[發明專利]一種基于SERF陀螺儀和速率陀螺儀的三軸慣性平臺系統

有效

• 申請號: 201911195112.6
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111006663B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 魏宗康
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明一種基于SERF陀螺儀和速率陀螺儀的三軸慣性平臺系統，該平臺采用1個速率陀螺儀和1個兩自由度SERF陀螺儀，SERF陀螺儀工作于反饋狀態，對其反饋量經過解耦后解算出角速度信息，可用于控制平臺臺體相對慣性空間穩定；本發明采用不同類型陀螺儀的混合式工作方式，可滿足載體的全姿態運動和高精度的使用要求。

技術領域

本發明涉及一種基于SERF陀螺儀和速率陀螺儀的慣性平臺系統，尤其涉及一種適應載體全姿態機動運行、高精度的慣性平臺系統，可適用于要求全姿態的核潛艇、彈道導彈、巡航導彈、戰斗機等，屬于慣性測量技術領域。

背景技術

陀螺儀作為角速度傳感器是慣性導航系統中的核心器件，其性能高低是制約導航系統精度的關鍵因素。陀螺儀經歷了第一代機械陀螺儀(氣浮陀螺儀、液浮陀螺儀、三浮陀螺儀、動力調諧陀螺儀、靜電陀螺儀等)、第二代光學陀螺儀(激光陀螺儀、光纖陀螺儀等)、第三代微機電MEMS陀螺儀，目前在研的是第四代原子陀螺儀。原子陀螺儀中的無自旋交換弛豫(SERF)陀螺儀具有超高的理論精度。因此，SERF陀螺儀在長航時的慣性導航中具有非常好的應用前景。

SERF陀螺儀可以測量兩個方向的角速度信息，其優點是一個陀螺儀可以測量兩個軸的角速度，但其缺點是在垂直于兩個輸入軸的方向如果有角速度時將會帶來測量誤差，影響SERF陀螺儀的使用精度。

在SERF陀螺儀中，由于堿金屬原子的電子和惰性氣體原子的核同時受到磁場的影響，而只有堿金屬原子的電子運動信息可觀測，因此，惰性氣體原子的核運動在不可觀的情況下如何實現控制與測量成為一個難題。

為此，需要研究基于SERF陀螺儀的慣性系統使用方案，最大程度發揮SERF陀螺儀的精度潛力，滿足未來慣性系統全姿態、高精度的需求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的上述缺陷，提供一種基于SERF陀螺儀和速率陀螺儀的三軸慣性平臺系統，該慣性平臺系統具有全姿態、大機動、高精度的優點，滿足未來慣性平臺全姿態、高精度的需求。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

一種基于SERF陀螺儀和速率陀螺儀的三軸慣性平臺系統，基于三軸慣性穩定平臺系統實現，包括基座、外框架、內框架和臺體，對應的本體坐標系分別為基座本體坐標系X₁Y₁Z₁、外框架本體坐標系X_p2Y_p2Z_p2、內框架本體坐標系X_p1Y_p1Z_p1和臺體本體坐標系X_pY_pZ_p；上述四個坐標系的原點重合，且臺體本體坐標系的Z_p軸與內框架本體坐標系的Z_p1軸重合，外框架本體坐標系的Y_p2軸與內框架本體坐標系的Y_p1軸重合，基座本體坐標系的X₁軸與外框架本體坐標系的X_p2軸重合；其中，基座與載體固連，所述穩定平臺系統在載體帶動下發生內部相對轉動時，基座繞外框架本體坐標系的X_p2軸轉動，外框架繞內框架本體坐標系的Y_p1軸轉動，內框架繞臺體本體坐標系的Z_p軸轉動；所述臺體上安裝陀螺儀組合，所述陀螺儀組合包括1個速率陀螺儀和1個SERF陀螺儀，SERF陀螺儀的2個敏感軸與速率陀螺儀的敏感軸垂直，所述速率陀螺儀控制平臺臺體的軸端電機使臺體繞臺體軸，即繞Z_p軸的角速度為零，所述SERF陀螺儀的2個軸經過輸出解耦和控制解耦后分別控制平臺的內框架軸，即Y_p1軸，和外框架軸，即X_p2軸的軸端電機，使臺體繞臺體Y_p和Z_p軸的角速度為零，從而使平臺臺體的三個軸都穩定在慣性空間。