se completa con la medición estática en dos partes, a saber , autocomprobación a nivel de dispositivo y autocomprobación a nivel de sistema, sin excitación de transposición externa.

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