CN104061933A - 一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统 - Google Patents

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王鹏
张卫东
余薛浩
裴忠海
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盛宏媛
周静
桂亮
王建清
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Abstract

本发明公开了一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统，包含，一对捷联惯组，所述一对捷联惯组平行设置，每一所述捷联惯组包含：四个惯组单元，每一惯组单元包含一加速度计及一陀螺；其中，三个惯组单元相互正交设置，剩余的一惯组单元分别与三个相互正交的惯组单元呈一定角度设置。本发明能通过惯性导航系统冗余解决运载火箭控制系统高可靠的要求，解决运载火箭可靠性、运载能力、经济成本、测试复杂度等之间的矛盾。

Description

一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统
技术领域
本发明涉及运载火箭控制系统的冗余技术，具体涉及一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统。
背景技术
运载火箭具有高风险性的特点，随着科技的发展和技术的进步，对运载火箭的可靠性要求越来越高，控制系统是关系运载火箭飞行成败的关键系统之一，系统复杂、研制难度高，为满足适应恶劣的工作环境和高可靠性要求，宜采用必要的冗余技术。由于惯性导航系统复杂、重要性高，对惯性导航系统的冗余是运载火箭控制系统冗余的重中之重。
对现役运载火箭控制系统的惯性导航系统的冗余主要有以下几种：动力调谐陀螺平台-激光捷联惯组主从冗余技术、“七表”双激光捷联惯组冗余技术、“六表”三捷联惯组冗余技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统，能通过惯性导航系统冗余解决运载火箭控制系统高可靠的要求，解决运载火箭可靠性、运载能力、经济成本、测试复杂度等之间的矛盾。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统，其特点是，包含，
一对捷联惯组，所述一对捷联惯组平行设置，每一所述捷联惯组包含：
四个惯组单元，每一惯组单元包含一加速度计及一陀螺；
其中，三个惯组单元相互正交设置，剩余的一惯组单元分别与三个相互正交的惯组单元呈一定角度设置。
优选地，所述的加速度计为石英摆式加速度计。
优选地，所述的陀螺为单自由度陀螺。
优选地，所述的陀螺为激光陀螺。
优选地，所述的陀螺为光纤陀螺。
本发明一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统与现有技术相比具有以下优点：通过捷联惯组的双冗余，用捷联惯组代替了复杂的平台系统，提高了运载火箭的可靠性；通过对运载火箭配置两套惯组，相比平台捷联冗余、捷联惯组三冗余等其它冗余方式，整个惯性导航系统的质量更小，有效的提高了运载能力；惯性导航装置在运载火箭控制系统成本中所占比例较大，通过捷联惯组取代平台系统、两套惯组有限冗余，节省的配套成本，使运载火箭在发射市场更有经济竞争力；双“八表”捷联惯组冗余故障诊断方案的设计相对简单，具有很好的可测试性。
附图说明
图1为本发明一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
根据运载火箭惯性导航系统需要冗余提高系统可靠性的要求，减少系统中存在的单点故障模式及数量，需要对惯组进行系统级冗余。兼顾系统简化、总重量轻、运载能力、成本低、测试复杂度及可实现性等要求，对运载火箭控制系统配置两套捷联惯组，实现系统级冗余。两套捷联惯组采用主从冗余，热备份。本实施例中，运载火箭控制系统采用双捷联惯组系统级主从冗余，捷联惯组A为主，两套捷联惯组均正常时，捷联惯组A参与控制，当捷联惯组A有故障时，切换到捷联惯组B参与控制。
捷联惯组内部配置表头为陀螺和加速度计，控制系统的可靠性是随表头个数的增加而增长，但增长不是线性的，且表头个数的增加必然导致惯导的复杂度、重量、成本和研制难度与周期的增加，因此并非冗余度数越大越好。
在n维空间，(n+1)个传感器的配置才能检测故障，为实现捷联惯导系统自主故障诊断，在3维坐标系中，捷联惯组内部陀螺和加速度计分别需要配置4个。
如图1所示，一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统，包含，一对捷联惯组，所述一对捷联惯组平行设置，每一所述捷联惯组包含：四个惯组单元，每一惯组单元包含一加速度计1及一陀螺2；惯组单元的配置有“三正一斜”和“对称斜置”两种方式，为达到捷联惯导系统不借助外部测量信息实现自主诊断，捷联惯组内部陀螺和加速度计配置采用“三正一斜”方式，其中，三个惯组单元相互正交设置，相互正交的惯组单元称为正装表，正装表对应的惯组坐标系与运载火箭箭体坐标系平行，与捷联惯组坐标系三轴对应，剩余的一惯组单元分别与三个相互正交的惯组单元呈一定角度设置，称为斜表，通过斜表输出与三个正装表的投影正斜是否一致来诊断捷联惯组故障与否。
捷联惯组与运载火箭箭体固联，对主从两套捷联惯组按惯组坐标系平行安装，且惯组坐标系与运载火箭体坐标系三轴一一对应，这种安装方式物理意义明晰，且故障诊断方案易于设计，可以用两套惯组内部平行安装的陀螺及加速度计进行对比，将一套捷联惯组的三个正装表投影到另一套惯组的斜表诊断故障。两套捷联惯组一体化安装，两套惯组共同安装在同一个一体化安装支架上，采用一体化安装的方式来保证两套惯组相对方位固定，用于射前方位标定与瞄准，保证起飞后双捷联故障诊断信息投影关系。捷联惯组安装要求如下：捷联惯组和一体化安装支架固连，通过一体化安装支架整体安装到仪器舱；安装在火箭仪器舱III基准线上，要求惯组方位基准面与箭体I、III基准线垂直，垂直度 ；惯组下底面安装基准面与火箭末子级后端面平行，平行度。
加速度计与陀螺仪为惯性导航系统的主要构成元件，根据运载火箭的飞行环境、现有技术水平及发展趋势，加速度计宜选用成熟和精度高的石英摆式加速度计，石英摆式加速度计，已在运载火箭上成功应用多年，技术及工艺成熟，精度较高。
运载火箭用平台及捷联惯组中陀螺仪一般有动力调谐陀螺、挠性陀螺、激光陀螺、光纤陀螺，陀螺宜选用激光陀螺和光纤陀螺两种单自由度光学陀螺，其中激光陀螺在运载火箭捷联惯组中应用已经非常成熟，光纤陀螺随着精度和稳定性的不断提高，已经具备运载火箭飞行试验条件，双“八表”冗余捷联惯组内部陀螺优选激光陀螺或光纤陀螺。为消除共因失效对系统可靠性的影响，两套惯组内部的陀螺可分别选用不同类型，如主捷联惯组选用激光陀螺，从捷联惯组选用光纤陀螺。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种用于运载火箭的捷联惯性导航系统，其特征在于，包含，
一对捷联惯组，所述一对捷联惯组平行设置，每一所述捷联惯组包含：
四个惯组单元，每一惯组单元包含一加速度计（1）及一陀螺（2）；
其中，三个惯组单元相互正交设置，剩余的一惯组单元分别与三个相互正交的惯组单元呈一定角度设置。
2.如权利要求1所述的捷联惯性导航系统，其特征在于，所述的加速度计（1）为石英摆式加速度计。
3.如权利要求1所述的捷联惯性导航系统，其特征在于，所述的陀螺（2）为单自由度陀螺。
4.如权利要求3所述的捷联惯性导航系统，其特征在于，所述的陀螺（2）为激光陀螺。
5.如权利要求3所述的捷联惯性导航系统，其特征在于，所述的陀螺（2）为光纤陀螺。
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