一种平台式惯导无线传输系统及方法技术方案

一种平台式惯导无线传输系统及方法，所述无线传输系统分为供电模块和通讯模块，其中，供电模块又分为台体供电模块和电机供电模块；台体供电模块，用于将平台惯导外部的输入电压引入，经过级间无线转换，为平台台体内部相关的控制板电路提供电能；电机供电模块，用于为基座、外框、中框、内框轴系中的电机驱动和控制电路提供电能，驱动电机，从而使外框、中框、内框、平台台体绕其各自的轴线转动；无线通讯模块，用于实现基座、外框、中框、内框及平台台体的接口控制电路板之间的通讯。的接口控制电路板之间的通讯。的接口控制电路板之间的通讯。

【技术实现步骤摘要】
一种平台式惯导无线传输系统及方法


[0001]本专利技术属于通信与电能传输和惯性导航


技术介绍

[0002]平台式惯导系统用来测量载体速度、位置以及姿态信息，它主要由惯性仪表(陀螺仪和加速度计)、相关电路(包括计算机、电源等)、平台台体、框架系统和稳定回路组成。惯性仪表安装在平台台体上，各个框架轴端安装有轴承、力矩电机、码盘、导电滑环。平台式惯导包括三轴或四轴系统，如图2。目前，在平台式惯导系统中各个框架之间普遍采用导电滑环进行通信和电能传输。导电滑环组件一般由导电滑环体、电刷组件、组合支架、向心球轴承组件等部件构成。由于导电滑环的机械摩擦运动，存在接触不良、甚至产生电火花的现象，且长时间磨损后，容易产生多余物，造成系统稳定性与可靠性显著降低。改进导电滑环性能或寻找其替代品一直是平台式惯导追求的目标。
[0003]近些年，出现了一种叫做“光电混合滑环”，是指在一个滑环体里既有传输电能的传统导电滑环，又有传输信号的光纤滑环。光纤滑环具有信号传输数据量大、距离远、损耗小等优点，但需要配备光电转换装置，且在较强的辐射环境下，光纤滑环的性能会降低。
[0004]无线传输包括无线通信和无线电能传输。
[0005]无线通信方式常见的有蓝牙、Wi
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Fi、Zigbee、RF、NFC等。这些通信方式都有较为复杂的协议，在实时性、可靠性或者通信速率等方面存在不足。由于它们的载波频率很高，传输距离相对较远，覆盖范围宽。对于平台式惯导，要求信号通信实时性要好、传输速率和可靠性要高，而信号覆盖范围仅局限在设定范围内。
[0006]无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术按照能量耦合方式的不同分为微波WPT、容性耦合WPT和磁感应耦合WPT。
[0007]微波WPT技术是利用300MHz
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300GHz之间的高频电磁波进行电能传输，由于微波具有方向性好、可穿透电离层等优点，可以实现远距离输电。缺点：效率低、尺寸大。
[0008]容性藕合WPT技术，是以电场为介质实现电能传输的技术。优点：穿透金属屏障能力强、对外界电磁干扰小。缺点：传输能力低。
[0009]磁感应耦合WPT技术是以磁场为介质实现电能传输的技术，其工作原理见图1。它是将电能转换成高频磁场，通过磁场的藕合将电能藕合至电能电接收端。该项技术已在医疗器械、电动汽车以及家用电器领域得到了广泛应用。磁感应耦合WPT具有传输效率高、功率大、传输过程无辐射、对外界电磁干扰小等优点。然而，当气隙距离增大后，原副边线圈的漏磁通增大，使得WPT系统的传输效率急剧下降。因此，磁感应式WPT系统只有在较短的距离(约为几厘米)内才能获得高传输效率。
[0010]由于平台式惯导系统复杂、限定条件较多，使用无线传输技术替代导电滑环的难度较大。为了使无线传输技术能够在平台式惯导中得到应用，对于无线信号传输，需要满足以下四点：a.信号传输实时性要好、传输速率要快，且可靠性要高；b.经过多级传输后的最大信号延迟不大于5us；c.不能对系统内外产生干扰，满足系统电磁兼容要求；d.结构尺寸
和重量要足够小，满足系统相关要求，且维修方便。对于无线电能传输，需要满足以下四点：a.单级传输效率不低于90％，减小无线传输系统自身的功耗；b.经过多级传输之后能够满足系统对每一级设备的供电要求；c.不能对系统内外产生干扰，满足系统电磁兼容要求；d.结构尺寸和重量要足够小，满足系统相关要求，且维修方便。

技术实现思路

[0011]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种平台式惯导无线传输方法，实现系统内部信号通信和供电传输，消除平台式惯导中导电滑环引起系统电气干扰和可靠性降低的隐患，提高系统抗干扰能力与可靠性。
[0012]本专利技术的技术方案是：一种平台式惯导无线传输系统，所述平台式惯导为四轴系统，包括惯性仪表、平台台体、框架系统和稳定回路；惯性仪表安装在平台台体上，平台台体安装在框架系统内，所述无线传输系统安装在框架系统的旋转轴系内；框架系统由Ο型框架和相应的旋转轴系组成；一套四轴平台式惯导系统，由四级框架和旋转轴系组成，从外至内，四级Ο型框架分别为基座、外框、中框、内框，其相应轴系为基座轴系、外框轴系、中框轴系、内框轴系；每级Ο型框架与其旋转轴线构成一个“Φ”字，其中，“Ο”为框架，中间的竖杠为该框架的旋转轴线，Ο型框架与旋转轴线的相交处为该框架的旋转轴系；各级框架的旋转轴系作用相同，均用于提供支撑和传递运动，即基座为外框、外框为中框、中框为内框、内框为平台台体提供支撑和传递运动；所述旋转轴系包括：轴承、力矩电机、码盘和无线传输系统；
[0013]旋转轴系中的无线传输系统，用于将电能和通讯信号由平台惯导外部传输到平台台体，给平台台体内部的惯性仪表提供电能及控制信号；所述无线传输系统分为供电模块和通讯模块，其中，供电模块又分为台体供电模块和电机供电模块；台体供电模块，用于将平台惯导外部的输入电压引入，经过级间无线转换，为平台台体内部相关的控制板电路提供电能；电机供电模块，用于为基座、外框、中框、内框轴系中的电机驱动和控制电路提供电能，驱动电机，从而使外框、中框、内框、平台台体绕其各自的轴线转动；无线通讯模块，用于实现基座、外框、中框、内框及平台台体的接口控制电路板之间的通讯。
[0014]所述台体供电模块由耦合体和转换电路组成，所述耦合体由耦合体定子和耦合体转子两部分组成；来自外部电源的电能通过基座上的转换电路和安装在基座上的耦合体定子将电能转换为磁能，同时耦合体定子将磁能通过空间耦合到耦合体转子，耦合体转子将磁能转换为电能，并将电能传输到安装在外框上的耦合体定子；之后外框上的耦合体定子以与基座相同的方式向中框传输电能，以此类推中框向内框、内框向台体逐级实现电能到磁能、磁能到电能的转换，最终实现外部供电通过无线方式传输到台体。
[0015]所述电机供电模块由耦合体和转换电路组成，耦合体由耦合体定子和耦合体转子两部分组成；来自外部电源的电能通过基座上的转换电路和安装在基座上的耦合体定子将电能转换为磁能，同时耦合体定子将磁能通过空间耦合到耦合体转子，耦合体转子将磁能转换为电能，该电能一方面传输到安装在外框上的耦合体定子，另一方面通过外框上的转换电路将该电能转换为外框设备供电电源，实现对外框电机驱动及相关控制电路的供电；与基座向外框进行无线电能传输方式相同，电能通过外框向中框、中框向内框逐级实现电能到磁能、磁能到电能的转换，并实现对各框电机驱动及相关控制电路的供电。
[0016]所述无线通讯模块由耦合体和转换电路组成，耦合体由耦合体定子和耦合体转子两部分组成；无线通讯模块实现了台体接口控制电路板与基座、外框、中框、内框上接口控制电路板之间的通讯，无线通讯系统的主控节点为台体，其它框架为通讯系统的终端节点。
[0017]无线通讯模块的命令数据交互过程为：
[0018]1)台体将读取到的动作指令命令发送到台体的无线通讯转换电路板，转换电路将该命令本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平台式惯导无线传输系统，所述平台式惯导为四轴系统，包括惯性仪表、平台台体、框架系统和稳定回路；惯性仪表安装在平台台体上，平台台体安装在框架系统内，所述无线传输系统安装在框架系统的旋转轴系内；框架系统由Ο型框架和相应的旋转轴系组成；一套四轴平台式惯导系统，由四级框架和旋转轴系组成，从外至内，四级Ο型框架分别为基座、外框、中框、内框，其相应轴系为基座轴系、外框轴系、中框轴系、内框轴系；每级Ο型框架与其旋转轴线构成一个“Φ”字，其中，“Ο”为框架，中间的竖杠为该框架的旋转轴线，Ο型框架与旋转轴线的相交处为该框架的旋转轴系；各级框架的旋转轴系作用相同，均用于提供支撑和传递运动，即基座为外框、外框为中框、中框为内框、内框为平台台体提供支撑和传递运动；所述旋转轴系包括：轴承、力矩电机、码盘和无线传输系统；其特征在于，旋转轴系中的无线传输系统，用于将电能和通讯信号由平台惯导外部传输到平台台体，给平台台体内部的惯性仪表提供电能及控制信号；所述无线传输系统分为供电模块和通讯模块，其中，供电模块又分为台体供电模块和电机供电模块；台体供电模块，用于将平台惯导外部的输入电压引入，经过级间无线转换，为平台台体内部相关的控制板电路提供电能；电机供电模块，用于为基座、外框、中框、内框轴系中的电机驱动和控制电路提供电能，驱动电机，从而使外框、中框、内框、平台台体绕其各自的轴线转动；无线通讯模块，用于实现基座、外框、中框、内框及平台台体的接口控制电路板之间的通讯。2.根据权利要求1所述的一种平台式惯导无线传输系统，其特征在于，所述台体供电模块由耦合体和转换电路组成，所述耦合体由耦合体定子和耦合体转子两部分组成；来自外部电源的电能通过基座上的转换电路和安装在基座上的耦合体定子将电能转换为磁能，同时耦合体定子将磁能通过空间耦合到耦合体转子，耦合体转子将磁能转换为电能，并将电能传输到安装在外框上的耦合体定子；之后外框上的耦合体定子以与基座相同的方式向中框传输电能，以此类推中框向内框、内框向台体逐级实现电能到磁能、磁能到电能的转换，最终实现外部供电通过无线方式传输到台体。3.根据权利要求1所述的一种平台式惯导无线传输系统，其特征在于，所述电机供电模块由耦合体和转换电路组成，耦合体由耦合体定子和耦合体转子两部分组成；来自外部电源的电能通过基座上的转换电路和安装在基座上的耦合体定子将电能转换为磁能，同时耦合体定子将磁能通过空间耦合到耦合体转子，耦合体转子将磁能转换为电能，该电能一方面传输到安装在外框上的耦合体定子，另一方面通过外框上的转换电路将该电能转换为外框设备供电电源，实现对外框电机驱动及相关控制电路的供电；与基座向外框进行无线电能传输方式相同，电能通过外框向中框、中框向内框逐级实现电能到磁能、磁能到电能的转换，并实现对各框电机驱动及相关控制电路的供电。4.根据权利要求1所述的一种平台式惯导无线传输系统，其特征在于，所述无线通讯模块由耦合体和转换电路组成，耦合体由耦合体定子和耦合体转子两部分组成；无线通讯模块实现了台体接口控制电路板与基座、外框、中框、内框上接口控制电路板之间的通讯，无线通讯系统的主控节点为台体，其它框架为通讯系统的终端节点。5.根据权利要求4所述的一种平台式惯导无线传输系统，其特征在于，无线通讯模块的命令数据交互过程为：1)台体将读取到的动作指令命令发送到台体的无线通讯转换电路板，转换电路将该命令进行调制，通过内框上的耦合体转子以电磁波的形式发送给耦合体定子，耦合体定子部
分的转换电路将电磁波解调还原为动作指令命令，该命令一方面发送给中框的无线通讯转换电路将该命令进行调制，并通过中框上的耦合体转子，以电磁波的形式发送给耦合体定子，进行逐级传递；另一方面该命令发送给内框上的接口控制电路板，接口控制电路板收到命令后解析数据，判断命令的终端节点是否为内框，如果是内框则响应命令要求，如果不是内框则不作任何工作；2)命令以上述方式逐级传递到基座接口控制电路板，接口控制电路板解析数据，判断命令为动作指令命令，则将命令对应的数据发送到基座的无线通讯转换电路板，转换电路将该数据进行调制，通过基座上的耦合体定子以电磁波的形式发送给耦合体转子，该数据以反方向通过与步骤1)描述的相同方式传输到台体的接口控制电路板；3)综上完成一次台体与基座之间的命令数据交互过程。6.根据权利要求1
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5任一所述的一种平台式惯导无线传输系统，其特征在于，所述的无线传输系统中的通讯模块、台体供电模块和电机供电模块，均安装在各框架轴系的两个轴端内，并对各框架轴系的轴端进行了去轴化设计，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜建邦，魏守嵘，陈颖，彭汉章，卓超，任磊，王美娥，亓婷，刘泽瑞，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：