卫星惯性姿态敏感器技术_刘付成VIP免费

文章编号:1006-1630(2003)05-0033-05卫星惯性姿态敏感器技术刘付成1,刘汝滨2(1.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073;2.上海航天控制工程研究所,上海200233)摘要:介绍了卫星惯性姿态敏感器(IAS)的工作原理,分析了惯性姿态敏感器设计及关键技术。通过比较各种惯性姿态敏感器的优缺点,分析了卫星惯性姿态敏感器的发展历程,探讨了卫星用惯性姿态敏感器的发展方向。关键词:陀螺;姿态敏感器;随机游走;抗辐加固中图分类号:V241.5文献标识码:ATheTechnologyofInertialAttitudeSenorinSatelliteLIUFu-cheng,LIULu-bing(1.CollegeofAerospaceandMaterialEngineering,NUDT,ChangshaHunan410073,China;2.ShanghaiAerospaceControlEngineeringInstitute,Shanghai200233,China)Abstract:Theprincipleofinertialattitudesensor(IAS)insatelliteisintroducedinthispaper,andalsoarethedesignandkeytechnologyofIAS.ThedevelopmentcourseofIASispresentedthroughthecomparisonofadvantagesanddisadvantagesamongdifferentsensors.ThetrendtodevelopIASinsatelliteisanalyzedatlast.Keywords:Gyroscope;Attitudesensor;Randomwalking;Radiationhardening收稿日期:2002-12-24;修回日期:2003-05-09作者简介:刘付成(1973~),男,硕士生,工程师,上海惯性技术学会理事,上海市宇航学会会员,主要从事惯性导航技术研究;刘汝滨(1934~),男,研究员,主要从事陀螺技术研究。0引言以陀螺和加速度计为核心的惯性导航系统具有全自主、短期精度高和实时性好等优点,在航空、航天、航海和陆地导航等领域得到了广泛应用。卫星IAS是一种极其重要的用于卫星姿态控制系统的敏感器,它输出卫星三轴相对于惯性空间的角速率,与其他敏感器如星敏感器联合进行卫星姿态确定。IAS技术是卫星控制系统研究的重要内容,美、法、俄等国均在该领域投入了大量的人力物力,并取得很大成果,其代表性产品有美国的液浮陀螺、动调陀螺、光纤陀螺(FOG)和半球谐振陀螺(HRG)姿态测量装置,它们的寿命有的达到了15a以上,精度达到了0.0001(b)/h。国内目前用于卫星的姿态测量装置只有液浮陀螺仪一种,新型惯性测量装置尚处于研究阶段。本文对卫星IAS中的各种陀螺进行了综述。1各种IAS陀螺是IAS的核心部件,陀螺不同,整个姿态测量部件所表现出的特性便会有很大差异。根据工作原理,陀螺可分为机械陀螺(液浮陀螺、动调陀螺)、光学陀螺(激光陀螺、FOG)、微机械陀螺(硅微陀螺、石英陀螺)和其他陀螺(静电陀螺、HRG),它们均可应用于卫星姿控系统。1.1机械陀螺姿态测量装置1.1.1液浮陀螺液浮陀螺是一种典型的机械陀螺,已成功应用在SPOT、ERSI、ECS、Eutesat和Skynet等卫星上。国内目前90%以上的卫星姿态控制系统采用液浮陀螺。液浮陀螺主要由转子组件、浮子组件、传感器组件、力矩器组件、馈电装置、浮液和壳体等组成。当壳体绕输入轴以一个角速度转动时,由于存在进动特性,浮子绕输出轴转动,相对壳体转动的角度由传感器转换为电信号[1]。332003年第5期上海航天AEROSPACESHANGHAI作为一种成熟的机械陀螺,液浮陀螺以其高精度、高可靠性、抗振动和抗冲击等优点,在卫星上得到了广泛应用。表1给出了各国代表性的液浮陀螺仪性能参数。表1各国液浮陀螺仪性能Tab.1Theperformanceofliquid-floatedgyroscopemadebydifferentcountries名称125型(英)F06型(法)119型(俄)某型(中国)尺寸/(mm@mm)52.9@8327@7442@100)质量/g45160300)漂移/[(b)#h-1]0.040.020.150.25力矩器线性度/(%)0.020.160.10.2工作环境温度/e706565601.1.2动调陀螺动调谐陀螺仪是机械陀螺的另一种典型产品,其发展要晚于液浮陀螺。这种陀螺设计比较巧妙,当达到调谐状态时,在小角度范围内会呈现出自由陀螺的特性。动调陀螺是20世纪六七十年代开始研制并得到应用的干式机械陀螺,属中等精度陀螺,精度为0.1~0.003(b)/h。由于体积小、成本低,加工装配较同样精度的液浮陀螺更为容易,因此在/陆地卫星0和/旅游者0、/伽利略0和/太阳峰年0等卫星的控制系统中得到了广泛应用。代表性产品有基尔福特制导与导航公司的SKIRU、DRIRUÒ。表2给出了DRIRUÒ的主要性能指标[2]。表2DRIRUÒ主要性能指标Tab.2Themajorperform...