一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置的制作方法

本实用新型属于惯性导航技术领域，更具体地，涉及一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置。

背景技术：

与传统载人飞机相比，无人机具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，备受世界各国军队的青睐。惯性导航系统是一种以自身惯性元件敏感载体相对惯性空间角速度和加速度来确定载体位置、速度、姿态的全自主导航系统，是军用无人机的重要导航信息源，可为飞管计算机提供导航信息，其性能及可靠性直接影响飞行安全和任务的完成。

传统载人飞机大多采用设计冗余惯导来提高飞行的可靠性，即飞机上包含一个主惯导和一个备份惯导，当主惯导出现故障时备份惯导启动，代替故障的主惯导来提供导航信息，此方案成本较高、冗余设计比较复杂，不适应现有无人机低成本、高可靠的需求。

技术实现要素：

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置，通过增加卫星功分器、三轴mems陀螺仪和三轴mems加表，代替传统载人飞机上的备份惯导功能。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置，装置包括数据处理模块、信号采集模块、接口模块、三轴mems陀螺、三轴mems加表、温度传感器和卫星模块，其中，

信号采集模块与数据处理模块电连接，接口模块包括第一spi接口、第二spi接口、第三spi接口、rs422接口、第一io接口和第二io接口，温度传感器通过第一spi接口与信号采集模块连接，三轴mems陀螺通过第二spi接口与信号采集模块连接，三轴mems加表通过第三spi接口与信号采集模块连接，无人机上的三轴光纤陀螺通过rs422接口与信号采集模块连接，无人机上的三轴石英加表通过第一io接口与信号采集模块连接，卫星模块通过第二io接口与信号采集模块连接。

作为本实用新型的进一步改进，无人机上的三轴石英加表通过v/f模块与接口模块连接。

作为本实用新型的进一步改进，数据处理模块利用dsp芯片实现，信号采集模块利用fpga芯片实现。

作为本实用新型的进一步改进，数据处理模块与信号采集模块之间通过emif总线连接。

作为本实用新型的进一步改进，接口模块还包括对外接口，对外接口连接测试仪器和/或外部飞管计算机。

作为本实用新型的进一步改进，卫星模块包括卫星接收机、卫星功分器、主天线和辅天线，其中，卫星接收机分别连接第二io接口、卫星功分器和主天线，卫星功分器分别连接辅天线和外部飞管计算机。

作为本实用新型的进一步改进，该装置还包括电源模块，电源模块分别连接数据处理模块、信号采集模块、接口模块和卫星模块，电源模块包括过压欠压保护电路、emi滤波电路和dc/dc转换电路。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本实用新型提供的一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置，其通过在传统光纤惯导中集成了三轴mems陀螺和三轴mems加表，代替传统备份惯导，降低了成本和冗余复杂度，并采用卫星功分器备份了卫星信号，能够输出备份卫星信号，实现六轴陀螺和六轴加表的周期性自检，并通过自检判断六轴陀螺和六轴加表的工作状态，若某一轴光纤陀螺或石英加表发生故障，可使用相应轴向的mems陀螺或加表进行信号替换，从而达到故障冗余，大大提高了无人机的可靠性和安全性，具有高可靠、成本低、简单实用、体积小的特点。

本实用新型提供的一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置，其采用通用化、系列化、模块化设计，各个模块之间采用接插件连接，互换性强，可形成多个模块之间的相互验证，便于产品开发维护。

本实用新型提供的一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置，其通过卫星功分器输出备份卫星信号，通过周期性自检判断六轴陀螺和六轴加表的工作状态，若某一轴光纤陀螺或石英加表发生故障，可使用相应轴向的mems陀螺或加表进行信号替换，从而达到故障冗余，大大提高了无人机的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型所涉及的技术术语解释如下：

mems：micro-electro-mechanicalsystem，微机电系统，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。微机电系统其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。

spi：serialperipheralinterface，串行外设接口。

rs422：是一系列的规定采用4线，全双工，差分传输，多点通信的数据传输协议。它采用平衡传输采用单向/非可逆，有使能端或没有使能端的传输线。

io：输入/输出。

v/f模块：转换器的一种。

dsp芯片：dsp(digitalsignalprocessing)即数字信号处理技术，dsp芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。

fpga：fieldprogrammablegatearray，是在pal、gal等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(asic)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点

emif总线：可实现dsp与不同类型存储器(sram、flashram、ddr-ram等)的连接。一般emif与fpga相连，从而使fpga平台充当一个协同处理器、高速数据处理器或高速数据传输接口。

rs232：常用的串行通信接口标准之一，它是由美国电子工业协会(eia)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定，其全名是“数据终端设备(dte)和数据通信设备(dce)之间串行二进制数据交换接口技术标准。

emi滤波电路：其可以起到两个低通滤波器的作用，一个是衰减共模干扰，另一个是衰减差模干扰。emi电源滤波器能在阻带范围内衰减射频能量，而让工频无衰减，或者很少的衰减，就能通过emi电源滤波器。

图1是本实用新型实施例提供的一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置的结构示意图。如图1所示，一种用于无人机的六轴光纤惯导冗余装置，该装置包括数据处理模块、信号采集模块、接口模块、三轴mems陀螺、三轴mems加表、温度传感器和卫星模块，其中，信号采集模块与数据处理模块电连接，接口模块包括第一spi接口、第二spi接口、第三spi接口、rs422接口、第一io接口和第二io接口，温度传感器通过第一spi接口与信号采集模块连接，三轴mems陀螺通过第二spi接口与信号采集模块连接，三轴mems加表通过第三spi接口与信号采集模块连接，无人机上的三轴光纤陀螺通过rs422接口与信号采集模块连接，无人机上的三轴石英加表通过第一io接口与信号采集模块连接，卫星模块通过第二io接口与信号采集模块连接。

通过上述装置及其具体连接方式的设置，温度传感器用于实时测量温度信号，如可将温度传感器粘贴在三轴光纤陀螺和三轴石英加表上，采集无人机上的三轴光纤陀螺和三轴石英加表内部集成温度传感器，可实时输出温度信号，供导航模块进行陀螺和加表的温度补偿；卫星模块用于接收并解析卫星信号，将解析好的卫星信号发送给信号采集模块，无人机上的三轴光纤陀螺和三轴石英加表用于采集无人机的六轴惯导数据，可选的，三轴石英加表通过v/f模块与接口模块连接，三轴mems陀螺和三轴mems加表作为备用模块，也用于采集无人机的六轴惯导数据；通过包括第一spi接口、第二spi接口、第三spi接口、rs422接口、第一io接口和第二io接口的接口模块，完成内部数据的采集融合处理和对外设备的数据交互，从而可以使得信号采集模块采集得到无人机的六轴惯导数据、三轴光纤陀螺和三轴石英加表的温度数据、解析得到卫星信号，并将汇总的采集数据发送给数据处理模块，数据处理模块用于实现数据融合处理和导航解算，包括模式设置、参数装订、误差补偿、自检、自对准、组合导航等功能。

可选的，数据处理模块利用dsp芯片实现，信号采集模块利用fpga芯片实现，其中，数据处理模块与信号采集模块之间通过emif总线连接，以实现两个模块之间的数据双向传输。

可选的，接口模块还包括对外接口，对外接口连接测试仪器和/或外部飞管计算机，通过对外接口连接测试仪器和/或非管计算机可以实现该装置的本地测试或者调试。

可选的，卫星模块包括卫星接收机、卫星功分器、主天线和辅天线，其中，卫星接收机分别连接第二io接口、卫星功分器和主天线，卫星功分器分别连接辅天线和外部飞管计算机。主天线和辅天线用于实现卫星信号的接收；卫星功分器用于实现完成卫星信号的备份，通过射频电缆将备份卫星信号传输给外部飞管计算机，卫星功分器由射频输入端供电，且两路供电隔离，以保证在任何一路供电故障不会影响天线和其他通道正常工作；卫星接收机用于实现卫星信号的解析，通过io接口发送给导航模块完成信号融合处理，同时将解析后卫星信号通过rs232发送给飞管计算机，具备卫星信号的双备份功能。

可选的，该装置还包括电源模块，电源模块分别连接数据处理模块、信号采集模块、接口模块和卫星模块，该电源模块包括过压欠压保护电路、emi滤波电路和dc/dc转换电路。其中，过压欠压保护电路具备输入电压滤波和预稳压功能，用于保护惯导不受外部机载电源大范围电压波动影响；emi滤波电路用于将外部机载电源产生的干扰信号杂波消耗，降低电磁干扰；dc/dc转换电路具备隔离电压转换和输出电压滤波功能，其可以将+28v外部机载电源转换为隔离的±5v、±15v二次电源，为三轴光纤陀螺、三轴mems陀螺、三轴石英加表、三轴mems加表、温度传感器、卫星模块、接口模块和导航模块提供工作电源。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。