[发明专利]一种光纤惯性测量组合装置

说明书

本发明公开了一种光纤惯性测量组合结构，包括惯组骨架、光纤陀螺组件、加速度计、尾纤盘绕板和锁紧压块。惯组骨架为球形结构，光纤陀螺组件包括三个环体组合和光源与信号处理组件，其中三个环体组合在惯组骨架内相互正交安装；光源与信号处理组件通过尾纤盘绕板与各环体组合的光纤实现相连；三个加速度计相互正交地安装在惯组骨架上。本发明在光纤陀螺具有充足设计空间以保证精度的基础上，极大缩小了惯性测量组合设计自标定和自对准功能时的回转体旋转直径，使高精度、自标定和自对准的小型化、低成本光纤惯性测量组合成为可能。

技术领域

本发明属于惯性测量技术和惯性器件领域，具体涉及一种光纤惯性测量组合装置。

背景技术

捷联惯性测量组合(以下简称惯组)是加速度计和陀螺仪及必要信号处理部件的组合，用于测量运动载体(如车、船、飞机、航天器等)的加速度和角速度，完成制导与导航功能。随着技术的发展，具备自标定、自对准功能的捷联惯组(以下简称“双自”惯组)成为研究的热点。

自标定功能针对惯性器件本身参数随时间不断变化、必须定期拆下惯组在转台标定这一导致维护复杂的特性，通过与惯组配合安装双轴(或三轴)回转机构，以特定的角速度和回转路径对惯组进行旋转调制来实现免拆卸高效维护。自标定功能主要依赖于结构设计，将相互固联的部件设计为敏感内核可双轴回转并可实现整机锁紧的机构；自对准功能主要利用陀螺仪对地球自转的敏感，通过在特定方位进行回转解算出北向来实现定向。自对准功能同样需要实现敏感内核绕至少一个轴回转并可实现整机锁紧的机构，自对准精度极大受制于陀螺仪的精度。

在高精度惯性测量(主要以陀螺精度达0.001°/h水平为标志)应用领域，“双自”惯组面临着关键性制约因素。当前高精度激光陀螺虽可满足自对准精度1′左右或更高的要求，但高精度激光陀螺成本高、体积大，导致惯组产品笨重、昂贵；光纤陀螺成本低廉，但光纤陀螺精度与体积参数高度相关，0.001°/h精度的光纤陀螺尺寸显著大于0.1°/h-0.01°/h的光纤陀螺，为产品的结构小型化设计带来很大困难，导致惯组回转内核过大，最终造成回转机构和整机体积过大。成本一定的前提下精度与体积的巨大冲突问题，严重制约了产品设计与应用。

发明内容

针对现有技术的改进需求，本发明提供了一种光纤惯性测量组合装置，通过巧妙的布局和组合，在应用高精度光纤陀螺、具备双自惯组各项功能的基础上显著减小惯组回转内核的体积，从根本上突破了低成本、高精度、小体积难以兼具的工程化应用关键性难题。

为实现本发明的技术目的，本发明提供一种光纤惯性测量组合装置，包括惯组骨架、光纤尾纤盘绕板、三轴光纤陀螺部件、加速度计和锁紧压块；

惯组骨架为一球形结构，在球的一个轴两端分别设有一个圆柱形转轴凸台，用于惯组整体在回转机构上安装并确定一个回转轴，与球上回转轴正交的另一个轴两端安装锁紧压块，用于惯组与回转机构的锁紧部件配合实现锁紧；惯组骨架上端面设有光纤尾纤盘绕板；

惯组骨架内开设有环体组合安装腔，环体组合安装腔内加工有环体组合安装面；

三轴光纤陀螺部件包括三个光纤陀螺环体和光源与信号处理组件，三个光纤陀螺环体按照由大到小依次为外环体组合、中环体组合和内环体组合，以环体组合安装面作为安装基准面，三个环体组合相互正交地安装于合安装腔内；光源与信号处理组件安装于中环组合与惯组骨架之间的间隙内；

外环组合、中环组合、内环组合的光纤尾纤均从各自表面甩出，将距离光源与信号处理组件最近的中环组合作为中转，将外环组合、内环组合的光纤尾纤首先汇合到中环体组合，再一并经尾纤盘绕板引入光源与信号处理组件；

加速度计的数量为三个，相互争正交地且与三个环体组合分区地安装在惯组骨架上；