[发明专利]一种温控光纤惯导结构及其设计方法

权利要求书

1.一种温控光纤惯导结构的设计方法，其特征在于，包括：

S1，建立温控光纤惯导结构的热阻网络模型，获取热阻网络模型中各节点温度的关系式；其中，温控光纤惯导结构包括壳体，所述壳体内设置有IMU本体组件、导航解算组件和温控组件；所述IMU本体组件包括本体座以及安装在本体座上的三个光纤陀螺、加热组件和加表组件；所述三个光纤陀螺和加表组件分别与导航解算组件连接，温控组件连接加热组件；

S1包括：S11，将外部环境和温控光纤惯导结构的各个组件均简化为有质量且无体积的节点，考虑各节点间的热阻，建立温控光纤惯导结构的热阻网络模型；其中，每一节点对应一个节点温度；S12，基于能量守恒原理，获取热阻网络模型中各节点温度的关系式；

S2，基于所述热阻网络模型及其各节点温度的关系式，分析温控光纤惯导结构的温度特性；其中，S2包括：S21，当热阻网络模型各节点达到热平衡时，加热组件停止加热，此时q₂＝q_h，IMU本体组件的热平衡温度T₂|_balance＝R_j1·(q_h+q₃)+R_j2·q_h+T₀；在不主动进行温控的状态下，IMU本体组件平均温度T₂会逐渐逼近热平衡温度并稳定；当IMU温控点温度大于T₂|_balance时，T₂′|_balance-T₂|_balance＝q_heat·(R_j1+R_j2)0，温控点温度的稳定仅依靠加热设备就可以实现；由此获得第一温度特性：任意大于热平衡温度T₂|_balance的温控点温度T₂′|_balance可以通过正的热量q_heat补偿达到；

其中，m₁,m₂,m₃分别表示壳体、IMU本体组件和电器组件的质量；电器组件包括导航解算组件和温控组件；

c_p1,c_p2,c_p3分别表示壳体、IMU本体组件和电器组件的平均比热容；

T₀,T₁,T₂,T₃分别表示环境、壳体、IMU本体组件和电器组件的平均温度；

R_j1表示壳体到环境之间的热阻；R_j2表示IMU本体到壳体之间的热阻；

q_heat表示加热组件的加热功率；q_h表示加表组件的热功耗；q₂表示加热组件的加热功率和加表组件的热功耗之和，即q₂＝q_heat+q_h；q₃表示电器组件热功耗；

S3，基于所述温控光纤惯导结构的温度特性，以在光纤陀螺周围构建稳定温度场为目标，设计温控光纤惯导的结构；S3包括：根据第一温度特性，设定IMU本体组件的温控点温度T′₂|_balance＞R_j1·(q_h+q₃)+R_j2·q_h+T₀，以使IMU本体组件仅通过加热组件即可达到新的热平衡。

2.根据权利要求1所述的温控光纤惯导结构的设计方法，其特征在于，步骤S12中，基于能量守恒原理获取的热阻网络模型中各节点温度的关系式为：

式中，T₀,T₁,T₂,T₃分别表示环境、壳体、IMU本体组件和电器组件的平均温度；R_j3表示电器组件到壳体之间的热阻。