Światłowodowe rozwiązanie do nawigacji bezwładnościowej w powietrzu

System nawigacji o wysokiej precyzji jest podstawowym wyposażeniem kontroli nawigacji samolotu i precyzyjnego ataku jego systemu uzbrojenia.Jego główne schematy obejmują schematy platform i schematy pasów. Wraz z rozwojem technologii bezwładnościowej i żyroskopu optycznego, pasek był szeroko stosowany w powietrzu z zaletami wysokiej niezawodności, lekkości i małych rozmiarów, niskiego zużycia energii i niskich kosztów^[1-4]Obecnie powietrzny system nawigacji typu strapdown jest połączeniem laserowego systemu nawigacji z żyroskopem i światłowodowego systemu nawigacji z żyroskopem. Wśród nich LN-100G firmy Northrop Grumman, system nawigacji z żyroskopem laserowym H-764G firmy Honeywell i włókno LN-251 firmy Northrop Grumman Optyczny żyroskopowy system nawigacji typu strapdown był szeroko stosowany we flocie amerykańskich samolotów myśliwskich^[1]Firma Northrop Grumman opracowała system nawigacji LN-251 dla śmigłowca z ważnym symbolem precyzyjnego żyroskopu światłowodowego, a następnie opracowała LN-260, aby dostosować go do nawigacji lotniczej. LN-260 został wybrany przez Siły Powietrzne USA do modernizacja awioniki wielonarodowej floty myśliwców F-16. Przed wdrożeniem system LN-260 został przetestowany w celu osiągnięcia dokładności pozycji 0,49 mili (CEP), błędu prędkości w kierunku północnym 1,86 stopy/s (RMS) oraz błąd prędkości w kierunku wschodnim wynoszący 2,43 stopy/s (RMS) w wysoce dynamicznym środowisku. Dlatego optyczny system nawigacji bezwładnościowej może w pełni spełnić wymagania operacyjne statku powietrznego w zakresie nawigacji i możliwości prowadzenia^[1].

W porównaniu z laserowym systemem nawigacji z żyroskopem, światłowodowy system nawigacji z żyroskopem ma następujące zalety: 1) nie wymaga mechanicznego jittera, upraszcza strukturę systemu i złożoność konstrukcji redukcji drgań, zmniejsza wagę i zużycie energii oraz poprawia niezawodność systemu nawigacji; 2) Precyzyjne widmo żyroskopu światłowodowego obejmuje poziom taktyczny do poziomu strategicznego, a odpowiadający mu system nawigacji może również tworzyć odpowiednie spektrum systemu nawigacji, obejmujące wszystko, od systemu nastawienia po system nawigacji dla dalekiego zasięgu dalekiego zasięgu samoloty wytrzymałościowe; 3) Objętość żyroskopu światłowodowego zależy bezpośrednio od wielkości pierścienia światłowodowego.Wraz z dojrzałym zastosowaniem światłowodu o małej średnicy, objętość żyroskopu światłowodowego z tą samą dokładnością staje się coraz mniejsza, a rozwój światła i miniaturyzacja jest nieuniknionym trendem.

Ogólny schemat projektu

Powietrzny system nawigacji z żyroskopem światłowodowym w pełni uwzględnia rozpraszanie ciepła w systemie i separację fotoelektryczną oraz przyjmuje schemat „trzech wnęk”^[6,7], w tym wnęka IMU, wnęka elektroniczna i wnęka zasilania wtórnego.Wnęka IMU składa się ze struktury korpusu IMU, pierścienia czujnikowego światłowodu i elastycznego akcelerometru kwarcowego (miernik kwarcowy plus); Wnęka elektroniczna składa się z żyroskopowej skrzynki fotoelektrycznej, płytki konwersji miernika, komputera nawigacyjnego i płyty interfejsu oraz przewodnika sanitarnego płytka; Wnęka zasilania wtórnego zawiera zapakowany moduł zasilania wtórnego, filtr EMI, kondensator ładowania-rozładowania. Skrzynka fotoelektryczna żyroskopu i pierścień światłowodowy we wnęce IMU razem stanowią element żyroskopowy, a elastyczny akcelerometr kwarcowy i płyta konwersji miernika razem stanowią element akcelerometru^[8].

Ogólny schemat kładzie nacisk na oddzielenie elementów fotoelektrycznych i modułową konstrukcję każdego elementu oraz oddzielną konstrukcję układu optycznego i układu obwodów, aby zapewnić ogólne rozpraszanie ciepła i tłumienie zakłóceń krzyżowych. W celu poprawy możliwości debugowania i technologii montażu produkt, złącza służą do łączenia płytek drukowanych w komorze elektronicznej, a pierścień światłowodowy i akcelerometr w komorze IMU są odpowiednio debugowane.Po uformowaniu IMU przeprowadzany jest cały montaż.

 Płytka drukowana we wnęce elektronicznej to żyroskopowa skrzynka fotoelektryczna od góry do dołu, w tym źródło światła żyroskopowego, detektor i przedni obwód wyładowczy; Płytka do konwersji stołu głównie kończy konwersję sygnału prądowego akcelerometru na sygnał cyfrowy; Rozwiązanie nawigacyjne i obwód interfejsu obejmuje płytę interfejsu i kartę rozwiązania nawigacyjnego, płyta interfejsu głównie uzupełnia synchroniczne pozyskiwanie danych wielokanałowego urządzenia inercyjnego, interakcję zasilania i komunikację zewnętrzną, płyta rozwiązania nawigacyjnego głównie uzupełnia czystą nawigację inercyjną i zintegrowane rozwiązanie nawigacyjne; tablica prowadząca głównie uzupełnia nawigacji satelitarnej i wysyła informacje do płyty rozwiązania nawigacyjnego i płyty interfejsu, aby zakończyć zintegrowaną nawigację. Dodatkowe zasilanie i obwód interfejsu są podłączone przez złącze, a płytka drukowana jest podłączona przez złącze.

Kluczowe technologie

1. Zintegrowany schemat projektowania

Powietrzny światłowodowy system nawigacji żyroskopowej realizuje wykrywanie ruchu samolotu w sześciu stopniach swobody poprzez integrację wielu czujników. Żyroskop trójosiowy i akcelerometr trójosiowy można rozważyć w przypadku projektowania o wysokiej integracji, zmniejszając zużycie energii, objętość i wagę. W przypadku światłowodu komponent żyroskopowy może współdzielić źródło światła w celu przeprowadzenia trójosiowego projektu integracji; w przypadku komponentu akcelerometru zwykle stosuje się elastyczny akcelerometr kwarcowy, a obwód konwersji można zaprojektować tylko na trzy sposoby. Istnieje również problem czasu synchronizacja w wielosensorowej akwizycji danych.W przypadku aktualizacji położenia o wysokiej dynamice spójność czasowa może zapewnić dokładność aktualizacji położenia.

2. Projekt separacji fotoelektrycznej

Żyroskop światłowodowy to czujnik światłowodowy oparty na efekcie Sagnaca do pomiaru prędkości kątowej. Wśród nich pierścień światłowodowy jest kluczowym elementem czułej prędkości kątowej żyroskopu światłowodowego.Jest nawinięty na kilkaset metrów do kilku tysięcy metrów włókna. Jeśli zmienia się pole temperatury pierścienia światłowodu, temperatura w każdym punkcie pierścienia światłowodu zmienia się w czasie, a dwie wiązki fali świetlnej przechodzą przez punkt w różnych momentach (z wyjątkiem środkowego punktu cewki światłowodu) doświadczają różnych ścieżek optycznych, co powoduje różnicę faz, to nieodwrotne przesunięcie fazowe jest nie do odróżnienia od przesunięcia fazowego Sagneke spowodowanego obrotem. Aby poprawić temperaturę wydajność żyroskopu światłowodowego, główny element żyroskopu, pierścień światłowodowy, musi być trzymany z dala od źródła ciepła.

W przypadku zintegrowanego żyroskopu fotoelektrycznego urządzenia fotoelektryczne i płytki drukowane żyroskopu znajdują się blisko pierścienia światłowodu.Gdy czujnik działa, temperatura samego urządzenia wzrośnie do pewnego stopnia i wpłynie na pierścień światłowodu poprzez promieniowanie i przewodzenie. Aby rozwiązać wpływ temperatury na pierścień światłowodu, system wykorzystuje separację fotoelektryczną żyroskop światłowodowy, w tym struktura ścieżki optycznej i struktura obwodu, dwa rodzaje separacji niezależnej od struktury, między włóknem a połączeniem linii falowodowej. Unikaj ciepła z skrzynki źródła światła wpływającego na czułość przenoszenia ciepła włókna.

3. Projekt samoczynnego wykrywania po włączeniu

Światłowodowy żyroskopowy system nawigacji musi mieć funkcję autotestu wydajności elektrycznej na urządzeniu bezwładnościowym. Ponieważ system nawigacji przyjmuje czystą instalację z paskiem bez mechanizmu transpozycji, autotest urządzeń bezwładnościowych jest zakończony pomiarem statycznym w dwóch częściach, a mianowicie , autotest na poziomie urządzenia i autotest na poziomie systemu, bez zewnętrznego wzbudzenia transpozycji.

ERDI TECH LTD Rozwiązania dla określonej technologii