CN202041214U - 一种混合型小型化低成本三轴惯导装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合型小型化低成本三轴惯导装置。它由两种不同类型的陀螺以及三个加速度表组成。挠性陀螺和加速度表安装在方位转台上，它的两个敏感轴作为两个水平敏感轴，而光学陀螺的敏感轴为垂直敏感轴。转台的转动使挠性陀螺和加速度表在0°和180°方位上精确定位进行多位寻北。本装置在完成初始寻北之后连续输出载体动姿态、航向、航迹和三轴角速率信息等。在不需要载体动姿态和水平轴角速率的工作条件下，完成寻北之后挠性陀螺停止工作，由单轴光学陀螺和加速度表构成简易全固态捷联航向保持装置继续工作，必要时重新启动挠性陀螺再返回三轴捷联工作状态。

Description

一种混合型小型化低成本三轴惯导装置

技术领域

本实用新型涉及一种混合型三轴捷联惯导装置。

背景技术

典型的捷联惯导为三轴捷联系统，例如三轴光学陀螺捷联惯导系统和三轴挠性陀螺捷联惯导系统。由于光学陀螺通常为单轴结构因此系统需要三个正交安装的光学陀螺和三个正交安装的加速度表，而三轴挠性陀螺捷联惯导则需使用两个本身为双轴结构的挠性陀螺和三个加速度表。同样是两个角速率敏感轴，通常一个双轴挠性陀螺比两个光纤陀螺的体积小得多，在同等精度条件下成本也低得多，不足之处是挠性陀螺属于机械陀螺而非固态结构。

例如，三轴光纤陀螺捷联惯导系统的三个光纤陀螺必须正交安装，光纤陀螺为扁平结构因此小型化受到一定限制。有些系统为了提高寻北测量精度而将三个光纤陀螺和三个加速度表安装在方位转台上进行多位寻北，这使得光纤陀螺惯导的体积比挠性陀螺惯导的体积大得多。虽然固态光纤陀螺惯导系统是今后的发展趋势，但是目前的光纤陀螺寻北精度仍不如采用同等精度挠性陀螺时的寻北精度，成本也远高于挠性陀螺惯导装置。

在全挠性陀螺惯导装置中，需要两个挠性陀螺，其中，水平陀螺的转子轴，即H轴垂直安装，因此陀螺处于最佳工作状态，而另一个挠性陀螺，或称航向陀螺的转子轴则必须水平安装因而处于不利的工作状态。此外，两个具有机械转子的挠性陀螺安装在同一个台体上，工作时可能存在相互干扰。

在实际应用中，需要量最大的普通车载惯导系统例如坦克、装甲车、自行火炮等，不一定需要复杂的高精度的惯导装置而更需要的是低成本中低精度的车载惯导装置。为了最大限度的降低成本，国外出现了只采用一个单轴陀螺，例如一个单轴光纤陀螺和两个加速度表构成的简易捷联惯导装置并且被大量用于机动车辆的导航。这种简易捷联惯导装置中陀螺的敏感轴只能“垂直”安装，因此不具有寻北功能也不能提供载体的动姿态信息，其初始的北向基准或者从外部引入或者采用独立的车载寻北装置。独立的单轴光纤陀螺导航装置和独立的陀螺寻北装置各自都安装有隔震基座、各自又有加速度表和方位输出基面。此外，目前光纤陀螺寻北仪的寻北精度仍不如同等级别挠性陀螺寻北仪的寻北精度，因此有些要求寻北精度较高的系统中仍然需要采用挠性陀螺或更高精度陀螺进行寻北。

另一方面，许多车载导航系统在通常的行进工作状态下一般不需提供动姿态信息和绕X、Y、Z三个轴的角速率等信息但是需要载体的航向和位置信息，只在特定的工作条件下才需要动姿态信息和三个轴的角速率信息。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种混合型小型化低成本三轴惯导装置，以解决传统的三轴捷联系统存在的要求系统精度高，则体积大和成本高；系统设计为小体积、低成本则系统的精度就差的技术问题。

本实用新型所述一种混合型小型化低成本三轴惯导装置，实现上述目的的技术方案如下：

该三轴惯导装置包括一个挠性陀螺和一个单轴光学陀螺以及三个加速度表的组合；挠性陀螺的两个敏感轴水平安装，构成所述三轴捷联惯导的两个水平敏感轴，即X轴和Y轴；单轴光学陀螺的敏感轴则垂直安装，构成所述三轴捷联惯导的垂直敏感轴，即Z轴；三个加速度表的敏感轴分别沿X，Y，Z轴安装。

所述挠性陀螺和敏感轴分别沿X，Y，Z轴安装的三个加速度表一起安装在方位转台上，挠性陀螺的两个敏感轴垂直于方位转台的方位转轴Z轴；方位转台和独立于方位转台设置的光学陀螺一起安装在隔震支架上，隔震支架经减震器安装在基座上；转台电机驱动转台进行方位转动。

本实用新型与传统的三轴光纤陀螺惯导和三轴挠性陀螺惯导系统相比，能同时满足体积、成本、寻北精度和先进性方面的综合性能的要求，一种比较理想的折中方案。对于那些通常只需简单的寻北和航向保持功能而只在特殊情况下才需要输出载体运动姿态和载体绕三轴的运动角速率测量的应用场合，本实用新型所述的系统在寻北完成之后挠性陀螺即可停止工作，由单轴光学陀螺和三个加速度表或者再引入里程仪信息构成以单轴光学陀螺为主的全固态陀螺航向保持装置，必要时则经过短暂停车重新启动挠性陀螺恢复载体的运动姿态测量和载体绕三轴的运动角速率的测量功能。

附图说明

图1为本实用新型的陀螺寻北仪结构示意图。

图2为本实用新型的转台定位机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型所述挠性陀螺和三个加速度表一起安装在方位转台上，挠性陀螺的转子轴平行于方位转台的方位转轴，即Z轴。方位转台和光学陀螺例如光纤陀螺一起安装在隔震支架上而隔震支架经减震器安装在基座上。光纤陀螺不随方位转台转动。

挠性陀螺的两个正交的敏感轴垂直于方位转台的转轴也即呈“水平”安装作为两个水平敏感轴。光纤陀螺的敏感轴平行于转台的方位轴，作为垂直敏感轴或称航向轴。

具体的一个结构实施例如图1所示。本实用新型所述三轴捷联惯导装置，包括安装在隔震支架4上的方位转台6、安装在方位转台上的挠性陀螺2和三个加速度表3-1、3-2、3-3。挠性陀螺2的转子轴平行于方位转台的转轴(图中示出的Z轴)，转台驱动电机7驱动方位转台转动并在0°和180°方位精确定位。转台的0°位置称为归零位置。转台电机驱动转台进行方位转动，实现挠性陀螺双水平轴多位置捷联寻北，与此同时也完成了双水平轴的测飘。隔震支架4通过减震器5安装在基座8上，光学陀螺1安装在隔震支架4上，其敏感轴平行于方位转台6的方位轴(图中示出的X轴)。

上述实施例的方位转台6具有一个定位机构，如图2所示。本实用新型所述方位转台6的转动方位只在0°和180°方位精确定位，转台6上设置一个双向定位杆13，其端部的两侧镶有定位球面，通过此定位球面与安装在隔震支架上的0°或者180°定位挡块11、12靠紧实现精确定位。为了保持适当的的靠紧力，一个由簧片15施加适当压力的压轮14与转台上的斜面16配合保证在转台在0°和180°位置上可靠定位和“锁定”。

寻北测量时，通过两个水平敏感轴敏感地速水平分量完成寻北。为了消除挠性陀螺常值飘移对寻北测量的影响，挠性陀螺被安装在方位转台上，通过转台的转动改变挠性陀螺两个水平敏感轴与地速水平分量之间的夹角进行所谓多位寻北。三个相互呈正交安装的加速度表和挠性陀螺一起安装在方位转台上。寻北测量时，加速度表作为基座倾角传感器以便实现倾斜寻北。寻北完成之后方位转台复位到转台0°位置并“锁定”，此时装置转换为完整的三轴捷联惯导状态，可完成航向保持、载体运动姿态测量、载体绕三轴的运动角速率和载体运动航迹的测量。

单轴光纤陀螺与安装在方位转台上的双轴挠性陀螺和三个加速度表构成完整三轴捷联惯导装置。在大多数车载导航装置的应用中，通常情况下只需要载体移动位置和即时航向信息，而动姿态信息只在特定条件下需要。此时挠性陀螺在寻北完成之后即可停止工作，而单光纤陀螺和三个加速度表一起或者再与与车载里程仪相配合作为简单的全固态单轴光学陀螺航向保持装置继续工作。当需要动姿态信息时可在短时间停车重新启动挠性陀螺后转换为完整的三轴捷联惯导状态提供动姿态信息、航向、角速率和位置信息。当与车载里程仪信息结合时可进一步改善导航精度，特别工作在简单的全固态单轴光学陀螺航向保持状态下。

本实用新型可完成寻北、航向保持、载体运动姿态测量、载体绕三轴的运动角速率和载体运动航迹的测量。本实用新型可在寻北、全固态单轴光学陀螺航向保持和三轴捷联惯导状态下工作。

Claims (2)

1.一种混合型小型化低成本三轴惯导装置，其特征在于，该三轴惯导装置包括一个挠性陀螺和一个单轴光学陀螺以及三个加速度表的组合；挠性陀螺的两个敏感轴水平安装，构成所述三轴捷联惯导的两个水平敏感轴，即X轴和Y轴；单轴光学陀螺的敏感轴则垂直安装，构成所述三轴捷联惯导的垂直敏感轴，即Z轴；三个加速度表的敏感轴分别沿X，Y，Z轴安装。

2.如权利要求1所述的一种混合型小型化低成本三轴惯导装置，其特征在于，所述挠性陀螺和敏感轴分别沿X，Y，Z轴安装的三个加速度表一起安装在方位转台上，挠性陀螺的两个敏感轴垂直于方位转台的方位转轴Z轴；方位转台和独立于方位转台设置的光学陀螺一起安装在隔震支架上，隔震支架经减震器安装在基座上；转台电机驱动转台进行方位转动。 

Images