CN103411615B - 一种双冗余挠性捷联惯性测量系统 - Google Patents

一种双冗余挠性捷联惯性测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双冗余挠性捷联惯性测量系统，本发明对捷联惯组进行了冗余设计，两组挠性捷联惯性测量系统通过一个减振支架平行安装在箭体上，每组挠性捷联惯性测量系统由三个两自由度动力调谐陀螺仪和四个石英加速度计、以及与动力调谐陀螺仪和加速度计相匹配的伺服回路和I/F转换电路组成，增加了可靠性和精度，可满足载人航天的高可靠、高精度的使用要求，按照结构对称和温度场设计减振支架，瞄准棱镜安装位在结构对称和温度场对称处，能有效消除受力变形和温度变形对方位偏差的影响。

Description

一种双冗余挠性捷联惯性测量系统
技术领域
本发明涉及一种双冗余挠性捷联惯性测量系统，尤其涉及一种高可靠、高精度、冗余度高的挠性捷联惯性测量系统，属于惯性测量技术领域。
背景技术
载人运载火箭事关航天员生命和载人飞船准确平稳入轨，因此，对惯性测量装置的可靠性、精度、冗余要求较高。现有的捷联惯组均是给控制系统提供一组x、y、z三个坐标系角速度和视加速度的增量信息。如果其中一项测量信息失效或超差，控制系统就不能准确制导与控制，火箭不能把载人飞船准确送入预定轨道，最终威胁到航天员的生命。现阶段捷联惯组已经不能满足载人的任务要求，因此需要对捷联惯组进行改进设计。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种双冗余挠性捷联惯性测量系统，通过采取冗余设计，增加了测量可靠性和精度。
本发明的技术解决方案：一种双冗余挠性捷联惯性测量系统，两组挠性捷联惯性测量系统通过一个减振支架平行安装在箭体上，每组挠性捷联惯性测量系统由三个两自由度动力调谐陀螺仪和四个石英加速度计、以及与动力调谐陀螺仪和加速度计相匹配的伺服回路和I/F转换电路组成，其中三个两自由度动力调谐陀螺仪按直角坐标系进行正交布置，四个加速度计中三个加速度计按直角坐标系进行正交布置，第四个加速度计采用斜置方式进行布置并与正交布置的三个加速度计之间的夹角均为54.736°，三个动力调谐陀螺仪测量的载体角速度信息依次经过与其匹配的伺服回路和I/F转换电路转换后输出给箭载计算机，四个加速度计测量的载体视加速度信息依次经过与其匹配的伺服回路和I/F转换电路转换后输出给箭载计算机。
所述每组挠性捷联惯性测量系统中的三个两自由度动力调谐陀螺仪和四个石英加速度计均采用二次电源进行单独供电。
所述每组挠性捷联惯性测量系统的安装本体上安装一个瞄准棱镜用于测量测量惯性挠性捷联测量系统的初始方位。
本发明与现有技术相比的优点如下：
（1）本发明对捷联惯组进行了冗余设计，两组挠性捷联惯性测量系统通过一个减振支架平行安装在箭体上，每组挠性捷联惯性测量系统由三个两自由度动力调谐陀螺仪和四个石英加速度计、以及与动力调谐陀螺仪和加速度计相匹配的伺服回路和I/F转换电路组成，增加了可靠性和精度，可满足载人航天的高可靠、高精度的使用要求，按照结构对称和温度场设计减振支架，瞄准棱镜安装位在结构对称和温度场对称处，能有效消除受力变形和温度变形对方位偏差的影响。
（2）本发明通过对捷联惯性测量系统的两组角速度和视加速度信息判断，确保控制系统使用准确的信息制导和控制，在两组角速度和视加速度均正确时，对两组信息进行平均处理使用，有效降低随机偏差的影响。
附图说明
图1为本发明的系统组成原理图；
图2为本发明总体结构外观示意图；
图3为惯性仪表的安装坐标示意图；
图4为六点三对减振器组成的减振单元示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明设计的一种双冗余挠性捷联惯性测量系统，两组挠性捷联惯性测量系统通过一个减振支架平行安装在箭体上，每组挠性捷联惯性测量系统由三个两自由度动力调谐陀螺仪和四个石英加速度计、以及与动力调谐陀螺仪和加速度计相匹配的伺服回路和I/F转换电路组成，如图3所示，三个两自由度动力调谐陀螺仪按直角坐标系进行正交布置，四个加速度计中三个加速度计按直角坐标系进行正交布置，第四个加速度计采用斜置方式进行布置并与正交布置的三个加速度计之间的夹角均为54.736°，三个动力调谐陀螺仪测量的载体角速度信息依次经过与其匹配的伺服回路和I/F转换电路转换后输出给箭载计算机，四个加速度计测量的载体视加速度信息依次经过与其匹配的伺服回路和I/F转换电路转换后输出给箭载计算机，每组挠性捷联惯性测量系统的安装本体上安装一个瞄准棱镜用于测量测量惯性挠性捷联测量系统的初始方位。
本发明通过对捷联惯性测量系统的两组角速度和视加速度信息判断，确保控制系统使用准确的信息制导和控制，在两组角速度和视加速度均正确时，对两组信息进行平均处理使用，有效降低随机偏差的影响。
（1）二次电源的设计
每组挠性捷联惯性测量系统中的三个两自由度动力调谐陀螺仪和四个石英加速度计均采用二次电源进行单独供电。余性设计，二次电源要把箭上的28V电源转换出四组独立的直流电压、交流电压、频标。四组二次电源之间没有任何耦合，并且在每组二次电源的输入端均有过流保护电路设计，确保在任何一路二次电源出现问题时，不会影响到其他路二次电源。同时为减少陀螺仪之间的谐振干扰，给陀螺仪供电的三相电源频率由原来都是500Hz改为499.025Hz、500.489Hz、501.96Hz。为提高二次电源的可靠性，输入滤波电容由原来的并联一个电容，变换为二期的两个大电容与两个小电容串、并联对电路去耦。电源板设计保证在供电电源电压为38V时，10s内不损坏，供电电源电压恢复到正常值时电源板仍能正常工作。
（2）惯性仪表的安装设计
如图3所示，三个陀螺仪成正交安置且每个陀螺有两个测量轴，这样该系统能敏感2组箭体坐标系的角速度信息，4个石英加速度计，ax、ay、az正交安置，as为空间等对称斜置（与X、-Y、-Z轴的夹角均为54.736°），斜置加速度计在箭体坐标轴均能敏感视加速度信息，视加速度的信息也能敏感到两组。陀螺仪和加速度计的伺服电路、I/F电路设计的均是独立配套的，二次电源也是独立的，并且系统的信号走线均采用双点双线，这样即使一个陀螺仪或一个加速度计、一个电路出现问题，该系统还输出1组箭体坐标轴角速度和视加速度信息用于控制系制导控制，把载人飞船送入预定轨道。
（3）减振支架设计
减振支架由减振器和支架组成，如图4所示，六点三对的减振器组成减振单元，同时为每个惯组测量系统提高三点对称的安装位。在设计时大量采用有限元分析软件进行辅助设计，通过有限元软件对支架的受力变形模拟和温度场模拟，计算受力变形和温度引起的变形，然后在此基础上再改进设计。
（4）瞄准镜的设计
设计的瞄准棱镜组合采用并排的安装方式，瞄准棱镜安装在结构对称和温度场对称处。其中棱镜的安装是在同一个惯组坐标方向上，为保证两个惯性测量系统的安装后能对第一个惯性测量系统的瞄准棱镜进行瞄准测试，第二个瞄准棱镜的高度超出第一个惯性测量系统帽罩的高度。
本发明未公开的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (3)

1.一种双冗余挠性捷联惯性测量系统，其特征在于：两组挠性捷联惯性测量系统通过一个减振支架平行安装在箭体上，每组挠性捷联惯性测量系统由三个两自由度动力调谐陀螺仪和四个石英加速度计、以及与动力调谐陀螺仪和加速度计相匹配的伺服回路和I/F转换电路组成，其中三个两自由度动力调谐陀螺仪按直角坐标系进行正交布置，四个加速度计中三个加速度计按直角坐标系进行正交布置，第四个加速度计采用斜置方式进行布置并与正交布置的三个加速度计之间的夹角均为54.736°，三个动力调谐陀螺仪测量的载体角速度信息依次经过与其匹配的伺服回路和I/F转换电路转换后输出给箭载计算机，四个加速度计测量的载体视加速度信息依次经过与其匹配的伺服回路和I/F转换电路转换后输出给箭载计算机。
2.根据权利要求1所述的一种双冗余挠性捷联惯性测量系统，其特征在于：所述每组挠性捷联惯性测量系统中的三个两自由度动力调谐陀螺仪和四个石英加速度计均采用二次电源进行单独供电。
3.根据权利要求1所述的一种双冗余挠性捷联惯性测量系统，其特征在于：所述每组挠性捷联惯性测量系统的安装本体上安装一个瞄准棱镜用于测量测量惯性挠性捷联测量系统的初始方位。
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