[發明專利]一種高動態慣性測量單元

在審

• 申請號: 201711041961.7
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107607116A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 付夢印;鄧志紅;藺震;尚劍宇;劉寧
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京信息科技大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 代麗,仇蕾安

技術領域

本發明涉及慣性導航與制導技術領域，具體涉及一種新型高動態慣性測量單元。

背景技術

隨著信息技術的進步以及戰爭理念的發展，大量的精確制導彈藥被廣泛應用于現代戰爭中，這使得武器的毀傷效率成倍的提升。類似制導炮彈這種新型的智能槍彈的出現也是順應信息化戰爭發展潮流。制導炮彈并沒有專門的發射平臺，使用常規火炮發射即可。炮彈在飛行過程中通過制導組件引到炮彈命中目標。相對導彈這種精確制導武器來說，制導炮彈的發射平臺簡單，成本低廉命中精度較高。

目前的制導炮彈都是以末制導技術為主。美國在20世紀70年代研制成功的銅斑蛇155mm激光半主動末制導炮彈，通過在彈上的激光導引頭，在距離目標3000m左右時探測照射到目標上的反射激光信號來撲捉目標。這種末制導炮彈在接近目標的飛行段是沒有導航與制導的純慣性飛行。且由于炮彈采用了激光半主動制導，需要前方人員持續照射目標，增加了前方偵查人員的危險系數，缺點是顯而易見的。新一代的制導炮彈要克服以上缺點，可以利用慣性導航加GPS組合，實現全程或半程的自主導航飛行。

實現新一代制導彈藥對導航器件，特別是慣性器件提出了很高的要求。首先由于炮彈出膛時會有極高的過載，制導炮彈的慣性器件必須能夠承受這樣的高過載；其次慣性器件需要適應炮彈這種高動態載體的工作環境；最后慣性器件還要擁有較低的成本、簡單的結構、較高的可靠性以及較小的體積。本發明正是以這些需求為設計目標實現的一種新型高動態慣性測量單元。

發明名稱為“新型鐘形振子式角速率陀螺”(申請號：CN201310220902.1)的哥氏效應震動陀螺儀是一個角速率測量元件。這種振子式陀螺核心器件為一個形似中國傳統大鐘的鐘形振子。這種陀螺除了有傳統固體振動陀螺低成本、低功耗、長壽命、高靈敏度的優點外，還具有結構簡單、抗沖擊能力強的特點，能夠更好地應用在中低精度角速率測量領域。該陀螺的單軸向抗過載能力達到20000g以上。但是由于敏感結構靠一個支撐桿支持，單橫向抗過載能力只有6000g左右(最大應力431MPa)。一般的慣性測量單元，三個陀螺敏感軸的布置方向為兩兩垂直，這樣的布置受到水平布置的陀螺橫向的抗沖擊能力限制，即有兩個陀螺振子的對稱軸會和慣性測量單元軸向垂直，使得整個慣性測量單元的縱向過載不能超過6000g，這樣就無法發揮充分發揮這種陀螺的抗高過載特性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種新型高動態慣性測量單元，能夠適用于高動態大過載的工作環境，且體積小、可靠性高、抗沖擊性能強。

本發明的高動態慣性測量單元，其特征在于，角速率陀螺的三個敏感軸中，其中一個敏感軸與IMU軸向重合，另外兩個敏感軸均與IMU軸向成15°～20°角。

進一步的，所述角速率陀螺為：發明名稱為“新型鐘形振子式角速率陀螺”、申請號為201310220902.1的角速率陀螺。

進一步的，所述慣性測量單元包括：角速率陀螺、用于安裝角速率陀螺的敏感結構的基座、用于安裝電路板的電路艙以及用于安裝電池的電池艙；所述基座和電池艙分別固定安裝在電路艙的兩端；其中，基座上設有3個用于分別安放角速率陀螺的三個敏感結構的槽，其中一個槽與IMU軸向重合，另外兩個槽均與IMU軸向成15°～20°角。

進一步的，還包括減震套，所述減震套位于槽與角速率陀螺敏感結構之間。

進一步的，所述電路板由銅柱支撐。

進一步的，還包括連接件，所述連接件固定在基座的底端，連接件上設有與銅柱相對應的螺紋孔上，處理電路通過銅柱固定到連接件上。

進一步的，電路艙和電池艙的空腔部分用絕緣膠填充。

有益效果：

1)本發明在安放角速率陀螺時，將其敏感結構并不是按照兩兩垂直排布，而是采用一種斜交排布方式使得測量IMU非軸向角速率的兩個陀螺的敏感結構與軸向成20°角。這樣的排布可以充分發揮陀螺敏感結構軸向抗沖擊性能較強的特性，使得慣性測量單元在擁有很強的縱向抗沖擊能力，同時保證非軸向角運動測量的準確性，能適應像制導炮彈這樣的大過載工作環境。

2)本發明提供了一種新型高動態慣性測量單元。該慣性測量單元使用一種結構簡單抗沖擊性能強的哥氏效應振動陀螺儀為角運動傳感器，以滿足慣性測量單元在高動態大過載的環境下工作的要求。

附圖說明

圖1為慣性測量單元的正視圖；

圖2為慣性測量單元的側視圖；

圖3為慣性測量單元的俯視圖；

圖4為慣性測量單元的軸側圖；