用于高精度科学卫星平台稳定控制的光纤惯性姿态敏感器技术
编号:69
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更新:2026-11-07 17:27:30 浏览:4次
口头报告
摘要
干涉式光纤陀螺因其对电磁干扰不敏感、测量精度高,以及能够承受发射过程中的机械振动和冲击等优点,已被证明非常适合空间应用,成为卫星平台姿态稳定控制的首选惯性敏感器。近年来,随着通、导、遥、算及科学卫星平台的进一步融合,对平台单机的重量、体积、功耗及研制成本的要求进一步提高。原有多轴独立的全冗余型惯性敏感器已不能完全满足或适应小型化、低成本、高效费比的需求。本团队基于组件共享和时分复用技术研制了小型化高集成度数字闭环光纤陀螺,基于高可靠、高冗余自发辐射光源及在轨主动褪色恢复技术研制了超高精度闭环光纤陀螺,为高精度科学卫星平台稳定控制提供高效解决方案。
在小型化高集成度光纤陀螺方面,团队提出了利用组件共享和时分复用的多轴光纤陀螺构型(如图1),同时提出了一种创新的时分复用调制方法,可显著提高信噪比,并给出了相应的替代闭环控制策略。与传统单轴独立工作的光纤陀螺相比,本方案可显著减轻体积、重量、功耗和成本,特别适用于微纳卫星及轻质化科学平台,小型化高集成度光纤陀螺达到重量180g、功耗1.5W、零偏稳定性≤0.1 °/h,的标度因数误差≤100 ppm的优越指标。
在高精度陀螺方面,针对在轨敏感的有源掺铒光纤光源辐射退化难题,团队从材料机理出发,识别了掺铒光纤辐射致色心缺陷的种类和分布,基于短时强泵浦的主动光褪色策略实现在轨辐射衰退的可恢复,有效延展在轨使用寿命及可靠性(如图2)。通过双光源高效耦合,实现了关键部件冗余备份的高可靠三轴光纤陀螺。高精度高可靠光纤陀螺达到重量2.6kg,功耗4.5W,零偏稳定性≤0.0008 °/h,标度因数误差≤10ppm的优越性能。
以天文巡天望远镜、空间环境探测载荷为代表的高稳定科学载荷的在轨观测与科学产出急需卫星平台提供充分的裕度及可靠性。对特定目标天体的稳定成像依靠超静、超稳的卫星姿态稳定控制,解决手段包括平台高精度姿态控制、微振动测量与抑制、载荷舱稳定设计等,其中平台高精度姿态传感和微振动测量均依赖以光纤陀螺为代表的惯性敏感器。团队基于四十余年的光电系统空间辐射效应和传感器研发经验,研发了多型宇航用高可靠光纤陀螺惯性敏感器,角速度测量噪声覆盖0.0005~0.1 °/h,重量覆盖0.15~3kg,寿命7~10年及以上,在国内外同类光纤陀螺型号中综合性能处于前列(即同精度水平,尺寸重量小;同尺寸重量,精度与可靠性高)。
稿件作者
王晓伟
北京航空航天大学
金靖
北京航空航天大学
李铁志
天目山实验室
洪锡琳
北京航空航天大学
徐国瑜
北京航空航天大学
姚慧
北京航空航天大学
宋凝芳
北京航空航天大学
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