BDST-FGI840光纤惯导系统

BDST-FGI840光纤捷联惯导用户手册2015-4-28产品手册BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page1目录1.概述................................................................................................................................22.术语................................................................................................................................23.工作原理.......................................................................................................................34.方案简介.......................................................................................................................44.1光纤陀螺仪...............................................................................................................44.2加速度计...................................................................................................................65.性能指标.......................................................................................................................75.1其他...........................................................................................................................86.接口定义.......................................................................................................................86.1重量及尺寸...............................................................................................................86.2热接口.....................................................................................................................10BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page2BDST-FGI840光纤捷联惯导用户手册第一部分：性能指标1.概述本文档对产品的工作原理及主要性能指标作出了说明。该文档提供的主要内容有：BDST-FGI840产品介绍；BDST-FGI840工作原理；BDST-FGI840方案简介；BDST-FGI840性能指标。2.术语FOG光纤陀螺仪IMU惯性敏感器件INS惯性导航系统SINS捷联惯性导航系统GPS全球卫星定位系统DVL多普勒测速仪BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page33.工作原理BDST-FGI840光纤惯导系统采用三轴光纤陀螺仪敏感载体角运动，输出与载体运动角速率成比例的数字信号；三个正交配置的石英挠性加速度计敏感载体的线加速度，输出与其成比例的电流信号，电流信号经过I/F转换电路转换为频率信号输入导航计算机，并且内置双频双天线高性能测量型卫星接收机，提供航向、位置、速度等参考。导航计算机完成陀螺仪、加速度计、卫星接收机的数据接收、系统误差补偿计算、导航解算，并以规定的周期通过监控口对外发送实时的速度、位置、姿态等导航信息。图1BDST-FGI840光纤捷联惯导工作原理图BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page44.方案简介BDST-FGI840光纤捷联惯导系统内部惯性测量单元（INERTIALMEASUREMENTUINT---IMU）由三轴光纤陀螺仪和三个石英挠性加速度计组成。4.1光纤陀螺仪光纤陀螺是基于萨格奈克（Sagnac）效应的一种光纤干涉仪，即在同一光纤传感环圈内相向传输的两束光干涉，构成光纤Sagnac干涉仪，如图2所示。图2光纤陀螺原理图来自光源的光束被分/合束器分为两束光，分别从光纤圈的两端耦合进光纤敏感线圈，沿顺、逆时针方向传播。从光纤圈两端出来的两束光，再经过分/合束器而叠加产生干涉，产生的相位差与环的旋转角速度成正比：cLD2…………………………………………(1)其中，L光纤长度；D光纤环的平均直径；光在真空中的波长；c光在真空中的速度。BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page5通过检测相位差（即干涉光强）就可以获得角速率的信息，其中2LDc项就是陀螺的标度因数。图3光纤环实物图光纤陀螺仪采用高精度三轴光纤陀螺仪，该光纤陀螺采用全数字闭环光纤陀螺方案，其光路部分由光源、耦合器、集成Y波导、光纤传感环圈和探测器五个器件组成。图4光源方案框图在研制过程中，突破了光纤光源技术、零启动技术、标度因数误差控制技术等多项关键技术，使得光纤陀螺在-40℃～60℃工作温度范围内，零启动条件下，零偏稳定性均优于0.3º/h（1σ）。其主要技术指标如下：BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page6零偏稳定性：0.3(°)/h（1min后：10s平滑，1σ）0.1(°)/h（10min后：10s平滑，1σ）绝对零偏：2(°)/h随机游走系数：≤0.02(°)/h1/2（1σ）测量范围：1000°/s非线性度：100ppm4.2加速度计加速度计采用石英挠性加速度计。石英挠性加速度计是机械摆式力平衡加速度计，它由表头和伺服电路两大部分组成。表头由整体石英挠性检测质量摆组件、上下力矩器、腹带及隔离环等连接件、壳体等零部件构成。伺服电路为混合集成电路，由基准三角波发生器、差动电容检测器、电流积分器、跨导补偿放大器和电压调节器等五部分组成。加速度计安装在载体上，当载体在加速度计输入轴方向上相对惯性空间有加速度运动时，加速度计检测质量摆将产生惯性力矩，且：Mg=mLai…………………………………………(2)其中，Mg──检测质量摆的惯性力矩；M──检测质量摆的质量；L──检测质量摆的质量中心至挠性枢轴的距离；ai──加速度计输入轴方向的输入加速度。惯性力矩使检测质量摆绕挠性枢轴产生角位移，该角位移使差动电容传感器产生电容差值，在小角位移时：Δc=KpΔα…………………………………………(3)其中，BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page7Δc──电容差值；Kp──差动电容传感器在零位附近的传递系数；Δα──检测质量摆的角位移。该电容差值经伺服电路变换成电流信号，该电流输出向力矩器产生一电磁反馈力矩：Mt=KtI…………………………………………(4)其中，Mt──力矩器的反馈力矩；Kt──力矩器的力矩系数；I──通入力矩器线圈的电流。当Mt=Mg时：I=(mL/Kt)ai…………………………………………(5)其中，mL/Kt──电流标度因数，即当输入的加速度为1g时所需的反馈电流。当力矩器反馈力矩与检测质量摆的惯性力矩相平衡时，力矩器线圈中所需的电流与输入加速度成正比。因此测量力矩平衡时流经力矩器线圈的电流值，即可测得载体沿加速度计输入轴上的运动加速度。其主要技术指标如下：零偏稳定性：50ug（1σ）绝对零偏：500ug测量范围：25g非线性度：100ppm5.性能指标BDST-FGI840包含多种导航模式，可以与卫星接收机组成组合导航系统。BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page8方位对准精度：≤0.2°（1σ，1m基线长度）≤0.5°sec（Φ）（1σ，Φ为当地纬度，无双天线定向参考）；水平姿态对准精度：≤0.04°（1σ）；方位保持精度（GPS有效）：≤0.1°sec（Φ）（1σ，Φ为当地纬度）；水平姿态保持精度（GPS有效）：≤0.04°（1σ）。定位精度：≤5m（1σ）；速度精度：≤0.1m/s（1σ）。5.1其他外形尺寸：145x160x82mm；质量：小于2kg；数据测量频率：最大100Hz；提供1路RS232和2路RS232/422可选接口，最大波特率支持1843200bps。电源：9～36V直流电源，标称电源电压24V；功耗：常温稳态功耗小于15W，高低温稳态功耗小于20W，启动瞬态功耗小于50W；使用温度：-40℃~+60℃；贮存温度：-45℃~+80℃。6.接口定义6.1重量及尺寸质量小于2.2kg；最大外形尺145x160x82mm；BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page9外形图见图6。图6外形示意图BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page10图7外形及安装尺寸图6.2热接口BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page11BDST-FGI840使用9V～36V直流电源供电，标称电源电压24V。在24V供电常温环境下稳态功耗小于15W，全温稳态功耗小于20W，启动瞬态功耗小于50W，启动瞬态宽度小于1ms。6.3电气接口产品使用J599系列连接器作为系统低频连接器，高频连接器采用SMA系列。低频连接器点定义如下：X11J599/24MA35SL（7芯）124V输入45VGND224VGND5JKRxD监控232接收35V输出6JKTxD监控232发送X12J599/24MD35SL（37芯）1保留19保留2保留20保留3COM0RxDCOM0232接收21AIO_OUTA路I/O输出4COM0TxDCOM0232发送22BIO_OUTB路I/O输出5COM0Ry+COM0422接收+23PPS1TTL6COM0Ry-COM0422接收-24PPS1+差分输入+7COM0Ty+COM0422发送+25PPS1-差分输入-8COM0Ty-COM0422发送-26IO_GND数字I/O地9COM1RxDCOM1232接收27FV+里程计脉冲+10COM1TxDCOM1232发送28FV-里程计脉冲-11COM1Ry+COM1422接收+29GPSRxDGPS232接收12COM1Ry-COM1422接收-30GPSTxDGPS232发送13COM1Ty+COM1422发送+31EthernetRx+以太网接收+BDST-FGI840光纤捷联惯导产品手册Page1214COM1Ty-COM1422发送-32EthernetRx-以太网接收-15CANH33EthernetTx+以太网发送+16CANL34EthernetTx-以太网发送-17DGND数字地35CGNDEthernet壳18DGND数字地36保留37保留