一种基于光源冷备份的三轴一体光纤陀螺惯测装置及补偿和安装方法
【专利摘要】一种基于光源冷备份的三轴一体光纤陀螺惯测装置及补偿和安装方法，包括一个本体、两个三轴共用光源、光源驱动与致冷电路、三个无骨架光纤环表头、三个光纤陀螺信号处理与接口电路数字板、系统信号处理与接口电路数字板、二次电源模块、频率与电压转换模拟电路、三个电连接器、基准镜。本发明的三个光纤环共用一个光源，且有一个冷备份光源，可靠性高；本发明使用的安装误差校正方法能够有效地降低三轴交叉耦合；本发明将电路板安装在侧盖和上盖上，便于辐射防护设计的同时，实现了良好散热；本发明使用了无骨架光纤环，提高了磁环境和辐射环境的适应性。
【专利说明】一种基于光源冷备份的三轴一体光纤陀螺惯测装置及补偿和安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三轴一体长寿命小型化光纤陀螺惯测装置，特别涉及一种用于航天器导航、制导与控制的小型化、高可靠、长寿命、采用了零偏补偿和安装误差校正方法的光纤陀螺惯测装置，属于惯性测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]航天器作为高新科技发展的标志，在我国的国防建设中扮演着极为重要的角色。未来高技术条件下的局部战争对信息的获取能力提出了很高的要求，航天的姿态稳定度是有效地执行瞄准、对接等各项任务的前提和保障，其中惯性仪表又是姿态控制系统的关键设备，它直接影响姿态控制系统的精度和性能。航天器通常采用陀螺仪组成的惯性测量装置与光学敏感器(如红外地平仪、太阳敏感器和星敏感器等)共同组成卫星的姿态测量系统。利用陀螺短时间测量精度高和光学敏感器没有累积误差的特性，二者相辅相成，共同得到持续的高精度姿态和姿态角速率测量信息。
[0003]光纤陀螺是一种全固态惯性仪表，它具有传统机电仪表所不具备的优点。它由光学器件和电子器件组成的闭环检测系统，通过检测两束光的相位差来确定旋转角速度，没有任何运动部件，在结构上是完全固态化的陀螺仪。光纤陀螺正是以其原理和结构上的优点，使其在许多应用领域具有明显的优势，尤其是在对产品可靠性和寿命要求很高的航天器上，其主要特点表现在以下几个方面:(1)高精度:国外高精度光纤陀螺精度已达
0.00038° /h ; (2)全固态:光纤陀螺的部件都是固态的，具有抗真空、抗振动和冲击的特性；(3)长寿命:光纤陀螺所用的关键光学器件都可满足空间应用15年的长寿命要求；(4)高可靠性:光纤陀螺结构设计灵活，生产工艺相对简单，可方便地对其进行电路的冗余设计，或者采用冗余光纤陀螺构成系统，这样可以提高系统的可靠性。
[0004]现有技术中光纤陀螺惯测装置多采用三轴独立工作的设计方案，可以测量航天器三轴相对于惯性空间的姿态，但此设计方案不采用冗余设计，尤其光源的衰减会影响到陀螺的性能，其中任一个轴发生故障时均不能提供三轴相对于惯性空间的姿态，可靠性较低；另外，现有光纤陀螺的光纤环结构均采用了有骨架的结构，这种设计在高低温环境中，由于骨架与光纤变形不同步，会影响光纤环的性能。采用无骨架光纤环就摆脱了骨架的束缚，提高了光纤陀螺适应宽温度变化的能力。抗辐射加固一般采取在芯片表面贴覆钽片的方式，钽的导热率较低，必须同时使用其他散热方式。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供光纤陀螺惯测装置及其温度建模和误差补偿方法，该装置为一种三轴共用光源，冷备份光源的、力学环境适应性好、质量轻、
可靠性高。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的，光纤陀螺惯测装置，包括一个本体(I)、两个三轴共用光源(17)、光源驱动与致冷电路(6)、三个无骨架光纤环表头(5)、三个光纤陀螺信号处理与接口电路数字板(10)、系统信号处理与接口电路数字板(8)、二次电源模块(4)、频率与电压转换模拟电路(7)、三个电连接器(9A、9B、9C)、基准镜(3);三轴共用光源(17)安装在本体(1)，采用了冷备份设计；三个无骨架光纤环表头(5)由光纤环(12)装入磁屏蔽外罩(11)固定在光纤环安装支架和内罩(13)上，相互正交安装在本体(1)上，I个光源驱动与致冷电路(6)装在本体(1)上，三个光纤陀螺信号处理与接口电路数字板
(10)装在侧盖上，其中两个安装在带米字筋侧盖上，另一个安装在安装两个接插件的侧板上，一个系统信号处理与接口电路数字板安装在上盖(2 )上，二次电源模块(4 )整体作为底盖；供电和输入输出接口使用了三个电连接器(9A、9B、9C)，分别安装在两个侧盖上，其中一个侧盖安装两个接插件(9B、9C)，另一个相邻侧盖安装一个接插件(9A);—个基准镜(3)安装在本体上(I)。
[0007]光源驱动与致冷电路(6)的主备份部分受陀螺组件内部继电器控制，为主备份光源提供工作电源通路；陀螺信号处理电路(10)分别处理三轴光纤陀螺测量信息，以脉冲形式输出到系统信号处理与接口电路数字电路(8)，由频率与电压转换模拟电路(7)将光纤陀螺脉冲转换为模拟量遥测电压输出；系统信号处理与接口数字电路(8)处理光纤陀螺的信息，将处理结果组帧发送到卫星姿控分系统；系统信号处理与接口数字电路(8)上的单片机软件完成脉冲计数值读取、零偏补偿和响应卫星上星务计算机的发数请求，把组帧数据发送给星务计算机；安装误差校正由星务计算机完成，校正参数由光纤陀螺惯测装置标定给出，使用此标定参数，有效降低三轴交叉耦合；在底座的四个角上分别有一个安装孔，该装置所用光纤环为无骨架光纤环。
[0008]所述三个无骨架光纤环(12)的光纤长度为680m，光纤环(12)内侧和底面使用硅橡胶固定。
[0009]在所述上盖(2)上加装了钽片(15)，并将钽片(15)用铜箔(16)包覆达到散热的目的。`
[0010]一种光纤陀螺惯测装置的安装误差补偿方法，步骤如下:
[0011](I)三轴一体光纤陀螺装配过程中产生安装误差，即三个陀螺敏感轴与光纤陀螺惯测装置对外安装平面不平行或垂直，导致三个轴之间存在耦合误差，光纤陀螺惯测装置的三个陀螺输入轴上敏感的角速度为:
[0012]
【权利要求】
1.一种基于光源冷备份的三轴一体光纤陀螺惯测装置，其特征在于:包括一个本体(I)、两个三轴共用光源(17)、光源驱动与致冷电路(6)、三个无骨架光纤环表头(5)、三个光纤陀螺信号处理与接口电路数字板(10)、系统信号处理与接口电路数字板(8)、二次电源模块(4)、频率与电压转换模拟电路(7)、三个电连接器(9A、9B、9C)、基准镜(3);三轴共用光源(17)安装在本体(1)，采用了冷备份设计；三个无骨架光纤环表头(5)由光纤环(12)装入磁屏蔽外罩(11)固定在光纤环安装支架和内罩(13)上，相互正交安装在本体(1)上，一个光源驱动与致冷电路(6)装在本体(1)上，三个光纤陀螺信号处理与接口电路数字板(10)装在侧盖上，其中两个安装在带米字筋侧盖上，另一个安装在安装两个接插件的侧板上，一个系统信号处理与接口电路数字板安装在上盖(2 )上，二次电源模块(4 )整体作为底盖；供电和输入输出接口使用了三个电连接器(9A、9B、9C)，分别安装在两个侧盖上，其中一个侧盖安装两个接插件(9B、9C)，另一个相邻侧盖安装一个接插件(9A);—个基准镜(3)安装在本体上(I)。
2.根据权利要求1所述的基于光源冷备份的三轴一体光纤陀螺惯测装置，其特征在于:所述三个无骨架光纤环(12)的光纤长度为680m,光纤环(12)内侧和底面使用娃橡胶固定。
3.根据权利要求1所述的基于光源冷备份的三轴一体光纤陀螺惯测装置，其特征在于:在所述上盖(2)上加装了钽片(15)，并将钽片(15)用铜箔(16)包覆达到散热的目的。
4.一种用于权利要求1所述光纤陀螺惯测装置的安装误差补偿方法，其特征在于: (1)三轴一体光纤陀螺装配过程中产生安装误差，即三个陀螺敏感轴与光纤陀螺惯测装置对外安装平面不平行或垂直，导致三个轴之间存在耦合误差，光纤陀螺惯测装置的三个陀螺输入轴上敏感的角速度为:
5.一种用于权利要求1所述光纤陀螺惯测装置的温度建模的补偿方法，其特征在于实现步骤如下: (1)将光纤陀螺惯测装置装在六面体工装上，放入带北向基准大理石平板的温箱中，从-40°C到75°C等间隔设置温度点固定时间测试零位，利用测试到的数据线性回归得到-40°C到75°C的三轴零位与温度的关系并制作对应表； (2)将计算出的三轴不同温度下的零位与温度对应表，光纤陀螺惯测装置工作时采集到是数据减去对应温度的零位，就是温度补偿后的数据，对零偏补偿后实现了从_40°C到75°C温度范围内零偏小于1° /h。
【文档编号】G01C21/16GK103808321SQ201310741061
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】杨清生, 王颂邦, 刘绍辉, 冯杰, 张俊杰, 王丰, 苗锋, 夏金桥, 田海泉 申请人:北京航天时代光电科技有限公司