一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统，在轨使用时，若主惯性测量单元发生故障，可以切换到冗余测量单元继续工作，光纤陀螺惯测系统依然能够提供敏感轴的姿态角速度，可以解决特定方向上的姿态敏感器的高可靠问题；采用适当的标定技术可以实现与陀螺仪相当的精度，绝对误差小于3×10

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统
本专利技术涉及一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统，属于惯性测量

技术介绍
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敏感器，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。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。它是仅由光学器件和电子器件组成的闭环系统，通过检测两束光的相位差来确定自身角速度，因此在结构上它是完全固态化的陀螺，没有任何运动部件。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惯性测量系统，这样可以提高系统的可靠性。现有技术中光纤陀螺惯测系统多采用三轴设计方案，这样就可以测量航天器三轴相对于惯性空间的姿态，但此设计方案不能较好的满足航天器在某特定轴向上对姿态敏感器的高可靠需求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统，通过单轴冗余设计，以满足航天器在特定方向上对姿态敏感器的高可靠要求。本专利技术的技术解决方案是：一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统，包括主惯性测量单元、冗余惯性测量单元和本体，每份惯性测量单元包括陀螺仪、二次电源模块、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块，陀螺仪安装在本体两侧，二次电源模块、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块均安装在本体上，二次电源模块与可为其供电的外界电源控制系统连接，在正常工作模式下，外界电源控制系统将加电指令发送给主惯性测量单元的二次电源模块，二次电源模块收到加电指令后，将外界电源控制系统的供电电压转换成陀螺仪、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块所需的电压，陀螺仪实时将检测到的角速度信号和温度信号发送给信号处理与接口电路模块，地检转换电路模块采集外界输入的模拟量电流信号，并将模拟量电流信号转换成数字量电流信号并发送给信号处理与接口电路模块，信号处理与接口电路模块将采集到的角速度信号、温度信号和数字量电流信号进行整合和标定，将处理后的速度信号、温度信号和数字量电流信号发送给外界姿态控制分系统；若主惯性测量单元处于非正常工作模式，则外界电源控制系统将断电指令发送给主惯性测量单元的二次电源模块，同时外界电源控制系统将加电指令发送给冗余惯性测量单元的二次电源模块，二次电源模块收到加电指令后，将外界电源控制系统的供电电压转换成陀螺仪、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块所需的电压，陀螺仪实时将检测到的角速度信号和温度信号发送给信号处理与接口电路模块，地检转换电路模块采集外界输入的模拟量电流信号，并将模拟量电流信号转换成数字量电流信号并发送给信号处理与接口电路模块，信号处理与接口电路模块将采集到的角速度信号、温度信号和数字量电流信号进行整合和标定，将处理后的速度信号、温度信号和数字量电流信号发送给外界姿态控制分系统。所述的整合方法为：信号处理与接口电路模块按照固定的周期采集角速度信号、温度信号和数字量电流信号，将数字量电流信号叠加到角速度信号中，并将处理后的角速度信号发送给外界姿态控制分系统。所述的标定方法为：通过常温标定试验，计算出数字量电流信号的一次项和零次项系数，并且计算出角速度信号的一次项和零次项系数，通过温度建模试验，计算出角速度信号与温度相关的零次项系数，信号处理与接口电路模块中利用标定出的各个系数对数字量电流信号和角速度信号进行处理。所述的温度建模方法为：将惯测系统放入温箱中加电工作，在一定温度范围内使温箱内的温度均匀变化，记录惯测系统的角速度信号输出，采用插值法计算出各温度点下的角速度信号零次项系数。陀螺仪内置有芯片，芯片对电离总剂量的防护能力大于100krad(Si)。陀螺仪内置芯片抗单粒子翻转能力大于50MeVcm2/mg。陀螺仪内置芯片静电防护能力不小于2000V。还包括下盖，下盖与信号处理与接口电路模块相邻，信号处理与接口电路模块上装有单片机，下盖与信号处理与接口电路模块之间设置有抗辐射加固片，为单片机提供抗辐射保护。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的单轴冗余惯性测量单元有效提高了系统的可靠性，在轨使用时，若主惯性测量单元发生故障，可以切换到冗余测量单元继续工作，光纤陀螺惯测系统依然能够提供敏感轴的姿态角速度，可以解决特定方向上的姿态敏感器的高可靠问题；(2)本专利技术的电流式陀螺地检技术是一种新的光纤陀螺地检方案，采用适当的标定技术可以实现与陀螺仪相当的精度，绝对误差小于3×10-5°/s，相对误差小于5×10-4；采用高抗辐照能力芯片的陀螺仪和具有抗辐照加固片的结构设计，有效提高了产品的抗辐照能力。附图说明图1为本专利技术系统示意图；图2为本专利技术结构示意图；图3为本专利技术信号处理与接口电路模块的原理图；图4为本专利技术地检电路接插件示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步叙述。一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统，如图1所示，包括主惯性测量单元、冗余惯性测量单元和本体，每份惯性测量单元包括陀螺仪、二次电源模块、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块，如图2所示，陀螺仪安装在本体两侧，二次电源模块、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块均安装在本体上，二次电源模块与可为其供电的外界电源控制系统连接，还包括下盖，下盖与信号处理与接口电路模块相邻，信号处理与接口电路模块上装有单片机，下盖与信号处理与接口电路模块之间设置有抗辐射加固片，为单片机提供抗辐射保护。在正常工作模式下，外界电源控制系统将加电指令发送给主惯性测量单元的二次电源模块，二次电源模块收到加电指令后，将外界电源控制系统的供电电压转换成陀螺仪、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块所需的电压，陀螺仪实时将检测到的角速度信号和温度信号发送给信号处理与接口电路模块，地检转换电路模块采集外界输入的模拟量电流信号，并将模拟量电流信号转换成数字量电流信号并发送给信号处理与接口电路模块，信号处理与接口电路模块将采集到的角速度信号、温度信号和数字量电流信号进行整合和标定，将处理后的速度信号、温度信号和数字量电流信号发送给外界姿态控制分系统；若主惯性测量单元处于非正常工作模式，则外界电源控制系统将断电指令发送给主惯性测量单元的二次电源模块，同时外界电源控制系统将加电指令发送给冗余惯性测量单元的二次电源模块，二次电源模块收到加电指令后，将外界本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统，其特征在于，包括主惯性测量单元、冗余惯性测量单元和本体，每份惯性测量单元包括陀螺仪、二次电源模块、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块，陀螺仪安装在本体两侧，二次电源模块、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块均安装在本体上，二次电源模块与可为其供电的外界电源控制系统连接，在正常工作模式下，外界电源控制系统将加电指令发送给主惯性测量单元的二次电源模块，二次电源模块收到加电指令后，将外界电源控制系统的供电电压转换成陀螺仪、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块所需的电压，陀螺仪实时将检测到的角速度信号和温度信号发送给信号处理与接口电路模块，地检转换电路模块采集外界输入的模拟量电流信号，并将模拟量电流信号转换成数字量电流信号并发送给信号处理与接口电路模块，信号处理与接口电路模块将采集到的角速度信号、温度信号和数字量电流信号进行整合和标定，将处理后的速度信号、温度信号和数字量电流信号发送给外界姿态控制分系统；若主惯性测量单元处于非正常工作模式，则外界电源控制系统将断电指令发送给主惯性测量单元的二次电源模块，同时外界电源控制系统将加电指令发送给冗余惯性测量单元的二次电源模块，二次电源模块收到加电指令后，将外界电源控制系统的供电电压转换成陀螺仪、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块所需的电压，陀螺仪实时将检测到的角速度信号和温度信号发送给信号处理与接口电路模块，地检转换电路模块采集外界输入的模拟量电流信号，并将模拟量电流信号转换成数字量电流信号并发送给信号处理与接口电路模块，信号处理与接口电路模块将采集到的角速度信号、温度信号和数字量电流信号进行整合和标定，将处理后的速度信号、温度信号和数字量电流信号发送给外界姿态控制分系统。...

【技术特征摘要】
1.一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统，其特征在于，包括主惯性测量单元、冗余惯性测量单元和本体，每份惯性测量单元包括陀螺仪、二次电源模块、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块，陀螺仪安装在本体两侧，二次电源模块、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块均安装在本体上，二次电源模块与可为其供电的外界电源控制系统连接，在正常工作模式下，外界电源控制系统将加电指令发送给主惯性测量单元的二次电源模块，二次电源模块收到加电指令后，将外界电源控制系统的供电电压转换成陀螺仪、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块所需的电压，陀螺仪实时将检测到的角速度信号和温度信号发送给信号处理与接口电路模块，地检转换电路模块采集外界输入的模拟量电流信号，并将模拟量电流信号转换成数字量电流信号并发送给信号处理与接口电路模块，信号处理与接口电路模块将采集到的角速度信号、温度信号和数字量电流信号进行整合和标定，将处理后的速度信号、温度信号和数字量电流信号发送给外界姿态控制分系统；若主惯性测量单元处于非正常工作模式，则外界电源控制系统将断电指令发送给主惯性测量单元的二次电源模块，同时外界电源控制系统将加电指令发送给冗余惯性测量单元的二次电源模块，二次电源模块收到加电指令后，将外界电源控制系统的供电电压转换成陀螺仪、地检转换电路模块和信号处理与接口电路模块所需的电压，陀螺仪实时将检测到的角速度信号和温度信号发送给信号处理与接口电路模块，地检转换电路模块采集外界输入的模拟量电流信号，并将模拟量电流信号转换成数字量电流信号并发送给信号处理与接口电路模块，信号处理与接口电路模块将采集到的角速度信号、温度信号和数字量电流信号进行整合和标定，将处理后的速度信号、温度信号和数字量电流信号发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：向政，汤梦希，魏垚，刘朝阳，曾勇超，薛彬，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11