機載光纖慣性導航解決方案

高精度導航系統是飛機導航控制和武器系統精確攻擊的核心設備。其主流方案包括平臺方案和捷聯方案。隨著捷聯慣導技術和光學陀螺的發展，捷聯慣導以其高可靠性、輕體積小、低功耗、低成本等優點在機載領域得到了廣泛的應用[1-4]。目前，機載捷聯導航系統是激光陀螺捷聯導航系統和光纖陀螺捷聯導航系統的結合。其中，諾斯羅普·格魯曼公司的LN-100G、霍尼韋爾公司的H-764G激光陀螺捷聯導航系統和諾斯羅普·格魯曼公司的LN-251光纖陀螺捷聯導航系統已廣泛應用于美國戰斗機機隊中[1]。諾斯羅普·格魯曼公司開發了以高精度光纖陀螺為重要標志的直升機導航系統LN-251，然后開發了適應飛機導航的LN-260。LN-260被美國空軍選中用于F-16多國戰斗機機隊的航空電子設備升級。在部署之前，對LN-260系統進行了測試，在高動態環境中，定位精度為0.49n英里(CEP)，北向速度誤差為1.86ft/s (RMS)，東向速度誤差為2.43ft/s (RMS)。因此，光學捷聯慣導系統在導航和制導能力方面完全可以滿足飛機的作戰要求[1]。

與激光陀螺捷聯導航系統相比，光纖陀螺捷聯導航系統具有以下優點:1)不需要機械抖動，簡化了系統結構和減振設計的復雜性，減輕了重量和功耗，提高了導航系統的可靠性;2)光纖陀螺的精度頻譜覆蓋戰術級到戰略級，其對應的導航系統也可以形成相應的導航系統頻譜;3)光纖陀螺儀的體積直接取決于光纖環的大小。隨著細徑光纖的成熟應用，具有相同精度的光纖陀螺儀體積越來越小，向輕量化、小型化發展是必然趨勢。

總體設計方案

機載光纖陀螺捷聯導航系統充分考慮了系統散熱和光電分離，采用“三腔”方案[6,7]，包括IMU腔、電子腔和二次電源腔。IMU空腔由IMU本體結構、光纖傳感環和石英柔性加速度計(石英加表)組成;電子空腔由陀螺光電箱、儀表轉換板、導航計算機及接口板、衛生導板組成;二次電源空腔由封裝的二次電源模塊、EMI濾波器、充放電電容器組成。陀螺光電盒與IMU腔內的光纖環共同構成陀螺部件，石英撓性加速度計與儀表轉換板共同構成加速度計部件[8]。

總體方案強調光電組件的分離和各組件的模塊化設計，光學系統和電路系統的分離設計，保證整體散熱和交叉干擾的抑制。為了提高產品的可調試性和裝配工藝，采用連接器連接電子室中的電路板，并對IMU室中的光纖環和加速度計分別進行調試。在形成IMU后，進行整個裝配。

電子腔內的電路板從上到下為陀螺光電箱，包括陀螺光源、探測器和前放電電路;表轉換板主要完成加速度計電流信號到數字信號的轉換;導航解決方案和接口電路包括接口板和導航解決方案板，接口板主要完成多通道慣性器件數據的同步采集;電源交互和對外通信，導航解決方案板主要完成純慣性導航和組合導航解決方案;導板主要完成衛星導航，并將信息發送給導航解決方案板和接口板完成組合導航。二次電源與接口電路通過連接器連接，電路板通過連接器連接。

關鍵技術

1. 綜合設計方案

機載光纖陀螺導航系統通過多傳感器集成實現飛機六自由度運動檢測。三軸陀螺儀和三軸加速度計可考慮進行高集成度設計，降低功耗、體積和重量。對于光纖陀螺組件，可以共享光源進行三軸集成設計;對于加速度計組件，一般采用石英撓性加速度計，轉換電路只能采用三種方式設計。在多傳感器數據采集中還存在時間同步問題。對于高動態姿態更新，時間一致性可以保證姿態更新的準確性。

2. 光電分離設計

光纖陀螺是一種利用薩格納克效應測量角速度的光纖傳感器。其中，光纖環是光纖陀螺儀靈敏角速度的關鍵部件。它由幾百米到幾千米的纖維纏繞而成。如果光纖環的溫度場發生變化，光纖環各點的溫度隨時間變化，兩束光波在不同時間通過該點(光纖線圈的中間點除外)，經歷不同的光路，產生相位差，這種非互易相移與旋轉引起的Sagneke相移無異。為了提高光纖陀螺儀的溫度性能，需要使陀螺儀的核心部件光纖環遠離熱源。

對于光電集成陀螺儀，陀螺儀的光電器件和電路板靠近光纖環。當傳感器工作時，器件本身的溫度會在一定程度上上升，并通過輻射和傳導影響光纖環。為了解決溫度對光纖環的影響，系統采用光電分離的光纖陀螺儀，包括光路結構和電路結構，兩種結構獨立分離，光纖與波導之間連接。避免來自光源盒的熱量影響光纖的傳熱靈敏度。

3.上電自檢測設計

光纖陀螺捷聯導航系統需要對慣性裝置具有電性能自檢功能。由于導航系統采用純捷聯安裝，沒有換位機構，因此慣性裝置的自檢是通過靜態測量完成的，分為設備級自檢和系統級自檢兩部分，沒有外部換位激勵。

微信分享

x

用微信掃描二維碼
分享至好友和朋友圈

網站內容來源于互聯網、原創，由網絡編輯負責審查，目的在于傳遞信息，提供專業服務，不代表本網站及新媒體平臺贊同其觀點和對其真實性負責。如因內容、版權問題存在異議的，請在 20個工作日內與我們取得聯系，聯系方式：021-80198330。網站及新媒體平臺將加強監控與審核，一旦發現違反規定的內容，按國家法規處理，處理時間不超過24小時。