Solution aéroportée de navigation inertielle à fibre optique

Le système de navigation de haute précision est l'équipement de base du contrôle de la navigation de l'avion et de l'attaque précise de son système d'arme.Ses schémas principaux incluent des schémas de plate-forme et des schémas de strapdown.Avec le développement de la technologie inertielle strapdown et du gyroscope optique, le strapdown a été largement utilisé dans le domaine aéroporté avec ses avantages de haute fiabilité, de légèreté et de petite taille, de faible consommation d'énergie et de faible coût^[1-4].À l'heure actuelle, le système de navigation à sangle aéroportée est une combinaison d'un système de navigation à sangle gyroscopique laser et d'un système de navigation à sangle gyroscopique à fibre optique. le système de navigation à sangle gyroscopique optique a été largement utilisé dans la flotte d'avions de chasse américains^[1].Northrop Grumman Company a développé le système de navigation LN-251 pour hélicoptère avec le symbole important du gyroscope à fibre optique de haute précision, puis a développé le LN-260 pour s'adapter à la navigation aérienne.Le LN-260 a été sélectionné par l'US Air Force pour le mise à niveau de l'avionique de la flotte de chasseurs multinationale F-16.Avant le déploiement, le système LN-260 a été testé pour atteindre une précision de position de 0,49 mille (CEP), une erreur de vitesse en direction nord de 1,86ft/s (RMS), et un erreur de vitesse vers l'est de 2,43 pieds / s (RMS) dans un environnement hautement dynamique. Par conséquent, le système de navigation inertielle à sangle optique peut pleinement répondre aux exigences opérationnelles de l'avion en termes de capacité de navigation et de guidage^[1].

Comparé au système de navigation à sangle gyroscopique laser, le système de navigation à sangle gyroscopique à fibre optique présente les avantages suivants: 1) il n'a pas besoin de gigue mécanique, simplifie la structure du système et la complexité de la conception de la réduction des vibrations, réduit le poids et la consommation d'énergie et améliore le fiabilité du système de navigation ; 2) Le spectre de précision du gyroscope à fibre optique couvre le niveau tactique au niveau stratégique, et son système de navigation correspondant peut également former un spectre de système de navigation correspondant, couvrant tout, du système d'attitude au système de navigation pour les longues portées. avions d'endurance; 3) Le volume du gyroscope à fibre optique dépend directement de la taille de l'anneau de fibre.Avec l'application mature de la fibre de diamètre fin, le volume du gyroscope à fibre optique avec la même précision devient de plus en plus petit, et le développement de la lumière et de la miniaturisation est une tendance inévitable.

Schéma de conception global

Le système de navigation à sangle gyroscopique à fibre optique aéroporté prend pleinement en compte la dissipation thermique du système et la séparation photoélectrique, et adopte le schéma «à trois cavités»^[6,7], y compris la cavité IMU, la cavité électronique et la cavité d'alimentation secondaire.La cavité IMU se compose de la structure du corps IMU, de l'anneau de détection de fibre optique et de l'accéléromètre flexible à quartz (quartz plus compteur); La cavité électronique se compose d'un boîtier photoélectrique gyroscopique, d'une carte de conversion de compteur, d'un ordinateur de navigation et d'une carte d'interface, et un guide d'assainissement carte ; la cavité d'alimentation secondaire comprend un module d'alimentation secondaire emballé, un filtre EMI, un condensateur de charge-décharge. Le boîtier photoélectrique gyroscopique et l'anneau de fibre optique dans la cavité IMU constituent ensemble le composant gyroscopique, et l'accéléromètre flexible en quartz et la plaque de conversion du compteur. constituent ensemble le composant accéléromètre^[8].

Le schéma global met l'accent sur la séparation des composants photoélectriques et la conception modulaire de chaque composant, ainsi que sur la conception séparée du système optique et du système de circuit pour assurer la dissipation thermique globale et la suppression des interférences croisées. Afin d'améliorer le débogage et la technologie d'assemblage de le produit, les connecteurs sont utilisés pour connecter les cartes de circuits imprimés dans la chambre électronique, et l'anneau de fibre optique et l'accéléromètre dans la chambre IMU sont débogués respectivement.Après avoir formé l'IMU, l'ensemble de l'assemblage est réalisé.

 La carte de circuit imprimé dans la cavité électronique est le boîtier photoélectrique gyroscopique de haut en bas, y compris la source de lumière gyroscopique, le détecteur et le circuit de décharge avant; La carte de conversion de table complète principalement la conversion du signal de courant de l'accéléromètre en signal numérique; Solution de navigation et Le circuit d'interface comprend une carte d'interface et une carte de solution de navigation, la carte d'interface complète principalement l'acquisition synchrone des données du dispositif inertiel multicanal, l'interaction de l'alimentation et la communication externe, la carte de solution de navigation complète principalement la navigation inertielle pure et la solution de navigation intégrée. La carte de guidage complète principalement le navigation par satellite, et envoie les informations à la carte de solution de navigation et à la carte d'interface pour compléter la navigation intégrée. L'alimentation secondaire et le circuit d'interface sont connectés via le connecteur, et la carte de circuit imprimé est connectée via le connecteur.

Technologies clés

1. Schéma de conception intégré

Le système de navigation gyroscopique à fibre optique aéroporté réalise la détection de mouvement à six degrés de liberté de l'avion grâce à l'intégration de plusieurs capteurs. Un gyroscope à trois axes et un accéléromètre à trois axes peuvent être envisagés pour une conception à haute intégration, réduisant la consommation d'énergie, le volume et le poids. Pour la fibre optique Composant gyroscopique, il peut partager la source de lumière pour réaliser la conception d'intégration à trois axes. Pour le composant accéléromètre, un accéléromètre flexible à quartz est généralement utilisé, et le circuit de conversion ne peut être conçu que de trois manières. Il y a aussi le problème du temps. synchronisation dans l'acquisition de données multi-capteurs.Pour une mise à jour d'attitude hautement dynamique, la cohérence temporelle peut garantir la précision de la mise à jour d'attitude.

2. Conception de séparation photoélectrique

Le gyroscope à fibre optique est un capteur à fibre optique basé sur l'effet Sagnac pour mesurer la vitesse angulaire. Parmi eux, l'anneau de fibre est le composant clé de la vitesse angulaire sensible du gyroscope à fibre.Il est enroulé de plusieurs centaines de mètres à plusieurs milliers de mètres de fibre. Si le champ de température de l'anneau de fibre optique change, la température en chaque point de l'anneau de fibre optique change avec le temps, et les deux faisceaux d'onde lumineuse traversent le point à des moments différents (sauf le point médian de la bobine de fibre optique), ils connaissent des chemins optiques différents, ce qui entraîne une différence de phase, ce déphasage non réciproque est indiscernable du déphasage de Sagneke causé par la rotation. Afin d'améliorer la température performance du gyroscope à fibre optique, le composant central du gyroscope, l'anneau de fibre, doit être tenu à l'écart de la source de chaleur.

Pour le gyroscope intégré photoélectrique, les dispositifs photoélectriques et les circuits imprimés du gyroscope sont proches de l'anneau de fibre optique.Lorsque le capteur fonctionne, la température de l'appareil lui-même augmente dans une certaine mesure et affecte l'anneau de fibre optique par rayonnement et conduction. Afin de résoudre l'influence de la température sur l'anneau de fibre optique, le système utilise une séparation photoélectrique de le gyroscope à fibre optique, y compris la structure du chemin optique et la structure du circuit, deux types de séparation indépendante de la structure, entre la fibre et la connexion de la ligne de guide d'ondes. Évitez la chaleur de la boîte de source lumineuse affectant la sensibilité au transfert de chaleur de la fibre.

3. Conception d'auto-détection à la mise sous tension

Le système de navigation à sangle gyroscopique à fibre optique doit disposer de la fonction d'auto-test des performances électriques sur le dispositif inertiel.Parce que le système de navigation adopte une installation à sangle pure sans mécanisme de transposition, l'auto-test des dispositifs inertiels est complété par une mesure statique en deux parties, à savoir , autotest au niveau de l'appareil et autotest au niveau du système, sans excitation de transposition externe.

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