[00141348]适用于大动态启旋状态的光纤陀螺仪

承担我国首次空间主动探测实验探空火箭的发射射启旋阶段与一般火箭相比,具有独特的姿态特点——强大的自旋。因此,首次空间主动探测实验探空火箭的箭载姿态测量仪需要在强自旋启旋状态下实现对探空火箭的姿态及轨迹的精密检测,这对箭载姿态测量仪内关键器件光纤陀螺仪的动态范围提出了很高的技术要求。为了确保我国首次空间主动探测实验探空火箭的成功发射,必须解决光纤陀螺仪在强自旋启旋状态下大动态范围的问题。 本项目“适用于大动态启旋状态的光纤陀螺仪”针对光纤陀螺仪在大动态启旋状下的使用要求,改进了现有的光纤陀螺仪的数字闭环控制技术,创新性地采用Y型波导附加相位漂移补偿技术提高光纤陀螺仪在大动态启旋状态的精度,采用独创的旋转调制技术和和自适应增益系数补偿技术自动完成光纤陀螺仪在火箭启旋过程中的增益补偿。通过三倍频技术和跨条纹技术的综合增大光纤陀螺仪的动态范围,但是启旋时,速度较快,会产生较大的加速度,可能会超出陀螺仪的带宽,从而导致陀螺失效,无法完成启旋过程,使其增益增加,增加带宽,可以避免较大的加速度带来的失效问题,但是光纤陀螺仪启旋之后的工作环境恢复正常,需要的动态范围将大大降低,此时如果还继续使用启旋时的增益,会使得此时光纤陀螺仪增益过强,很难达到稳态系统,致使光纤陀螺仪精度等指标下降,通过大动态姿态角自适应补偿技术,光纤陀螺仪自身响应启旋过程中的角加速度,对其增益和带宽进行补偿,不需要人为控制,自动完成整个启旋过程。 大动态启旋状态下姿态角的自适应补偿技术是分阶段给出光纤陀螺仪的增益值,在启旋时,我们给出较大的增益K1,完成火箭的启旋,启旋之后,给出较小的增益K2,完成火箭的角速率测量。通过对整个系统的信号进行检测,有效判断启旋前后的时间,自动完成K1和K2之间的增益补偿转换,完成自适应补偿。其中增益K2是光纤陀螺仪通用的使用动态范围,增益采用一般陀螺仪的选用标准,可以准确给出其参数值。较为困难的是启旋时K1增益值的选取,由于测试设备的欠缺,不能通过具体的测试手段给出合适的参数值,我们通过建模的手法,对动态模型,尤其是大动态模型进行建模仿真并结合实际情况进行推算,最终确定一个较为合适的增益参数值。通过以上手段,可完成对启旋时加速度的有效控制,增加光纤陀螺仪在启旋时的可靠性,完全避免陀螺的失效问题。国家空间中心认为光机所研制的适用于大动态启旋状态的光纤陀螺仪作为“鲲鹏一号”的探空仪核心载荷之一,具有可靠性高、动态范围大、精度高等优点,实时测量出火箭的角速度和线速度,并实时向地面传输火箭飞行姿态和偏航角等信息,圆满完成火箭姿态跟踪与测量任务,确保了我国首次空间科学主动实验的圆满成功。