एयरबोर्न फाइबर ऑप्टिक जड़त्वीय नेविगेशन समाधान

उच्च परिशुद्धता नेविगेशन प्रणाली विमान नेविगेशन नियंत्रण और उसके हथियार प्रणाली के सटीक हमले का मुख्य उपकरण है।इसकी मुख्यधारा की योजनाओं में प्लेटफ़ॉर्म योजनाएं और स्ट्रैपडाउन योजनाएं शामिल हैं। स्ट्रैपडाउन इनर्शियल टेक्नोलॉजी और ऑप्टिकल जाइरो के विकास के साथ, उच्च विश्वसनीयता, हल्के और छोटे आकार, कम बिजली की खपत और कम लागत के फायदे के साथ स्ट्रैपडाउन का व्यापक रूप से हवाई क्षेत्र में उपयोग किया गया है।^[1-4]वर्तमान में, एयरबोर्न स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम लेजर जाइरो स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम और फाइबर ऑप्टिक जाइरो स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम का एक संयोजन है। इनमें नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन का LN-100G, हनीवेल का H-764G लेजर जाइरो स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम और नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन का LN-251 फाइबर शामिल हैं। अमेरिकी लड़ाकू विमान बेड़े में ऑप्टिक जाइरो स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है^[1].नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन कंपनी ने उच्च परिशुद्धता फाइबर ऑप्टिक जाइरो के महत्वपूर्ण प्रतीक के साथ हेलीकॉप्टर के लिए एलएन-251 नेविगेशन प्रणाली विकसित की, और फिर विमान नेविगेशन के अनुकूल एलएन-260 विकसित किया। एलएन-260 को अमेरिकी वायु सेना द्वारा चुना गया था F-16 बहुराष्ट्रीय लड़ाकू बेड़े का एवियोनिक्स अपग्रेड। तैनाती से पहले, LN-260 प्रणाली का परीक्षण 0.49n मील (CEP) की स्थिति सटीकता प्राप्त करने के लिए किया गया था, जो 1.86ft/s (RMS) की उत्तर की ओर वेग त्रुटि थी, और एक अत्यधिक गतिशील वातावरण में 2.43 फीट/सेकेंड (आरएमएस) की पूर्वगामी वेग त्रुटि। इसलिए, ऑप्टिकल स्ट्रैपडाउन जड़त्वीय नेविगेशन प्रणाली नेविगेशन और मार्गदर्शन क्षमता के संदर्भ में विमान की परिचालन आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा कर सकती है।^[1].

लेजर जाइरो स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम की तुलना में, फाइबर ऑप्टिक जाइरो स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम के निम्नलिखित फायदे हैं: 1) इसमें मैकेनिकल जिटर की आवश्यकता नहीं होती है, यह सिस्टम संरचना और कंपन कटौती डिजाइन की जटिलता को सरल बनाता है, वजन और बिजली की खपत को कम करता है, और सुधार करता है। नेविगेशन सिस्टम की विश्वसनीयता;2) फाइबर ऑप्टिक जाइरो का सटीक स्पेक्ट्रम सामरिक स्तर से लेकर रणनीतिक स्तर तक को कवर करता है, और इसके अनुरूप नेविगेशन सिस्टम एक संबंधित नेविगेशन सिस्टम स्पेक्ट्रम भी बना सकता है, जो लंबी दूरी के लिए एटीट्यूड सिस्टम से लेकर नेविगेशन सिस्टम तक सब कुछ कवर करता है। धीरज विमान;3) फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप की मात्रा सीधे फाइबर रिंग के आकार पर निर्भर करती है।बारीक व्यास वाले फाइबर के परिपक्व अनुप्रयोग के साथ, समान सटीकता वाले फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप की मात्रा छोटी और छोटी होती जा रही है, और प्रकाश और लघुकरण का विकास एक अपरिहार्य प्रवृत्ति है।

समग्र डिज़ाइन योजना

एयरबोर्न फाइबर ऑप्टिक जाइरो स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम पूरी तरह से सिस्टम गर्मी अपव्यय और फोटोइलेक्ट्रिक पृथक्करण पर विचार करता है, और "तीन-गुहा" योजना को अपनाता है।^[6,7], जिसमें आईएमयू कैविटी, इलेक्ट्रॉनिक कैविटी और सेकेंडरी पावर कैविटी शामिल है।आईएमयू कैविटी में आईएमयू बॉडी स्ट्रक्चर, ऑप्टिकल फाइबर सेंसिंग रिंग और क्वार्ट्ज फ्लेक्सिबल एक्सेलेरोमीटर (क्वार्ट्ज प्लस मीटर) शामिल हैं; इलेक्ट्रॉनिक कैविटी में एक जाइरो फोटोइलेक्ट्रिक बॉक्स, एक मीटर रूपांतरण बोर्ड, एक नेविगेशन कंप्यूटर और इंटरफ़ेस बोर्ड और एक स्वच्छता गाइड होता है। बोर्ड; सेकेंडरी पावर कैविटी में एक पैकेज्ड सेकेंडरी पावर मॉड्यूल, ईएमआई फिल्टर, चार्ज-डिस्चार्ज कैपेसिटर शामिल है। आईएमयू कैविटी में जाइरो फोटोइलेक्ट्रिक बॉक्स और ऑप्टिकल फाइबर रिंग मिलकर जाइरो घटक, और क्वार्ट्ज लचीले एक्सेलेरोमीटर और मीटर रूपांतरण प्लेट का निर्माण करते हैं। मिलकर एक्सेलेरोमीटर घटक का निर्माण करते हैं^[8].

समग्र योजना फोटोइलेक्ट्रिक घटकों और प्रत्येक घटक के मॉड्यूलर डिजाइन को अलग करने और समग्र गर्मी अपव्यय और क्रॉस हस्तक्षेप के दमन को सुनिश्चित करने के लिए ऑप्टिकल सिस्टम और सर्किट सिस्टम के अलग-अलग डिजाइन पर जोर देती है। डिबगबिलिटी और असेंबली तकनीक में सुधार करने के लिए उत्पाद, कनेक्टर्स का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक कक्ष में सर्किट बोर्डों को जोड़ने के लिए किया जाता है, और आईएमयू कक्ष में ऑप्टिकल फाइबर रिंग और एक्सेलेरोमीटर को क्रमशः डीबग किया जाता है।आईएमयू के गठन के बाद पूरी असेंबली की जाती है।

 इलेक्ट्रॉनिक गुहा में सर्किट बोर्ड ऊपर से नीचे तक जाइरो फोटोइलेक्ट्रिक बॉक्स है, जिसमें जाइरो प्रकाश स्रोत, डिटेक्टर और फ्रंट डिस्चार्ज सर्किट शामिल हैं; टेबल रूपांतरण बोर्ड मुख्य रूप से एक्सेलेरोमीटर वर्तमान सिग्नल को डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करने का काम पूरा करता है; नेविगेशन समाधान और इंटरफ़ेस सर्किट में इंटरफ़ेस बोर्ड और नेविगेशन समाधान बोर्ड शामिल हैं, इंटरफ़ेस बोर्ड मुख्य रूप से मल्टी-चैनल जड़त्वीय डिवाइस डेटा, बिजली आपूर्ति इंटरैक्शन और बाहरी संचार के तुल्यकालिक अधिग्रहण को पूरा करता है, नेविगेशन समाधान बोर्ड मुख्य रूप से शुद्ध जड़त्वीय नेविगेशन और एकीकृत नेविगेशन समाधान को पूरा करता है; गाइड बोर्ड मुख्य रूप से पूरा करता है उपग्रह नेविगेशन, और एकीकृत नेविगेशन को पूरा करने के लिए नेविगेशन समाधान बोर्ड और इंटरफ़ेस बोर्ड को जानकारी भेजता है। माध्यमिक बिजली आपूर्ति और इंटरफ़ेस सर्किट कनेक्टर के माध्यम से जुड़े हुए हैं, और सर्किट बोर्ड कनेक्टर के माध्यम से जुड़ा हुआ है।

प्रमुख प्रौद्योगिकियाँ

1. एकीकृत डिजाइन योजना

एयरबोर्न फाइबर ऑप्टिक जाइरो नेविगेशन प्रणाली कई सेंसरों के एकीकरण के माध्यम से विमान की छह डिग्री की स्वतंत्रता गति का पता लगाती है। तीन अक्ष जाइरो और तीन अक्ष एक्सेलेरोमीटर को उच्च एकीकरण डिजाइन, बिजली की खपत, मात्रा और वजन को कम करने के लिए माना जा सकता है। फाइबर ऑप्टिक के लिए जाइरो घटक, यह तीन-अक्ष एकीकरण डिजाइन को पूरा करने के लिए प्रकाश स्रोत को साझा कर सकता है; एक्सेलेरोमीटर घटक के लिए, क्वार्ट्ज लचीला एक्सेलेरोमीटर आमतौर पर उपयोग किया जाता है, और रूपांतरण सर्किट केवल तीन तरीकों से डिजाइन किया जा सकता है। समय की समस्या भी है मल्टी-सेंसर डेटा अधिग्रहण में सिंक्रनाइज़ेशन।उच्च गतिशील रवैया अद्यतन के लिए, समय की स्थिरता रवैया अद्यतन की सटीकता सुनिश्चित कर सकती है।

2. फोटोइलेक्ट्रिक पृथक्करण डिजाइन

फाइबर ऑप्टिक जाइरो एक फाइबर ऑप्टिक सेंसर है जो कोणीय दर को मापने के लिए सैग्नैक प्रभाव पर आधारित है। उनमें से, फाइबर रिंग फाइबर जाइरोस्कोप की संवेदनशील कोणीय गति का प्रमुख घटक है।यह कई सौ मीटर से लेकर कई हजार मीटर तक फाइबर से घिरा होता है। यदि ऑप्टिकल फाइबर रिंग का तापमान क्षेत्र बदलता है, तो ऑप्टिकल फाइबर रिंग के प्रत्येक बिंदु पर तापमान समय के साथ बदलता है, और प्रकाश तरंग की दो किरणें बिंदु से होकर गुजरती हैं अलग-अलग समय पर (ऑप्टिकल फाइबर कॉइल के मध्य बिंदु को छोड़कर), वे अलग-अलग ऑप्टिकल पथों का अनुभव करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप चरण अंतर होता है, यह गैर-पारस्परिक चरण बदलाव रोटेशन के कारण होने वाले सागनेके चरण बदलाव से अप्रभेद्य है। तापमान में सुधार करने के लिए फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप का प्रदर्शन, जाइरोस्कोप के मुख्य घटक, फाइबर रिंग को गर्मी स्रोत से दूर रखने की जरूरत है।

फोटोइलेक्ट्रिक इंटीग्रेटेड जाइरोस्कोप के लिए, जाइरोस्कोप के फोटोइलेक्ट्रिक उपकरण और सर्किट बोर्ड ऑप्टिकल फाइबर रिंग के करीब होते हैं।जब सेंसर काम कर रहा होता है, तो डिवाइस का तापमान कुछ हद तक बढ़ जाएगा, और विकिरण और चालन के माध्यम से ऑप्टिकल फाइबर रिंग को प्रभावित करेगा। ऑप्टिकल फाइबर रिंग पर तापमान के प्रभाव को हल करने के लिए, सिस्टम एक फोटोइलेक्ट्रिक पृथक्करण का उपयोग करता है ऑप्टिकल फाइबर जाइरोस्कोप, जिसमें ऑप्टिकल पथ संरचना और सर्किट संरचना, फाइबर और वेवगाइड लाइन कनेक्शन के बीच दो प्रकार की संरचना स्वतंत्र पृथक्करण शामिल है। फाइबर हीट ट्रांसफर संवेदनशीलता को प्रभावित करने वाले प्रकाश स्रोत बॉक्स से गर्मी से बचें।

3. पावर-ऑन सेल्फ-डिटेक्शन डिज़ाइन

फाइबर ऑप्टिक जाइरो स्ट्रैपडाउन नेविगेशन सिस्टम को जड़त्वीय डिवाइस पर विद्युत प्रदर्शन स्व-परीक्षण फ़ंक्शन की आवश्यकता होती है। क्योंकि नेविगेशन सिस्टम ट्रांसपोज़िशन तंत्र के बिना शुद्ध स्ट्रैपडाउन इंस्टॉलेशन को अपनाता है, जड़त्वीय उपकरणों का स्व-परीक्षण दो भागों में स्थैतिक माप द्वारा पूरा किया जाता है, अर्थात् , डिवाइस-स्तरीय स्व-परीक्षण और सिस्टम-स्तरीय स्व-परीक्षण, बाहरी ट्रांसपोज़िशन उत्तेजना के बिना।

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