专利名称：一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及导航领域，尤其涉及一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置。
背景技术：
惯性导航系统的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，它利用陀螺和加速度计测量载体在惯性参考系中的角速度和加速度，从而连续估算载体在导航坐标系中的速度、位置和姿态等信息。惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外辐射能量的自主导航系统，其主要缺点是误差会随时间发散，不利于长时间高精度导航。旋转式惯导系统是将惯性器件安装在旋转机构上，通过控制惯性器件随旋转机构往复转动将误差调制成周期变化的形式，在导航解算过程中利用积分运算将误差抵消，以此来减小系统误差的积累，提高惯导系统的长航时导航精度。旋转式惯导系统主要有单轴旋转惯导系统和双轴旋转惯导系统两类。单轴旋转惯导系统仅能调制垂直于旋转轴的器件误差，旋转轴方向上的惯性器件误差无法得到调制。双轴旋转惯导系统则可以使三个方向的惯性器件误差都能够得到调制，采用同等精度的惯性器件可以获得更高的导航精度。目前旋转调制惯导系统都是单轴旋转惯导系统，如专利CN200910044428. 5公开了一种高精度激光陀螺单轴旋转惯性导航系统；双轴旋转惯导系统还处在理论研究和试验阶段，公开文献中都是对于惯导系统双轴旋转调制方法的记载，如专利CN200910210714. 4公开了一种捷联惯性导航系统双轴旋转调制方法。另外，如果将捷联惯导系统整体安装在双轴旋转机构上，系统的体积、重量都会很大；但如果仅将惯性器件安装在旋转机构上，则必须解决好系统内部干扰、信号无损传输等问题，因此双轴旋转惯导系统的小型化难度很大。光纤陀螺对磁场较为敏感，在双轴旋转惯导系统中，电机磁场成为影响光纤陀螺精度的主要因素，尤其是在小型化旋转惯导系统中，由于系统内部空间有限，使得磁屏蔽设计难度很大。因此，在整个惯性导航系统中，对于双轴旋转机构的设计尤为重要，目前的双轴旋转机构一般是用于实验的旋转平台，如专利CN201010503742. 8公开了一种双轴手动无磁转台，都不能满足既要适合系统小型化，又要保证磁场屏蔽的实际要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置。本发明是这样实现的一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，包括箱体、双轴旋转机构，惯性测量组件和电路组件，所述双轴旋转机构安装在箱体内的一个腔室中，惯性测量组件安装在双轴旋转机构内部。所述双轴旋转机构按照一定的规律周期性地转动惯性测量组件。
所述惯性测量组件用于敏感三个轴向的角速度增量以及测量沿三个轴向的线加速度。所述电路组件独立安装在箱体内的另外一个腔室中，包括直流电源板、导航计算机板和旋转控制电路板，所述直流电源板用于将外部输入的直流28. 5V电源转换为惯性导航装置内部各部件所需的二次电源；所述导航计算机板用于负责惯性导航装置的信息采集、计算处理以及对外接口 ；所述旋转控制电路板用于通讯、信号采样、产生控制信号并输出对力矩电机的驱动信号。所述惯性测量组件包括台体、X光纤环、Y光纤环、Z光纤环、光纤陀螺电路盒、X加速度计、Y加速度计、Z加速度计、加速度测频电路和惯性测量组件对外连接的第一连接器。所述台体为空腔六面体，相邻表面互相垂直，所述第一连接器安装在台体表面，所述第一连接器对外与双轴旋转机构连接。所述X光纤环、Y光纤环、Z光纤环分别安装在台体的三个相互垂直的相邻表面上，所述光纤陀螺电路盒安装在台体内部，所述X光纤环、Y光纤环、Z光纤环与光纤陀螺电路盒连接，所述光纤陀螺电路盒与第一连接器连接。所述X加速度计、Y加速度计、Z加速度计分别安装在台体外部的突台上，三个加速度计的安装平面分别平行于台体三个相互垂的相邻表面，所述加速度计测频电路安装在台体上，X加速度计、Y加速度计、Z加速度计通过导线分别与第一连接器和加速度计测频电路连接，所述加速度计测频电路也与第一连接器连接。所述X加速度计、Y加速度计、Z加速度计为石英振梁加速度计。所述双轴旋转机构包括内旋转组件、外旋转组件、外框组件、第二连接器；外框组件、外旋转组件、内旋转组件由外向内逐层安装。所述内旋转组件包括内环支架、内环力矩电机的转子、内环光电编码器的转子和内环导电滑环的转子；内环力矩电机的转子固定在内环支架的下端，内环光电编码器的转子和内环导电滑环的转子固定在内环支架的上端；所述惯性测量组件的输出端第一连接器与内环导电滑环的转子端连接。所述外旋转组件包括外环支架、内环力矩电机的定子、内环光电编码器的定子、内环导电滑环的定子、外环力矩电机的转子、外环光电编码器的转子和外环导电滑环的转子；内环导电滑环的定子嵌装在内环光电编码器的定子上；内环光电编码器的定子固定在外环支架的上端；内环力矩电机的定子固定在外环支架的下端；外环力矩电机的转子固定在外环支架的左端；外环光电编码器的转子固定在外环支架的右端；外环导电滑环的转子与外环光电编码器的转子固定在外环支架的同一端；所述内环光电编码器的输出端、内环导电滑环的定子端输出都分别与外环导电滑环的转子连接。所述外框组件包括外框、外环力矩电机的定子、外环光电编码器的定子、外环导电滑环的定子和第二连接器；外环导电滑环的定子嵌装在外环光电编码器的定子上；外环力矩电机的定子固定在外框的左端；外环光电编码器的定子固定在外框的右端；所述外环导电滑环的定子端输出和外环光电编码器的输出都与第二连接器连接。所述双轴旋转机构还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩安装在双螺旋机构的内环支架上，用于屏蔽地磁场、内环电机磁场和外环电机磁场对光纤陀螺的干扰。所述箱体包括腔室一、腔室二、母板、供电连接器、通讯连接器和检测连接器；所述双轴旋转机构安装在腔室一内；所述母板安装在腔室二内；所述双轴旋转机构的对外连接器第二连接器与母板连接；所述直流电源板、导航计算机板和旋转控制电路板插接在母板的接口连接器上；所述供电连接器、通讯连接器和检测连接器与母板连接，用于对外连接。本发明与采用外部信息构成的组合导航系统相比，双轴旋转惯性导航系统工作于纯惯性方式下，不依赖外部辅助信息，可以保证系统的自主性；与传统惯性导航系统相比，采用同等精度的惯性器件，双轴旋转惯性导航系统的长航时导航精度大幅提高。本发明采用光电编码器作为角度传感器，相较其他高精度角度传感器，例如旋转变压器、感应同步器，具有体积小、精度高、性能稳定、可靠等特点。本发明采用直流力矩电机作为双轴旋转机构的驱动装置，具有低转速、大转矩的特点，可在堵转下长期工作，直流力矩电机可以直接带动低速负载和大转矩负载，具有转速和转矩波动小，机械特性和调节特性线性度好等优点。特别适用于高精度的位置伺服系统和低速控制系统。本发明的光纤陀螺是一种全固态的陀螺仪，它具有重量轻、灵敏度高、动态范围大、启动时间短、对冲击和振动环境的适应能力强、性能不易退化等优点。本发明的石英振梁加速度计采用挠性支撑，具有可靠性好、稳定性高、线性度好、量程大、反应时间短等优点；石英振梁加速度计直接输出频率信号，不会产生因模数转换电路而引起的误差、成本、体积、重量、功耗的增加。本发明的内环支架上设有屏蔽罩，可有效的屏蔽地磁场、内环电机磁场和外环电机磁场对光纤陀螺的干扰。本发明在结构设计上仅将惯性器件及其电路安装在台体上，而直流电源、导航计算机等部件安装在旋转机构外部；惯性器件则选择体积和重量较小的光纤陀螺和石英振梁加速度计，因而台体体积较小；双轴旋转机构的设计上，严格结合台体对旋转空间的实际需求来确定内环支架和外环支架的形状和尺寸，因而结构上十分紧凑；并且本发明的主要结构件的材质都采用重量较轻的铝或铝合金，保证整个装置重量轻。
图I惯性测量组件俯视图；图2惯性测量组件后视图；图3双轴旋转机构去掉外框的立体图；图4双轴旋转机构俯视图；图5双轴旋转机构A-A向剖视图；图6实施例中导航装置去掉上盖板的俯视图；图7实施例中导航装置B-B向剖视图；图8母板放大图；图9双轴旋转光纤捷联惯性导航装置工作原理图。其中，X光纤环I、Y光纤环2、Z光纤环3、台体4、光纤陀螺电路盒5、第一连接器
6、外连接器组件7、X加速度计8、Y加速度计9、Z加速度计10、加速度计测频电路11、内环支架12、内环力矩电机13、内环光电编码器14、内环导电滑环15、外环支架16、外环力矩电机17、外环光电编码器18、外环导电滑环19、外框20、第二连接器21、前屏蔽罩22、后屏蔽罩23、箱体24、腔室一 25、腔室二 26、母板27、供电连接器28、通讯连接器29、检测连接器30、上盖板31、下盖板32、接口连接器一 33、接口连接器二 34、接口连接器三35、接口连接器四36、接口连接器五37、导航计算机板38、旋转控制电路板39、直流电源板40。
具体实施例方式本实施例中，惯性导航装置由箱体、双轴旋转机构，惯性测量组件和电路组件构成，如图6所示是导航装置去掉上盖板的俯视图。其中，如图I、图2所示，是本实施例捷联惯性导航装置中惯性测量组件的俯视图和后视图。台体4为空腔六面体，相邻表面互相垂直，X光纤环1、Y光纤环2、Z光纤环3分别通过三个标准螺钉安装在台体4的三个相互垂直的表面上，光纤陀螺电路盒5通过四个标准螺钉安装在台体4的内部，第一连接器6粘接在台体4表面，光纤陀螺电路盒5的对外连接器组件7与第一连接器6通过导线连接；X加速度计8、Y加速度计9、z加速度计10分别通过三个标准螺钉安装在台体4外部的一个突台上，三个加速度计的安装面分别平行于台体表面，加速度计测频电路11通过四个标准螺钉安装在台体4上，X加速度计8、Y加速度计9、Z加速度计10通过导线分别与第一连接器6和加速度计测频电路11连接，加速度计测频电路11也与第一连接器6连接。整个惯性测量组件通过4个标准螺钉安装在双轴旋转机构的内环支架12上，如图3、图4、图5所示，其对外连接的第一连接器6与双轴旋转机构的内环导电滑环15的定子端连接。如图3所示为去掉外框的双轴旋转机构的立体图，图4、图5分别为本发明中双轴旋转机构的俯视图和A-A向剖视。双轴旋转机构包括内旋转组件、外旋转组件、外框组件和用于对外连接的第二连接器21 ;外框组件、外旋转组件、内旋转组件由外向内逐层安装。内旋转组件包括内环力矩电机13的转子固定在内环支架12的下端，内环光电编码器14的转子和内环导电滑环15的转子固定在内环支架12的上端；惯性测量组件输出端第一连接器6和内环力矩电机13的驱动输入端都与内环导电滑环15的转子端连接。外旋转组件包括内环导电滑环15的定子通过两个标准螺钉安装在内环光电编码器14的定子上，内环光电编码器14的定子通过六个标准螺钉安装在外环支架16的上端；内环力矩电机13的定子通过六个内环力矩电机压板和垫片以及六个标准螺钉安装在外环支架16的下端，利用力矩电机压板和垫片固定力矩电机即可以保证力矩电机牢固连接，又可以通过垫片调整力矩电机的位置；外环力矩电机17的转子固定在外环支架16的左端；外环光电编码器18的转子和外环导电滑环19的转子固定在外环支架16的右端；内环光电编码器14的输出、内环导电滑环15定子端输出以及外环力矩电机17的驱动输入端都分别与外环导电滑环19转子连接。外框组件包括外环导电滑环19的定子通过两个标准螺钉安装在外环光电编码器18的定子上，外环光电编码器18的定子通过六个标准螺钉安装在外框20的右端，外环力矩电机17的定子通过六个外环力矩电机压板和垫片以及六个标准螺钉安装在外框20左端。为屏蔽地磁场、内环电机磁场和外环电机磁场对光纤陀螺的干扰，内环支架12上设有屏蔽罩，本实施例中屏蔽罩分前屏蔽罩22、后屏蔽罩23两部分，分别从前后两个方向安装在内环支架12上。如图6、图7和图8所示，本实施例中，箱体24包括腔室一 25、腔室二 26、母板27、供电连接器28、通讯连接器29、检测连接器30、上盖板31和下盖板32 ;安装有惯性测量组件的双轴旋转机构通过四个标准螺钉安装在箱体24的腔室一 25内；母板27通过四个标准螺钉安装在腔室二 26内；双轴旋转机构的对外连接的第二连接器21与母板27上的接口连接器一 33连接；导航计算机板38插接在母板27上的接口连接器二 34上并锁紧，旋转控制电路板39插接在母板27上的接口连接器三35上并锁紧，直流电源板40插接在母板27上的接口连接器四36上并锁紧；母板27上的接口连接器五37与箱体24上的供电连接器28、通讯连接器29和检测连接器30连接。另外，本实施例中箱体、双轴旋转机构，惯性测量组件的结构件材料为质量较轻的铝或铝合金制成，满足整个装置重量轻的要求。整个装置的工作流程如图9所示，双轴旋转光纤捷联惯性导航装置通过供电连接器28将外部直流28. 5V电源经母板27引至直流电源板40，直流电源板40将直流28. 5V转换成装置所需的各种电源后经母板27送至导航计算机板38、旋转控制电路板39、双轴旋转机构使用，双轴旋转机构通过内环导电滑环15将电源送至X光纤环1、Y光纤环2、Z光纤环3、光纤陀螺电路盒5、X加速度计8、Y加速度计9、Z加速度计10和加速度计测频电路11。装置供电后，导航计算机板38接收测频电路11发出的基准频率信号实现定时功能，存储在导航计算机板38上的导航软件开始运行，并通过通讯接口定时发出控制指令至旋转控制电路板39 ;旋转控制电路板39定时发出同步信号至双轴旋转机构并通过通讯接口接收其内环和外环的角位置信息；旋转控制软件根据接收到的控制指令和角位置信息，按照预定的控制算法计算出对双轴旋转机构的控制信号，经过旋转控制电路39上的功率放大器放大后送至双轴旋转机构并使其转动。与此同时，导航计算机板38通过通讯接口定时向光纤陀螺电路盒5和加速度计的测频电路11发出同步脉冲，接收到同步脉冲后，安装在双轴旋转机构上的光纤陀螺敏感三个方向的角速度增量并由光纤陀螺电路盒5输出至导航计算机板38，三只加速度计分别敏感三个方向的加速度经测频电路11处理后将三个方向的加速度信号输出给导航计算机板38。这样就实现了对双轴旋转机构的旋转控制以及惯性测量组件输出信号的采集。导航软件对采集的信号进行进一步处理和解算，可以获得载体的位置、速度、姿态信息并通过通讯对外输出。
权利要求
1.一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，其特征在于，包括箱体、双轴旋转机构，惯性测量组件和电路组件， 所述双轴旋转机构安装在箱体内的一个腔室中，惯性测量组件安装在双轴旋转机构内部; 所述双轴旋转机构按照一定的规律周期性地转动惯性测量组件； 所述惯性测量组件用于敏感三个轴向的角速度增量以及测量沿三个轴向的线加速度； 所述电路组件独立安装在箱体内的另外一个腔室中，包括直流电源板、导航计算机板和旋转控制电路板，所述直流电源板用于将外部输入的直流28. 5V电源转换为惯性导航装置内部各部件所需的二次电源；所述导航计算机板用于负责惯性导航装置的信息采集、计算处理以及对外接口 ；所述旋转控制电路板用于通讯、信号采样、产生控制信号并输出对力矩电机的驱动信号。
2.根据权利要求I所述的一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，其特征在于所述惯性测量组件包括台体、X光纤环、Y光纤环、Z光纤环、光纤陀螺电路盒、X加速度计、Y加速度计、z加速度计、加速度计测频电路和惯性测量组件对外连接的第一连接器； 所述台体为空腔六面体，相邻表面互相垂直，所述第一连接器安装在台体表面，所述第一连接器对外与双轴旋转机构连接； 所述X光纤环、Y光纤环、Z光纤环分别安装在台体的三个相互垂直的相邻表面上，所述光纤陀螺电路盒安装在台体内部，所述X光纤环、Y光纤环、Z光纤环与光纤陀螺电路盒连接，所述光纤陀螺电路盒与第一连接器连接； 所述X加速度计、Y加速度计、Z加速度计分别安装在台体外部的突台上， 三个加速度计的安装平面分别平行于台体表面，所述加速度计测频电路安装在台体上，X加速度计、Y加速度计、Z加速度计通过导线分别与第一连接器和加速度计测频电路连接，所述加速度计测频电路也与第一连接器连接。
3.根据权利要求2所述的一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，其特征在于所述X加速度计、Y加速度计、Z加速度计为石英振梁加速度计。
4.根据权利要求1-3所述的任意一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，其特征在于所述双轴旋转机构包括内旋转组件、外旋转组件、外框组件、第二连接器；外框组件、外旋转组件、内旋转组件由外向内逐层安装； 所述内旋转组件包括内环力矩电机的转子固定在内环支架的下端，内环光电编码器的转子和内环导电滑环的转子固定在内环支架的上端；所述惯性测量组件的输出端第一连接器与内环导电滑环的转子端连接； 所述外旋转组件包括内环导电滑环的定子嵌装在内环光电编码器的定子上；内环光电编码器的定子固定在外环支架的上端；内环力矩电机的定子固定在外环支架的下端；夕卜环力矩电机的转子固定在外环支架的左端；外环光电编码器的转子固定在外环支架的右端；外环导电滑环的转子与外环光电编码器的转子固定在外环支架的同一端；所述内环光电编码器的输出端、内环导电滑环的定子端输出都分别与外环导电滑环的转子连接； 所述外框组件包括外环导电滑环的定子嵌装在外环光电编码器的定子上；外环力矩电机的定子固定在外框的左端；外环光电编码器的定子固定在外框的右端；所述外环导电滑环的定子端输出和外环光电编码器的输出都与第二连接器连接。
5.根据权利要求4所述的一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，其特征在于还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩安装在双螺旋机构的内环支架上。
6.根据权利要求I或5所述的一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，其特征在于所述箱体包括腔室一、腔室二、母板、供电连接器、通讯连接器和检测连接器；所述双轴旋转机构安装在腔室一内；所述母板安装在腔室二内；所述双轴旋转机构的对外连接器第二连接器与母板连接；所述直流电源板、导航计算机板和旋转控制电路板插接在母板的接口连接器上；所述供电连接器、通讯连接器和检测连接器与母板连接，用于对外连接。
7.根据权利要求I所述的一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，其特征在于所述箱体、双轴旋转机构或惯性测量组件的结构件材料为质量较轻的铝或铝合金。
全文摘要
本发明公开一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置，由箱体、双轴旋转机构、惯性测量组件和电路组件组成；导航计算机按照设定的旋转方案向旋转控制电路发出控制指令，旋转控制电路实时采集双轴旋转机构内环和外环的角位置信息，并根据导航计算机发出的控制指令，按照控制算法计算出控制量，经功率放大器输出至双轴旋转机构的内环和外环力矩电机，使得安装有惯性测量组件的双轴旋转机构按照设定的旋转方案旋转，实现对光纤陀螺和石英振梁加速度计误差的调制，极大提高惯性导航系统的自主导航精度，解决惯性导航系统长航时自主导航精度差的问题。
文档编号G01C21/18GK102980578SQ201210458620
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者詹双豪, 刘峰, 胡平华, 张丛巨, 崔鹏程, 曲雪云, 唐江河, 徐策, 舒钊, 李爱萍, 王子静, 王鹏程, 刘东斌, 张伟彬, 孙国飞, 申燕超 申请人:北京自动化控制设备研究所