Inercijalno rješenje za navigaciju pomoću optičkih vlakana

Navigacijski sistem visoke preciznosti je osnovna oprema kontrole navigacije aviona i preciznog napada na njegov sistem naoružanja.Njegove glavne sheme uključuju platformske šeme i sheme s kliznim spuštanjem. Sa razvojem inercijalne tehnologije sa trakom i optičkim žiroskopom, trakasti sklop je naširoko koristio u vazduhoplovnom polju sa svojim prednostima visoke pouzdanosti, male i male veličine, niske potrošnje energije i niske cijene^[1-4].U ovom trenutku, vazdušni navigacioni sistem je kombinacija laserskog žiroskopskog navigacionog sistema i optičkog žiroskopskog navigacionog sistema. Među njima, Northrop Grumman LN-100G, Honeywellov H-764G laserski žiroskopski navigacioni sistem i Northrop L Grumman's1 optički žiroskopski navigacioni sistem široko se koristi u floti američkih borbenih aviona^[1].Kompanija Northrop Grumman razvila je navigacijski sistem LN-251 za helikopter sa važnim simbolom žiroskopa sa optičkim vlaknima visoke preciznosti, a zatim razvila LN-260 za prilagođavanje navigaciji aviona. nadogradnja avionike multinacionalne lovačke flote F-16. Prije raspoređivanja, sistem LN-260 je testiran kako bi postigao preciznost položaja od 0,49 n milje (CEP), grešku brzine u smjeru sjevera od 1,86 ft/s (RMS) i greška u brzini na istok od 2,43 ft/s (RMS) u veoma dinamičnom okruženju. Stoga, optički inercijalni navigacioni sistem može u potpunosti zadovoljiti operativne zahtjeve aviona u smislu navigacije i sposobnosti navođenja^[1].

U poređenju sa laserskim žiroskopskim navigacionim sistemom, optički žiroskopski navigacioni sistem ima sledeće prednosti: 1) ne treba mu mehaničko podrhtavanje, pojednostavljuje strukturu sistema i složenost dizajna smanjenja vibracija, smanjuje težinu i potrošnju energije i poboljšava pouzdanost navigacionog sistema;2) Spektar preciznosti optičkog žiroskopa pokriva taktički nivo do strateškog nivoa, a njegov odgovarajući navigacioni sistem takođe može formirati odgovarajući spektar navigacionog sistema, pokrivajući sve, od sistema položaja do navigacionog sistema za velike udaljenosti. avion izdržljivosti;3) Volumen optičkog žiroskopa direktno zavisi od veličine fiber prstena.Sa zrelom primjenom vlakana finog promjera, volumen optičkog žiroskopa sa istom preciznošću je sve manji i manji, a razvoj svjetla i minijaturizacije je neizbježan trend.

Ukupna shema dizajna

Žiroskopski navigacijski sistem sa žiroskopom u zraku u potpunosti uzima u obzir disipaciju topline sistema i fotoelektričnu separaciju i usvaja shemu "tri šupljine"^[6,7], uključujući IMU šupljinu, elektronsku šupljinu i sekundarnu šupljinu napajanja.Šupljina IMU-a sastoji se od strukture tijela IMU-a, senzorskog prstena optičkih vlakana i kvarcnog fleksibilnog akcelerometra (kvarc plus mjerač); Elektronska šupljina se sastoji od žiro fotoelektrične kutije, ploče za konverziju mjerača, navigacijskog računala i ploče sa interfejsom, i sanitarnog vodiča ploča; Sekundarna strujna šupljina se sastoji od upakovanog sekundarnog napojnog modula, EMI filtera, kondenzatora za punjenje i pražnjenje. Žiro fotoelektrična kutija i prsten s optičkim vlaknima u šupljini IMU zajedno čine žiro komponentu, a kvarcni fleksibilni akcelerometar i ploču za konverziju mjerača zajedno čine komponentu akcelerometra^[8].

Celokupna šema naglašava razdvajanje fotoelektričnih komponenti i modularni dizajn svake komponente, kao i poseban dizajn optičkog sistema i sistema kola kako bi se osiguralo ukupno rasipanje toplote i suzbijanje unakrsnih smetnji. Da bi se poboljšala mogućnost otklanjanja grešaka i tehnologija montaže proizvoda, konektori se koriste za povezivanje ploča u elektronskoj komori, a prsten optičkih vlakana i akcelerometar u IMU komori se otklanjaju respektivno.Nakon formiranja IMU-a, vrši se kompletna montaža.

 Ploča u elektronskoj šupljini je žiro fotoelektrična kutija od vrha do dna, uključujući žiro izvor svjetlosti, detektor i prednji krug pražnjenja; Ploča za konverziju tablice uglavnom završava konverziju strujnog signala akcelerometra u digitalni signal; Navigacijsko rješenje i sklop sučelja uključuje ploču sučelja i ploču s navigacijskim rješenjem, ploča sučelja uglavnom dovršava sinhrono prikupljanje podataka o višekanalnom inercijskom uređaju, interakciju napajanja i eksternu komunikaciju, ploča s navigacijskim rješenjem uglavnom dovršava čistu inercijalnu navigaciju i integrirano navigacijsko rješenje; Ploča vodiča uglavnom dovršava satelitsku navigaciju, i šalje informacije na ploču navigacijskog rješenja i ploču za sučelje kako bi se kompletirala integrirana navigacija. Sekundarni izvor napajanja i kolo sučelja su povezani preko konektora, a ploča s kola je povezana preko konektora.

Ključne tehnologije

1. Integrirana shema dizajna

Žiro navigacijski sistem sa optičkim vlaknima u zraku ostvaruje detekciju kretanja aviona sa šest stupnjeva slobode kroz integraciju više senzora. Troosni žiroskop i troosni akcelerometar se mogu uzeti u obzir za dizajn visoke integracije, smanjenje potrošnje energije, zapremine i težine. Za optičko vlakno žiro komponenta, može dijeliti izvor svjetlosti za izvođenje integracijskog dizajna s tri ose; Za komponentu akcelerometra, općenito se koristi kvarcni fleksibilni akcelerometar, a krug konverzije može biti dizajniran samo na tri načina. Postoji i problem vremena sinhronizacija u prikupljanju podataka sa više senzora.Za visoko dinamičko ažuriranje stava, vremenska konzistentnost može osigurati tačnost ažuriranja stava.

2. Dizajn fotoelektrične separacije

Optički žiroskop je optički senzor baziran na Sagnac efektu za mjerenje ugaone brzine. Među njima, vlaknasti prsten je ključna komponenta osjetljive ugaone brzine vlaknastog žiroskopa.Namotana je za nekoliko stotina metara do nekoliko hiljada metara vlakana. Ako se temperaturno polje prstena optičkih vlakana promijeni, temperatura u svakoj tački prstena optičkog vlakna se mijenja s vremenom i dva snopa svjetlosnog talasa prolaze kroz tačku u različitim vremenima (osim srednje tačke zavojnice optičkog vlakna), oni doživljavaju različite optičke putanje, što rezultira faznom razlikom, ovaj nerecipročni fazni pomak se ne razlikuje od pomaka faze Sagneke uzrokovan rotacijom. Da bi se poboljšala temperatura performanse žiroskopa sa optičkim vlaknima, osnovna komponenta žiroskopa, vlaknasti prsten, treba držati dalje od izvora topline.

Za fotoelektrični integrirani žiroskop, fotoelektrični uređaji i ploče žiroskopa su blizu prstena optičkih vlakana.Kada senzor radi, temperatura samog uređaja će donekle porasti i uticati na prsten optičkih vlakana kroz zračenje i provodljivost. Da bi se riješio utjecaj temperature na prsten optičkih vlakana, sistem koristi fotoelektrično razdvajanje žiroskop sa optičkim vlaknima, uključujući strukturu optičke staze i strukturu kola, dve vrste strukturno nezavisne razdvajanja, između vlakna i veze talasovodne linije. Izbegavajte da toplota iz kutije izvora svetlosti utiče na osetljivost na prenos toplote vlakana.

3. Dizajn samodetekcije pri uključivanju

Fiber-optički žiroskopski navigacioni sistem treba da ima funkciju samotestiranja električnih performansi na inercijskom uređaju. Budući da navigacioni sistem prihvata čistu instalaciju bez mehanizma transpozicije, samotestiranje inercijalnih uređaja je završeno statičkim merenjem u dva dela, tj. , samotestiranje na nivou uređaja i samotestiranje na nivou sistema, bez eksterne ekscitacije transpozicije.

ERDI TECH LTD Soluzioni per le specifiche techniche