CN110849365A

CN110849365A - 一种捷联惯导系统的惯性组件

Info

Publication number: CN110849365A
Application number: CN201911357137.1A
Authority: CN
Inventors: 李尚曦; 邓莉
Original assignee: Electric Group Co ltd In Chongqing Of Chongqing China
Current assignee: Electric Group Co ltd In Chongqing Of Chongqing China
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-02-28

Abstract

本发明公开了一种捷联惯导系统的惯性组件，包括台体、光源、光纤陀螺组件及加速度计，其中：所述台体包括三个相互垂直的第一安装面以及与三个与第一安装面正对设置的第二安装面，每个第一安装面上安装有一个光纤陀螺组件，每个第二安装面上安装有一个加速度计，三个光纤陀螺组件的探测方向相互垂直，三个加速度计的探测方向相互垂直。与现有技术中光纤陀螺及加速度计分散设置相比，本发明将光纤陀螺及加速度计结合为一个整体，且通过将光纤陀螺与加速度计正对设置，既满足了光纤陀螺与加速度计的方向需求也节约了安装空间，有利于实现捷联惯导系统的小型化。

Description

一种捷联惯导系统的惯性组件

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，具体涉及一种捷联惯导系统的惯性组件。

背景技术

惯导系统是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，具有隐蔽性好，可在空中、地面、水下等各种复杂环境下工作的特点，主要分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类。捷联惯导系统(SINS)是在平台式惯导系统基础上发展而来的，它是一种无框架系统，由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。

然而，现有的惯导系统普遍存在陀螺与加速度计安装位置分散，占用空间较大的问题。因此，如何合理的安装陀螺及加速度计，从而有效地减小捷联惯导系统的体积成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何合理的安装陀螺及加速度计，减小捷联惯导系统的体积。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种捷联惯导系统的惯性组件，包括台体、光源、光纤陀螺组件及加速度计，其中：所述台体包括三个相互垂直的第一安装面以及与三个与第一安装面正对设置的第二安装面，每个第一安装面上安装有一个光纤陀螺组件，每个第二安装面上安装有一个加速度计，三个光纤陀螺组件的探测方向相互垂直，三个加速度计的探测方向相互垂直。

优选地，还包括减振器，台体的一个第一安装面及其正对的第二安装面上分别安装有多个减振器，台体通过减振器固定安装在捷联惯导系统的减振支架上，第一安装面及第二安装面上的减振器对称于所述捷联惯导系统的惯性组件的质心设置。

优选地，安装减振器的第一安装面及第二安装面的左右两侧区域均向上和向下形成安装部，安装部上设有用于安装减振器的安装孔。

优选地，所述减振器的频率比的取值范围为2.5至5，减振器的频率比为通过减振器连接在减振支架上的组件的激励频率与减振器的固有圆频率的比值。

优选地，所述台体上设置有多个配重孔，配重孔中可固定安装配重块。

优选地，每个光纤陀螺组件包括探测器、分耦合器、Y波导、光纤环、前放滤波装置、ADC、FPGA、DAC及驱动电路，其中：分耦合器通过总耦合器与光源相连，分耦合器还分别与波导及探测器相连；探测器、前放滤波装置、ADC、FPGA、DAC、驱动电路及波导依次相连；波导还与光纤环相连；FPGA的输出端作为光纤陀螺组件的输出端。

优选地，光源为超荧光光纤光源。

综上所述，本发明公开了一种捷联惯导系统的惯性组件，包括台体、光源、光纤陀螺组件及加速度计，其中：所述台体包括三个相互垂直的第一安装面以及与三个与第一安装面正对设置的第二安装面，每个第一安装面上安装有一个光纤陀螺组件，每个第二安装面上安装有一个加速度计，三个光纤陀螺组件的探测方向相互垂直，三个加速度计的探测方向相互垂直。与现有技术中光纤陀螺及加速度计分散设置相比，本发明将光纤陀螺及加速度计结合为一个整体，且通过将光纤陀螺与加速度计正对设置，既满足了光纤陀螺与加速度计的方向需求也节约了安装空间，有利于实现捷联惯导系统的小型化。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明中的一种捷联惯导系统的惯性组件的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明中的一种捷联惯导系统的惯性组件的一种具体实施方式的爆炸图；

图3为本发明中的一种捷联惯导系统的惯性组件的光纤陀螺组件的一种具体实施方式的示意图。

附图标记说明：台体1、光纤陀螺组件2、减振器3、配重孔4、减振支架5、光源6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示本发明公开了一种捷联惯导系统的惯性组件，包括台体1、光源、光纤陀螺组件2及加速度计，其中：所述台体1包括三个相互垂直的第一安装面以及与三个与第一安装面正对设置的第二安装面，每个第一安装面上安装有一个光纤陀螺组件2，每个第二安装面上安装有一个加速度计，三个光纤陀螺组件2的探测方向相互垂直，三个加速度计的探测方向相互垂直。

如图2所示，在本发明中，光源可安装在任意一个加速度计的换骨架上，一个光源经过总耦合器耦合分别输出个三个光纤陀螺的分耦合器耦合后输出。在本发明中，可在各个安装面上设置螺纹孔用于安装光纤陀螺组件2以及加速度计组件。在安装光纤陀螺组件2以及加速度计时，可将台体1视为一个正六面体，将光纤陀螺组件2与加速度计安装在正对的两个面上，从而满足光纤陀螺组件2与加速度计的方向要求，并且，由于光纤陀螺组件2与加速度计安装在两个平行正对的免上，可以极大地节约安装的空间。与现有技术中分散安装光纤陀螺组件2和加速度计相比，本发明公开的惯性组件体积更小，且在装配阶段，可先进行惯性组件的安装，再将整个惯性组件安装在捷联惯导系统中，安装效率更高。

具体实施时，还包括减振器3，台体1的一个第一安装面及其正对的第二安装面上分别安装有多个减振器3，台体1通过减振器3固定安装在捷联惯导系统的减振支架5上，第一安装面及第二安装面上的减振器3对称于所述捷联惯导系统的惯性组件的质心设置。

光纤陀螺具有较好的抗力学性能，在2000Hz以内一般没有谐振峰。然而，由于元器件及原材料存在缺陷、装调工艺的不完善和设计余量不足等因素，振动与冲击环境对光纤陀螺惯性的精度与可靠性也存在一定影响，有的应场合还需采用减振/隔冲措施加以克服。

用于惯性系统的减振器3是一种为隔离或降低运载体在工作过程中的机械振动或冲击对其性能影响而设计的机械装置。其减振原理是通过安装弹性体单元，减小振源与振动敏感的元部件之间的动态耦合，从而消除或减小振动对惯性系统的影响。减振器3的基本功能为：对安装基座的机械振动进行低通滤波，改善惯性系统内部各仪表和电路工作的力学环境，保证其工作的可靠性，增强惯性仪表对力学环境的适应性等。

为了避免减振器3线振动和角振动之间的耦合，减振器3安装应对称于中心惯量主轴和质心安装。

具体实施时，安装减振器3的第一安装面及第二安装面的左右两侧区域均向上和向下形成安装部，安装部上设有用于安装减振器3的安装孔。

如图2所示，在安装减振器3的安装面上，开设四个减振器3安装孔，为了使得第一安装面及第二安装面上的减振器3对称于所述捷联惯导系统的惯性组件的质心设置，且为了更好的将整个惯性组件固定在捷联惯导系统中，因此，可将安装孔设置在安装面的四个角上。

具体实施时，所述减振器3的频率比的取值范围为2.5至5，减振器3的频率比为通过减振器3连接在减振支架5上的组件的激励频率与减振器3的固有圆频率的比值。

当激振频率远小于系统固有频率(即λ_f＜＜1)时，外部振动1比1传递到设备上；

当激振频率接近固有频率(即λ_f≈1)时，系统进入共振区，其传递率T_f(或放大倍数)与系统的阻尼比D有关；当D＝0时，传递率T_f趋于无穷大，且随D增大，T_f相应减小。

当频率比

时，系统进入隔振区，且随着阻尼比D的增大，传递率T_f也增大。因此在该区域内阻尼对隔振效率有不利影响，但这一结论只适用于振源是简谐振动的情况。

并非阻尼越小越好，实际运载体的振动都较为复杂，除频率不同的振动外往往还存在各种冲击，这种冲击引起设备的自由振动和较大的位移，阻尼小，自由振动衰减就慢；另外，为减小设备在共振时的振幅，系统也要有适当的阻尼。因而要根据实际应用情况综合考虑，并选取最优的阻尼比D；时，随着λ_f的增加，放大倍数T_f会越来越小，减振效率也越高，但当λ_f>5以后，λ_f的改变对T_f影响甚微，故实际应用中一般取λ_f＝2.5～5。

具体实施时，所述台体1上设置有多个配重孔4，配重孔4中可固定安装配重块。

如图2所示，由于受结构布局，材质差异、密度不均、仪表安装位置偏差、结构形变等因素的影响，实际产品中往往存在质心偏心问题，一般可采取增减质量配重等措施，以减小惯性系统的质心偏移。

如图3所示，具体实施时，每个光纤陀螺组件2包括探测器、分耦合器、Y波导、光纤环、前放滤波装置、ADC(模拟数字转换器)、FPGA(现场可编程逻辑门阵列)、DAC(数模转换器)及驱动电路，其中：分耦合器通过总耦合器与光源相连，分耦合器还分别与波导及探测器相连；探测器、前放滤波装置、ADC、FPGA、DAC、驱动电路及波导依次相连；波导还与光纤环相连；FPGA的输出端作为光纤陀螺组件2的输出端。

具体实施时，光源为超荧光光纤光源。

光源可采用1550nm的超荧光光纤光源(SFS)，SFS基于掺铒光纤的放大自发辐射(ASE)，具有很好的温度稳定性，输出功率大、寿命长，低偏振相关性。光纤环可采用细径保偏光纤。Y波导可采用铌酸锂(LiNbO3)集成光学器件。采用的数字闭环检测方案包括前端模拟信号调理及转换、主闭环回路、2π电压自动控制回路。针对大动态、快响应、快速启动等性能要求，完善闭环控制算法，提高动态闭环精度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种捷联惯导系统的惯性组件，其特征在于，包括台体、光源、光纤陀螺组件及加速度计，其中：所述台体包括三个相互垂直的第一安装面以及与三个与第一安装面正对设置的第二安装面，每个第一安装面上安装有一个光纤陀螺组件，每个第二安装面上安装有一个加速度计，三个光纤陀螺组件的探测方向相互垂直，三个加速度计的探测方向相互垂直。

2.如权利要求1所述的捷联惯导系统的惯性组件，其特征在于，还包括减振器，台体的一个第一安装面及其正对的第二安装面上分别安装有多个减振器，台体通过减振器固定安装在捷联惯导系统的减振支架上，第一安装面及第二安装面上的减振器对称于所述捷联惯导系统的惯性组件的质心设置。

3.如权利要求2所述的捷联惯导系统的惯性组件，其特征在于，安装减振器的第一安装面及第二安装面的左右两侧区域均向上和向下形成安装部，安装部上设有用于安装减振器的安装孔。

4.如权利要求2所述的捷联惯导系统的惯性组件，其特征在于，所述减振器的频率比的取值范围为2.5至5，减振器的频率比为通过减振器连接在减振支架上的组件的激励频率与减振器的固有圆频率的比值。

5.如权利要求2至4任一项所述的捷联惯导系统的惯性组件，其特征在于，所述台体上设置有多个配重孔，配重孔中可固定安装配重块。

6.如权利要求1所述的捷联惯导系统的惯性组件，其特征在于，每个光纤陀螺组件包括探测器、分耦合器、Y波导、光纤环、前放滤波装置、ADC、FPGA、DAC及驱动电路，其中：分耦合器通过总耦合器与光源相连，分耦合器还分别与波导及探测器相连；探测器、前放滤波装置、ADC、FPGA、DAC、驱动电路及波导依次相连；波导还与光纤环相连；FPGA的输出端作为光纤陀螺组件的输出端。

7.如权利要求6所述的捷联惯导系统的惯性组件，其特征在于，光源为超荧光光纤光源。