CN105865486B - 一种具有自标定、自对准、自诊断功能的捷联惯导*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自标定、自对准、自诊断功能的捷联惯导***，属于捷联惯导***领域。其包括惯性测量组合、两个相同的密珠轴系、外框、法兰、外框旋转调制组件、内框转位电机、动齿盘以及定齿盘，法兰上设置有安装孔，法兰内腔上下两端均设有轴肩，以分别用于安装两个密珠轴系，外框通过密珠轴系与法兰连接，外框顶部还设置有内框转位电机，惯性测量组合设置在外框上，惯性测量组合集成安装有内框，内框与内框转位电机相连，惯性测量组合底部设置有动齿盘，法兰底部安装定齿盘且其顶部安装有外框旋转调制组件。本发明装置可实现无需拆装惯性测量组合即可原位进行自标定、自对准以及自诊断功能。

Description

一种具有自标定、自对准、自诊断功能的捷联惯导***

技术领域

本发明属于捷联惯导***领域，涉及具有“三自”—自标定、自对准和自诊断功能的捷联式惯性导航***。

背景技术

飞行器的命中精度主要取决于制导精度。短程飞行器武器***，一般使用惯性测量组合(简称惯组)，它是飞行器控制***的核心，是影响飞行器命中精度和使用性能的关键部件。惯性测量组合是将惯性器件(加速度计和陀螺仪)直接安装在载体上，通过测量飞行器姿态和位置信息完成制导与导航任务的***。

传统的捷联式惯测组合直接固定安装在飞行器舱段中，由于内部器件参数的变化以及应力释放，会导致整个惯组参数随时间不断变化。为了保证其使用精度，必须采用定期循环测试方案，先从飞行器上拆卸，在地面标定转台上绕两正交轴系依次转动到特定位置进行标定，完成标定测试后再安装在飞行器上，即经历从飞行器上拆卸—标定—安装的测试过程。而该周期较短，一般3-6个月就需测试一次。在大批量装备部队的情况下，往往最后一套产品测试完，第一套产品又将过期，频繁的标定使部队疲于应付，并且操作繁琐、工作量大、维护成本高，且反复拆装还会影响飞行器制导精度。若将地面标定转台小型化后集成于惯组中，在飞行器中直接实现惯组绕两正交轴系转位功能，并在飞行前进行可靠锁紧，即可实现惯组免拆卸自标定功能。

而飞行器在发射阵地发射前，需要依赖地面使用的定位定向仪和光学瞄准设备指示方位，给出弹体轴向与北向初始方位夹角。捷联惯导自对准是根据地球重力加速度及自转角速度，通过转位装置驱动惯组绕方位轴旋转180°至东西向，采样惯组陀螺和加速度计的输出计算出惯组指向与北向的夹角，通过对惯组进行旋转调制可以提高自对准的精度。

实现惯组自标定功能，可避免捷联惯组反复拆装标定的繁琐操作，解决无依托阵地惯组维护和配套测试难题。实现惯导自对准功能对于摆脱外部方位参考***(如瞄准设备)的依赖、简化操作流程有显著意义，可提高发射阵地生存能力。

为实现惯组自标定、自对准功能，需由旋转调制装置驱动惯组绕一对正交轴系旋转不小于270°，并在飞行时提供可靠锁紧。目前已存在的解决方案传动执行机构通过内、外框驱动惯组分别绕正交轴系旋转，由于转位、锁紧传动机构占用了大量径向空间，在内、外框转位时势必导致大大增加回转直径，从而导致大幅增加***体积。现有***占用了大量直径空间，存在体积大、结构复杂、可靠性差和成本高等的缺点，只能在部分大弹径飞行器上应用，严重制约了自标定、自对准技术在全型号武器***推广应用。

因此，需要开发一种具有自标定、自对准功能的捷联惯导***，这样的捷联惯导***因为可以原位进行自标定和自对准，同时也具有自诊断的功能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有自标定、自对准、自诊断功能的捷联惯导***，其目的在于，通过外框旋转调制组件带动带动惯性测量组合绕法兰径向旋转，通过内框转位电机带动惯性测量组合绕法兰轴向旋转，通过法兰将惯性测量组合、外框旋转调制组件以及内框转位电机设置在飞行器舱段内，本发明装置能无需拆装实现惯性测量组合，使惯性测量组合在在舱段内原位进行的自校准、自标定以及自诊断。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有自标定、自对准、自诊断功能的捷联惯导***，其包括惯性测量组合，两个相同的密珠轴系，外框，法兰，外框旋转调制组件，内框转位电机，动齿盘以及定齿盘，其中，

所述法兰上设置有用于与飞行器舱段安装固定的安装孔，法兰内腔上下两端均设有轴肩，以分别用于安装两个密珠轴系，外框通过密珠轴系与法兰连接，外框顶部还设置有内框转位电机，

所述惯性测量组合安装在外框上，所述惯性测量组合用作陀螺和加速度计的安装载体，所述惯性测量组合集成安装有内框，所述内框与内框转位电机相连，以能在内框转位电机的驱动下转动，惯性测量组合底部设置有动齿盘，

所述法兰底部安装定齿盘，法兰顶部安装外框旋转调制组件，外框旋转调制组件用于驱动外框转动以带动惯性测量组合旋转。

进一步的，所述密珠轴系包括外圈、内圈、保持架和滚珠，两个外圈分别安装在法兰内腔上下两端的轴肩上，两个内圈均安装在外框上，保持架中安装有若干个滚珠，滚珠位于外圈和内圈之间，

外框通过密珠轴系安装于法兰内腔中，外框顶部安装外框转位大齿轮。

进一步的，所述惯性测量组合两侧均设置有内框轴，该内框轴通过轴承标准件安装在外框中以实现惯性测量组合设置在外框上，

所述惯性测量组合一侧安装有内框转位大齿轮，该内框转位大齿轮与内框转位电机连接，以能在内框转位电机驱动下带动惯性测量组合绕法兰径向旋转，惯性测量组合另一侧安装有圆光栅 和读数头，惯性测量组合顶部安装有球形锁紧压块，所述球形锁紧压块和所述动齿盘用于在锁紧时给惯性测量组合提供可靠支撑。

进一步的，所述外框旋转调制组件包括锁紧电机、锁紧蜗杆、锁紧蜗轮螺杆、花键套、压紧杆、外框转位电机、转位蜗杆以及转位蜗轮，

所述外框转位电机输出端安装有转位蜗杆，转位蜗杆与转位蜗轮啮合，转位蜗轮底部小齿轮与外框转位大齿轮啮合，可驱动外框绕法兰轴向旋转，锁紧电机用于驱动锁紧蜗杆转动，锁紧蜗轮螺杆的蜗轮部分与锁紧蜗杆啮合，锁紧蜗轮螺杆的螺杆部分与压紧杆通过螺旋副连接传动，在旋入或旋出时使压紧杆在花键套限制下只能上下平移，从而实现解锁或锁紧功能。

更具体的，所述的惯性测量组合包括三路正交安装的陀螺和加速度计，用于敏感飞行器的姿态和位置信息；并与内框集成一体化设计，在惯性测量组合左右两端提供一对内框轴，左侧安装内框转位大齿轮，右侧安装圆光栅 用于内框转位角度闭环控制，顶端安装有球形压块，底端安装动齿盘。

所述的法兰上设有四个用于舱段安装固定的安装孔，内腔中设有轴肩用于安装密珠轴系的外圈，底面用于安装定齿盘。

所述的外框位于法兰和惯性测量组合之间，与法兰通过一对密珠轴系连接，顶端安装转位大齿轮可被外框旋转调制机构驱动，底部安装圆光栅用于外框转位角度闭环控制，既可实现绕法兰轴向旋转，又可沿法兰轴向平移，与惯性测量组合的内框轴通过一对标准轴承连接，仅可使惯性测量组合绕内框轴旋转。

外框旋转调制机构包括旋转调制基座、锁紧电机、锁紧蜗轮蜗杆、花键套、外框转位电机、压紧杆、转位蜗轮蜗杆和齿轮，安装在旋转调制基座上的锁紧电机驱动锁紧蜗杆带动锁紧蜗轮转动，锁紧蜗轮下端加工有丝杠螺旋副与压紧杆连接，转动时通过旋入或旋出驱动压紧杆在花键套作用下沿轴向上下平移。下移时压紧惯性测量组合顶端的压块并驱使惯性测量组合和外框同时向下运动直至动、定齿盘啮合实现可靠锁紧。上移时压紧杆上表面与端面轴承接触带动外框和惯性测量组合同时向上运动直至动、定齿盘脱开啮合实现解锁。

外框转位电机可驱动转位蜗轮蜗杆转动，并通过转位蜗轮下端的转位小齿轮驱动外框转位大齿轮转动，从而实现外框转位。所述的内框转位机构安装于外框上端，由内框转位电机和齿轮组成，可驱动惯性测量组合绕内框轴旋转不小于270°。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明通过采用密珠轴系实现传动锁紧机构转置布局于高度方向，在内、外框正交转动时均不增加回转直径，从而大幅缩小了产品结构尺寸。通过绕法兰轴向和径向两正交方向不小于270°转动范围的自由度，驱动惯组依次转动至设定的位置序列，通过敏感地球重力加速度和自转角速度可以标定出全部惯组参数；并通过采用高精密角度检测仪器圆光栅，实现角秒级转位精确控制，驱动高精度陀螺绕方位轴依次朝正反方向旋转180°至东、西向，根据惯组输出解析获取惯组姿态信息从而实现自对准功能。

惯性测量组合绕法兰轴向和径向转动可标定出惯组全部参数，通过绕法兰径向180°正反转动可获取惯组姿态信息，从而可完全摆脱传统捷联惯测组合定期拆卸标定模式，并实现弹载惯测组合免拆卸自标定和自对准功能，降低了惯测组合维护和阵地配套测试设施的要求，并提高发射阵地生存能力。通过该传动布局设计可使传动执行机构均不增加回转直径，从而大幅缩小产品体积和重量。本发明相比国内现有解决方案体积减小三分之一以上，可满足现有绝大多数型号武器***惯组安装空间要求，便于推广自标定、自对准技术弹上应用，可适用于绝大部分型号飞行器推广应用。

附图说明

图1为本发明的小型化“三自”捷联惯导***结构全剖示意图，该剖视图为主视图。

本发明中，相同的标号自始至终表示相同的元件或者结构，其中，

1-法兰 2-惯性测量组合 3-外框

4-外框旋转调制组件 5-定齿盘 6-动齿盘

7-密珠轴系 8-圆光栅 9-读数头

10-转位蜗轮 11-转位蜗杆 12-外框转位电机

13-外框转位大齿轮 14-锁紧蜗杆 15-锁紧电机

16-锁紧蜗轮螺杆 17-压紧杆 18-花键套

19-球形锁紧压块 20-端面轴承 21-内框转位大齿轮

22-内框转位电机

2.1-内框轴 7.1-内圈 7.2-保持架

7.3-滚珠 7.4-外圈

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示的小型化“三自”捷联惯导***，包括惯性测量组合2、一对密珠轴系7、外框旋转调制组件4、内框转位电机22、外框3以及法兰1。

其中，法兰1上设有四个用于与飞行器舱段安装固定的安装孔，法兰1 内腔上下两端均设有轴肩用于安装一对密珠轴系7，法兰1底部安装定齿盘 5，法兰1顶部安装外框旋转调制组件4。

密珠轴系7由外圈7.4、内圈7.1、保持架7.2和滚珠7.3组成。外圈 7.4安装在法兰1内腔上下两端的轴肩上，内圈7.1安装在外框3上，保持架7.2中安装有若干个滚珠7.3，滚珠7.3位于外圈7.4和内圈7.1之间。外框3通过密珠轴系7安装于法兰内腔中，顶部安装外框转位大齿轮13，上部安装有内框转位电机22和读数头9。

惯性测量组合2为陀螺和加速度计安装载体，左右两端设有内框轴2.1，通过一对轴承标准件安装于外框3中。惯性测量组合2左侧安装有内框转位大齿轮21，可由内框转位电机22驱动而绕法兰1径向旋转；惯性测量组合2右侧安装圆光栅 8，与读数头9一同用于高精度转位角度闭环控制；惯性测量组合2顶部安装球形锁紧压块19，惯性测量组合2底部安装动齿盘 6，用于在锁紧时提供可靠支撑。

进一步的，外框旋转调制组件4包括锁紧电机15、锁紧蜗杆14、锁紧蜗轮螺杆16、花键套18、压紧杆17、外框转位电机12、转位蜗杆11以及转位蜗轮10。其中，外框转位电机12输出端安装有转位蜗杆11，转位蜗杆11与转位蜗轮10啮合，转位蜗轮10底部小齿轮与外框转位大齿轮13 啮合，可驱动外框3绕法兰1轴向旋转。锁紧电机15驱动锁紧蜗杆14转动，锁紧蜗轮螺杆16的蜗轮部分与锁紧蜗杆14啮合，锁紧蜗轮螺杆16的螺杆部分与压紧杆17通过螺旋副连接传动，在旋入或旋出时使压紧杆17 在花键套18限制下只能上下平移，实现解锁或锁紧功能。

本发明的工作原理如下：

惯性测量组合2在飞行器运输及发射时要在零位保持可靠锁紧。具体的，锁紧运动分为两个阶段行程：

第一阶段，锁紧电机15驱动锁紧蜗杆14转动，锁紧蜗杆14驱动锁紧蜗轮螺杆16转动，蜗轮蜗杆传动具有第一级自锁功能。锁紧蜗轮螺杆16 底部的螺杆部分与压紧杆17通过螺旋副传动，具有第二级自锁功能。在锁紧蜗轮螺杆16转动时，压紧杆17在花键套17的导向作用下，只能进行向下平移，锁紧时压紧杆17向下移动至与惯性测量组合2顶部球形锁紧压块 19压合。

第二阶段，外框旋转调制组件4继续顶升压紧杆17，推动惯性测量组合2并带动外框3继续下移，直至动齿盘6与定齿盘5啮合，至此实现锁紧功能，通过顶部压紧和底部齿盘啮合双锁紧方式增强***整体刚性。

在进行自标定、自对准而需要转位时，需要先解锁。解锁运动也分为两个阶段行程：

第一阶段，锁紧电机15驱动锁紧蜗杆14反向转动，锁紧蜗杆14驱动锁紧蜗轮螺杆16反向转动，压紧杆17在花键套18的导向作用下，只能进行向上平移，锁紧时压紧杆17向上移动至与外框转位大齿轮13下表面安装的端面轴承20压合。

第二阶段，外框旋转调制组件4继续收缩压紧杆17，拉动外框3并带动惯性测量组合2继续上移，动齿盘6与定齿盘5脱开啮合，直至外框转位大齿轮13上表面安装的端面轴承20与花键套18接触，至此实现解锁功能，惯性测量组合2可在外框转位电机12和内框转位电机22驱动下实现绕法兰轴向和径向转动，从而能进行自标定和自对准工作。

轴向转动时，外框转位电机12驱动转位蜗杆11以带动转位蜗轮10转动。转位蜗轮10下端的小齿轮带动外框转位大齿轮13转动，由此实现惯性测量组合2和外框3在密珠轴系7的作用下绕法兰1轴向转动。

径向转动时，由内框转位电机22驱动内框转位大齿轮21转动，带动惯性测量组合2通过内框轴2.1在一对标准轴承作用下在外框中实现径向转动。

通过驱动惯性测量组合2绕法兰轴向和径向两正交方向实现不小于0～ 270°转动，可以标定出惯性测量组合全部参数。通过驱动惯性测量组合2 绕径向正反旋转180°，可解析获取惯性测量组合相对地理坐标系的姿态信息，实现自对准功能。

本发明的“三自”捷联惯导***结构设计巧妙、紧凑，可实现原位的轴向、径向转动以及锁定和解锁功能，从而具有自标定、自对准、自诊断的功能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有自标定、自对准、自诊断功能的捷联惯导***，其特征在于，其包括惯性测量组合(2)、两个相同的密珠轴系(7)、外框(3)、法兰(1)、外框旋转调制组件(4)、内框转位电机(22)、动齿盘(6)以及定齿盘(5)，其中，

所述法兰(1)上设置有用于与飞行器舱段安装固定的安装孔，法兰(1)内腔上下两端均设有轴肩，以分别用于安装两个密珠轴系(7)，外框(3)通过密珠轴系(7)与法兰(1)连接，外框(3)顶部还设置有内框转位电机(22)，

所述惯性测量组合(2)设置在外框(3)上，所述惯性测量组合(2)用作陀螺和加速度计的安装载体，所述惯性测量组合(2)集成安装有内框，所述内框与内框转位电机(22)相连，以能在内框转位电机(22)的驱动下转动，惯性测量组合(2)底部设置有动齿盘(6)，

所述法兰(1)底部安装定齿盘(5)，法兰(1)顶部安装外框旋转调制组件(4)，外框旋转调制组件(4)用于驱动外框转动以带动惯性测量组合(2)旋转，

所述惯性测量组合(2)两侧均设置有内框轴(2.1)，该内框轴(2.1)通过轴承标准件安装在外框(3)中以实现惯性测量组合设置在外框(3)上，

所述惯性测量组合(2)一侧安装有内框转位大齿轮(21)，该内框转位大齿轮(21)与内框转位电机(22)连接，以能在内框转位电机(22)驱动下带动惯性测量组合(2)绕法兰(1)径向旋转，

惯性测量组合(2)另一侧安装有圆光栅 (8)和读数头(9)，

惯性测量组合(2)顶部安装有球形锁紧压块(19)，所述球形锁紧压块(19)和所述动齿盘(6)用于在锁紧时给惯性测量组合提供可靠支撑，

所述外框旋转调制组件(4)包括锁紧电机(15)、锁紧蜗杆(14)、锁紧蜗轮螺杆(16)、花键套(18)、压紧杆(17)、外框转位电机(12)、转位蜗杆(11)以及转位蜗轮(10)，

所述外框转位电机(12)输出端安装有转位蜗杆(11)，转位蜗杆(11)与转位蜗轮(10)啮合，转位蜗轮(10)底部小齿轮与外框转位大齿轮(13)啮合，可驱动外框(3)绕法兰(1)轴向旋转，

锁紧电机(15)用于驱动锁紧蜗杆(14)转动，锁紧蜗轮螺杆(16)的蜗轮部分与锁紧蜗杆(14)啮合，锁紧蜗轮螺杆(16)的螺杆部分与压紧杆(17)通过螺旋副连接传动，在旋入或旋出时使压紧杆(17)在花键套(18)限制下只能上下平移，从而实现解锁或锁紧功能。

2.如权利要求1所述的一种具有自标定、自对准、自诊断功能的捷联惯导***，其特征在于，所述密珠轴系(7)包括外圈(7.4)、内圈(7.1)、保持架(7.2)和滚珠(7.3)，

两个外圈(7.4)分别安装在法兰(1)内腔上下两端的轴肩上，两个内圈(7.1)均安装在外框(3)上，保持架(7.2)中安装有若干个滚珠(7.3)，滚珠(7.3)位于外圈(7.4)和内圈(7.1)之间，

外框(3)通过密珠轴系(7)安装于法兰内腔中，外框(3)顶部安装外框转位大齿轮(13)。