空中光ファイバー慣性航法ソリューション

高精度ナビゲーションシステムは、航空機のナビゲーション制御と兵器システムの正確な攻撃の中核となる機器です。その主流の方式には、プラットフォーム方式とストラップダウン方式があります。ストラップダウン慣性技術と光ジャイロの開発により、ストラップダウン方式は、高信頼性、軽量小型、低消費電力、低コストという利点により、航空分野で広く使用されています。^[1-4]現在、航空ストラップダウン ナビゲーション システムは、レーザー ジャイロ ストラップダウン ナビゲーション システムと光ファイバー ジャイロ ストラップダウン ナビゲーション システムを組み合わせたものです。その中には、ノースロップ グラマンの LN-100G、ハネウェルの H-764G レーザー ジャイロ ストラップダウン ナビゲーション システム、およびノー​​スロップ グラマンの LN-251 ファイバーがあります。光学ジャイロストラップダウンナビゲーションシステムは、アメリカの戦闘機艦隊で広く使用されています^[1]ノースロップ グラマン社は、高精度光ファイバー ジャイロの重要なシンボルを備えたヘリコプター用ナビゲーション システム LN-251 を開発し、その後、航空機ナビゲーションに適応するために LN-260 を開発しました。LN-260 は、米国空軍によって選択されました。 F-16多国籍戦闘機隊のアビオニクスアップグレード。配備前に、LN-260システムは0.49nマイル（CEP）の位置精度、1.86フィート/秒（RMS）の北向き速度誤差、および非常に動的な環境において、東方向の速度誤差は 2.43 フィート/秒 (RMS) です。したがって、光学式ストラップダウン慣性航法システムは、航行および誘導能力の点で航空機の運用要件を完全に満たすことができます。^[1].

レーザージャイロストラップダウンナビゲーションシステムと比較して、光ファイバージャイロストラップダウンナビゲーションシステムには次の利点があります。 1) 機械的ジッターが不要で、システム構造と振動低減設計の複雑さが簡素化され、重量と消費電力が削減され、パフォーマンスが向上します。ナビゲーション システムの信頼性。2) 光ファイバー ジャイロの精度スペクトルは戦術レベルから戦略レベルをカバーし、対応するナビゲーション システムも対応するナビゲーション システム スペクトルを形成でき、姿勢システムから長距離用のナビゲーション システムまですべてをカバーします。耐久航空機;3) 光ファイバージャイロスコープの体積はファイバーリングのサイズに直接依存します。細径ファイバーの応用が成熟するにつれて、同じ精度の光ファイバージャイロスコープの体積はますます小さくなり、軽量化と小型化の発展は避けられない傾向です。

全体的なデザインスキーム

航空機搭載の光ファイバージャイロストラップダウンナビゲーションシステムは、システムの放熱と光電分離を十分に考慮し、「3キャビティ」方式を採用しています。^[6,7]、IMUキャビティ、電子キャビティ、二次電力キャビティを含む。IMUキャビティは、IMU本体構造、光ファイバセンシングリング、およびクォーツフレキシブル加速度計（クォーツプラスメーター）で構成されます。電子キャビティは、ジャイロ光電ボックス、メーター変換ボード、ナビゲーションコンピュータおよびインターフェースボード、および衛生ガイドで構成されます。ボード; 二次電力キャビティは、パッケージ化された二次電力モジュール、EMI フィルター、充放電コンデンサで構成されます。IMU キャビティ内のジャイロ光電ボックスと光ファイバー リングは一緒にジャイロ コンポーネントを構成し、石英フレキシブル加速度計とメーター変換プレートを構成します。一緒に加速度計コンポーネントを構成します^[8].

全体的なスキームは、光電コンポーネントの分離と各コンポーネントのモジュール設計、および全体の熱放散と相互干渉の抑制を確保するために光学システムと回路システムの分離設​​計を強調しています。デバッグ容易性とアセンブリ技術を向上させるために、製品のコネクタは電子チャンバー内の回路基板の接続に使用され、IMU チャンバー内の光ファイバーリングと加速度計はそれぞれデバッグされます。IMU を形成した後、全体の組み立てが実行されます。

 電子キャビティ内の回路基板は、ジャイロ光源、検出器、前面放電回路を含む、上から下までジャイロ光電ボックスです。テーブル変換基板は、主に加速度計の電流信号からデジタル信号への変換を完了します。ナビゲーション ソリューションとインターフェース回路にはインターフェースボードとナビゲーションソリューションボードが含まれます。インターフェースボードは主にマルチチャネル慣性デバイスデータの同期取得、電源相互作用および外部通信を完了します。ナビゲーションソリューションボードは主に純粋な慣性航法および統合ナビゲーションソリューションを完了します。ガイドボードは主に、衛星ナビゲーションを実行し、その情報をナビゲーション ソリューション ボードとインターフェイス ボードに送信して、統合ナビゲーションを完成させます。二次電源とインターフェイス回路はコネクタを介して接続され、回路基板はコネクタを介して接続されます。

主要技術

1. 統合設計スキーム

航空機用光ファイバー ジャイロ ナビゲーション システムは、複数のセンサーの統合により航空機の 6 自由度の動き検出を実現します。高集積設計のために 3 軸ジャイロと 3 軸加速度センサーを検討でき、消費電力、体積、重量を削減できます。光ファイバーの場合ジャイロコンポーネントでは、光源を共有して3軸統合設計を実行できます。加速度計コンポーネントでは、一般に石英フレキシブル加速度計が使用され、変換回路は3つの方法でしか設計できません。時間の問題もあります。マルチセンサーデータ収集の同期。高度に動的な姿勢更新の場合、時間の一貫性により姿勢更新の精度を確保できます。

2. 光電分離設計

光ファイバージャイロは、サニャック効果に基づいて角速度を測定する光ファイバーセンサーです。その中でも、ファイバーリングはファイバージャイロスコープの敏感な角速度の重要なコンポーネントです。数百メートルから数千メートルのファイバーが巻かれています。光ファイバーリングの温度場が変化すると、光ファイバーリングの各点の温度が時間とともに変化し、2本の光波がその点を通過します。異なる時間(光ファイバーコイルの中点を除く)で異なる光路を経験し、結果として位相差が生じます。この非相反位相シフトは、回転によって引き起こされるサグネケ位相シフトと区別できません。温度を改善するために、光ファイバージャイロスコープの性能を維持するには、ジャイロスコープのコアコンポーネントであるファイバーリングを熱源から遠ざける必要があります。

光電一体型ジャイロスコープの場合、ジャイロスコープの光電デバイスと回路基板は光ファイバーリングの近くにあります。センサーが動作すると、デバイス自体の温度がある程度上昇し、放射や伝導を通じて光ファイバーリングに影響を与えます。光ファイバーリングへの温度の影響を解決するために、システムは光電分離を使用します。光ファイバジャイロスコープは、光路構造と回路構造、ファイバと導波路接続の間の2種類の独立した構造の分離を含みます。光源ボックスからの熱がファイバの熱伝達感度に影響を与えるのを避けてください。

3. 電源投入時自己検出設計

光ファイバージャイロストラップダウンナビゲーションシステムは、慣性デバイスに電気的性能セルフテスト機能を備えている必要があります。ナビゲーションシステムは、移設機構のない純粋なストラップダウン設置を採用しているため、慣性デバイスのセルフテストは、2つの部分での静的測定によって完了します。 、外部転置励起なしの、デバイスレベルのセルフテストとシステムレベルのセルフテスト。

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