CN116026329B - 高可靠性惯性组件及惯导系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种高可靠性惯性组件及惯导系统。高可靠性惯性组件包括第一测角单元、第二测角单元和第三测角单元，第一测角单元包括第一光源、第一环圈和第二环圈；第二测角单元包括第二光源、第三环圈和第四环圈；第三测角单元包括第三光源、第五环圈和第六环圈；第一光源分别与第一环圈和第四环圈连接，第二光源分别与第三环圈和第六环圈连接，第三光源分别与第二环圈和第五环圈连接；第一环圈、第三环圈和第五环圈的敏感轴两两垂直。本发明通过光源对两个敏感轴相垂直的环圈提供光源，实现各光源之间的协同作用，保证各敏感轴对应方向的角速度的有效测量，进而提高惯性组件的可靠性，不会增加整体的体积和重量。

Description

高可靠性惯性组件及惯导系统

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种高可靠性惯性组件及惯导系统。

背景技术

现有惯性组件主要有以下两种设置方式：其一，采用单光源对应配置三个环圈的方式，虽然减小了整体的体积，但是若光源出现故障，则会导致整个惯性组件失效；其二，采用三个光源一一对应配置三个环圈的方式，虽然提高了测量精度，但是仍然存在若其中一个光源出现故障，则会导致整个惯性组件失效的问题。

可见，现有惯性组件的可靠性较低，无法保证惯性组件长时间稳定运行的需求。

发明内容

本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种高可靠性惯性组件及惯导系统。

本发明提供一种高可靠性惯性组件，包括第一测角单元、第二测角单元和第三测角单元，所述第一测角单元包括第一光源、第一环圈和第二环圈，所述第一环圈的敏感轴和所述第二环圈的敏感轴重合；所述第二测角单元包括第二光源、第三环圈和第四环圈，所述第三环圈的敏感轴和所述第四环圈的敏感轴重合；所述第三测角单元包括第三光源、第五环圈和第六环圈，所述第五环圈的敏感轴与所述第六环圈的敏感轴重合；

所述第一光源分别与所述第一环圈和所述第四环圈连接，所述第二光源分别与所述第三环圈和所述第六环圈连接，所述第三光源分别与所述第二环圈和所述第五环圈连接；

所述第一环圈的敏感轴、所述第三环圈的敏感轴和所述第五环圈的敏感轴两两垂直。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一环圈的直径大于所述第二环圈的直径；所述第三环圈的直径大于所述第四环圈的直径；所述第五环圈的直径大于所述第六环圈的直径。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一环圈的直径、所述第三环圈的直径和所述第五环圈的直径相同，所述第二环圈的直径、所述第四环圈的直径和所述第六环圈的直径相同。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一测角单元还包括第一磁屏蔽封装壳，所述第一环圈和所述第二环圈均设置于所述第一磁屏蔽封装壳内；

所述第二测角单元还包括第二磁屏蔽封装壳，所述第三环圈和所述第四环圈均设置于所述第二磁屏蔽封装壳内；

所述第三测角单元还包括第三磁屏蔽封装壳，所述第五环圈和所述第六环圈均设置于所述第三磁屏蔽封装壳内。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一磁屏蔽封装壳设有第一光纤接口和第二光纤接口，所述第一光纤接口与所述第一环圈相适配，所述第二光纤接口与所述第二环圈相适配；

所述第二磁屏蔽封装壳设有第三光纤接口和第四光纤接口，所述第三光纤接口与所述第三环圈相适配，所述第四光纤接口与所述第四环圈相适配；

所述第三磁屏蔽封装壳设有第五光纤接口和第六光纤接口，所述第五光纤接口与所述第五环圈相适配，所述第六光纤接口与所述第六环圈相适配。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一磁屏蔽封装壳设有用以安装所述第一环圈的第一环槽和用以安装所述第二环圈的第二环槽，所述第一环槽和所述第二环槽的开口朝向相反且均沿第一环圈的敏感轴方向设置；

所述第二磁屏蔽封装壳设有用以安装所述第三环圈的第三环槽和用以安装所述第四环圈的第四环槽，所述第三环槽和所述第四环槽的开口朝向相反且均沿第三环圈的敏感轴方向设置；

所述第三磁屏蔽封装壳设有用以安装所述第五环圈的第五环槽和用以安装所述第六环圈的第六环槽，所述第五环槽和所述第六环槽的开口朝向相反且均沿第五环圈的敏感轴方向设置。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一磁屏蔽封装壳内设有第一磁屏蔽封装盖和第二磁屏蔽封装盖，所述第一磁屏蔽封装盖与所述第一环槽封盖适配，所述第二磁屏蔽封装盖与所述第二环槽封盖适配；

所述第二磁屏蔽封装壳内设有第三磁屏蔽封装盖和第四磁屏蔽封装盖，所述第三磁屏蔽封装盖与所述第三环槽封盖适配，所述第四磁屏蔽封装盖与所述第四环槽封盖适配；

所述第三磁屏蔽封装壳内设有第五磁屏蔽封装盖和第六磁屏蔽封装盖，所述第五磁屏蔽封装盖与所述第五环槽封盖适配，所述第六磁屏蔽封装盖与所述第六环槽封盖适配。

本发明还提供一种惯导系统，包括如上所述的高可靠性惯性组件。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明提供一种高可靠性惯性组件及惯导系统，包括第一测角单元、第二测角单元和第三测角单元，所述第一测角单元包括第一光源、第一环圈和第二环圈，所述第一环圈的敏感轴和所述第二环圈的敏感轴重合；所述第二测角单元包括第二光源、第三环圈和第四环圈，所述第三环圈的敏感轴和所述第四环圈的敏感轴重合；所述第三测角单元包括第三光源、第五环圈和第六环圈，所述第五环圈的敏感轴与所述第六环圈的敏感轴重合；所述第一光源分别与所述第一环圈和所述第四环圈连接，所述第二光源分别与所述第三环圈和所述第六环圈连接，所述第三光源分别与所述第二环圈和所述第五环圈连接；所述第一环圈的敏感轴、所述第三环圈的敏感轴和所述第五环圈的敏感轴两两垂直，通过光源对两个敏感轴相垂直的环圈提供光源，实现各光源之间的协同作用，保证各敏感轴对应方向的角速度的有效测量，进而提高惯性组件的可靠性，同时不会增加整体的体积和重量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的高可靠性惯性组件的结构连接示意图。

图2是本发明提供的高可靠性惯性组件的结构组装示意图。

附图标记：

100、第一光源；200、第二光源；300、第三光源；400、第一磁屏蔽封装壳；410、第一光纤接口；420、第二光纤接口；500、第二磁屏蔽封装壳；510、第三光纤接口；520、第四光纤接口；600、第三磁屏蔽封装壳；610、第五光纤接口；620、第六光纤接口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1和图2描述本发明的一种高可靠性惯性组件，包括第一测角单元、第二测角单元和第三测角单元，所述第一测角单元包括第一光源100、第一环圈和第二环圈，所述第一环圈的敏感轴和所述第二环圈的敏感轴重合；所述第二测角单元包括第二光源200、第三环圈和第四环圈，所述第三环圈的敏感轴和所述第四环圈的敏感轴重合；所述第三测角单元包括第三光源300、第五环圈和第六环圈，所述第五环圈的敏感轴与所述第六环圈的敏感轴重合；

所述第一光源100分别与所述第一环圈和所述第四环圈连接，所述第二光源200分别与所述第三环圈和所述第六环圈连接，所述第三光源300分别与所述第二环圈和所述第五环圈连接；

所述第一环圈的敏感轴、所述第三环圈的敏感轴和所述第五环圈的敏感轴两两垂直。可以理解的是，设定第一环圈和第二环圈的敏感轴与空间直角坐标系X轴平行，用以测量X轴方向的角速度；设定第三环圈和第四环圈的敏感轴与空间直角坐标系Y轴平行，用以测量Y轴方向的角速度；设定第五环圈和第六环圈的敏感轴与空间直角坐标系Z轴平行，用以测量Z轴方向的角速度。

进一步地，设定第一环圈、第三环圈和第五环圈为高精度测量环圈；设定第二环圈、第四环圈和第六环圈为低精度测量环圈。第一光源100的输出端与第一环圈和第四环圈连接，实现光源传输，完成对X轴方向的角速度的高精度测量和对Y轴方向的角速度的低精度测量；第二光源200的输出端与第三环圈和第六环圈连接，实现光源传输，完成对Y轴方向的角速度的高精度测量和对Z轴方向的角速度的低精度测量；第三光源300的输出端与第五环圈和第二环圈连接，实现光源传输，完成对Z轴方向的角速度的高精度测量和对X轴方向的角速度的低精度测量。第一测角单元、第二测角单元和第三测角单元将检测的角速度信息传输至FPGA，并由FPGA进行汇总解算，输出测量结果。

其中，若第一光源100、第二光源200或第三光源300中的一个损坏后，本实施例中，以第一光源100损坏为例，对应的，第一环圈和第四环圈无法正常工作，对应的，无法完成对X轴方向的角速度的高精度测量和对Y轴方向的角速度的低精度测量；第二光源200和第三光源300正常工作，对应完成对Y轴方向的角速度的高精度测量、对Z轴方向的角速度的低精度测量、对Z轴方向的角速度的高精度测量和对X轴方向的角速度的低精度测量，也就是说，FPGA仍可接收到对X轴、Y轴和Z轴三方向的角速度测量信息。相比于现有结构完全失去对X轴方向的角速度的高精度和低精度的测量，即FPGA只能接收到Y轴和Z轴两个方向的角速度测量信息，导致无法继续使用；而本发明中，失去了X轴方向的角速度的高精度测量信息和Y轴方向的角速度的低精度测量信息，却不影响继续使用，提高惯性组件的可靠性，同时不会增加整体的体积和重量。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一环圈的直径大于所述第二环圈的直径；所述第三环圈的直径大于所述第四环圈的直径；所述第五环圈的直径大于所述第六环圈的直径。可以理解的是，第二环圈安装于第一环圈内侧，第一环圈用以完成高精度测量，第二环圈用以完成低精度测量。第四环圈安装于第三环圈内侧，第三环圈用以完成高精度测量，第四环圈用以完成低精度测量。第六环圈安装于第五环圈内侧，第五环圈用以完成高精度测量，第六环圈用以完成低精度测量。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一环圈的直径、所述第三环圈的直径和所述第五环圈的直径相同，所述第二环圈的直径、所述第四环圈的直径和所述第六环圈的直径相同。可以理解的是，第一环圈、第三环圈和第五环圈的测量精度相同。第二环圈、第四环圈和第六环圈的测量精度相同。确保整体的测量精度，提高测量结果的精确性。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一测角单元还包括第一磁屏蔽封装壳400，所述第一环圈和所述第二环圈均设置于所述第一磁屏蔽封装壳400内；

所述第二测角单元还包括第二磁屏蔽封装壳500，所述第三环圈和所述第四环圈均设置于所述第二磁屏蔽封装壳500内；

所述第三测角单元还包括第三磁屏蔽封装壳600，所述第五环圈和所述第六环圈均设置于所述第三磁屏蔽封装壳600内。可以理解的是，第一磁屏蔽封装壳400起到对第一环圈和第二环圈屏蔽隔离的效果，防止外界对第一环圈和第二环圈的干扰，保证测量结果的精确性。第二磁屏蔽封装壳500起到对第三环圈和第四环圈屏蔽隔离的效果，防止外界对第三环圈和第四环圈的干扰，保证测量结果的精确性。第三磁屏蔽封装壳600起到对第五环圈和第六环圈屏蔽隔离的效果，防止外界对第五环圈和第六环圈的干扰，保证测量结果的精确性。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一磁屏蔽封装壳400设有第一光纤接口410和第二光纤接口420，所述第一光纤接口410与所述第一环圈相适配，所述第二光纤接口420与所述第二环圈相适配；

所述第二磁屏蔽封装壳500设有第三光纤接口510和第四光纤接口520，所述第三光纤接口510与所述第三环圈相适配，所述第四光纤接口520与所述第四环圈相适配；

所述第三磁屏蔽封装壳600设有第五光纤接口610和第六光纤接口620，所述第五光纤接口610与所述第五环圈相适配，所述第六光纤接口620与所述第六环圈相适配。可以理解的是，通过设置光纤接口，便于光源与对应的环圈进行连接，确保磁屏蔽封装壳的屏蔽效果。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一磁屏蔽封装壳400设有用以安装所述第一环圈的第一环槽和用以安装所述第二环圈的第二环槽，所述第一环槽和所述第二环槽的开口朝向相反且均沿第一环圈的敏感轴方向设置；

所述第二磁屏蔽封装壳500设有用以安装所述第三环圈的第三环槽和用以安装所述第四环圈的第四环槽，所述第三环槽和所述第四环槽的开口朝向相反且均沿第三环圈的敏感轴方向设置；

所述第三磁屏蔽封装壳600设有用以安装所述第五环圈的第五环槽和用以安装所述第六环圈的第六环槽，所述第五环槽和所述第六环槽的开口朝向相反且均沿第五环圈的敏感轴方向设置。

根据本发明提供的高可靠性惯性组件，所述第一磁屏蔽封装壳400内设有第一磁屏蔽封装盖和第二磁屏蔽封装盖，所述第一磁屏蔽封装盖与所述第一环槽封盖适配，所述第二磁屏蔽封装盖与所述第二环槽封盖适配；

所述第二磁屏蔽封装壳500内设有第三磁屏蔽封装盖和第四磁屏蔽封装盖，所述第三磁屏蔽封装盖与所述第三环槽封盖适配，所述第四磁屏蔽封装盖与所述第四环槽封盖适配；

所述第三磁屏蔽封装壳600内设有第五磁屏蔽封装盖和第六磁屏蔽封装盖，所述第五磁屏蔽封装盖与所述第五环槽封盖适配，所述第六磁屏蔽封装盖与所述第六环槽封盖适配。

本发明还提供一种惯导系统，包括如上所述的高可靠性惯性组件。

本发明提供一种高可靠性惯性组件及惯导系统，包括第一测角单元、第二测角单元和第三测角单元，所述第一测角单元包括第一光源、第一环圈和第二环圈，所述第一环圈的敏感轴和所述第二环圈的敏感轴重合；所述第二测角单元包括第二光源、第三环圈和第四环圈，所述第三环圈的敏感轴和所述第四环圈的敏感轴重合；所述第三测角单元包括第三光源、第五环圈和第六环圈，所述第五环圈的敏感轴与所述第六环圈的敏感轴重合；所述第一光源分别与所述第一环圈和所述第四环圈连接，所述第二光源分别与所述第三环圈和所述第六环圈连接，所述第三光源分别与所述第二环圈和所述第五环圈连接；所述第一环圈的敏感轴、所述第三环圈的敏感轴和所述第五环圈的敏感轴两两垂直，通过光源对两个敏感轴相垂直的环圈提供光源，实现各光源之间的协同作用，保证各敏感轴对应方向的角速度的有效测量，进而提高惯性组件的可靠性，同时不会增加整体的体积和重量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高可靠性惯性组件，其特征在于，包括第一测角单元、第二测角单元和第三测角单元，所述第一测角单元包括第一光源、第一环圈和第二环圈，所述第一环圈的敏感轴和所述第二环圈的敏感轴重合；所述第二测角单元包括第二光源、第三环圈和第四环圈，所述第三环圈的敏感轴和所述第四环圈的敏感轴重合；所述第三测角单元包括第三光源、第五环圈和第六环圈，所述第五环圈的敏感轴与所述第六环圈的敏感轴重合；

所述第一光源分别与所述第一环圈和所述第四环圈连接，所述第二光源分别与所述第三环圈和所述第六环圈连接，所述第三光源分别与所述第二环圈和所述第五环圈连接；

所述第一环圈的敏感轴、所述第三环圈的敏感轴和所述第五环圈的敏感轴两两垂直。

2.根据权利要求1所述的高可靠性惯性组件，其特征在于，所述第一环圈的直径大于所述第二环圈的直径；所述第三环圈的直径大于所述第四环圈的直径；所述第五环圈的直径大于所述第六环圈的直径。

3.根据权利要求2所述的高可靠性惯性组件，其特征在于，所述第一环圈的直径、所述第三环圈的直径和所述第五环圈的直径相同，所述第二环圈的直径、所述第四环圈的直径和所述第六环圈的直径相同。

4.根据权利要求1所述的高可靠性惯性组件，其特征在于，所述第一测角单元还包括第一磁屏蔽封装壳，所述第一环圈和所述第二环圈均设置于所述第一磁屏蔽封装壳内；

所述第二测角单元还包括第二磁屏蔽封装壳，所述第三环圈和所述第四环圈均设置于所述第二磁屏蔽封装壳内；

所述第三测角单元还包括第三磁屏蔽封装壳，所述第五环圈和所述第六环圈均设置于所述第三磁屏蔽封装壳内。

5.根据权利要求4所述的高可靠性惯性组件，其特征在于，所述第一磁屏蔽封装壳设有第一光纤接口和第二光纤接口，所述第一光纤接口与所述第一环圈相适配，所述第二光纤接口与所述第二环圈相适配；

所述第二磁屏蔽封装壳设有第三光纤接口和第四光纤接口，所述第三光纤接口与所述第三环圈相适配，所述第四光纤接口与所述第四环圈相适配；

所述第三磁屏蔽封装壳设有第五光纤接口和第六光纤接口，所述第五光纤接口与所述第五环圈相适配，所述第六光纤接口与所述第六环圈相适配。

6.根据权利要求4所述的高可靠性惯性组件，其特征在于，所述第一磁屏蔽封装壳设有用以安装所述第一环圈的第一环槽和用以安装所述第二环圈的第二环槽，所述第一环槽和所述第二环槽的开口朝向相反且均沿第一环圈的敏感轴方向设置；

所述第二磁屏蔽封装壳设有用以安装所述第三环圈的第三环槽和用以安装所述第四环圈的第四环槽，所述第三环槽和所述第四环槽的开口朝向相反且均沿第三环圈的敏感轴方向设置；

所述第三磁屏蔽封装壳设有用以安装所述第五环圈的第五环槽和用以安装所述第六环圈的第六环槽，所述第五环槽和所述第六环槽的开口朝向相反且均沿第五环圈的敏感轴方向设置。

7.根据权利要求6所述的高可靠性惯性组件，其特征在于，所述第一磁屏蔽封装壳内设有第一磁屏蔽封装盖和第二磁屏蔽封装盖，所述第一磁屏蔽封装盖与所述第一环槽封盖适配，所述第二磁屏蔽封装盖与所述第二环槽封盖适配；

所述第二磁屏蔽封装壳内设有第三磁屏蔽封装盖和第四磁屏蔽封装盖，所述第三磁屏蔽封装盖与所述第三环槽封盖适配，所述第四磁屏蔽封装盖与所述第四环槽封盖适配；

所述第三磁屏蔽封装壳内设有第五磁屏蔽封装盖和第六磁屏蔽封装盖，所述第五磁屏蔽封装盖与所述第五环槽封盖适配，所述第六磁屏蔽封装盖与所述第六环槽封盖适配。

8.一种惯导系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的高可靠性惯性组件。

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