一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，包含，一對(duì)捷聯(lián)慣組，所述一對(duì)捷聯(lián)慣組平行設(shè)置，每一所述捷聯(lián)慣組包含：四個(gè)慣組單元，每一慣組單元包含一加速度計(jì)及一陀螺；其中，三個(gè)慣組單元相互正交設(shè)置，剩余的一慣組單元分別與三個(gè)相互正交的慣組單元呈一定角度設(shè)置。本發(fā)明能通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)冗余解決運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)高可靠的要求，解決運(yùn)載火箭可靠性、運(yùn)載能力、經(jīng)濟(jì)成本、測(cè)試復(fù)雜度等之間的矛盾。
【專利說明】一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)的冗余技術(shù)，具體涉及一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣 性導(dǎo)航系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)載火箭具有商風(fēng)險(xiǎn)性的特點(diǎn)，隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)運(yùn)載火箭的可 靠性要求越來越高，控制系統(tǒng)是關(guān)系運(yùn)載火箭飛行成敗的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，系統(tǒng)復(fù)雜、研制難 度高，為滿足適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境和高可靠性要求，宜采用必要的冗余技術(shù)。由于慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)復(fù)雜、重要性高，對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的冗余是運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)冗余的重中之重。
[0003] 對(duì)現(xiàn)役運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的冗余主要有以下幾種：動(dòng)力調(diào)諧陀螺 平臺(tái)-激光捷聯(lián)慣組主從冗余技術(shù)、"七表"雙激光捷聯(lián)慣組冗余技術(shù)、"六表"三捷聯(lián)慣組 冗余技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，能通過慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)冗余解決運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)高可靠的要求，解決運(yùn)載火箭可靠性、運(yùn)載能力、經(jīng)濟(jì)成 本、測(cè)試復(fù)雜度等之間的矛盾。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣 性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，包含， 一對(duì)捷聯(lián)慣組，所述一對(duì)捷聯(lián)慣組平行設(shè)置，每一所述捷聯(lián)慣組包含： 四個(gè)慣組單元，每一慣組單元包含一加速度計(jì)及一陀螺； 其中，三個(gè)慣組單元相互正交設(shè)置，剩余的一慣組單元分別與三個(gè)相互正交的慣組單 元呈一定角度設(shè)置。
[0006] 優(yōu)選地，所述的加速度計(jì)為石英擺式加速度計(jì)。
[0007] 優(yōu)選地，所述的陀螺為單自由度陀螺。
[0008] 優(yōu)選地，所述的陀螺為激光陀螺。
[0009] 優(yōu)選地，所述的陀螺為光纖陀螺。
[0010] 本發(fā)明一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：通 過捷聯(lián)慣組的雙冗余，用捷聯(lián)慣組代替了復(fù)雜的平臺(tái)系統(tǒng)，提高了運(yùn)載火箭的可靠性；通過 對(duì)運(yùn)載火箭配置兩套慣組，相比平臺(tái)捷聯(lián)冗余、捷聯(lián)慣組三冗余等其它冗余方式，整個(gè)慣性 導(dǎo)航系統(tǒng)的質(zhì)量更小，有效的提高了運(yùn)載能力；慣性導(dǎo)航裝置在運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)成本中 所占比例較大，通過捷聯(lián)慣組取代平臺(tái)系統(tǒng)、兩套慣組有限冗余，節(jié)省的配套成本，使運(yùn)載 火箭在發(fā)射市場(chǎng)更有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力；雙"八表"捷聯(lián)慣組冗余故障診斷方案的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單， 具有很好的可測(cè)試性。

【專利附圖】

【附圖說明】 toon] 圖1為本發(fā)明一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0013] 根據(jù)運(yùn)載火箭慣性導(dǎo)航系統(tǒng)需要冗余提高系統(tǒng)可靠性的要求，減少系統(tǒng)中存在的 單點(diǎn)故障模式及數(shù)量，需要對(duì)慣組進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)冗余。兼顧系統(tǒng)簡(jiǎn)化、總重量輕、運(yùn)載能力、成 本低、測(cè)試復(fù)雜度及可實(shí)現(xiàn)性等要求，對(duì)運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)配置兩套捷聯(lián)慣組，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí) 冗余。兩套捷聯(lián)慣組采用主從冗余，熱備份。本實(shí)施例中，運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)采用雙捷聯(lián)慣 組系統(tǒng)級(jí)主從冗余，捷聯(lián)慣組A為主，兩套捷聯(lián)慣組均正常時(shí)，捷聯(lián)慣組A參與控制，當(dāng)捷聯(lián) 慣組A有故障時(shí)，切換到捷聯(lián)慣組B參與控制。
[0014] 捷聯(lián)慣組內(nèi)部配置表頭為陀螺和加速度計(jì)，控制系統(tǒng)的可靠性是隨表頭個(gè)數(shù)的增 加而增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)不是線性的，且表頭個(gè)數(shù)的增加必然導(dǎo)致慣導(dǎo)的復(fù)雜度、重量、成本和研 制難度與周期的增加，因此并非冗余度數(shù)越大越好。
[0015] 在η維空間，（n+1)個(gè)傳感器的配置才能檢測(cè)故障，為實(shí)現(xiàn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)自主故障 診斷，在3維坐標(biāo)系中，捷聯(lián)慣組內(nèi)部陀螺和加速度計(jì)分別需要配置4個(gè)。
[0016] 如圖1所示，一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，包含，一對(duì)捷聯(lián)慣組，所述 一對(duì)捷聯(lián)慣組平行設(shè)置，每一所述捷聯(lián)慣組包含：四個(gè)慣組單元，每一慣組單元包含一加速 度計(jì)1及一陀螺2 ;慣組單元的配置有"三正一斜"和"對(duì)稱斜置"兩種方式，為達(dá)到捷聯(lián)慣 導(dǎo)系統(tǒng)不借助外部測(cè)量信息實(shí)現(xiàn)自主診斷，捷聯(lián)慣組內(nèi)部陀螺和加速度計(jì)配置采用"三正 一斜"方式，其中，三個(gè)慣組單元相互正交設(shè)置，相互正交的慣組單元稱為正裝表，正裝表對(duì) 應(yīng)的慣組坐標(biāo)系與運(yùn)載火箭箭體坐標(biāo)系平行，與捷聯(lián)慣組坐標(biāo)系三軸對(duì)應(yīng)，剩余的一慣組 單元分別與三個(gè)相互正交的慣組單元呈一定角度設(shè)置，稱為斜表，通過斜表輸出與三個(gè)正 裝表的投影正斜是否一致來診斷捷聯(lián)慣組故障與否。
[0017] 捷聯(lián)慣組與運(yùn)載火箭箭體固聯(lián)，對(duì)主從兩套捷聯(lián)慣組按慣組坐標(biāo)系平行安裝，且 慣組坐標(biāo)系與運(yùn)載火箭體坐標(biāo)系三軸一一對(duì)應(yīng)，這種安裝方式物理意義明晰，且故障診斷 方案易于設(shè)計(jì)，可以用兩套慣組內(nèi)部平行安裝的陀螺及加速度計(jì)進(jìn)行對(duì)比，將一套捷聯(lián)慣 組的三個(gè)正裝表投影到另一套慣組的斜表診斷故障。兩套捷聯(lián)慣組一體化安裝，兩套慣組 共同安裝在同一個(gè)一體化安裝支架上，采用一體化安裝的方式來保證兩套慣組相對(duì)方位 固定，用于射前方位標(biāo)定與瞄準(zhǔn)，保證起飛后雙捷聯(lián)故障診斷信息投影關(guān)系。捷聯(lián)慣組安 裝要求如下：捷聯(lián)慣組和一體化安裝支架固連，通過一體化安裝支架整體安裝到儀器艙； 安裝在火箭儀器艙III基準(zhǔn)線上，要求慣組方位基準(zhǔn)面與箭體I、III基準(zhǔn)線垂直，垂直度 <y ;慣組下底面安裝基準(zhǔn)面與火箭末子級(jí)后端面平行，平行度《1(Τ。
[0018] 加速度計(jì)與陀螺儀為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的主要構(gòu)成元件，根據(jù)運(yùn)載火箭的飛行環(huán)境、 現(xiàn)有技術(shù)水平及發(fā)展趨勢(shì)，加速度計(jì)宜選用成熟和精度高的石英擺式加速度計(jì)，石英擺式 加速度計(jì)，已在運(yùn)載火箭上成功應(yīng)用多年，技術(shù)及工藝成熟，精度較高。
[0019] 運(yùn)載火箭用平臺(tái)及捷聯(lián)慣組中陀螺儀一般有動(dòng)力調(diào)諧陀螺、撓性陀螺、激光陀螺、 光纖陀螺，陀螺宜選用激光陀螺和光纖陀螺兩種單自由度光學(xué)陀螺，其中激光陀螺在運(yùn)載 火箭捷聯(lián)慣組中應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，光纖陀螺隨著精度和穩(wěn)定性的不斷提高，已經(jīng)具備運(yùn) 載火箭飛行試驗(yàn)條件，雙"八表"冗余捷聯(lián)慣組內(nèi)部陀螺優(yōu)選激光陀螺或光纖陀螺。為消除 共因失效對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，兩套慣組內(nèi)部的陀螺可分別選用不同類型，如主捷聯(lián)慣組 選用激光陀螺，從捷聯(lián)慣組選用光纖陀螺。
[0020] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，包含， 一對(duì)捷聯(lián)慣組，所述一對(duì)捷聯(lián)慣組平行設(shè)置，每一所述捷聯(lián)慣組包含： 四個(gè)慣組單元，每一慣組單元包含一加速度計(jì)（1)及一陀螺（2); 其中，三個(gè)慣組單元相互正交設(shè)置，剩余的一慣組單元分別與三個(gè)相互正交的慣組單 元呈一定角度設(shè)置。
2. 如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述的加速度計(jì)（1)為石英擺 式加速度計(jì)。
3. 如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述的陀螺（2)為單自由度陀 螺。
4. 如權(quán)利要求3所述的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述的陀螺（2)為激光陀螺。
5. 如權(quán)利要求3所述的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述的陀螺（2)為光纖陀螺。
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK104061933SQ201410344232
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】周如好, 王鵬, 張衛(wèi)東, 余薛浩, 裴忠海, 黃飛, 盛宏媛, 周靜, 桂亮, 王建清, 羅潔 申請(qǐng)人:上海新躍儀表廠