[发明专利]一种机抖激光陀螺惯性导航系统的可控减振装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于机抖激光陀螺惯性导航系统的可控减振装置及减振方法，属惯性导航领域，包括惯性传感器安装框架、S型折叠梁减振装置、折叠梁减振装置安装座和安装基座。本发明有如下技术效果：本发明可以使惯性传感器装配体在径向平动和摇摆运动的方向解耦，减少惯性传感器装配体在共振区的复杂振动响应，改善惯性传感器装配体的隔振性能；本发明对减振器的形变进行实时测量、控制和消除，进一步减小惯性传感器装配体与载体之间由于减振器带来的误差；将S型折叠梁减振装置的形变实时地输入到机抖激光陀螺惯性导航系统中，与惯性器件测量得到的惯性传感器装配体角速度和加速度信号进行整合处理，从而得到载体高精度的实时姿态和位置输出。

技术领域

本发明涉及一种用于机抖激光陀螺惯性导航系统的可控减振装置及减振方法，属惯性导航领域。

背景技术

由于激光陀螺具有精度高、体积小、可靠性高、温度敏感度低等特点，越来越成为惯性导航系统中首选的角速率传感器。为了消除激光陀螺固有的“闭锁误差”，机抖激光陀螺利用机械抖动部件通过周期性的抖动来使激光陀螺敏感到的角速率远离闭锁区域。但不可避免的是，机抖激光陀螺机械抖动部件的抖动会对惯性导航系统中的其它敏感器件产生不利影响；同时，安装机抖激光陀螺惯性导航系统的载体运动产生的各种振动也会对惯性导航系统内部的惯性传感器(如加速度计)带来干扰。因此，为了充分发挥机抖激光陀螺的优势，保证惯性导航系统获得更高的应用精度，需要对机抖激光陀螺惯性导航系统的减振装置进行合理设计。

文献1为国防科技大学罗青的博士学位论文《航天器飞轮系统微振动特性及隔振方法研究》(2014年)，该文献介绍了一种基于折叠梁的反作用飞轮被动隔振系统，文献分析了航天器反作用飞轮系统的结构动力学特性及被动隔振装置的隔振性能，同时对反作用飞轮与被动隔振装置之间的耦合动力学关系进行了数值仿真研究。论文采用的基于折叠梁的被动隔振装置具有多自由度的隔振能力，不仅可以有效降低反作用飞轮的微振动扰动力和力矩输出，还能满足反作用飞轮对指向精度的要求。

但是航天器用的反作用飞轮为一个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)，工作方式为单向转动，最大转速为6000rev/min，即工作频率最大为100Hz，扰动频率也以低频为主，而二频机抖激光陀螺机械抖动部件的工作方式为往复扭转运动，抖动频率在300Hz以上，不仅转速是非线性的，而且方向也是随时变化的；扰动频率不仅包括低频扰动，也包括了高频扰动，如果不进行合理设计，这些扰动会对机抖激光陀螺惯性导航系统的精度造成严重影响，因此就对设计机抖激光陀螺惯性导航系统的减振装置提出了更高的要求。同时，文献1也没有对粘贴压电陶瓷片的折叠梁构成的隔振系统进行详细分析。

文献2为国防科技大学光电科学与工程学院李耿等申请的发明专利《一种用于机抖激光陀螺的主动式抖动消振控制方法》(专利号ZL201510946171.8)，该专利设计了一种由机抖激光陀螺、机抖激光陀螺安装壳体、N个主动式抖动消振辐条、1块用于采集信号的压电陶瓷片、2N-1块用于驱动的压电陶瓷片以及集成电路模块组成的用于机抖激光陀螺的主动式抖动消振装置，并基于此装置发明了一种用于机抖激光陀螺的主动式抖动消振控制方法。该装置在一片主动式抖动消振辐条上粘有1块用于采集信号的压电陶瓷片，可以敏感到机抖激光陀螺抖轮的微小抖动形变，利用压电陶瓷特有的逆压电效应将微小形变转换成电信号输入到抖动信号采集处理系统中，通过主动式抖动消振控制方法得到主动式抖动消振驱动电压并输出到用于驱动的2N-1块压电陶瓷片上，从而实现主动式抖动消振的效果。该专利可以有效地降低机抖激光陀螺中机械抖动部件抖动对安装基座和其它敏感设备的影响，但是在由三个或者多个机抖激光陀螺组成的惯性导航系统中，为了进一步消除由机抖激光陀螺抖动带来的振动及耦合误差，减少外界环境对惯性导航系统内部惯性传感器的干扰，还需要对整个惯性导航系统进行整体性的振动测量、控制和消除