[发明专利]一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统

说明书

本发明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^‑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。

技术领域

本发明涉及一种高可靠单轴冗余光纤陀螺惯测系统，属于惯性测量技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明的技术解决问题是：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。

本发明的技术解决方案是：

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，