一种仪表冗余惯性平台系统技术方案

本发明专利技术涉及一种仪表冗余惯性平台系统，包括台体和台体上安装的陀螺仪组合，陀螺仪组合包括3个正交安装的单自由度积分陀螺仪和1个两自由度动力调谐陀螺仪，3个正交安装的单自由度积分陀螺仪控制台体的轴端电机，使台体稳定在惯性空间，两自由度动力调谐陀螺仪测量台体相对惯性空间的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对惯性空间的姿态，台体上还包括加速度计组合，加速度计组合包括4个石英加速度计，其中3个石英加速度计正交安装构成加速度计输入轴坐标系，第4个石英加速度斜置安装，该惯性平台系统具有全姿态、大机动、高可靠、高精度的优点，可以满足载体的全姿态运动的使用要求。

An instrument redundant inertial platform system

The invention relates to an instrument redundant inertial platform system, including the installation of the platform and the platform combination of gyro, gyroscope consists of a single degree of freedom gyroscope 3 orthogonally mounted 1 and two degrees of freedom of DTG, 3 orthogonal axes of the installation of a single degree of freedom gyro instrument control platform integral end of the motor, the the platform is stable in the inertial space, two DOF DTG measurement platform relative angular velocity of inertial space, the attitude update after give the real-time platform relative to inertial space attitude, platform also includes accelerometer, accelerometer combination includes 4 accelerometers, 3 quartz accelerometer installed orthogonal accelerometer input axis coordinate system, fourth quartz acceleration inclined installation, the inertial platform system has the attitude, high mobility, high reliability and high precision The advantages of this method can satisfy the requirements of all attitude motion of the carrier.

【技术实现步骤摘要】
一种仪表冗余惯性平台系统
本专利技术涉及一种仪表冗余惯性平台系统，尤其涉及一种适应载体全姿态机动运行的惯性平台系统，可适用于要求全姿态的弹道导弹、巡航导弹、战斗机等，属于惯性测量

技术介绍
在弹道导弹或战斗机等要求大机动的载体上，高精度惯性平台系统的陀螺仪目前采用液浮陀螺仪、静压液浮陀螺仪、三浮陀螺仪和动力调谐陀螺仪，平台框架结构为两框架三轴形式或三框架四轴形式。在中国宇航出版社《惯性器件》公开的平台方案中，都采用3个单自由度积分陀螺仪方案或2个两自由度动力调谐陀螺仪方案，这种方案的优点是仪表配置简单，结构不复杂，但其缺点是不能满足载体的全姿态运动，比如，两框架三轴平台在内框架角度工作于90°时或三框架四轴平台的外框架角度工作于90°时，都会引起框架锁定，从而引起台体相对惯性空间转动。为避免框架锁定的发生，目前的解决方案是限制载体的运动轨迹，比如，弹道式导弹的轨迹为抛物线，其偏航角变化不大，因此，可使两框架三轴平台的内框架角敏感载体的偏航角。但是，这种限制载体轨迹的方案越来越不能满足大机动、快速响应的发展趋势，为此，迫切需要研究惯性平台不受载体运动影响的全姿态方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种仪表冗余惯性平台系统，该惯性平台系统具有全姿态、大机动、高可靠、高精度的优点，可以满足载体的全姿态运动的使用要求。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种仪表冗余惯性平台系统，包括台体和台体上安装的陀螺仪组合，其特征在于：所述陀螺仪组合包括3个正交安装的单自由度积分陀螺仪和1个两自由度动力调谐陀螺仪，所述3个正交安装的单自由度积分陀螺仪控制台体的轴端电机，使台体稳定在惯性空间，所述1个两自由度动力调谐陀螺仪测量台体相对惯性空间的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对于惯性坐标系的坐标变化矩阵。在上述惯性平台系统中，所述台体上还包括加速度计组合，所述加速度计组合包括4个石英加速度计，其中3个石英加速度计正交安装构成加速度计输入轴坐标系，第4个石英加速度计在所述加速度计输入轴坐标系中斜置安装；所述加速度计输入轴坐标系与台体坐标系OXPYPZP重合。在上述惯性平台系统中，所述第4个斜置安装的石英加速度计的输入轴与其他3个石英加速度计的输入轴的夹角相同。在上述惯性平台系统中，所述夹角的余弦值的绝对值为在上述惯性平台系统中，所述3个正交安装的单自由度积分陀螺仪，其中1个陀螺仪的输入轴与台体坐标系OXPYPZP中的台体轴ZP平行，另外2个陀螺仪的输入轴分别与台体轴ZP垂直且二者相互垂直，构成陀螺仪组合输入轴坐标系。在上述惯性平台系统中，所述两自由度动力调谐陀螺仪的自转轴与台体坐标系OXPYPZP中的台体轴ZP平行，2个输入轴分别与其中2个单自由度积分陀螺仪的输入轴平行。在上述惯性平台系统中，所述两自由度动力调谐陀螺仪包含再平衡回路，所述两自由度动力调谐陀螺仪与再平衡回路共同作用测量出台体相对惯性空间的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对惯性空间的姿态。在上述惯性平台系统中，所述两自由度动力调谐陀螺仪测量台体相对惯性空间的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对惯性空间的姿态的具体方法如下：(1)给出四元数的初值λ、ρ1、ρ2、ρ3；(2)台体稳定在惯性空间时，取且台体相对惯性空间转动时，取和由两自由度动力调谐陀螺仪测量得到；其中：为台体坐标系OXPYPZP中台体ZP轴的角速度，为台体坐标系OXPYPZP中台体XP轴的角速度，为台体坐标系OXPYPZP中台体YP轴的角速度；(3)由如下姿态更新方程得到一组新的四元数λ、ρ1、ρ2、ρ3：(4)根据所述一组新的四元数λ、ρ1、ρ2、ρ3得到台体相对于惯性坐标系的坐标变化矩阵具体如下：(5)下一导航时刻，将步骤(3)得到的一组新的四元数λ、ρ1、ρ2、ρ3作为四元数的初值，重新返回步骤(2)，依此循环，直至导航任务结束。在上述惯性平台系统中，所述台体上的4个石英加速度计，当其中任意一个石英加速度计出现故障时，其余3个石英加速度计配合实现台体相对惯性空间的视加速度的测量。在上述惯性平台系统中，所述3个正交安装的单自由度积分陀螺仪为液浮陀螺仪、静压液浮陀螺仪或三浮陀螺仪。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术惯性平台系统陀螺仪组合采用3个正交安装的单自由度积分陀螺仪和1个动力调谐陀螺仪(含再平衡回路)的混合工作方式，作为平台伺服回路的台体角运动敏感元件以控制轴端电机，使台体稳定在惯性空间或提供已知的相对惯性空间运动的姿态信息；本专利技术采用不同类型陀螺仪的混合式工作方式实现了对台体角速率和角位置的测量，可满足载体的全姿态运动和高可靠性的使用要求；(2)、本专利技术采用陀螺仪仪表冗余的方法，在单自由度积分陀螺仪工作失效时，可采用动力调谐陀螺仪作为敏感元件控制台体，从而提高了惯性测量系统的可靠性；(3)、本专利技术采用石英加速度计冗余方法，在原有三个加速度计的基础上，增加一个斜置安装的加速度计，当其中任意1个加速度计出现故障时，其余3个石英加速度计重构配合实现台体相对惯性空间的视加速度的测量，该方法实现了石英加速度计故障诊断与容错处理，提高了系统的可靠性水平，此外本专利技术还给出了斜置加速度计的最佳安装方式，进一步提高了平台系统的性能和可靠性。(4)、本专利技术仪表冗余惯性平台系统，可适用于要求全姿态的弹道导弹、巡航导弹、战斗机等，具有广阔的应用领域和应用前景。附图说明图1为本专利技术仪表冗余惯性平台系统组成示意图；图2为本专利技术各陀螺仪、加速度计取向示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：如图1所示为本专利技术惯性平台系统组成示意图，本专利技术仪表冗余惯性平台系统包括台体和台体上安装的陀螺仪组合，陀螺仪组合包括3个正交安装的单自由度积分陀螺仪和1个两自由度动力调谐陀螺仪，该两自由度动力调谐陀螺仪含再平衡回路。如图1所示，3个正交安装的单自由度积分陀螺仪分别为Gx、Gy和Gz，两自由度动力调谐陀螺仪为Gd。3个正交安装的单自由度积分陀螺仪作为惯性平台系统伺服回路的台体角运动敏感元件，控制台体的轴端电机，在稳定回路工作时使台体稳定在惯性空间，两自由度动力调谐陀螺仪测量台体相对惯性空间运动的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对惯性空间的姿态，即台体相对于惯性坐标系的坐标变化矩阵。3个正交安装的单自由度积分陀螺仪可以为液浮陀螺仪、静压液浮陀螺仪或三浮陀螺仪。如图2所示为本专利技术各陀螺仪、加速度计取向示意图，3个正交安装的单自由度积分陀螺仪Gx、Gy和Gz，其中1个陀螺仪Gz的输入轴Iz与台体坐标系OXPYPZP中的台体轴ZP平行，另外2个陀螺仪Gx、Gy的输入轴Ix、Iy分别与台体轴ZP垂直且二者相互垂直，构成陀螺仪组合输入轴坐标系。单自由度积分陀螺仪Gx、Gy和Gz的输出轴分别为Ox、Oy和Oz。台体坐标系OXPYPZP中的OZP轴与台体的旋转轴重合。1个两自由度动力调谐陀螺仪Gd的自转轴与台体坐标系OXPYPZP中的台体轴ZP平行，2个输入轴分别与其中2个单自由度积分陀螺仪Gx、Gy的输入轴Ix、Iy平行。两自由度动力调谐陀螺仪包含再平衡回路，两自由度动力调谐陀螺仪与再平衡回路共同作用测量出台体相对惯性空间的角速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仪表冗余惯性平台系统，其特征在于：包括台体和台体上安装的陀螺仪组合，其特征在于：所述陀螺仪组合包括3个正交安装的单自由度积分陀螺仪和1个两自由度动力调谐陀螺仪，所述3个正交安装的单自由度积分陀螺仪控制台体的轴端电机，使台体稳定在惯性空间，所述1个两自由度动力调谐陀螺仪测量台体相对惯性空间的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对于惯性坐标系的坐标变化矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种仪表冗余惯性平台系统，其特征在于：包括台体和台体上安装的陀螺仪组合，其特征在于：所述陀螺仪组合包括3个正交安装的单自由度积分陀螺仪和1个两自由度动力调谐陀螺仪，所述3个正交安装的单自由度积分陀螺仪控制台体的轴端电机，使台体稳定在惯性空间，所述1个两自由度动力调谐陀螺仪测量台体相对惯性空间的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对于惯性坐标系的坐标变化矩阵。2.根据权利要求1所述的惯性平台系统，其特征在于：所述台体上还包括加速度计组合，所述加速度计组合包括4个石英加速度计，其中3个石英加速度计正交安装构成加速度计输入轴坐标系，第4个石英加速度计在所述加速度计输入轴坐标系中斜置安装；所述加速度计输入轴坐标系与台体坐标系OXPYPZP重合。3.根据权利要求2所述的惯性平台系统，其特征在于：所述第4个斜置安装的石英加速度计的输入轴与其他3个石英加速度计的输入轴的夹角相同。4.根据权利要求3所述的惯性平台系统，其特征在于：所述夹角的余弦值的绝对值为5.根据权利要求1所述的惯性平台系统，其特征在于：所述3个正交安装的单自由度积分陀螺仪，其中1个陀螺仪的输入轴与台体坐标系OXPYPZP中的台体轴ZP平行，另外2个陀螺仪的输入轴分别与台体轴ZP垂直且二者相互垂直，构成陀螺仪组合输入轴坐标系。6.根据权利要求1所述的惯性平台系统，其特征在于：所述两自由度动力调谐陀螺仪的自转轴与台体坐标系OXPYPZP中的台体轴ZP平行，2个输入轴分别与其中2个单自由度积分陀螺仪的输入轴平行。7.根据权利要求5所述的惯性平台系统，其特征在于：所述两自由度动力调谐陀螺仪包含再平衡回路，所述两自由度动力调谐陀螺仪与再平衡回路共同作用测量出台体相对惯性空间的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对惯性空间的姿态。8.根据权利要求1-7之一所述的惯性平台系统，其特征在于：所述两自由度动力调谐陀螺仪测量台体相对惯性空间的角速度，经过姿态更新后实时给出台体相对惯性空间的姿态的具体方法如下：(1)给出四元数的初值λ、ρ1、ρ2、ρ3；(2)台体稳定在惯性空间时，取且台体相对惯性空间转动时，取和由两自由度动力调谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宗康，邓超，耿克达，胡光龙，刘奇，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11