Soluție de navigație inerțială cu fibră optică aeropurtată

Sistemul de navigație de înaltă precizie este echipamentul de bază al controlului navigației aeronavei și al atacului precis al sistemului său de arme.Schemele sale principale includ scheme de platformă și scheme strapdown. Odată cu dezvoltarea tehnologiei inerțiale strapdown și a giroscopului optic, strapdown a fost utilizat pe scară largă în domeniul aeropurtat, cu avantajele sale de fiabilitate ridicată, dimensiuni ușoare și mici, consum redus de energie și costuri reduse.^[1-4].În prezent, sistemul de navigație cu bandă aeropurtată este o combinație de sistem de navigație cu bandă cu gyro laser și sistem de navigație cu bandă giroscopică cu fibră optică. Printre acestea, LN-100G de la Northrop Grumman, sistemul de navigație cu bandă giroscopică laser H-764G de la Honeywell și fibră LN-251 de la Northrop Grumman. Sistemul optic de navigație cu bandă giroscopică a fost utilizat pe scară largă în flota de avioane de luptă americane^[1].Northrop Grumman Company a dezvoltat sistemul de navigație LN-251 pentru elicopter cu simbolul important al giroscopului cu fibră optică de înaltă precizie, apoi a dezvoltat LN-260 pentru a se adapta navigației aeronavelor. LN-260 a fost selectat de Forțele Aeriene ale SUA pentru modernizarea avionică a flotei multinaționale de luptă F-16. Înainte de implementare, sistemul LN-260 a fost testat pentru a obține o precizie a poziției de 0,49 n mile (CEP), o eroare de viteză spre nord de 1,86 ft/s (RMS) și o Eroarea vitezei spre est de 2,43 ft/s (RMS) într-un mediu extrem de dinamic. Prin urmare, sistemul de navigație inerțial optic strapdown poate îndeplini pe deplin cerințele operaționale ale aeronavei în ceea ce privește navigația și capacitatea de ghidare^[1].

În comparație cu sistemul de navigație cu bandă giroscopică laser, sistemul de navigație cu bandă giroscopică cu fibră optică are următoarele avantaje: 1) nu are nevoie de fluctuații mecanice, simplifică structura sistemului și complexitatea proiectării de reducere a vibrațiilor, reduce greutatea și consumul de energie și îmbunătățește fiabilitatea sistemului de navigație; 2) Spectrul de precizie al giroscopului cu fibră optică acoperă nivel tactic până la nivel strategic, iar sistemul de navigație corespunzător poate forma, de asemenea, un spectru de sistem de navigație corespunzător, acoperind totul, de la sistemul de atitudine la sistemul de navigație pentru distanțe lungi. aeronave de anduranță; 3) Volumul giroscopului cu fibră optică depinde direct de dimensiunea inelului de fibră.Odată cu aplicarea matură a fibrei cu diametru fin, volumul giroscopului cu fibră optică cu aceeași precizie devine din ce în ce mai mic, iar dezvoltarea luminii și miniaturizarea este o tendință inevitabilă.

Schema de proiectare generală

Sistemul de navigație cu bandă giroscopică din fibră optică aeropurtată ia în considerare pe deplin disiparea căldurii sistemului și separarea fotoelectrică și adoptă schema „cu trei cavități”^[6,7], inclusiv cavitatea IMU, cavitatea electronică și cavitatea secundară de alimentare.Cavitatea IMU constă din structura corpului IMU, inelul de detectare a fibrei optice și accelerometrul flexibil de cuarț (cuarț plus metru); Cavitatea electronică constă dintr-o cutie fotoelectrică giroscopică, o placă de conversie a contorului, un computer de navigație și o placă de interfață și un ghid de salubritate. placă; Cavitatea secundară de alimentare cuprinde un modul secundar de alimentare, filtru EMI, condensator de încărcare-descărcare. Cutia fotoelectrică giroscopică și inelul de fibră optică din cavitatea IMU constituie împreună componenta giroscopică, iar accelerometrul flexibil cu cuarț și placa de conversie a contorului împreună constituie componenta accelerometrului^[8].

Schema generală subliniază separarea componentelor fotoelectrice și designul modular al fiecărei componente, precum și proiectarea separată a sistemului optic și a sistemului de circuite pentru a asigura disiparea generală a căldurii și suprimarea interferențelor încrucișate. Pentru a îmbunătăți capacitatea de depanare și tehnologia de asamblare a produsul, conectorii sunt utilizați pentru a conecta plăcile de circuite în camera electronică și, respectiv, inelul de fibră optică și accelerometrul din camera IMU sunt depanate.După formarea IMU-ului, se realizează întregul asamblare.

 Placa de circuite din cavitatea electronică este cutia fotoelectrică giroscopică de sus în jos, inclusiv sursa de lumină giroscopică, detectorul și circuitul de descărcare frontală; Placa de conversie de masă completează în principal conversia semnalului de curent al accelerometrului în semnal digital; Soluție de navigație și Circuitul de interfață include placa de interfață și placa de soluție de navigație, placa de interfață completează în principal achiziția sincronă a datelor dispozitivului inerțial multicanal, interacțiunea cu alimentarea cu energie și comunicarea externă, placa de soluție de navigație completează în principal navigația inerțială pură și soluția de navigație integrată; Placa de ghidare completează în principal navigație prin satelit și trimite informațiile către placa de soluție de navigație și placa de interfață pentru a finaliza navigația integrată. Sursa de alimentare secundară și circuitul de interfață sunt conectate prin conector, iar placa de circuite este conectată prin conector.

Tehnologii cheie

1. Schema de proiectare integrată

Sistemul de navigație giroscopic cu fibră optică aeropurtată realizează detectarea mișcării cu șase grade de libertate a aeronavei prin integrarea mai multor senzori. Giroscopul cu trei axe și accelerometrul cu trei axe pot fi luate în considerare pentru un design cu integrare ridicată, reduc consumul de energie, volumul și greutatea. Pentru fibră optică componenta giroscopică, poate partaja sursa de lumină pentru a realiza proiectarea de integrare pe trei axe; Pentru componenta accelerometrului, accelerometrul flexibil cu cuarț este în general utilizat, iar circuitul de conversie poate fi proiectat doar în trei moduri. Există, de asemenea, problema timpului sincronizare în achiziția de date multi-senzor.Pentru o actualizare dinamică a atitudinii, consecvența timpului poate asigura acuratețea actualizării atitudinii.

2. Proiectare de separare fotoelectrică

Giroscopul cu fibră optică este un senzor cu fibră optică bazat pe efectul Sagnac pentru a măsura rata unghiulară. Printre acestea, inelul cu fibră este componenta cheie a vitezei unghiulare sensibile a giroscopului cu fibră.Este înfăşurat de câteva sute de metri până la câteva mii de metri de fibră. Dacă câmpul de temperatură al inelului de fibră optică se modifică, temperatura în fiecare punct al inelului de fibră optică se modifică în timp, iar cele două fascicule de undă luminoasă trec prin punct. în momente diferite (cu excepția punctului de mijloc al bobinei de fibră optică), aceștia experimentează căi optice diferite, rezultând o diferență de fază, această schimbare de fază non-reciprocă nu se poate distinge de schimbarea de fază Sagneke cauzată de rotație. Pentru a îmbunătăți temperatura performanța giroscopului cu fibră optică, componenta centrală a giroscopului, inelul de fibră, trebuie ținută departe de sursa de căldură.

Pentru giroscopul fotoelectric integrat, dispozitivele fotoelectrice și plăcile de circuite ale giroscopului sunt aproape de inelul de fibră optică.Când senzorul funcționează, temperatura dispozitivului în sine va crește într-o oarecare măsură și va afecta inelul de fibră optică prin radiație și conducție. Pentru a rezolva influența temperaturii asupra inelului de fibră optică, sistemul utilizează o separare fotoelectrică de giroscopul cu fibră optică, inclusiv structura căii optice și structura circuitului, două tipuri de separare independentă a structurii, între fibră și conexiunea liniei de ghidare de undă. Evitați că căldura din caseta sursei de lumină afectează sensibilitatea transferului de căldură a fibrei.

3. Design de auto-detecție la pornire

Sistemul de navigație cu bandă giroscopică cu fibră optică trebuie să aibă funcția de autotestare a performanței electrice pe dispozitivul inerțial. Deoarece sistemul de navigație adoptă o instalare pură fără mecanism de transpunere, autotestarea dispozitivelor inerțiale este finalizată prin măsurarea statică în două părți, și anume , autotest la nivel de dispozitiv și autotest la nivel de sistem, fără excitație externă de transpunere.

ERDI TECH LTD Soluții pentru specificații tehnice