[发明专利]一种基于SERF陀螺仪和速率陀螺仪的三轴惯性平台系统

说明书

本发明一种基于SERF陀螺仪和速率陀螺仪的三轴惯性平台系统，该平台采用1个速率陀螺仪和1个两自由度SERF陀螺仪，SERF陀螺仪工作于反馈状态，对其反馈量经过解耦后解算出角速度信息，可用于控制平台台体相对惯性空间稳定；本发明采用不同类型陀螺仪的混合式工作方式，可满足载体的全姿态运动和高精度的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种基于SERF陀螺仪和速率陀螺仪的惯性平台系统，尤其涉及一种适应载体全姿态机动运行、高精度的惯性平台系统，可适用于要求全姿态的核潜艇、弹道导弹、巡航导弹、战斗机等，属于惯性测量技术领域。

背景技术

陀螺仪作为角速度传感器是惯性导航系统中的核心器件，其性能高低是制约导航系统精度的关键因素。陀螺仪经历了第一代机械陀螺仪(气浮陀螺仪、液浮陀螺仪、三浮陀螺仪、动力调谐陀螺仪、静电陀螺仪等)、第二代光学陀螺仪(激光陀螺仪、光纤陀螺仪等)、第三代微机电MEMS陀螺仪，目前在研的是第四代原子陀螺仪。原子陀螺仪中的无自旋交换弛豫(SERF)陀螺仪具有超高的理论精度。因此，SERF陀螺仪在长航时的惯性导航中具有非常好的应用前景。

SERF陀螺仪可以测量两个方向的角速度信息，其优点是一个陀螺仪可以测量两个轴的角速度，但其缺点是在垂直于两个输入轴的方向如果有角速度时将会带来测量误差，影响SERF陀螺仪的使用精度。

在SERF陀螺仪中，由于碱金属原子的电子和惰性气体原子的核同时受到磁场的影响，而只有碱金属原子的电子运动信息可观测，因此，惰性气体原子的核运动在不可观的情况下如何实现控制与测量成为一个难题。

为此，需要研究基于SERF陀螺仪的惯性系统使用方案，最大程度发挥SERF陀螺仪的精度潜力，满足未来惯性系统全姿态、高精度的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于SERF陀螺仪和速率陀螺仪的三轴惯性平台系统，该惯性平台系统具有全姿态、大机动、高精度的优点，满足未来惯性平台全姿态、高精度的需求。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于SERF陀螺仪和速率陀螺仪的三轴惯性平台系统，基于三轴惯性稳定平台系统实现，包括基座、外框架、内框架和台体，对应的本体坐标系分别为基座本体坐标系X₁Y₁Z₁、外框架本体坐标系X_p2Y_p2Z_p2、内框架本体坐标系X_p1Y_p1Z_p1和台体本体坐标系X_pY_pZ_p；上述四个坐标系的原点重合，且台体本体坐标系的Z_p轴与内框架本体坐标系的Z_p1轴重合，外框架本体坐标系的Y_p2轴与内框架本体坐标系的Y_p1轴重合，基座本体坐标系的X₁轴与外框架本体坐标系的X_p2轴重合；其中，基座与载体固连，所述稳定平台系统在载体带动下发生内部相对转动时，基座绕外框架本体坐标系的X_p2轴转动，外框架绕内框架本体坐标系的Y_p1轴转动，内框架绕台体本体坐标系的Z_p轴转动；所述台体上安装陀螺仪组合，所述陀螺仪组合包括1个速率陀螺仪和1个SERF陀螺仪，SERF陀螺仪的2个敏感轴与速率陀螺仪的敏感轴垂直，所述速率陀螺仪控制平台台体的轴端电机使台体绕台体轴，即绕Z_p轴的角速度为零，所述SERF陀螺仪的2个轴经过输出解耦和控制解耦后分别控制平台的内框架轴，即Y_p1轴，和外框架轴，即X_p2轴的轴端电机，使台体绕台体Y_p和Z_p轴的角速度为零，从而使平台台体的三个轴都稳定在惯性空间。