航空遥感用光纤陀螺IMU的热设计及实验研究

【类型】学位论文

【作者】郝金艺 

【关键词】 位置姿态测量系统 惯性测量单元 光纤陀螺 热设计 温度控制

【摘要】高精度位置姿态测量系统（Position and Orientation System, POS）是制约我国高性能航空遥感系统发展的瓶颈，惯性测量单元（inertial measurement unit, IMU）作为POS的核心部件，其精度和稳定性直接影响着POS的性能。本论文针对航空遥感用光纤陀螺IMU对温度变化敏感导致POS精度下降的问题，通过有限元仿真软件ANSYS对IMU的温度场进行热建模仿真分析，在此基础上设计并实现了光纤陀螺IMU的数字温控系统，最后进行了实验验证。论文的主要工作包括以下三个方面：1、对航空遥感用光纤陀螺IMU进行了热分析与热设计。根据北航研制的TX-F20型光纤IMU的结构特点，首先分别建立了光纤陀螺和加速度计的热仿真模型，并在此基础上对IMU进行了热建模仿真分析，得到常温条件下启动半小时后IMU内部温度场分布。然后根据分析的结果，设计不同的温控方案，设置加热膜的布局以及发热量大小，进行温控条件下的热仿真分析，最终实现合理的加热膜热源布局以及合适的发热量，达到合理的热设计，为温控系统的设计实现奠定了基础。2、在光纤陀螺IMU热分析基础上，设计并实现了光纤IMU数字温度控制系统。首先，进行了数字温控系统总体方案的设计；其次，从硬件电路总体方案设计、关键器件选型、各主要功能模块电路设计三个方面完成了以DSP为核心的温控硬件电路的设计与实现；再次，在硬件平台基础上设计并实现了温度采集与改进PID温度控制算法程序，实现了温度控制；最后，进行了温控电路的性能验证实验，实验结果表明，常温条件下，温控系统精度达到了±0.3℃，实现了数字精密温控。3、对光纤IMU进行了有无温控的实验研究，在对IMU加温控之前，进行了器件性能测试、误差标定补偿、静态导航及动态仿真实验，得到光纤IMU无温控条件下的性能指标。在加入温控系统之后，首先进行了温度传感器的全温标定补偿，之后进行了恒温和变温条件下有无温控的测试实验，实验结果表明，在1℃/min的变温条件下，温控系统有效地抑制了环境温度变化对光纤陀螺IMU性能的影响。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】刘百奇

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