Inercialna navigacijska rešitev iz optičnih vlaken v zraku

Visoko natančni navigacijski sistem je ključna oprema za navigacijski nadzor letala in natančen napad njegovega oborožitvenega sistema.Njegove glavne sheme vključujejo sheme platforme in sheme strapdown. Z razvojem inercialne tehnologije strapdown in optičnega žiroskopa se strapdown pogosto uporablja v letalstvu s svojimi prednostmi visoke zanesljivosti, lahke in majhne velikosti, nizke porabe energije in nizkih stroškov.^[1-4].Trenutno je zračni brezplačni navigacijski sistem kombinacija laserskega žiroskopskega navigacijskega sistema in žiroskopskega navigacijskega sistema z optičnimi vlakni. Med njimi Northrop Grummanov LN-100G, Honeywellov laserski žiroskopski navigacijski sistem H-764G in vlakna Northrop Grumman LN-251 Navigacijski sistem z optičnim žiroskopom se pogosto uporablja v ameriški floti bojnih letal^[1]Podjetje Northrop Grumman je razvilo navigacijski sistem LN-251 za helikopter s pomembnim simbolom visoko natančnega žiroskopa z optičnimi vlakni, nato pa je razvilo LN-260 za prilagoditev navigaciji letal. Ameriške zračne sile so LN-260 izbrale za nadgradnja letalske elektronike flote večnacionalnih lovcev F-16. Pred uvedbo je bil sistem LN-260 testiran za doseganje natančnosti položaja 0,49 n milje (CEP), napake pri hitrosti proti severu 1,86 ft/s (RMS) in napaka hitrosti v smeri proti vzhodu 2,43 ft/s (RMS) v zelo dinamičnem okolju. Zato lahko optični inercialni navigacijski sistem s trakovi v celoti izpolnjuje operativne zahteve letala v smislu navigacije in zmogljivosti vodenja^[1].

V primerjavi z navigacijskim sistemom laserskega žiroskopa ima navigacijski sistem žiroskopa z optičnimi vlakni naslednje prednosti: 1) ne potrebuje mehanskega tresenja, poenostavi strukturo sistema in zapletenost zasnove za zmanjšanje vibracij, zmanjša težo in porabo energije ter izboljša zanesljivost navigacijskega sistema; 2) Natančni spekter žiroskopa iz optičnih vlaken pokriva taktično raven do strateške ravni, njegov ustrezni navigacijski sistem pa lahko tvori tudi ustrezen spekter navigacijskega sistema, ki zajema vse od sistema položaja do navigacijskega sistema za velike razdalje. vzdržljivo letalo;3) Prostornina žiroskopa z optičnimi vlakni je neposredno odvisna od velikosti obroča iz vlaken.Z zrelo uporabo vlaken s finim premerom je prostornina žiroskopa z optičnimi vlakni z enako natančnostjo vse manjša in manjša, razvoj svetlobe in miniaturizacije pa sta neizogiben trend.

Celotna shema oblikovanja

Žiroskopski navigacijski sistem z optičnimi vlakni v zraku v celoti upošteva sistemsko odvajanje toplote in fotoelektrično ločitev ter sprejme shemo "treh votlin".^[6,7], vključno z IMU votlino, elektronsko votlino in sekundarno močnostno votlino.Votlina IMU je sestavljena iz strukture telesa IMU, senzorskega obroča iz optičnih vlaken in kvarčnega upogljivega merilnika pospeška (quartz plus meter); Elektronska votlina je sestavljena iz žiroskopske fotoelektrične škatle, plošče za pretvorbo merilnika, navigacijskega računalnika in vmesniške plošče ter sanitarnega vodnika plošča; Sekundarna napajalna votlina je sestavljena iz pakiranega sekundarnega napajalnega modula, filtra EMI, kondenzatorja za polnjenje in praznjenje. Žiroskopska fotoelektrična škatla in obroč iz optičnih vlaken v votlini IMU skupaj sestavljata žiroskopsko komponento ter kvarčni upogljivi merilnik pospeška in pretvorniško ploščo merilnika skupaj sestavljata komponento merilnika pospeška^[8].

Celotna shema poudarja ločevanje fotoelektričnih komponent in modularno zasnovo vsake komponente ter ločeno zasnovo optičnega sistema in sistema vezja, da se zagotovi splošno odvajanje toplote in zatiranje navzkrižnih motenj. Da bi izboljšali odpravljanje napak in tehnologijo sestavljanja izdelka, priključki se uporabljajo za povezovanje tiskanih vezij v elektronski komori, obroč iz optičnih vlaken in merilnik pospeška v komori IMU pa sta razhroščena.Po oblikovanju IMU se izvede celotna montaža.

 Vezje v elektronski votlini je žiroskopska fotoelektrična škatla od vrha do dna, vključno z virom svetlobe žiroskopa, detektorjem in sprednjim razelektritvenim vezjem; plošča za pretvorbo tabele v glavnem dokonča pretvorbo tokovnega signala merilnika pospeška v digitalni signal; navigacijska rešitev in vmesniško vezje vključuje vmesniško ploščo in ploščo z navigacijsko rešitvijo, vmesniška plošča v glavnem dopolnjuje sinhrono pridobivanje podatkov večkanalne inercialne naprave, interakcijo napajanja in zunanjo komunikacijo, plošča z navigacijsko rešitvijo v glavnem dopolnjuje čisto inercialno navigacijo in integrirano navigacijsko rešitev; vodilna plošča v glavnem dopolnjuje satelitsko navigacijo in pošlje informacije na ploščo navigacijske rešitve in vmesniško ploščo za dokončanje integrirane navigacije. Sekundarno napajanje in vmesniško vezje sta povezana prek priključka, vezje pa je povezano prek priključka.

Ključne tehnologije

1. Celostna načrtovalska shema

Žiroskopski navigacijski sistem z optičnimi vlakni v zraku uresničuje zaznavanje gibanja letala s šestimi stopnjami svobode z integracijo več senzorjev. Triosni žiroskop in triosni merilnik pospeška se lahko štejeta za visoko integracijsko zasnovo, zmanjšata porabo energije, prostornino in težo. Za optična vlakna žiroskopsko komponento, lahko deli vir svetlobe za izvedbo triosne integracije; Za komponento merilnika pospeška se na splošno uporablja kvarčni prilagodljiv merilnik pospeška, pretvorbeno vezje pa je mogoče oblikovati le na tri načine. Obstaja tudi problem časa sinhronizacija pri večsenzorskem zajemanju podatkov.Za visoko dinamično posodobitev odnosa lahko časovna doslednost zagotovi natančnost posodobitve odnosa.

2. Načrt fotoelektrične ločitve

Žiroskop z optičnimi vlakni je optični senzor, ki temelji na Sagnacovem učinku za merjenje kotne hitrosti. Med njimi je vlakneni obroč ključna komponenta občutljive kotne hitrosti vlakenskega žiroskopa.Navita je od nekaj sto metrov do nekaj tisoč metrov vlakna. Če se temperaturno polje obroča iz optičnega vlakna spremeni, se temperatura na vsaki točki obroča iz optičnega vlakna s časom spreminja in oba žarka svetlobnega valovanja gresta skozi točko ob različnih časih (razen na srednji točki tuljave optičnega vlakna) doživljajo različne optične poti, kar ima za posledico fazno razliko, tega nevzajemnega faznega premika ni mogoče razlikovati od Sagnekejevega faznega premika, ki ga povzroča vrtenje. Da bi izboljšali temperaturo delovanje žiroskopa z optičnimi vlakni, je treba glavno komponento žiroskopa, obroč iz vlaken, držati stran od vira toplote.

Pri fotoelektričnem integriranem žiroskopu so fotoelektrične naprave in vezja žiroskopa blizu obroča iz optičnih vlaken.Ko senzor deluje, se bo temperatura same naprave do neke mere dvignila in vplivala na obroč iz optičnih vlaken s sevanjem in prevodnostjo. Da bi rešili vpliv temperature na obroč iz optičnih vlaken, sistem uporablja fotoelektrično ločitev žiroskop z optičnimi vlakni, vključno s strukturo optične poti in strukturo vezja, dvema vrstama strukturno neodvisne ločitve med vlaknom in povezavo valovodne linije. Izogibajte se, da bi toplota iz škatle svetlobnega vira vplivala na občutljivost prenosa toplote vlaken.

3. Zasnova samozaznavanja ob vklopu

Žiroskopski navigacijski sistem z optičnimi vlakni mora imeti funkcijo samopreizkusa električne zmogljivosti na inercialni napravi. Ker navigacijski sistem uporablja čisto spustno namestitev brez mehanizma za prenos, se samotestiranje inercialnih naprav zaključi s statično meritvijo v dveh delih, in sicer , samotestiranje na ravni naprave in samotestiranje na sistemski ravni, brez zunanjega transpozicijskega vzbujanja.

ERDI TECH LTD Rešitve za specifično tehniko