CN106996776B - 一种激光陀螺工作点恢复系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光陀螺空间应用技术，具体设计一种新型激光陀螺工作点恢复系统及方法。所述激光陀螺工作点恢复系统包括一个或多个光电管、与光电管数目一致并一一对应的电流/电压转换器、与电流/电压转换器数目一致并一一对应的电压比较器、数字处理电路、激光陀螺电子控制系统。其中，一个或多个光电管贴合在激光陀螺上，并依次与电流/电压转换器、电压比较器、数字处理电路、激光陀螺电子控制系统连接。本发明能够有效地监测激光陀螺的空间辐照发生情况，并及时恢复激光陀螺的工作点，从而避免了激光陀螺因空间辐照而引起的工作点紊乱甚至失效，提高了激光陀螺的航天环境适用性。

Description

一种激光陀螺工作点恢复系统及方法
技术领域
本发明属于激光陀螺空间应用技术，具体涉及一种新型激光陀螺辐照探测及工作点恢复系统及恢复方法。
背景技术
激光陀螺因其所独有的启动快、抗冲击震动性能强、动态范围大、输出带宽大以及可靠性高等优点，是捷联式惯性导航系统的理想元件。相对于在航空、航海领域取得的广泛应用，激光陀螺在航天环境中成功应用的实例并不多。其根本原因在于，激光陀螺无法适应航天环境中的高强度辐照。空间辐照对激光陀螺的影响可分为三类：总剂量效应、单粒子效应和位移损伤效应。其中，单粒子效应是指空间射线中的高能粒子穿透外层防护，轰击激光陀螺本体导致其电路信号紊乱的一种现象。由于其具有强穿透性、偶发性等特点，防护难度最高。当其发生时，通常会引起激光陀螺发生猝灭或者工作点紊乱，致使陀螺失效。
目前，为了保证激光陀螺能够持续稳定的工作，其外围控制电路采用了稳频回路控制与稳流回路控制，以保证激光陀螺的腔长、工作电流不随时间变化。由于未考虑航天环境适用性，上述系统在航天环境中遭遇高能粒子轰击时，其电信号将发生紊乱，从而导致陀螺的腔长、工作电流等参数无法控制，引起陀螺失效。激光陀螺使用辐照探测及工作电恢复系统后，可以在遭遇上述问题时，迅速响应并重新发送控制参数，以维持陀螺在航天环境中持续地正常工作，从而提高激光陀螺的航天环境适用性。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能够有效避免激光陀螺在遭遇空间辐照高能粒子轰击时发生失效，提高激光陀螺的航天环境适用性的激光陀螺工作点恢复系统及方法。
本发明的技术方案是：一种激光陀螺工作点恢复系统，其包括一个或多个光电管，与光电管数目一致并一一对应的电流/电压转换器，与电流/电压转换器数目一致并一一对应的电压比较器，一个数字处理电路，激光陀螺电子控制系统，其中，所述光电管设置在激光陀螺腔体待测部位，并经电流/电压转换器与电压比较器连接，所述电压比较器连接到数字处理电路上，数字处理电路连接激光陀螺电子控制系统，激光陀螺电子控制系统的电流稳定输出端连接到激光陀螺阳极上，激光陀螺电子控制系统的腔长稳定输出端连接到激光陀螺的稳频组件上。
所述电压比较电路，将电流/电压转换器输入的电压信号与其设定电压阈值信号进行比较，该阈值电压应低于无辐照时光电管输出的最小光电流信号对应的电压信号值，当输入信号的幅值大于阈值信号时，输出低电平信号；反之，则输出高电平信号。
数字处理电路根据一个或多个电压比较器输入的电压信号，判断激光陀螺的不同部位是否发生空间辐照事件。
一种基于所述的激光陀螺工作点恢复系统的激光陀螺工作点恢复方法，其具体过程如下：
步骤1、将一个或多个单光窗光电管固定于陀螺腔体表面各处，以检测陀螺各位置辐照剂量变化情况；
步骤2、将每一个安装于激光陀螺陀螺腔体表面的光电管分别连接一个电流/电压转换器，使光电管提供的电流信号转换为相应大小的电压信号；
步骤3、将每一个电流/电压转换器分别连接一个电压比较器，将其输出信号作为电压比较器的输入信号，并将电压比较器连接后端数字处理电路；
步骤4、将数字处理电路与激光陀螺电子控制系统进行连接，并将前者的输出信号作为后者的输入信号，后者根据事先设定的控制逻辑发送输出信号，恢复激光陀螺的相应工作点数值。
当激光陀螺遭遇空间辐照时，处于辐照发生区域的光电管电流信号将急剧减小，使得其转换的电压信号幅值也迅速减小，
步骤4中，当该电压信号幅值高于电压比较器阈值电压时，电压比较器输出高电平信号；当该电压信号幅值低于电压比较器阈值电压时，电压比较器输出低电平信号，此时数字处理电路向激光陀螺电子控制系统发送指令，进行激光陀螺工作点的恢复。
本发明的优点是：在现有技术的激光陀螺稳频、稳流系统方案基础上，本发明针对上述系统容易受辐照影响导致工作点异常波动的特点，提出一种激光陀螺辐照探测及工作点恢复系统。本发明利用光电管输出光电流信号对辐照敏感的特点，在确保整体系统成本不明显增大的同时，大大提高了激光陀螺在空间辐照条件下的工作点稳定性，从而提高了激光陀螺的整体航天环境适用性。
附图说明
图1是本发明激光陀螺工作点恢复系统结构图；
图2是本发明激光陀螺工作点恢复方法流程图；
图3是经历空间辐照期间，光电管输出信号变化情况示意图；
图4是经历空间辐照期间，电流/电压转换器输出信号变化情况示意图；
图5是经历空间辐照期间，电压比较器输出信号变化情况示意图，
其中，11、……、1N-光电管；
21、……、2N-电流电压转换器；
31、……、3N-电压比较器；
4-数字处理电路；
5-激光陀螺电子控制系统；
6-激光陀螺经历辐照期间，电流/电压比较器的输出电压，
7-激光陀螺经历辐照期间，电流/电压比较器的阈值电压。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
参考图1，本发明激光陀螺工作点恢复系统包括一个或多个光电管，与光电管数目一致并一一对应的电流/电压转换器，与电流/电压转换器数目一致并一一对应的电压比较器，一个数字处理电路，激光陀螺电子控制系统，其中，所述光电管设置在激光陀螺腔体待测部位，并经电流/电压转换器与电压比较器连接，所述电压比较器连接到数字处理电路上，数字处理电路连接激光陀螺电子控制系统，激光陀螺电子控制系统的电流稳定输出端连接到激光陀螺阳极上，激光陀螺电子控制系统的腔长稳定输出端连接到激光陀螺的稳频组件上。
所述电压比较电路，将电流/电压转换器输入的电压信号与其设定电压阈值信号进行比较，该阈值电压应低于无辐照时光电管输出的最小光电流信号对应的电压信号值，以避免产生错误的辐照监测信息。当输入信号的幅值大于阈值信号时，输出低电平信号；反之，则输出高电平信号。
数字处理电路根据一个或多个电压比较器输入的电压信号，判断激光陀螺的不同部位是否发生空间辐照事件。
参考图2，本发明激光陀螺工作点恢复方法具体过程如下：
步骤1、将一个或多个单光窗光电管固定于陀螺腔体表面各处，根据光电管产生的光电流信号，检测陀螺各位置辐照剂量变化情况。
步骤2、将每一个安装于激光陀螺陀螺腔体表面的光电管分别连接一个电流/电压转换器，使光电管提供的电流信号线性转换为相应大小的电压信号。
步骤3、将每一个电流/电压转换器分别连接一个电压比较器，并将前者的输出信号作为后者的输入信号，并将电压比较器连接后端数字处理电路。
步骤4、数字处理电路对电压比较器的输出信号进行判断。参考图3，当激光陀螺遭遇空间辐照时，处于辐照发生区域的光电管电流信号将急剧减小，使得其转换的电压信号幅值也迅速减小。参考图4、图5，当该电压信号幅值高于电压比较器阈值电压时，电压比较器输出高电平信号；当该电压信号幅值低于电压比较器阈值电压时，电压比较器输出低电平信号。
数字处理电路与激光陀螺电子控制系统连接，并将前者的输出信号作为后者的输入信号，后者根据预设的控制逻辑发出命令信号，恢复激光陀螺的相应工作点数值，实现激光陀螺工作点的恢复。

Claims (5)

1.一种激光陀螺工作点恢复系统，其特征在于，包括一个或多个光电管，与光电管数目一致并一一对应的电流/电压转换器，与电流/电压转换器数目一致并一一对应的电压比较器，一个数字处理电路，激光陀螺电子控制系统，其中，所述光电管设置在激光陀螺腔体待测部位，并经电流/电压转换器与电压比较器连接，所述电压比较器连接到数字处理电路上，数字处理电路连接激光陀螺电子控制系统，激光陀螺电子控制系统的电流稳定输出端连接到激光陀螺阳极上，激光陀螺电子控制系统的腔长稳定输出端连接到激光陀螺的稳频组件上；
各所述光电管用于检测陀螺各位置辐照剂量变化情况；
激光陀螺电子控制系统用于，根据各所述光电管检测到的辐照剂量变化情况，进行激光陀螺工作点的恢复。
2.根据权利要求1所述的激光陀螺工作点恢复系统，其特征在于，所述电压比较电路，将电流/电压转换器输入的电压信号与其设定电压阈值信号进行比较，该阈值电压应低于无辐照时光电管输出的最小光电流信号对应的电压信号值，当输入信号的幅值大于阈值信号时，输出低电平信号；反之，则输出高电平信号。
3.根据权利要求2所述的激光陀螺工作点恢复系统，其特征在于，数字处理电路根据一个或多个电压比较器输入的电压信号，判断激光陀螺的不同部位是否发生空间辐照事件。
4.一种基于权利要求1至3任一项所述的激光陀螺工作点恢复系统的激光陀螺工作点恢复方法，其特征在于，具体过程如下：
步骤1、将一个或多个单光窗光电管固定于陀螺腔体表面各处，以检测陀螺各位置辐照剂量变化情况；
步骤2、将每一个安装于激光陀螺陀螺腔体表面的光电管分别连接一个电流/电压转换器，使光电管提供的电流信号转换为相应大小的电压信号；
步骤3、将每一个电流/电压转换器分别连接一个电压比较器，将其输出信号作为电压比较器的输入信号，并将电压比较器连接后端数字处理电路；
步骤4、将数字处理电路与激光陀螺电子控制系统进行连接，并将前者的输出信号作为后者的输入信号，后者根据事先设定的控制逻辑发送输出信号，恢复激光陀螺的相应工作点数值。
5.根据权利要求4所述的激光陀螺工作点恢复方法，其特征在于，当激光陀螺遭遇空间辐照时，处于辐照发生区域的光电管电流信号将急剧减小，使得其转换的电压信号幅值也迅速减小，
步骤4中，当该电压信号幅值高于电压比较器阈值电压时，电压比较器输出高电平信号；当该电压信号幅值低于电压比较器阈值电压时，电压比较器输出低电平信号，此时数字处理电路向激光陀螺电子控制系统发送指令，进行激光陀螺工作点的恢复。
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