Solução de navegação inercial de fibra óptica aerotransportada

O sistema de navegação de alta precisão é o equipamento principal do controle de navegação de aeronaves e ataque preciso de seu sistema de armas.Seus principais esquemas incluem esquemas de plataforma e esquemas strapdown. Com o desenvolvimento da tecnologia inercial strapdown e giroscópio óptico, strapdown tem sido amplamente utilizado no campo aerotransportado com suas vantagens de alta confiabilidade, tamanho leve e pequeno, baixo consumo de energia e baixo custo^[1-4]Atualmente, o sistema de navegação aerotransportada é uma combinação de sistema de navegação por giroscópio a laser e sistema de navegação por giroscópio por fibra óptica. sistema de navegação de giroscópio óptico tem sido amplamente utilizado na frota de caças americana^[1]A Northrop Grumman Company desenvolveu o sistema de navegação LN-251 para helicópteros com o importante símbolo do giroscópio de fibra óptica de alta precisão e, em seguida, desenvolveu o LN-260 para se adaptar à navegação de aeronaves. O LN-260 foi selecionado pela Força Aérea dos EUA para o atualização de aviônicos da frota de caças multinacional F-16. Antes da implantação, o sistema LN-260 foi testado para atingir uma precisão de posição de 0,49 milhas náuticas (CEP), um erro de velocidade norte de 1,86 pés/s (RMS) e um erro de velocidade no sentido leste de 2,43 pés/s (RMS) em um ambiente altamente dinâmico. Portanto, o sistema de navegação inercial óptico pode atender totalmente aos requisitos operacionais da aeronave em termos de capacidade de navegação e orientação^[1].

Comparado com o sistema de navegação por giroscópio a laser, o sistema de navegação por giroscópio por fibra óptica tem as seguintes vantagens: 1) não precisa de instabilidade mecânica, simplifica a estrutura do sistema e a complexidade do projeto de redução de vibração, reduz o peso e o consumo de energia e melhora a confiabilidade do sistema de navegação;2) O espectro de precisão do giroscópio de fibra óptica abrange o nível tático ao nível estratégico, e seu sistema de navegação correspondente também pode formar um espectro de sistema de navegação correspondente, cobrindo tudo, desde o sistema de atitude até o sistema de navegação para longo alcance aeronaves de resistência;3) O volume do giroscópio de fibra óptica depende diretamente do tamanho do anel de fibra.Com a aplicação madura de fibra de diâmetro fino, o volume do giroscópio de fibra óptica com a mesma precisão está ficando cada vez menor, e o desenvolvimento de luz e miniaturização é uma tendência inevitável.

Esquema geral de design

O sistema de navegação de giroscópio de fibra óptica no ar considera totalmente a dissipação de calor do sistema e a separação fotoelétrica e adota o esquema de "três cavidades"^[6,7], incluindo cavidade IMU, cavidade eletrônica e cavidade de alimentação secundária.A cavidade da IMU consiste na estrutura do corpo da IMU, anel de detecção de fibra óptica e acelerômetro flexível de quartzo (quartzo mais medidor); placa; A cavidade de energia secundária compreende um módulo de energia secundária empacotado, filtro EMI, capacitor de descarga de carga. A caixa fotoelétrica do giroscópio e o anel de fibra óptica na cavidade da IMU constituem juntos o componente do giroscópio, o acelerômetro flexível de quartzo e a placa de conversão do medidor juntos constituem o componente acelerômetro^[8].

O esquema geral enfatiza a separação dos componentes fotoelétricos e o design modular de cada componente, e o design separado do sistema óptico e do sistema de circuito para garantir a dissipação geral do calor e a supressão da interferência cruzada. o produto, os conectores são usados ​​para conectar as placas de circuito na câmara eletrônica, e o anel de fibra óptica e o acelerômetro na câmara IMU são depurados, respectivamente.Depois de formado o IMU, toda a montagem é realizada.

 A placa de circuito na cavidade eletrônica é a caixa fotoelétrica do giroscópio de cima para baixo, incluindo a fonte de luz do giroscópio, detector e circuito de descarga frontal; A placa de conversão da mesa conclui principalmente a conversão do sinal atual do acelerômetro para o sinal digital; Solução de navegação e circuito de interface inclui placa de interface e placa de solução de navegação, placa de interface completa principalmente aquisição síncrona de dados de dispositivo inercial multicanal, interação de fonte de alimentação e comunicação externa, placa de solução de navegação completa principalmente navegação inercial pura e solução de navegação integrada; navegação por satélite e envia as informações para a placa de solução de navegação e a placa de interface para concluir a navegação integrada. A fonte de alimentação secundária e o circuito de interface são conectados através do conector, e a placa de circuito é conectada através do conector.

tecnologias-chave

1. Esquema de design integrado

O sistema de navegação por giroscópio de fibra óptica no ar realiza a detecção de movimento de seis graus de liberdade da aeronave através da integração de vários sensores. O giroscópio de três eixos e o acelerômetro de três eixos podem ser considerados para design de alta integração, reduzem o consumo de energia, volume e peso. Para a fibra óptica componente do giroscópio, ele pode compartilhar a fonte de luz para realizar o projeto de integração de três eixos; sincronização na aquisição de dados multi-sensor.Para atualização de atitude dinâmica alta, a consistência de tempo pode garantir a precisão da atualização de atitude.

2. Projeto de separação fotoelétrica

O giroscópio de fibra óptica é um sensor de fibra óptica baseado no efeito Sagnac para medir a taxa angular. Entre eles, o anel de fibra é o componente chave da velocidade angular sensível do giroscópio de fibra.É enrolado por várias centenas de metros a vários milhares de metros de fibra. Se o campo de temperatura do anel de fibra óptica mudar, a temperatura em cada ponto do anel de fibra óptica mudará com o tempo e os dois feixes de onda de luz passarão pelo ponto em momentos diferentes (exceto o ponto médio da bobina de fibra óptica), eles experimentam caminhos ópticos diferentes, resultando em uma diferença de fase, essa mudança de fase não recíproca é indistinguível da mudança de fase Sagneke causada pela rotação. desempenho do giroscópio de fibra óptica, o componente central do giroscópio, o anel de fibra, precisa ser mantido longe da fonte de calor.

Para o giroscópio fotoelétrico integrado, os dispositivos fotoelétricos e placas de circuito do giroscópio estão próximos ao anel de fibra óptica.Quando o sensor está funcionando, a temperatura do próprio dispositivo aumentará até certo ponto e afetará o anel de fibra óptica por meio de radiação e condução. Para resolver a influência da temperatura no anel de fibra óptica, o sistema usa uma separação fotoelétrica de o giroscópio de fibra óptica, incluindo estrutura de caminho óptico e estrutura de circuito, dois tipos de separação independente de estrutura, entre a fibra e a conexão de linha de guia de onda. Evite o calor da caixa de fonte de luz afetando a sensibilidade de transferência de calor da fibra.

3. Projeto de autodetecção de inicialização

O sistema de navegação de giroscópio de fibra óptica precisa ter a função de autoteste de desempenho elétrico no dispositivo inercial. Como o sistema de navegação adota instalação de correia pura sem mecanismo de transposição, o autoteste de dispositivos inerciais é concluído pela medição estática em duas partes, a saber , autoteste em nível de dispositivo e autoteste em nível de sistema, sem excitação de transposição externa.

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