[发明专利]一种温控光纤惯导结构及其设计方法

说明书

本发明提供一种温控光纤惯导结构及其设计方法，包括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；基于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；基于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。本发明通过建立温控光纤惯导结构的热阻网络模型，分析温控光纤惯导结构的温度特性，根据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。通过该方法设计的温控光纤惯导结构，能够使光纤陀螺工作于一个相对稳定温度场内，提高了光纤陀螺输出的稳定性，从源头抑制光纤陀螺的温度漂移。

技术领域

本发明涉及惯性导航领域，尤其涉及一种温控光纤惯导结构及其设计方法。

背景技术

光纤惯性导航系统是捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial NavigationSystem)的一种，与其他惯导系统相比，拥有寿命长，可靠性高，重量轻等优点，同时光纤惯性导航系统的启动时间短，对机械环境的适应性好，因此应用领域很广。

虽然光纤惯导系统具有许多明显的优点，但是也有它自身的局限性。事实上，光纤惯导在工程应用中遇到的一个严重问题就是，光纤陀螺对周围环境温度的变化十分敏感。温度变化将会导致光纤陀螺产生较大的偏置漂移，一般把这种现象称为光纤陀螺的温度漂移。温度漂移严重影响了光纤陀螺的输出精度，也制约了其在工程上的进一步使用。不少学者基于实验测量、误差拟合的方式实现对光纤陀螺的温度补偿，直接修正其输出精度，取得了很多有价值的成果。但大多数成果补偿精度有限，可移植性差。目前，工程上光纤惯性导航系统设计方案仍没有有效解决光纤陀螺的温度漂移。

因此，如何设计一种有效的温控光纤惯导结构，以抑制、减小光纤陀螺的温度漂移，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种温控光纤惯导结构及其设计方法，解决现有光纤惯性导航系统未有效解决光纤陀螺的温度漂移的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种温控光纤惯导结构的设计方法，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；

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；

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。

进一步，步骤S1中，所述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，具体包括：

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：

式中，m₁，m₂，m₃分别表示壳体、IMU本体组件和电器组件的质量；其中，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；