Zračno optičko inercijalno navigacijsko rješenje

Navigacijski sustav visoke preciznosti temeljna je oprema kontrole navigacije zrakoplova i preciznog napada njegovog oružanog sustava.Njegove glavne sheme uključuju sheme platformi i sheme s privezima. S razvojem inercijalne tehnologije s privezima i optičkim žiroskopom, s privezima se naširoko koristi u području zrakoplova sa svojim prednostima visoke pouzdanosti, svjetlosti i male veličine, male potrošnje energije i niske cijene^[1-4].Trenutačno je zračni prizemni navigacijski sustav kombinacija laserskog žiroskopskog navigacijskog sustava i optičkog žiroskopskog navigacijskog sustava. Među njima su Northrop Grummanov LN-100G, Honeywellov H-764G laserski žiroskopski navigacijski sustav i LN-251 vlakno Northrop Grumman optički žiroskopski navigacijski sustav široko je korišten u floti američkih borbenih zrakoplova^[1]Tvrtka Northrop Grumman razvila je navigacijski sustav LN-251 za helikoptere s važnim simbolom visokopreciznog optičkog žiroskopa, a zatim je razvila LN-260 za prilagodbu navigaciji zrakoplova. Zračne snage SAD-a odabrale su LN-260 za nadogradnja avionike multinacionalne borbene flote F-16. Prije postavljanja, sustav LN-260 testiran je kako bi postigao točnost položaja od 0,49 n milje (CEP), pogrešku brzine prema sjeveru od 1,86 ft/s (RMS) i pogreška brzine u smjeru istoka od 2,43 ft/s (RMS) u vrlo dinamičnom okruženju. Stoga, optički bezvezni inercijski navigacijski sustav može u potpunosti ispuniti operativne zahtjeve zrakoplova u smislu sposobnosti navigacije i navođenja^[1].

U usporedbi s laserskim žiroskopskim navigacijskim sustavom, optički žiroskopski navigacijski sustav ima sljedeće prednosti: 1) ne treba mehaničko podrhtavanje, pojednostavljuje strukturu sustava i složenost dizajna smanjenja vibracija, smanjuje težinu i potrošnju energije i poboljšava pouzdanost navigacijskog sustava; 2) Precizni spektar žiroskopa od optičkih vlakana pokriva taktičku razinu do strateške razine, a njegov odgovarajući navigacijski sustav također može formirati odgovarajući spektar navigacijskog sustava, pokrivajući sve, od sustava položaja do navigacijskog sustava za velike udaljenosti. izdržljivi zrakoplov; 3) Volumen žiroskopa s optičkim vlaknima izravno ovisi o veličini prstena s vlaknima.Sa zrelom primjenom vlakana finog promjera, volumen optičkog žiroskopa s istom preciznošću postaje sve manji i manji, a razvoj svjetla i minijaturizacije neizbježan je trend.

Ukupna shema dizajna

Žiroskopski navigacijski sustav s optičkim vlaknima u zraku u potpunosti uzima u obzir rasipanje topline sustava i fotoelektričnu separaciju te usvaja shemu "tri šupljine"^[6,7], uključujući IMU šupljinu, elektroničku šupljinu i sekundarnu strujnu šupljinu.IMU šupljina sastoji se od strukture tijela IMU, senzorskog prstena od optičkih vlakana i kvarcnog fleksibilnog akcelerometra (kvarcni plus mjerač); Elektronička šupljina sastoji se od žiroskopske fotoelektrične kutije, ploče za pretvorbu mjerača, navigacijskog računala i ploče sučelja te sanitarnog vodiča ploča; Sekundarna napojna šupljina sastoji se od pakiranog sekundarnog napojnog modula, EMI filtra, kondenzatora punjenja i pražnjenja. Žiroskopska fotoelektrična kutija i prsten od optičkih vlakana u IMU šupljini zajedno čine žiroskopsku komponentu, a kvarcni fleksibilni akcelerometar i ploču za pretvorbu mjerača zajedno čine komponentu akcelerometra^[8].

Cjelokupna shema naglašava odvajanje fotoelektričnih komponenti i modularni dizajn svake komponente, kao i odvojeni dizajn optičkog sustava i sustava krugova kako bi se osigurala ukupna disipacija topline i suzbijanje unakrsnih smetnji. Kako bi se poboljšala mogućnost uklanjanja pogrešaka i tehnologija sklapanja proizvoda, konektori se koriste za spajanje tiskanih ploča u elektroničkoj komori, a prsten od optičkih vlakana i akcelerometar u IMU komori se otklanjaju.Nakon formiranja IMU-a, provodi se cijela montaža.

 Kružna ploča u elektroničkoj šupljini je žiroskopska fotoelektrična kutija od vrha do dna, uključujući izvor žiroskopske svjetlosti, detektor i prednji krug pražnjenja; ploča za pretvorbu tablice uglavnom dovršava konverziju trenutnog signala akcelerometra u digitalni signal; navigacijsko rješenje i sklop sučelja uključuje ploču sučelja i ploču s navigacijskim rješenjem, ploča sučelja uglavnom dovršava sinkrono prikupljanje podataka višekanalnog inercijalnog uređaja, interakciju napajanja i vanjsku komunikaciju, ploča s navigacijskim rješenjem uglavnom dovršava čistu inercijalnu navigaciju i integrirano navigacijsko rješenje; Ploča s vodičem uglavnom dovršava satelitsku navigaciju i šalje informacije ploči s navigacijskim rješenjem i ploči sučelja kako bi se dovršila integrirana navigacija. Sekundarno napajanje i krug sučelja povezani su preko konektora, a tiskana ploča je spojena preko konektora.

Ključne tehnologije

1. Integrirana shema dizajna

Žiroskopski navigacijski sustav s optičkim vlaknima u zraku ostvaruje detekciju kretanja zrakoplova u šest stupnjeva slobode kroz integraciju više senzora. Žiroskop s tri osi i akcelerometar s tri osi mogu se uzeti u obzir za dizajn visoke integracije, smanjenje potrošnje energije, volumena i težine. Za optičko vlakno žiroskopska komponenta, može dijeliti izvor svjetla za izvođenje dizajna integracije s tri osi; Za komponentu akcelerometra općenito se koristi kvarcni fleksibilni akcelerometar, a krug pretvorbe može se dizajnirati samo na tri načina. Tu je i problem vremena sinkronizacija u višesenzorskom prikupljanju podataka.Za visoko dinamičko ažuriranje stava, vremenska dosljednost može osigurati točnost ažuriranja stava.

2. Dizajn fotoelektrične separacije

Žiroskop od optičkih vlakana je senzor od optičkih vlakana koji se temelji na Sagnac efektu za mjerenje kutne brzine. Među njima, optički prsten je ključna komponenta osjetljive kutne brzine optičkog žiroskopa.Omotano je od nekoliko stotina metara do nekoliko tisuća metara vlakna. Ako se temperaturno polje prstena od optičkog vlakna promijeni, temperatura u svakoj točki prstena od optičkog vlakna mijenja se s vremenom, a dvije zrake svjetlosnog vala prolaze kroz točku u različito vrijeme (osim srednje točke zavojnice optičkog vlakna), prolaze kroz različite optičke putove, što rezultira faznom razlikom, ovaj nerecipročni fazni pomak ne razlikuje se od Sagnekeovog faznog pomaka uzrokovanog rotacijom. Kako bi se poboljšala temperatura performanse optičkog žiroskopa, središnju komponentu žiroskopa, optički prsten, treba držati podalje od izvora topline.

Za fotoelektrični integrirani žiroskop, fotoelektrični uređaji i strujne ploče žiroskopa su blizu prstena optičkog vlakna.Kada senzor radi, temperatura samog uređaja će donekle porasti i utjecati na prsten optičkog vlakna putem zračenja i vodljivosti. Kako bi se riješio utjecaj temperature na prsten optičkog vlakna, sustav koristi fotoelektrično odvajanje žiroskop od optičkih vlakana, uključujući strukturu optičkog puta i strukturu strujnog kruga, dvije vrste razdvajanja neovisnih o strukturi, između vlakana i veze valovoda. Izbjegavajte toplinu iz kutije izvora svjetlosti koja utječe na osjetljivost prijenosa topline vlakana.

3. Dizajn samootkrivanja pri uključivanju

Žiroskopski navigacijski sustav s optičkim vlaknima mora imati funkciju samoispitivanja električnih performansi na inercijskom uređaju. Budući da navigacijski sustav koristi čistu instalaciju s prilagodbom bez mehanizma transpozicije, samotestiranje inercijskih uređaja dovršeno je statičkim mjerenjem u dva dijela, naime , samotestiranje na razini uređaja i samotestiranje na razini sustava, bez eksterne transpozicijske pobude.

ERDI TECH LTD Rješenja za specifične tehnike